CN112992866A - 一种电流旁路结构及igbt器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电流旁路结构，包括：插接式电极片，其包括底座和位于所述底座端部的接触片；以及带有插头的顶板，所述顶板设置在所述底座的上方，且所述插头***所述接触片中并与所述接触片的内壁相接触。通过插接式电极片与插头相互配合，增强了大电流下电流旁路的可靠性；并且引入的集成式电流旁路，解决了独立电流失效后对应芯片不参与工作的问题。

Description

一种电流旁路结构及IGBT器件
技术领域
本发明涉及电力电子器件应用领域，特别涉及一种电流旁路结构及IGBT器件。
背景技术
绝缘栅双极晶体管器件是电力电子技术的基础与核心，广泛应用于新能源的接入、柔性直流输电等领域。对比于焊接式IGBT，压接式IGBT器件具有双面散热、功率密度大、易于串联等优点，提高了可靠性，非常适用于柔性直流输电的应用。
压接式IGBT是通过压力互联内部多个芯片以及其他部件互联，目前主要有两种封装结构：一种是直接硬压接，芯片两侧均采用金属硬台面接触，缺点是芯片上压力的均匀性由构件表面加工精度决定；一种是柔性压接，芯片一侧通过碟簧自身的形变效果实现压力长期保持与形变适应，确保功率芯片上承担压力均匀。其中，碟簧与碟簧之间发生接触时为线接触，接触面积小，造成接触电阻过大，进而造成电流的损耗过大，因此柔性压接式IGBT需要有单独的电流旁路结构来实现器件单路的导通，降低回路电阻。
现有技术的电流旁路结构是采用可变形的金属片构成一个个独立的电流旁路，其存在以下缺点：金属片要跟随弹性件伸缩变形，限定了其使用厚度和载流能力，大电流下易失效；一旦金属片失效，碟簧与碟簧之间发生接触时为线接触，接触面积小，接触电阻过大，进而造成电流的损耗过大，独立电流旁路失效后对应功率芯片无法工作。
发明内容
本发明提供一种电流旁路结构及IGBT器件，用于解决独立电流旁路失效后对应功率芯片无法工作的技术问题。
本发明提供一种电流旁路结构，包括：
插接式电极片，其包括底座和位于所述底座端部的接触片；以及带有插头的顶板，所述顶板设置在所述底座的上方，且所述插头***所述接触片中并与所述接触片的内壁相接触。
优选的，所述接触片包括一对以所述插头为对称轴相互对称设置的金属片，所述金属片的纵向剖面构造为S形。
优选的，所述接触片包括设置在所述底座的其中一端的第一接触片以及设置在所述底座的另一端的第二接触片，
其中，所述第一接触片和所述第二接触片的数量均为多个，多个所述第一接触片沿所述底座的长度方向或宽度方向等间距地设置；多个所述第二接触片沿所述底座的长度方向或宽度方向等间距地设置。
优选的，所述底座的中部设置有向着靠近所述顶板的方向凸起的凸台。
优选的，所述插头构造为从所述顶板至所述底板的方向上横向截面依次减小的锥形结构。
一种IGBT器件，还包括：按照电流的流向依次设置有底板、芯片、所述插接式电极片和所述顶板；
底板；芯片，其连接在所述底板上，所述芯片与插接式电极片电性相连；以及弹性件，其一端与顶板相连，另一端与所述底座相连，以形成压接式结构。
优选的，还包括：围板，其固定在所述底板上；以及电极，其设置在所述芯片上；所述底板、所述顶板和围板限定出用于容纳所述芯片、所述电极和所述插接式电极片的内部空间。
优选的，所述弹性件包括：脚部、弹簧和螺钉，所述脚部压接在所述底座上，所述弹簧的一端固定在所述脚部上，所述弹簧的另一端与所述顶板接触连接，所述螺钉位于弹簧内部，且所述螺钉的一端与弹簧固定连接，所述螺钉的另一端与所述顶板螺纹连接。
优选的，所述围板的对应的两侧壁底部向内分别设置有用于定位所述电极的卡台，所述卡台上方设置有限位框，所述限位框限定所述接触片的横向运动。
优选的，其特征在于，所述IGBT器件数量为一个或多个，多个IGBT器件并联使用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过插接式电极片与插头相互配合，增强了大电流下电流旁路的可靠性；并且引入的集成式电流旁路，解决了独立电流失效后对应芯片不参与工作的问题。，
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明的实施例中的IGBT器件结构示意图；
图2是本发明的实施例中的IGBT器件立体剖面结构示意图；
图3是本发明的实施例中的IGBT器件立体结构示意图；
图4是本发明的实施例中的插接式电极片示意图；
图5是本发明的实施例中的IGBT模块结构示意图。
附图标记：1-底板，2-芯片，3-电极，4-插接式电极片，5-脚部，6-弹性件，7-顶板，8-螺钉，9-碟簧，10-插头，11-接触片，12-围板，13-底座，14-限位框，15-卡台。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种电流旁路结构，包括：
插接式电极片4，包括底座13和底座13两端的接触片11；
两端带有插头10的顶板7，插头10***接触片11中；底座13、接触片11、插头10以及顶板7都是由导电的金属材料制成，优选的，采用低电阻率的铜材料制成；底座13和底座13两端的接触片11构造为“U”形，接触片11垂直于底座13，顶板7的两端设置有插头10，在顶板7上施加压装力后，插头10***接触片11更深，接触面积更大，接触电阻减小，实现了电流回路的有效接触。且当一端的接触片11失效后，另一端的接触片11仍可继续工作，增强了电流旁路结构的可靠性。多个电流旁路结构集成使用，当其中一个或几个电流旁路结构失效后，整个电路仍可继续工作，增强了可靠性。
优选的，如图1和图4所示，底座13的中部设置有向着靠近所述顶板7的方向凸起的凸台；在凸台的两侧分别设置一个弹性件6。
优选的，如图1和图4所示，接触片11为一对以插头10为对称轴相互对称的金属片，金属片的纵向剖面构造为S形；优选的，金属片的材质为铜，两个金属片之间形成用于夹持插头10的夹持空间，插头10***越深，则插头10与金属片的接触面积越大，接触电阻越小。
优选的，如图1和图4所示，所述接触片包括设置在所述底座13的其中一端的第一接触片以及设置在所述底座13的另一端的第二接触片，
其中，所述第一接触片和所述第二接触片的数量均为多个，多个所述第一接触片沿所述底座13的长度方向或宽度方向等间距地设置；多个所述第二接触片沿所述底座13的长度方向或宽度方向等间距地设置。
优选的，如图1和图3所示，顶板7为导电金属材料制成。
优选的，如图4所示，底座13的中部设置有向着靠近所述顶板的方向凸起的凸台，凸台也可以向底板方向凸起。
优选的，如图1和图2所示，插头10为锥形结构；锥形结构的插头10更容易***接触片11，拔出也更方便。
一种IGBT器件，如图1和图5所示，还包括：按照电流的流向依次设置有底板1、芯片、插接式电极片4和顶板7；具体的，按照电流的流向依次设置有底板1、芯片2、电极3、底座13、接触片11、插头10和顶板7，
底板1；
芯片2，其连接在底板1上；所述芯片2与插接式电极片4电性相连；以及弹性件6，其一端与顶板7相连，另一端与所述底座13相连，以形成压接式结构；芯片2为功率芯片2，焊接在底板1上。
优选的，如图2所示，还包括：围板12，固定在底板1上；电极3，设置在芯片2上；底板1、顶板7和围板12限定用于容纳芯片2、电极3、插接式电极片4和弹性件6的内部空间；电极3用于分担施加在芯片2上的压力。
优选的，还包括：弹性件6，其包括：脚部5、碟簧9和螺钉8，脚部5压接在底座13上，碟簧9的一端固定在脚部5上，碟簧9的另一端与顶板7接触连接，螺钉8位于碟簧9内部，且螺钉8的一端与碟簧9固定连接，螺钉8的另一端与顶板7螺纹连接；通过弹性件6，可将电路中产生的热量排出，从而降低电路的热量，降低热电阻，提升了电路的可靠性。
碟簧9采用高强度铬钼钒结构钢制成，不仅可以承担较大的压力，并且在撤去压力后，碟簧9可恢复形变，碟簧9用于实现压力加载后IGBT器件应用过程中的形变调整，通过碟簧9自身的形变效果实现压力长期保持与形变适应，确保芯片2上承担压力均匀；脚部5使用铝合金材料，满足高热导率、高强度、低密度的要求。
优选的，围板12的对应的两侧壁底部向内分别设置有用于定位电极3的卡台15，卡台15上方设置有限位框14，限位框14限定接触片11的横向运动；限位框14通过左右两侧壁限定了接触片11横向变形，加大了插头10与接触片11的接触压力，减小了接触电阻；底板的宽度方向即为横向方向，插头的长度方向即为纵向方向。
优选的，数量为一个或多个，多个IGBT器件并联使用，多个IGBT器件并联形成模块组，这样当其中一个或几个IGBT器件损坏不能使用时，整个电路仍可继续使用。
在一个实施例中，一种IGBT器件，包括底板1、围板12、插接式电极片4、弹性件6和顶板7，采用底部涂胶方法将分围板12固定在底板1，在所述底板1的上方自下而上依次压接有芯片2、电极3、插接式电极片4、弹性件6和顶板7；其中，芯片2是焊接在底板1上，弹性件6与顶板7是采用螺钉8连接。
优选的，顶板7上带有插头10，插接式电极片4左右两侧各由一系列相互对称的“S”形金属片组成，在顶板7上施加压装力后，插头10(10)使得“S”形金属片形变增大，接触更牢靠，围板12限制了“S”形金属片在横向的变形，加大了接触力，减小了接触电阻。
进一步的，插接式电极片4和顶板7采用低电阻率的铜材料制成，且实现与热传导路径的隔开，造成构成的电流旁路具有更高的通流能力，集成式的插接式电极片4使得当某对“S”形金属片失效后，所有芯片2仍可正常工作。
优选的，弹性件6包括脚部5、碟簧9和螺钉8，用于实现压力加载后的压力保持和应用过程中的形变调整，通过碟簧9自身的形变效果实现压力长期保持与形变适应，确保芯片2上承担压力均匀。
进一步的，碟簧9采用高强度铬钼钒结构钢制成，不仅可以承担较大的压装力，并且在撤去压装力后，碟簧9可恢复形变；脚部5使用铝合金材料，满足高热导率、高强度、低密度的要求。
优选的，围板12，用于承担芯片2上过剩的压装力、定位电极3的位置、限定插接式电极片4的形变空间以及增加底板1与顶板7间爬电距离的作用，采用相对漏电起痕指数大于600，冲击强度大于60KJ/m2的材料制成。
优选的，底板1和电极3作为芯片2的引出电极，采用与芯片2热膨胀系数相接近的钼材料。
结合附图1、2，可按照以下步骤组装此种压接式IGBT器件：
步骤1，将芯片2焊接在底板1上；
步骤2，再采用底部涂胶的方式将围板12固定在底板1上，得到子器件半成品A；
步骤3，安装好弹性件6，并使用螺钉8将其固定在顶板7上，得到子器件半成品B；
步骤4，依次将电极3、插接式电极片4和得到子器件半成品B放置入得到子器件半成品A内，即可得到此种压接式IGBT器件。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种电流旁路结构，其特征在于，包括：
插接式电极片，其包括底座和位于所述底座端部的接触片；以及
带有插头的顶板，所述顶板设置在所述底座的上方，且所述插头***所述接触片中并且所述插头的外壁与所述接触片的内壁之间形成面接触。
2.根据权利要求1所述的电流旁路结构，其特征在于，所述接触片包括一对以所述插头为对称轴相互对称设置的金属片，所述金属片的纵向剖面构造为S形。
3.根据权利要求1或2所述的电流旁路结构，其特征在于，所述接触片包括设置在所述底座的其中一端的第一接触片以及设置在所述底座的另一端的第二接触片，
其中，所述第一接触片和所述第二接触片的数量均为多个，多个所述第一接触片沿所述底座的长度方向或宽度方向等间距地设置；多个所述第二接触片沿所述底座的长度方向或宽度方向等间距地设置。
4.根据权利要求1或2所述的电流旁路结构，其特征在于，所述底座的中部设置有向着靠近所述顶板的方向凸起的凸台。
5.根据权利要求1或2所述的电流旁路结构，其特征在于，所述插头构造为由所述顶板至所述底板的方向上横向截面依次减小的锥形结构。
6.一种IGBT器件，其包括权利要求1-5中任一项所述的电流旁路结构，其特征在于，还包括：
底板；
芯片，其连接在所述底板上，所述芯片与所述插接式电极片电性相连；以及
弹性件，其一端与所述顶板相连，另一端与所述底座相连，以形成压接式结构；
其中，所述底板、所述芯片、所述插接式电极片和所述顶板按照电流的流向依次设置。
7.根据权利要求6所述的IGBT器件，其特征在于，还包括：围板，其固定在所述底板上；以及
电极，其设置在所述芯片上，所述芯片通过所述电极与所述插接式电极片电性相连；所述底板、所述顶板和所述围板限定出用于容纳所述芯片、所述电极和所述插接式电极片的内部空间。
8.根据权利要求6或7所述的IGBT器件，其特征在于，所述弹性件包括：脚部、弹簧和螺钉，所述脚部压接在所述底座上，所述弹簧的一端固定在所述脚部上，所述弹簧的另一端与所述顶板接触连接，所述螺钉位于所述弹簧的内部，且所述螺钉的一端与弹簧固定连接，所述螺钉的另一端与所述顶板螺纹连接。
9.根据权利要求6或7所述的IGBT器件，其特征在于，所述围板的内侧设置有用于固定所述电极的卡台，所述卡台的上方设置有限位框，所述接触片设置在所述限位框中以限定所述接触片的横向运动。
10.根据权利要求6或7所述的IGBT器件，其特征在于，所述IGBT器件数量为一个或多个，多个IGBT器件并联使用。
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