CN101266952A - 新型全压接式的大功率igbt多模架陶瓷管壳 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳，适合用做全压接式的大功率IGBT器件的封装外壳。包括大阳法兰(1)、瓷环(2)、小阳法兰(3)、模架群(5)、阴极插片(4)和门极引线管，大阳法兰(1)、瓷环(2)和小阳法兰(3)上下叠合同心封接，模架群(5)封接于小阳法兰(3)的中心孔内，所述模架群(5)包含有若干个二极管芯片模架(5－1)和多个IGBT芯片模架(5－2)，所述阴极插片(4)插置于小阳法兰(3)的外壁面上，所述门极引线管穿接于瓷环(2)的壳壁上，门极引线管由门极导电芯(9)、门极外套(6)、门极密封罩(8)、门极外插片(7)和门极内插片(10)组成。本发明新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳，既可以提高散热效果，又可以将器件体积做得较小。

Description

新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳
技术领域
本发明涉及一种新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳。特别适合用做全压接式的大功率IGBT器件的封装外壳。属于大功率半导体器件技术领域。
背景技术
20世纪60年代后半期，电力电子器件及其在变频器应用中的进步，成就了发达国家在70年代初第一次世界能源危机期间用变频调速实现节能事业的大发展。作为绿色节能技术，在目前全球性能源短缺的大环境下，电力电子技术在节能、机电一体化、减少环境污染、节省原材料、降低生产成本和提高效率和质量方面均起十分重要的作用。最早的电力电子器件是晶闸管。上个世纪50年代，美国通用电气公司发明的硅晶闸管问世，标志着电力电子技术的开始，此后晶闸管的派生越来越多，功率越来越大，性能日益完善。但是由于晶闸管本身工作频率较低(一般低于400Hz)，大大限制了它的应用，此外，关断这些器件，需要强迫换相电路，使得整体重量和体积增大，效率和可靠性降低。现代电力电子器件正在向大功率、易驱动和高频化方向发展。IGBT是第三代电力电子器件中最具革命性的产品，其性能经过几年的不断提高和改进，已成功地应用于高频(20kHZ以上)大功率领域。IGBT集功率晶体管GTR和功率场效应管MOSFET的优点于一身，具有电压驱动、功耗小、开关速度高、饱和压降低、可耐高压和大电流等特点。
目前，IBGT封装的外壳是采用高性能塑料制造的模块结构件，在这种封装的结构中，IGBT的芯片采用焊接的方法和导热不导电的BDC板焊接在一起，其他的引出端均采用键合方法和外接口相连，这种封装结构，其工艺制造相对要简单一些，但是散热的效果不理想。随着IGBT器件模块容量的增加，如电力机车的变频器中采用的IGBT为3500A，6500V，其散热成为突出的技术瓶颈，为了提高散热效果，只好将器件模块做得很大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种既可以提高散热效果，又可以将器件体积做得较小的新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳。
本发明的目的是这样实现的：一种新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳，包括大阳法兰、瓷环、小阳法兰、模架群、阴极插片和门极引线管，
所述大阳法兰、瓷环和小阳法兰上下叠合同心封接，模架群封接于小阳法兰的中心孔内，
所述模架群包含有若干个二极管芯片模架和多个IGBT芯片模架，
所述阴极插片插置于小阳法兰的外壁面上，
所述门极引线管穿接于瓷环的壳壁上，门极引线管包括门极导电芯、门极外套、门极密封罩、门极外插片和门极内插片，门极导电芯穿接于瓷环的壳壁上，门极导电芯外端露出瓷环外，门极导电芯内端置于瓷环内，门极外套套置于门极导电芯上，门极密封罩封装于门极导电芯和门极外套的外端，门极外插片套接于门极密封罩上，门极内插片向上套接于门极导电芯内端。
本发明采用了瓷环为绝缘支架取代高性能塑料绝缘支架。并在陶瓷环外表面烧结高温绝缘釉水，大幅提高器件耐压，目前最高可达6KV。
本发明采用多芯片组合封装，具有高精度，高气密性，因此可以将器件体积做得较小，而散热效果还可以提高一倍，因此特别适合用做全压接式的大功率IGBT器件的封装外壳。
本发明也对门极引线管进行了特殊设计，门极外套可以最大限度的降低与瓷环的封接应力，保证与瓷环封接时具有高强度和高气密性。门极导电芯可以保证门极承受较大的电压和电流，门极内插片便于门极驱动的内连接，门极外插片可以便于门极驱动的外连接。
和普通晶闸管外壳一样。在本发明的大阳法兰顶部再加盖一个高平整度电极盘，可以达到双面散热的目的。
附图说明
图1为本发明新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳的俯视图。
图2为图1的A-A剖示图。
图3为图2的B-B剖示图。
图4为本发明的阴极插片和门极引线管与瓷环之间安装图。
图5为本发明的门极引线管结构示意图。
图6为本发明的门极内插片示意图。
图中：大阳法兰1、瓷环2、小阳法兰3、阴极插片4、模架群5、门极外套6、门极外插片7、门极密封罩8、门极导电芯9、门极内插片10，二极管芯片模架5-1、IGBT芯片模架5-2。
具体实施方式
参见图1-2，本发明涉及的新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳，主要由大阳法兰1、瓷环2、小阳法兰3、模架群5、阴极插片4和门极引线管组成。所述大阳法兰1、瓷环2和小阳法兰3上下叠合同心封接，模架群5封接于小阳法兰3的中心孔内。各部件之间采用银铜焊料高温焊接而成。所述模架群5包含有若干个二极管芯片模架5-1和多个IGBT芯片模架5-2。二极管芯片模架5-1和IGBT芯片模架5-2的数量可根据器件需要承受电流大小决定。目前最多可在
Figure A20081001869200061
的圆盘上设计加工42个模架，承受电流3000A。
参见图3-6，所述阴极插片4插置于小阳法兰3的外壁面上。所述门极引线管穿接于瓷环2的壳壁上，门极引线管由门极导电芯9、门极外套6、门极密封罩8、门极外插片7和门极内插片10组成。门极导电芯9穿接于瓷环2的壳壁上，门极导电芯9外端露出瓷环2外，门极导电芯9内端置于瓷环2内，门极外套6套置于门极导电芯9上，门极密封罩8封装于门极导电芯9和门极外套6的外端，门极外插片7套接于门极密封罩8上，门极内插片10(图7)向上套接于门极导电芯9内端。
所述瓷环2采用95％氧化铝陶瓷环。
本发明采用高精密加工技术制作而成。模架群加工精度≤0.05mm，平整度≤0.01mm，平行度≤0.03mm，粗糙度Ra≤0.8μ。模架群外表最终电镀2-7μ的耐腐蚀半光亮镍，这种高精度的模架群兼具高导电，抗氧化，散热好等特点，特别适合全压接式IGBT芯片的封装。

Claims (3)

1、一种新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳，其特征在于所述管壳包括大阳法兰(1)、瓷环(2)、小阳法兰(3)、模架群(5)、阴极插片(4)和门极引线管，
所述大阳法兰(1)、瓷环(2)和小阳法兰(3)上下叠合同心封接，模架群(5)封接于小阳法兰(3)的中心孔内，
所述模架群(5)包含有若干个二极管芯片模架(5-1)和多个IGBT芯片模架(5-2)，
所述阴极插片(4)插置于小阳法兰(3)的外壁面上，
所述门极引线管穿接于瓷环(2)的壳壁上，门极引线管包括门极导电芯(9)、门极外套(6)、门极密封罩(8)、门极外插片(7)和门极内插片(10)，门极导电芯(9)穿接于瓷环(2)的壳壁上，门极导电芯(9)外端露出瓷环(2)外，门极导电芯(9)内端置于瓷环(2)内，门极外套(6)套置于门极导电芯(9)上，门极密封罩(8)封装于门极导电芯(9)和门极外套(6)的外端，门极外插片(7)套接于门极密封罩(8)上，门极内插片(10)向上套接于门极导电芯(9)内端。
2、根据权利要求1所述的一种新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳，其特征在于所述瓷环(2)采用95％氧化铝陶瓷环。
3、根据权利要求1或2所述的一种新型全压接式的大功率IGBT多模架陶瓷管壳，其特征在于在所述大阳法兰(1)顶部再加盖一个电极盘。
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