CN102013422A - 绝缘栅双极型功率管模块 - Google Patents

绝缘栅双极型功率管模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种IGBT模块，包括：底板；设置在所述底板上的多个IGBT芯片和至少一个反向二极管；设置在所述底板上的第一导电连接板和第二导电连接板，所述第一和第二导电连接板分别对应与每个IGBT芯片和所述反向二极管的正、负极电连接，以并联所述多个IGBT芯片和所述反向二极管，其中所述第一导电连接板两端之间和第二导电连接板两端之间预定位置分别设置有电极引出部以引出所述IGBT模块的安装电极。本发明可以使得IGBT模块提供高可靠性的较大功率。

Description

绝缘栅双极型功率管模块
技术领域
本发明涉及绝缘栅双极型功率管(IGBT)，尤其涉及一种大功率的IGBT模块。
背景技术
随着绝缘栅双极型功率管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)模块的应用范围越来越广，对IGBT应用的功率要求也越来越高，同时为了有利用模块的安装使用，对IGBT模块封装的尺寸要求也越来越高，因此设计一种大功率超紧凑结构的IGBT模块十分必要。
目前IGBT单芯片的最高电流等级为150A，要得到大功率的IGBT模块，必须使用多个IGBT芯片并联的方法。现有设计的大功率IGBT模块需要在敷铜陶瓷基板(DBC)上引线来并联IGBT芯片，因此沿电流传输方向，会由于DBC横向分布电阻压降及各芯片本身饱和压降不一致而带来芯片不均流，从而导致模块可靠性降低的问题，因此现有简单的多芯片并联方案并不能达到增大IGBT模块功率的目的。
由于上述一些技术难题的存在，目前市场上存在的大功率模块的电流等级不会超过1000A。因此，如何设计得到一种高可靠性的大功率IGBT模块是当前亟待解决的一项技术难题。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种可提供高可靠性大功率的IGBT模块。
根据本发明的一个方面，本发明实施例的IGBT模块包括：底板；设置在所述底板上的多个IGBT芯片和至少一个反向二极管；设置在所述底板上的第一导电连接板和第二导电连接板，所述第一和第二导电连接板分别对应与每个IGBT芯片和所述反向二极管的正、负极电连接，以并联所述多个IGBT芯片和所述反向二极管，其中所述第一导电连接板两端之间和第二导电连接板两端之间预定位置分别设置有电极引出部以引出所述IGBT模块的安装电极。
根据本发明的另一个方面，本发明实施例的IGBT模块包括：所述IGBT模块包括多个IGBT子模块，每个IGBT子模块包括：底板；设置在所述底板上的多个IGBT芯片和至少一个反向二极管；设置在所述底板上的第一导电连接板和第二导电连接板，所述第一和第二导电连接板分别对应与每个IGBT芯片和反向二极管的正、负极电连接，以并联所述多个IGBT芯片和所述反向二极管，其中所述第一导电连接板两端之间和第二导电连接板两端之间预定位置分别设置有正、负电极引出部；每个IGBT子模块的正电极引出部互相并联以引出所述IGBT模块的正安装电极，每个IGBT子模块的负电极引出部互相并联以引出所述IGBT模块的负安装电极。
本发明通过利用具有中间引出电极结构的导电连接板对多个IGBT芯片进行并联，使得电流流过时串联到各IGBT芯片的电阻减小，有效减少横向电阻对均流的影响。从而在IGBT模块整体的可靠性不降低的前提下，增大IGBT模块功率，使得IGBT模块的额定电流可以达到远大于市场上存在的同类模块。
另外，本发明还可以通过将多个具有较大功率的IGBT模块进一步进行并联，从而得到更大功率的、高可靠性的IGBT模块。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的IGBT模块整体结构俯视图；
图2为本发明实施例的IGBT模块整体结构立体图；
图3为本发明实施例的导电连接板结构示意图；
图4为本发明另一个实施例的IGBT模块整体结构立体图；
图5为本发明又一个实施例的IGBT模块整体结构立体图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
现在参考图1和图2，该图显示了本发明IGBT模块的一个具体实施例。从图1和图2所示的结构可以看出，绝缘栅双极型功率管(IGBT)模块100包括有底板10，设置在底板10上的多个IGBT芯片12和反向二极管14，并且在底部10的两侧分别设置有导电连接板3和导电连接板4。导电连接板3和4例如通过图中所标示的粗铝线1、2分别对应与每个IGBT芯片12和反向二极管14的正、负极电气连接，从而将多个IGBT芯片12和反向二极管进行并联。
并且，导电连接板3两端之间和导电连接板4两端之间预定位置分别设置有电极引出部5和6，从而引出IGBT模块100的安装电极。通过安装电极可以将IGBT模块100连接到外部电路上。例如在图示实施例中，电极引出部5、6上设置有安装孔7和8，通过安装孔对应的连接结构将IGBT模块100的正、负极与外部电路连接起来。
如图3的实施例所示，其中图3给出了导电连接板4的具体结构，电极引出部6可以是冲压导电连接板4上预定位置的得到的弯折结构。电极引出部6位于导电连接板4两端之间靠近大约中间的位置，最佳的是位于其中间。
另外，如图3所示，电极引出部6的弯折结构为部分冲压导电连接板4得到的不完全弯折结构，即导电连接板4上对应电极引出部6的位置仍留有部分区域a用于粗铝线1的引线位置，剩余区域则为电极引出安装位置。
通过图3所示的不完全折弯方式，既引出了安装电极，又留出了足够的位置用于通过绑定粗铝线与对应的IGBT芯片之间实现电气连接。因此，对应电极引出部6的位置不需要通过另外的焊接来引出电极，这样可以使模块的结构相当紧凑，有效的减小模块的封装尺寸。
因此，采用折弯方式引出电极，节省了IGBT模块的空间位置，使模块更加紧凑；同时该不完全折弯方式也解决了简单的完全折弯电极方式影响电气连接的问题。
另一个导电连接板3可具有与导电连接板4类似的结构，其电极引出部5可以位于大概中间的位置。当然，为了适应不同的安装需求，电极引出部5和6可以在对应的导电连接板横向任何位置采用上述方式引出。
图示实施例中给出了8个IGBT芯片12和一个反向二极管14并联，该模块的单个额定电流可以达到1600A。这种在多个IGBT芯片一侧并联一个反向二极管得到的IGBT模块尤其适用于向汽车电池提供大功率。
在一个实施例中，用来并联多个IGBT芯片的导电连接板3和4可以是具有较大横过流面积的汇流排，从而具有较小的横向电阻。当进一步结合导电连接板的中间引出电极结构时，电流流过时串联到各IGBT芯片的电阻小，可以更有效减少横向电阻对均流的影响。从而使IGBT模块的额定电流可以达到远大于市场上存在的同类模块，同时模块整体的可靠性不会降低。
此外，可以选用饱和压降一致的IGBT芯片进行多个并联。导电连接板3和4可以是铜或其他具有较强导电性的合适金属，以进一步减小由导电连接板自身产生电阻对IGBT模块的性能影响。
这就解决了目前设计大电流模块需要多个DBC并联时DBC横向电阻较大对均流的影响而带来的可靠性问题。
当然本发明不局限于该具体实施例限定的IGBT芯片数量，根据应用功率的需求，本领域普通技术人员显然可知所采用的IGBT芯片数量。另外，本发明也不局限于在多个IGBT芯片12的一侧并联一个反向二极管。在一个实施例中，IGBT模块100所包括的反向二极管的数量可以与其包括的多个IGBT芯片的数量相同，并分别与每个IGBT芯片对应并联。这样得到的IGBT模块可以广泛应用于各种领域。
此外，本发明还可以将多个具有上述结构的IGBT模块进一步并联，从而可以得到更大功率的IGBT模块。下面结合图4的例子，对本发明另一个实施例的IGBT模块详细说明如下。
如图4所示，多个IGBT模块100、200和300并排相邻设置，每个IGBT模块上分别设置有正、负电极引出部。例如，假设每个IGBT模块100、200和300的正电极引出部分别与图示的螺钉120、220和320的位置对应，负电极引出部分别与图示的螺钉130、230和330的位置对应。这样，分别利用螺钉120、220和320将导电板20安装到各个IGBT模块的正电极引出部的安装孔(图4中未示出)上，这些安装孔的结构例如图2和图3所示IGBT模块100上的安装孔7、8所示，从而将各个IGBT模块的正电极并联起来。
同样地，利用螺钉130、230和330和导电板30，可以将各个IGBT模块的负电极并联起来。
另外，通过分别在导电板20、30的一侧设置安装电极连接孔22和32，从而引出整个并联IGBT模块的正、负安装电极，并通过安装电极将更大功率的IGBT模块连接到对应的外部电路。
如图4所示，每个IGBT模块100、200和300的正、负电极引出部位于其对应导电连接板的大概中间位置。在一个实施例中，正电极引出部与负电极引出部的位置可以互相错开。这样，利用两个简单结构的导电板20和30就能够方便地将多个IGBT并联起来。
图5给出了本发明又一个实施例的IGBT模块的结构立体图，在该实施例中，并联多个IGBT子模块100、200和300正、负电极的导电板20、30与图4实施例具有不同的结构。
如图5所示，在该实施例中导电板20和30上用于引出正、负安装电极的一侧为弯折结构，安装电极连接孔22、32可以设置在该弯折结构上。相比图4实施例所示的平直导电板，弯折结构的导电板可以使得整个IGBT模块具有更紧凑的封装结构。
并且，从图5可以明显看出导电板20上各个螺钉对应的安装孔120’、220’、320’与正电极引出部上安装孔的位置关系，以及导电板30上安装孔130’、230’和330’与负电极引出部上安装孔的位置对应关系。
并且，在多个IGBT模块并联时，当每个IGBT模块上的电极引出部采用图3所示的不完全折弯方式时，不仅可以有效的减小模块的封装尺寸，还能够有效的减少外部连接线路，减少外部干扰，提高可靠性。
需要指出的是，本发明的并联IGBT模块不局限于图示实施例的数量。本领域普通技术人员显然可知，根据具体的应用要求，选择合适数量的IGBT模块进行并联得到所需的功率。
多个IGBT模块并联时可以更高的电流等级，可应用于如电力变换，汽车驱动等功率较大的场合。
电路连接板可以埋入到一种耐高温的朔料外壳之中，并从中折弯引出安装电极，这种结构分布不仅电阻变化小，还利于多芯片并联大电流模块的生产，也非常有利于模块之间并联的大电流均流，是一种超紧凑的大功率IGBT模块。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (13)

1.一种绝缘栅双极型功率管IGBT模块，其特征在于，所述IGBT模块包括：
底板；
设置在所述底板上的多个IGBT芯片和至少一个反向二极管；
设置在所述底板上的第一导电连接板和第二导电连接板，所述第一和第二导电连接板分别对应与每个IGBT芯片和所述反向二极管的正、负极电连接，以并联所述多个IGBT芯片和所述反向二极管，
其中所述第一导电连接板两端之间和第二导电连接板两端之间预定位置分别设置有电极引出部以引出所述IGBT模块的安装电极。
2.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于，所述电极引出部为冲压所述预定位置的第一/第二导电连接板得到的弯折结构。
3.如权利要求2所述的IGBT模块，其特征在于，所述弯折结构为部分冲压所述预定位置的第一/第二导电连接板得到的不完全弯折结构。
4.如权利要求1到3其中任一项所述的IGBT模块，其特征在于，所述预定位置大约位于所述第一/第二导电连接板的中间。
5.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于，所述反向二极管为一个，并与并联的所述多个IGBT芯片并联。
6.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于，所述反向二极管的数量与所述多个IGBT芯片的数量相同，并分别与每个所述IGBT芯片对应并联。
7.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于，所述第一和第二导电连接板由铜制成。
8.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于，所述多个IGBT芯片的饱和压降一致。
9.一种绝缘栅双极型功率管IGBT模块，其特征在于，所述IGBT模块包括多个IGBT子模块，每个IGBT子模块包括：
底板；
设置在所述底板上的多个IGBT芯片和至少一个反向二极管；
设置在所述底板上的第一导电连接板和第二导电连接板，所述第一和第二导电连接板分别对应与每个IGBT芯片和反向二极管的正、负极电连接，以并联所述多个IGBT芯片和所述反向二极管，
其中所述第一导电连接板两端之间和第二导电连接板两端之间预定位置分别设置有正、负电极引出部；
每个IGBT子模块的正电极引出部互相并联以引出所述IGBT模块的正安装电极，每个IGBT子模块的负电极引出部互相并联以引出所述IGBT模块的负安装电极。
10.如权利要求9所述的IGBT模块，其特征在于，所述正/负电极引出部为冲压所述预定位置的第一/第二导电连接板得到的弯折结构。
11.如权利要求10所述的IGBT模块，其特征在于，所述弯折结构为部分冲压所述预定位置的第一/第二导电连接板得到的不完全弯折结构。
12.如权利要求9到11其中任一项所述的IGBT模块，其特征在于，所述预定位置大约位于所述第一/第二导电连接板的中间。
13.如权利要求12所述的IGBT模块，其特征在于，所述正电极引出部对应的预定位置与所述负电极引出部对应的预定位置互相错开。
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