CN102510204B - Igbt半桥功率模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种IGBT半桥功率模块，包括外壳和安装在外壳底面的铜底板，主电路及具有槽形部分和引出部分的至少两个输入电极和至少一个输出电极通过覆金属陶瓷基板与铜底板连接，两个输入电极的槽形底面相对设置，外壳的顶板分别设有与各输入电极和输出电极对应的插槽，具有螺母座的插板对应安装在各插槽内，各输入电极的引出部分的竖边分别穿出自各对应插板与插槽之间电极槽，其顶部的水平连接板位于插板的顶面，输出电极的引出部分的竖边穿出所对应插板与插槽之间电极槽，其顶部的水平连接板位于插板的顶面。本发明能同时兼顾小电感和电极小应力，便于制作和安装，且加工成本不高。

Description

IGBT半桥功率模块

技术领域

本发明涉及一种IGBT半桥功率模块，属于功率模块制造技术领域。

背景技术

现有大功率半导体硅IGBT半桥功率模块由于经常在高压大电流的情况下工作，功率模块常处于高温高频开关过程，因此缩小功率模块内部封装电感以及功率模块各结构件之间的应力一直是功率模块封转技术的主要发展方向。

目前大功率半导体硅IGBT半桥功率模块结构多样，各有利弊。常见的功率模块结构有如下两种：一种为了减小内部封装电感，对电极的形状进行了优化设计，其两个电极距离很近，正对面积较大，形成了一个较大的电容，可以有效的抵消内部回路电感，但由于半导体芯片和分离元件构成的主电路及电极均焊接在覆金属陶瓷基板上，而覆金属陶瓷基板的底部再焊接在铜底板上，经灌胶将半导体芯片、各分离元件和覆金属陶瓷基板密封固定外壳内，最后用盖板安装外壳上进行密封，最后将各电极折弯后设置在电极座内。由于各电极是在功率模块封装后再进行折弯加工，而折弯加工过程会在各电极与覆金属陶瓷基板之间的造成一定的应力，同时在半导体功率模块在长期工作运行过程中，各电极还会受到机械振动、机械应力以及热应力等因素的影响，因此各种应力都会使各电极产生晃动并传至各电极的焊接处，而降低各电极的焊接点的牢固性，同时也会因电极的晃动而产生功率损失，而降低工作可靠性。另一种结构的功率模块是将各电极和外壳制成一体结构，电极通过铝丝与覆金属陶瓷基板连接，可通过铝丝的缓冲作用以减小电极折弯对覆金属陶瓷基板造成应力，该种结构的功率模块的加工难度增加，成本相应的也会增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种能同时兼顾小电感和电极小应力，便于制作和安装，且加工成本不高的IGBT半桥功率模块。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种IGBT半桥功率模块，包括外壳和安装在外壳底面的铜底板，主电路及具有槽形部分和引出部分的至少两个输入电极和至少一个输出电极通过覆金属陶瓷基板与铜底板连接，外壳具有四周墙板和位于墙板外侧的至少两个安装座，其特征在于：所述两个输入电极的槽形部分的槽形底面相对设置，且外壳上至少两个内隔板分别设置在两输入电极的槽形底面之间和输出电极的槽形部分的槽形底面一侧，所述外壳的顶板分别设有与各输入电极和输出电极对应的插槽，各插槽的两侧壁上分别设有卡槽、底部具有限位槽，具有螺母座的插板对应安装在各插槽内，插板两侧的卡脚设置在插槽两侧壁的卡槽内、底部的插边设置在插槽的限位槽内，各输入电极的引出部分的竖边分别穿出自各对应插板与插槽之间电极槽，其顶部的水平连接板位于插板的顶面，输出电极的引出部分的竖边穿出所对应插板与插槽之间电极槽，其顶部的水平连接板位于插板的顶面。

本发明IGBT半桥功率模块在外壳的顶板上设有与输入电极和输出电极对应的插槽，因此可将各输入电极和输出电极的引出部分的水平连接板先打弯成形，使输入电极和输出电极加工成所需形状，再将各电极焊接在覆金属陶瓷基板上与主电路连接，使各输入电极和输出电极上的水平连接板能先伸出外壳上的各插槽，当插板安装在外壳的插槽上后，使输入电极和输出电极的水平连接板能直接设置在插板的顶面，在功率模块封装后无需对各电极进行折弯，解决了功率模块在安装过程中各电极与覆金属陶瓷基板之间的应力问题，本发明的两个输入电极的槽形部分的槽形底面相对设置并由外壳的内隔板隔离，故能在能降低功率模块电感的同时，能减少功率模块在工作中因其它应力影响各电极与覆金属陶瓷基板连接可靠性，故能同时兼顾小电感和各电极连接处的小应力，而进一步提高功率模块的工作可靠性。本发明将外壳的顶板设计成能使各输入电极和输出电极穿出的插槽结构，将各插板插装在各自的插槽上，通过插板两侧的卡脚安装插槽的卡槽内、同时插板上的插边插装在插槽底部的限位槽内，不仅便于制作，安装方便，而且具有较好的工艺性，加工成本不高。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

图1是本发明IGBT半桥功率模块的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视结构示意图。

图3是本发明外壳的结构示意图。

图4是本发明外壳的正视结构示意图，

图5是图3的B向结构示意图。

图6是本发明插板的结构示意图。

图7是图6的C向结构示意图。

图8是本发明各电极连接在覆金属陶瓷基板和铜底板上的结构示意图。

其中：1-外壳，1-1-墙板，1-2-插槽，1-3-加强筋，1-4-安装座，1-5-限位槽，1-6-卡槽，1-7-电极槽，1-8-内隔板，2-插板，2-1-加强筋，2-2-卡脚，2-3-螺母座，2-4-盲孔座，2-5-插边，3-输入电极，3-1-槽形部分，3-2-竖边，3-3-水平连接板，4-输出电极，4-1-槽形部分，4-2-竖边，4-3-水平连接板，5-覆金属陶瓷基板，6-螺母，7-螺栓，8-铜底板。

具体实施方式

见图1～8所示，本发明的IGBT半桥功率模块，包括外壳1和安装在外壳1底面的铜底板8，主电路及具有槽形部分和引出部分的至少两个输入电极3和至少一个输出电极4通过覆金属陶瓷基板5与铜底板8连接，外壳1具有四周墙板1-1和位于墙板1-1外侧的至少两个安装座1-4。见图1、2所示，本发明的各电极为至少两个输入电极3和一个输出电极4，也可采用四个输入电极和两个输出电极，而主电路由连接在覆金属陶瓷基板5上半导体芯片、电容、电阻、二极管等器件构成半桥电路，能实现过压、欠压、过流、过热等保护功能，半导体芯片、电容、电阻、二极管以及输入电极3和输出电极4均焊接在覆金属陶瓷基板5上以实现电路连接，覆金属陶瓷基板5固定在铜底板8上。见图1、2以及图8所示，本发明的两个输入电极3的槽形部分3-1的槽形底面相对设置，因此能将两输入电极3之间的距离控制在最小，同时增大了两输入电极3的正对面积增大，达到减小主回路电感的目的，外壳1上的至少两个内隔板1-8分别设置在两输入电极3的槽形部分3-1的槽形底面之间和输出电极4的槽形部分4-1的槽形底面一侧，通过内隔板1-8对两输入电极3之间起到良好的绝缘作用，硅凝胶将覆金属陶瓷基板5固定在外壳1内，而外壳1上的安装座1-4可将铜底板8固定在散热器上，通过散热器将功率模块工作时所生产的热量散出。

本发明外壳1的顶板分别设有与各输入电极3和输出电极4对应的插槽1-2，见图1～8所示，当具有两个输入电极3和一个输出电极4时，可设三个插槽1-2，外壳1顶板上的插槽1-2可根据输入电极3和输出电极4的数量设置，本发明各插槽1-2的两侧壁上设有卡槽1-6、底部具有限位槽1-5，见图2～6所示，本发明具有螺母座2-3的插板2对应安装在各插槽1-2内，插板2两侧的卡脚2-2设置在插槽1-2两侧壁的卡槽1-6内、底部的插边2-5设置在插槽1-2的限位槽1-5内，方便将插板2安装在外壳1的插槽1-2上。见图5～7所示，本发明插板2两侧的卡脚2-2可采用三角形，使装后的插板2不易拆除，各插板2的螺母座2-3内嵌接有螺母6，螺栓7则分别穿过各输入电极3的水平连接板3-3及外部的输入铜排旋接在各自的螺母6上，使两输入电极3的输入端与直流电连接，螺栓7穿过输出电极4的水平连接板4-3和外部的输出铜排安装在螺母6上，实现输出电极4与外部设备连接，实现功率模块的输入和输出。见图1～4、8所示，本发明的两输入电极3包括设置在外壳1内的槽形部分3-1以及引出部分的竖边3-2和顶部水平连接板3-3，输出电极4也包括设置在外壳1内的槽形部分4-1以及引出部分的竖边4-2和顶部水平连接板4-3，因此可先对输入电极3以及输出电极4在焊接前进行折弯，而解决因此焊后折弯造成的应力而影响电极连接的牢固性问题。见图1、2、8所示，本发明各输入电极3的引出部分的竖边3-2分别穿出自各对应插板2与插槽之间电极槽1-7，其顶部的水平连接板位于插板2的顶面，同样，输出电极4的引出部分的竖边4-2穿出所对应插板2与插槽之间电极槽1-7，其顶部的水平连接板4-3位于插板2的顶面。见图4所示，本发明在插槽1-2的一侧设有电极槽1-7，也可通过设置在插槽一侧的凹槽和插板2一侧的凹槽组成电极槽1-7，对各电极的引出部分的竖边进行限位。见图3、5所示，本发明外壳1的墙板1-1内壁至少设有两个加强筋1-3，各加强筋1-3分别与插板2的底面相接，使插板2可靠与连接在外壳1顶面。见图6、7所示，本发明为使插板2具有较好的机构强度，插板2内设有加强筋2-1，且位于螺母座2-3的下部设有盲孔座2-4，不仅方便将螺栓7安装在螺母6上，而且对螺栓7和螺母6具有较好的绝缘性能。

Claims (4)

1.一种IGBT半桥功率模块，包括外壳(1)和安装在外壳(1)底面的铜底板(8)，主电路及具有槽形部分和引出部分的至少两个输入电极(3)和至少一个输出电极(4)通过覆金属陶瓷基板(5)与铜底板(8)连接，外壳(1)具有四周墙板(1-1)和位于墙板(1-1)外侧的至少两个安装座(1-4)，其特征在于：所述两个输入电极(3)的槽形部分(3-1)的槽形底面相对设置，且外壳(1)上至少两个内隔板(1-8)分别设置在两输入电极(3)的槽形底面之间和输出电极(4)的槽形部分(4-1)的槽形底面一侧，所述外壳(1)的顶板分别设有与各输入电极(3)和输出电极(4)对应的插槽(1-2)，各插槽(1-2)的两侧壁上分别设有卡槽(1-6)、底部具有限位槽(1-5)，具有螺母座(2-3)的插板(2)对应安装在各插槽(1-2)内，插板(2)两侧的卡脚(2-2)设置在插槽(1-2)两侧壁的卡槽(1-6)内、底部的插边(2-5)设置在插槽(1-2)的限位槽(1-5)内，各输入电极(3)的引出部分的竖边(3-2)分别穿出自各对应插板(2)与插槽(1-2)之间电极槽(1-7)，其顶部的水平连接板(3-3)位于插板(2)的顶面，输出电极(4)的引出部分的竖边(4-2)穿出所对应插板(2)与插槽(1-2)之间电极槽(1-7)，其顶部的水平连接板(4-3)位于插板(2)的顶面。

2.根据权利要求1所述的IGBT半桥功率模块，其特征在于：所述外壳(1)的墙板(1-1)内壁至少设有两个加强筋(1-3)，各加强筋(1-3)分别与插板(2)的底面相接。

3.根据权利要求1所述的IGBT半桥功率模块，其特征在于：所述插板(2)内设有加强筋(2-1)，且位于螺母座(2-3)的底部具有盲孔座(2-4)。

4.根据权利要求1所述的IGBT半桥功率模块，其特征在于：所述的各插板(2)的螺母座(2-3)内嵌接有螺母(6)，各螺栓(7)分别穿各输入电极(3)的水平连接板(3-3)和输出电极(4)的水平连接板(4-3)并旋接在各自的螺母(6)上。

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