CN103400831A - 一种全压接igbt模块及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力半导体器件技术领域的功率器件及其装配方法,具体涉及一种全压接IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块及其装配方法。该IGBT模块包括至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件和PCB板,所述至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件均被压接在PCB板上对应的孔位内,所述PCB板通过PCB板定位块定位,设置于上、下端盖之间;IGBT封装结构为至少一层IGBT组件和二极管组件组合的叠层结构。本发明不用加工凸出电极群,降低加工量,提升加工效率,降低新产品设计成本,同时可降低模块尺寸及重量;整体结构更加简单紧凑、制作和装配更加简便、连接的可靠性更好、散热性能更好。
Description
技术领域
本发明涉及电力半导体器件技术领域的功率器件及其装配方法,具体涉及一种全压接IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块及其装配方法。
背景技术
绝缘栅双极晶体管(IGBT)具有通态压降低、电流容量大、输入阻抗高、响应速度快和控制简单的特点,被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。压接式IGBT可以双面散热,具有优良的散热效果和高可靠性,并且在器件损坏时表现出短路失效模式,因此其被广泛应用在智能电网等领域。
现有技术中,有从业者提出一种压接式IGBT模块(参考图1,未画出弹簧引针和PCB板),即:在模块内部加工有多个凸起的电极,利用定位装置将钼片和芯片等依次装配,然后将其与凸起的电极压接。其中,IGBT芯片的栅极通过弹簧引针引出到PCB上进行互连。采用这种结构后,需要加工矩形电极群,同时内部空间没有得到有效利用,另外IGBT芯片的栅极需通过弹簧引针引出到PCB上,PCB也需要固定,这样使得模块的结构更加复杂,加工制造难度很大,而且在存在震动的环境中弹簧引针连接存在一定风险,有可能导致接触不良,甚至瞬间脱开,这些都有可能造成严重的后果。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种整体结构更加简单紧凑、制作和装配更加简便、连接的可靠性更好、散热性能更好的压接式IGBT模块,另一目的是提供一种全功率IGBT模块的装配方法。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
本发明一种全压接IGBT模块,其改进之处在于,所述IGBT模块包括至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件和PCB板,所述至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件均被压接在PCB板上,所述PCB板根据PCB板定位块设置于器件的上、下端盖之间。
其中,所述全压接IGBT模块为至少一层组合的叠层结构;各层之间通过金属板串联。
其中,每个IGBT组件包括自上而下排列的上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片;所述IGBT组件安装在PCB板凸出极的孔位内。
其中,所述IGBT芯片包括发射极、集电极和栅极;所述发射极、集电极和栅极均通过硬压接方式引出,所述IGBT芯片的集电极通过与其直接接触的上钼片引出,发射极通过与其直接接触的下钼片引出;所述栅极通过PCB板引出。
其中,所述栅极或通过键和引线的方式连接至PCB板。
其中,每个二极管芯片组件包括自上而下排列的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片;所述二极管芯片组件安装在PCB板无凸出极的孔位内。
其中,所述二极管芯片包括正极和负极,所述正极和负极均通过硬压接(硬压接与背景技术里提到的弹簧引针相对应,在震动或有冲击情况下,弹性元件可能与芯片脱离开,形成断路,本发明的硬压接方式没有弹性原件,直接接触,避免震动造成的断路)的方式引出。
其中,所述PCB板包括至少两个孔位且PCB板内部埋有走线,PCB板凸出极下端面设有导电触头;所述导电触头其与PCB板内部走线相连;PCB板的内部走线汇集到PCB板埋线引出端处,并通过外壳上的孔位引到IGBT封装结构外部;
所述PCB板的材料采用绝缘材料,包括有环氧树脂、聚酰亚胺。
其中,所述PCB板通过PCB板定位块定位在下端盖上,所述PCB板定位块的高度小于PCB板。
本发明基于另一目的提供的一种如权利要求1所述的全压接IGBT模块的装配方法,其改进之处在于,所述方法包括下述步骤:
①将IGBT组件上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片顺序压入有PCB板凸出极孔位内,再将二极管芯片组件的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片顺序压入无PCB板凸出极孔位内;
②将PCB板根据PCB板定位块放置于全压接功率器件的下端盖上;
③从PCB板上引出IGBT芯片的栅极线;
④盖上上端盖,进行功率器件的封装压接。
与现有技术比,本发明达到的有益效果是:
1.本发明不用加工凸出电极群,降低加工量,提升加工效率,同时可降低模块尺寸及重量;
2.便于IGBT和二极管自由排布,只需要更改PCB板形状即可(传统型的IGBT和二极管对应电极形状不同),其他各组件可通用,降低新产品设计成本;
3.装配过程简单;
4.真正的全压接,免去弹性组件,提高接触可靠性,进而增强模块长期及恶劣环境下使用的可靠性。
5.整体结构更加简单紧凑、制作和装配更加简便、连接的可靠性更好、散热性能更好。
附图说明
图1是现有技术的压接式IGBT模块,其中:1-上钼片2-芯片3-固定装置4-下钼片5-凸出电极;
图2是本发明提供的全压接IGBT模块的爆炸轴侧图;
图3是本发明提供的全压接IGBT模块的爆炸侧视图;其中:1-PCB板;1.1-PCB板凸出极;1.2-PCB板埋线引出端;2-下端盖;3-PCB板定位块;4-上钼片;5-IGBT芯片;5.1-IGBT芯片栅极;6-下钼片;7-银片;8-外壳;9-上端盖;
图4是本发明提供的PCB板凸出极下端面导电触头示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
全压接式IGBT模块是多层材料组合的叠层结构,其爆炸轴侧图和爆炸侧视图如图2和图3所示。全压接式IGBT模块包含有多个IGBT组件和多个二极管芯片组件,IGBT组件安装在有PCB板凸出极的孔位内,二极管芯片组件安装在无PCB板凸出极的孔位内,PCB板根据PCB板定位块3设置于全压接式功率器件的上端盖2和下端盖9之间。PCB板定位块的高度小于PCB板。全压接IGBT模块为多层组合的叠层结构;各层之间通过金属板连接。一个PCB板与被压入其孔位内的IGBT组件和二极管组件可以定义为一层结构,一个IGBT器件内部可以有多层这种结构,各层之间通过金属板连接,整体被压接。此时实现了多层结构的串联,可承受更高的电压。
多个IGBT组件和多个二极管芯片组件或均被装入衬套内后,然后将衬套装入PCB板上的相应孔位内。PCB板的材料采用绝缘材料,包括有环氧树脂、聚酰亚胺等。
每个IGBT组件包括自上而下排列的上钼片4、IGBT芯片5、下钼片6和银片7。IGBT芯片包括发射极、集电极和栅极;所述发射极、集电极和栅极均通过硬压接方式引出,所述IGBT芯片的集电极通过与其直接接触的上钼片引出,发射极通过与其直接接触的下钼片引出;栅极通过PCB板引出。栅极或通过键和引线方式(焊接方式)连接至PCB板。
每个二极管芯片组件包括自上而下排列的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片。二极管芯片包括正极和负极,所述正极和负极均通过硬压接的方式引出。硬压接与背景技术里提到的弹簧引针相对应,在震动或有冲击情况下,弹性元件可能与芯片脱离开,形成断路,本发明的硬压接方式没有弹性原件,直接接触,避免震动造成的断路。
图2和图3中只画出了一个IGBT芯片组件,二极管芯片组件叠层顺序与IGBT芯片组件相同。另外还有对IGBT组件及二极管组件起固定和连接作用的PCB板1,其上有多个孔位,有PCB板凸出极1.1的孔位内安装IGBT组件,无凸出极孔位内安装二极管组件。其中PCB板1内部埋有走线,PCB板凸出极1.1下端面有导电触头,其示意图如图4所示,其与PCB板1内部走线相连,便于IGBT上的栅极引出。另外PCB板1内部的走线最后汇集到PCB板埋线引出端1.2处,并通过外壳8上的孔位引到功率器件外部,便于连接。
实施例1
本发明还提供了一种全压接功率器件的装配方法,作为优选实例,PCB板内部埋有走线,引出IGBT芯片的栅极,PCB板同时作为芯片、钼片、和银片的定位装置,然后按照图2和图3所示装配关系进行装配,具体装配步骤如下:
①将IGBT组件上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片顺序压入PCB板凸出极的孔位内,同时将二极管芯片组件的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片顺序压入无PCB板凸出极的孔位内;
②将PCB板根据PCB板定位块放置于全压接功率器件的下端盖上;
③从PCB板上引出IGBT芯片的栅极线;
④盖上上端盖,进行功率器件的封装压接。
实施例2
作为另外一个实例,可以在芯片组件与PCB板之间增加一个衬套(衬套采用耐高温、高电压的绝缘材料),以便于更容易满足定位精度和装配关系,则其装配步骤如下:
<1>将IGBT组件上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片顺序装入衬套内;同时将二极管芯片组件的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片顺序装入衬套内;
<2>将装有IGBT组件的衬套装入PCB板凸出极孔位内,将装有二极管组件的衬套压入无PCB板凸出极孔位内;
<3>将经过步骤<2>的PCB板根据PCB板定位块放置于全压接功率器件的下端盖上;
<4>从PCB板上引出IGBT芯片的栅极线;
<5>盖上上端盖,进行功率器件的封装压接。
需要指出的是,为便于压接,PCB板定位块3的高度须比PCB板1的高度小,具体高度差根据具体设计而定。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种全压接IGBT模块,其特征在于,所述IGBT模块包括至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件和PCB板,所述至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件均被压接在PCB板上,所述PCB板根据PCB板定位块设置于器件的上、下端盖之间。
2.如权利要求1所述的全压接IGBT模块,其特征在于,所述全压接IGBT模块为至少一层组合的叠层结构;各层之间通过金属板串联。
3.如权利要求1所述的全压接IGBT模块,其特征在于,每个IGBT组件包括自上而下排列的上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片;所述IGBT组件安装在有PCB板凸出极的孔位内。
4.如权利要求3所述的全压接IGBT模块,其特征在于,所述IGBT芯片包括发射极、集电极和栅极;所述发射极、集电极和栅极均通过硬压接方式引出,所述IGBT芯片的集电极通过与其直接接触的上钼片引出,发射极通过与其直接接触的下钼片引出;所述栅极通过PCB板引出。
5.如权利要求4所述的全压接IGBT模块,其特征在于,所述栅极或通过键和引线的方式连接至PCB板。
6.如权利要求1所述的全压接IGBT模块,其特征在于,每个二极管芯片组件包括自上而下排列的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片;所述二极管芯片组件安装在无PCB板凸出极的孔位内。
7.如权利要求6所述的全压接IGBT模块,其特征在于,所述二极管芯片包括正极和负极,所述正极和负极均通过硬压接的方式引出。
8.如权利要求1所述的全压接IGBT模块,其特征在于,所述PCB板包括至少两个孔位且PCB板内部埋有走线,PCB板凸出极下端面设有导电触头;所述导电触头其与PCB板内部走线相连;PCB板的内部走线汇集到PCB板埋线引出端处,并通过外壳上的孔位引到IGBT封装结构外部;
所述PCB板的材料采用绝缘材料,包括有环氧树脂、聚酰亚胺。
9.如权利要求1所述的全压接IGBT模块,其特征在于,所述PCB板通过PCB板定位块定位在下端盖上,所述PCB板定位块的高度小于PCB板。
10.一种如权利要求1所述的全压接IGBT模块的装配方法,其特征在于,所述方法包括下述步骤:
①将IGBT组件上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片顺序压入PCB板凸出极孔位内,再将二极管芯片组件的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片顺序压入无PCB板凸出极孔位内;
②将PCB板根据PCB板定位块放置于全压接功率器件的下端盖上;
③从PCB板上引出IGBT芯片的栅极线;
④盖上上端盖,进行功率器件的封装压接。
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