CN103915350A

CN103915350A - Igbt模块的安装方法

Info

Publication number: CN103915350A
Application number: CN201210591199.0A
Authority: CN
Inventors: 李君伟
Original assignee: Xian Yongdian Electric Co Ltd
Current assignee: CRRC Xian Yongdian Electric Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-09

Abstract

本发明公开了一种IGBT模块的安装方法，包括：s1.清理IGBT模块和散热片的接触面；s2.选择一预定的安装位置；s3.在所述IGBT模块和散热片之间涂敷导热脂；s4.安装紧固件，所有的用于将IGBT模块固定的紧固件需用一致的力矩进行紧固，紧固件的紧固按照对角线次序进行。本发明通过合理的安装方式，解决了大功率IGBT模块在安装过程中造成的损伤，可以更好的提高模块的可靠性以及提高整个应用系统的可靠性。

Description

IGBT模块的安装方法

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种IGBT模块的安装方法。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用，在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。

目前，IGBT已广泛应用于国民经济的各行业中，但是在实际IGBT模块安装过程中可能会对模块造成损坏。不正确的安装方式可能直接导致IGBT模块内部子单元损坏，以及造成模块绝缘失效。为了解决上述问题我们制定了规范科学的IGBT模块安装技术，来确保模块的正确使用。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的IGBT模块的安装方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种IGBT模块的安装方法，解决了大功率IGBT模块在安装过程中造成的损伤，可以更好的提高模块的可靠性。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种IGBT模块的安装方法，包括：

s1、清理IGBT模块和散热片的接触面；

s2、选择一预定的安装位置；

s3、在所述IGBT模块和散热片之间涂敷导热脂；

s4、安装紧固件，所有的用于将IGBT模块固定的紧固件需用一致的力矩进行紧固，紧固件的紧固按照对角线次序进行。

作为本发明的进一步改进，所述散热片的接触面的粗糙度不超过10um。

作为本发明的进一步改进，所述散热片的接触面的平整度不超过30μm。

作为本发明的进一步改进，所述散热片上安装一个IGBT模块，该IGBT模块的安装位置位于所述散热片的正中心。

作为本发明的进一步改进，所述导热脂涂敷于所述IGBT模块和散热片的接触面，所述导热脂的厚度控制在50um到110um之间。

作为本发明的进一步改进，所述导热脂的厚度控制在90um到110um之间。

作为本发明的进一步改进，所述导热脂的涂敷量满足：导热脂能够从IGBT模块的接触面四周溢出。

作为本发明的进一步改进，所述紧固件的安装分三步进行，时间间隔为15~30分钟。

作为本发明的进一步改进，所述散热片上安装多个IGBT模块，所述预定位置为按照所述IGBT模块的散热需求设计，该散热需求应满足模块间的热量分布一致。

与现有技术相比，本发明通过合理的安装方式，解决了大功率IGBT模块在安装过程中造成的损伤，可以更好的提高模块的可靠性以及提高整个应用系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式中IGBT模块安装的流程方框图；

图2为本发明具体实施方式中螺栓的紧固次序（140mm*70mm模块）；

图3为本发明具体实施方式中螺栓的紧固次序（140mm*130mm模块）；

图4为本发明具体实施方式中螺栓的紧固次序（140mm*190mm模块）。

具体实施方式

经验表明，功率半导体模块的早期失效主要与不正确的安装有关，同时不正确的安装会导致不必要的过高的结温，这样会大大减少模块的工作寿命。所以模块的正确安装至关重要。

有鉴于此，本发明实施例公开了一种IGBT模块的安装方法，包括：

s1、清理IGBT模块和散热片的接触面；

s2、选择一预定的安装位置；

s3、在所述IGBT模块和散热片之间涂敷导热脂；

上述解决了大功率IGBT模块在安装过程中造成的损伤，可以更好的提高模块的可靠性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明实施例中IGBT模块的安装过程按照以下顺序进行：

s1、IGBT模块栅极和发射极的静电保护；

s2、清理接触面；

s3、选择合适的安装位置;

s4、涂敷导热脂;

s5、安装紧固件。

IGBT模块栅极和发射极的静电保护

由于IGBT模块对静电很敏感，在运输和存储过程中要对模块进行静电保护，为了防止静电损伤，在门极和辅助发射极之间用铜线或者金属片短接。在IGBT模块使用过程中，要特别注意：

A、在手握IGBT模块或组装过程中，请拿模块的外壳，切不可用手触摸栅极，以免静电导致G-E短路，造成IGBT损坏。

B、在使用模块时，先让人体和衣服上所带的静电通过高电阻（1MΩ左右）接地放电。在生产操作时，手上必须带接地导线。

清理接触面

为在IGBT功率模块和散热片之间获得最佳热阻，首先，模块基板和散热片应该是完好无损的，并且表面应被清理和除尘。再者，对于安装表面粗糙度有一定要求，粗糙度是指表面每处对表面高度的平均偏离程度，散热片的粗糙度不应超过10um，这是因为在这么一个范围内，表面的凹凸不平在涂敷导热脂以后能够很好地接触在一起，减少接触热阻。平整度是指相对于参考平面，测试平面在一定范围内的偏离程度，不平整度则在10cm的范围内不得大于30um，如果不平整度超过这个范围，模块紧固后，模块的基板在垂直方向上会受到不均匀的力，这样一来会导致模块内部受到不均匀的应力而损坏。

安装位置的选择

因为IGBT模块工作时的热阻随着模块的安装位置的变化而变化，所以在安装模块时一定要选择合适的位置来进行安装。当在散热片上只需安装一个模块的时候，应将其放置在散热片的正中心，这样一来可以减小其工作热阻。当要在同一散热片上安装多个模块的时候，每一个模块的位置必须根据其在工作时产生的热量来进行安排，以允许产生热量较多的模块能及时将其散出，模块间的热量分布尽量一致。

导热脂的涂敷

当IGBT模块工作时有很大的散热量时，在IGBT模块与散热片之间的空隙必须被填上良好的导热材料，要不然的话，模块基板与散热片之间的热阻会很大，并且与两者的表面粗糙度密切相关，一般这种专用的导热脂的热阻约为60℃/W/in，而空气的热阻为1200℃/W/in，可见导热脂的热阻远小于空气的热阻，涂上导热脂以后可以极大地减小接触热阻，改善模块的散热性能。为了避免在模块和散热片之间产生空隙，我们必须在两者的接触面涂上导热脂，其主要功能是减小两者之间的接触热阻，形成良好的金属-金属接触界面。

在将功率模块安装到散热片之前，两者中的接触面均应涂上一层均匀的、尽可能薄的导热脂，厚度一般控制在50um到110um之间，优选为90um到110um之间。在涂导热脂的时候一定要注意控制导热脂的厚度，这是因为，如果过厚的话，就会不必要地增加两者的接触热阻，而如果过少的话，两者的接触面之间就会留有空隙，同样会增加接触热阻。推荐使用无绒毛的刷子或橡胶滚轮来完成这一工作，我们应该根据安装面积和两者的表面情况来计算所需的导热脂的用量，可以使用专用的量具来控制用量，在模块的边缘能观察到导热脂的界线就说明所涂的量就已经足够了，过多的导热脂应该被按压出来。

为了控制涂敷的导热脂的厚度及分布的均匀性，优选使用专用的涂布掩膜(mask)。

可采用一个橡胶滚轮来涂敷。优选使用P12导热脂（由Wacker Chemie制造），但它含有少量硅脂。不含硅脂的导热脂如WLPF5（由Fischer-Elektronik制造）也同样适用如果模块和散热片上有较大面积脱离接触，使用以后在基板上就会发现空白区域，而涂布得较好的区域呈树枝状。

下面是针对几种类型的模块，导热脂的推荐用量：

140mm*73mm模块：1.02cm³=0.06in³；

140mm*130mm模块：1.82cm³=0.11in³；

140mm*190mm模块：2.66cm³=0.16in³；

安装紧固件

在涂好导热脂以后，将模块正确放置在散热片上，注意此后避免任何不必要的移动，首先将用于紧固的螺栓插入对应骡孔，先用手均匀旋入（力矩约为0.5Nm），旋入深度为总深度的一半左右，然后再用工具进行紧固，所有的用于将模块固定在散热片上的螺栓应该用一致的力矩进行紧固，一般控制在3Nm到6Nm之间,具体大小可查阅数据手册。应竭力避免重复安装螺栓，每种模块都有一个最大的固定的重复安装次数。

为了获得好的热接触，螺栓的紧固应按照一定的次序，螺栓的安装应使用特殊的工具，按照对角线次序进行，同时在安装的时候注意不要破坏导热脂的均匀性。

IGBT模块分别140mm*70mm、140mm*70mm、140mm*70mm时，对应的螺栓安装次序如图2至图4所示。

紧固件的安装分三步进行，时间间隔为15~30分钟。当使用电动或气动螺丝起子来进行第一步安装的时候，必须保证力矩不超过0.5Nm，让导热脂充分扩散在散热片和IGBT模块基板之间，第二步安装应用手动配合力矩扳手来完成，不论是铜基板还是AlSiC基板，这么一个安装程序要严格遵循，以使模块的基板和散热片逐步而紧密地与散热片结合在一起。因为导热脂的渗透作用，最好在一定时间之后再次紧固螺栓。

采用这种固定方法的时候，务必保证模块的边缘在安装的过程中没有被损坏。同样为了避免有任何额外的力加在端子上，螺栓的插入深度必须加以控制，在选择用于紧固功率端子的螺栓时，注意螺栓的有效长度应控制在6.5mm到10mm之间，而且，在计算有效长度的时候，应将母线的厚度加进去。母线与功率端子的连接应该使其承受尽可能小的力，即使在很恶劣的条件下。

综上所述，本发明通过合理的安装方式，解决了大功率IGBT模块在安装过程中造成的损伤，可以更好的提高模块的可靠性以及提高整个应用系统的可靠性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种IGBT模块的安装方法，其特征在于，包括：

s1、清理IGBT模块和散热片的接触面；

s2、选择一预定的安装位置；

s3、在所述IGBT模块和散热片之间涂敷导热脂；

2.根据权利要求1所述的IGBT模块的安装方法，其特征在于，所述散热片的接触面的粗糙度不超过10um。

3.根据权利要求1所述的IGBT模块的安装方法，其特征在于，所述散热片的接触面的平整度不超过30μm。

4.根据权利要求1所述的IGBT模块的安装方法，其特征在于，所述散热片上安装一个IGBT模块，该IGBT模块的安装位置位于所述散热片的正中心。

5.根据权利要求1所述的IGBT模块的安装方法，其特征在于，所述导热脂涂敷于所述IGBT模块和散热片的接触面，所述导热脂的厚度控制在50um到110um之间。

6.根据权利要求5所述的IGBT模块的安装方法，其特征在于，所述导热脂的厚度控制在90um到110um之间。

7.根据权利要求1所述的IGBT模块的安装方法，其特征在于，所述导热脂的涂敷量满足：导热脂能够从IGBT模块的接触面四周溢出。

8.根据权利要求1所述的IGBT模块的安装方法，其特征在于，所述紧固件的安装分三步进行，时间间隔为15~30分钟。

9.根据权利要求1所述的IGBT模块的安装方法，其特征在于，所述散热片上安装多个IGBT模块，所述预定位置为按照所述IGBT模块的散热需求设计，该散热需求应满足模块间的热量分布一致。