CN104465536B - 陶瓷衬板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷衬板，包括陶瓷层和分设在陶瓷层的上下表面的金属层，其中至少在陶瓷层的上下表面的其中一个表面上设有用于分散电场集中的分散电场结构。所述分散电场结构设在陶瓷层未被金属层覆盖的两外侧，两外侧的分散电场结构呈轴对称布置。该陶瓷衬板能更好地分散电场集中从而使得绝缘性能更好。

Description

陶瓷衬板

技术领域

本发明涉及一种衬板结构，尤其涉及一种用于IGBT模块中的陶瓷衬板。

背景技术

衬板是IGBT模块中最基本的结构单元，其一方面承载着芯片，在其表面金属层上实现电气互连；另一方面还使表面的电路和散热器之间实现电气绝缘，而且衬板还是IGBT模块中主要的散热通道。现有衬板的结构中主要包括中间的陶瓷层和设在陶瓷层两面上的金属层，两面的金属层与陶瓷层实现直接连接。

随着IGBT模块的电压等级的不断提升，对衬板的绝缘性能也提出了更高的要求。当高电压施加在现有衬板的正面与背面金属层时，会在金属层与陶瓷层的边缘界面形成电场集中，如图6和图7所示，在该区域容易产生局部放电，从而影响衬板的绝缘性能。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种能更好地分散电场集中从而使得绝缘性能更好的陶瓷衬板。

针对该问题的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的一种陶瓷衬板，包括陶瓷层和设在陶瓷层的两个表面的金属层，其中至少在陶瓷层的一个表面上设有用于分散电场集中的分散电场结构。此处的两个表面一般指的陶瓷层的上下表面。

与现有技术相比，本发明的陶瓷衬板具有以下优点。通过在陶瓷层上设置分散电场结构，能够分散电场集中，从而使得衬板组件的绝缘性能更好。

在一个实施例中，所述分散电场结构设在陶瓷层未被金属层覆盖的外侧。在一个优选的实施例中，且两外侧的分散电场结构呈轴对称布置。电场集中主要存在于陶瓷层未被金属层覆盖的外侧区域，在该区域设置分散电场结构可以使得该区域不容易出现电场集中效应，从而可改善整个陶瓷衬板的绝缘性能。

在一个优选的实施例中，所述分散电场结构为设置在陶瓷层的两外侧未被金属层覆盖的部分的阶梯状结构；所述阶梯状结构包括直面阶梯和斜面阶梯状。直面阶梯是指阶梯面和相邻阶梯的连接面均为平面，斜面阶梯是指阶梯面为倾斜的斜面和/或相邻阶梯的连接面为斜面。设置的阶梯状结构使得在陶瓷层的两外侧的电场出现波动减缓，分散了电场集中。

在一个实施例中，所述分散电场结构设在陶瓷层的上表面，所述分散电场结构从上往下呈从窄到宽趋势变化。从窄到宽的结构使得电场作用在相邻的一片区域，从而能更好地分散电场集中效应，使得陶瓷衬板的绝缘性能更好。

在一个优选的实施例中，所述分散电场结构设在陶瓷层的上表面和下表面，设在上表面的分散电场结构从上往下呈从窄到宽趋势变化，设在下表面的分散电场结构从下往上呈从窄到宽趋势变化，且同侧的分散电场结构之间互不干涉。虽然上面承受高电压的概率较高，但在与金属层连接的陶瓷层的两面均设置分散电场结构，使得陶瓷层两面在施加电压时都能起到分散电场集中的作用。这样的结构可使得该陶瓷衬板的绝缘性能更好。而且由于两面结构差不多，可方便安装。

在一个实施例中，所述阶梯状结构的相邻台阶的连接处和边角处设有缓冲过渡区。在施加高电压时，在相邻台阶的连接处和边角处容易形成电场集中，而在这些区域设置缓冲过渡区，例如弧面过渡区域或倒角区域，有利于分散电场在连接处和边角处的集中效应。

在一个实施例中，所述陶瓷层同一面的两外侧设有不同形状的分散电场结构。根据实际安装和分散电场集中效应的需要，可设置不同形状或结构的分散电场结构来分散电场集中效应。例如两外侧不是采用相同的形状或不完全对称等。

在一个实施例中，所述金属层与陶瓷层通过烧结或钎焊实现固定连接。金属层和陶瓷层实现牢固连接。

附图说明

图1所示是本发明的陶瓷衬板的一种具体实施例。

图2所示是本发明的陶瓷衬板的另一种具体实施例。

图3所示是本发明的陶瓷衬板的还有一种具体实施例。

图4所示是图1中的实施例的电场分布效果图。

图5所示是图1中的实施例的电场分布曲线图。

图6所示是现有技术的电场分布效果图。

图7所示是现有技术的电场分布曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

以下在本发明的实施例中，陶瓷衬板的中间层均采用的是陶瓷层1来表示。这主要是由于陶瓷材料本身具有一定的机械强度、具有较好的导热性能和绝缘性能相对较好，因此非常适合用来制作衬板。但应理解的是，本发明并不限于采用陶瓷来做中间层，对于本领域的技术人员来说，采用其它的能达到相同或近似效果的材料来代替陶瓷层1是显而易见的。尤其是随着新材料技术的发展，简单地采用其它材料来替代陶瓷层1所形成的技术方案也在本发明的保护范围之内。

如图1所示为本发明的陶瓷衬板的第一种具体实施例。在该实施例中，该衬板组件主要包括陶瓷层1、上金属板2和下金属板3。其中，上金属板2和下金属板3分别通过烧结或钎焊的方式固定连接到陶瓷层1的上表面和下表面。现有技术中，强电压作用在陶瓷衬板上时，容易在金属层与陶瓷层连接的边缘处形成电场集中，导致该区域产生局部放电从而影响整个陶瓷衬板的绝缘性能。为了减少在施加强电压时在陶瓷层1的至少一侧上产生的电场集中效应对陶瓷衬板的绝缘性能的影响，在本实施例中，在陶瓷层1的上表面的两侧上分别设有阶梯状的分散电场结构4。该阶梯状的分散电场结构4的存在能在一定程度上分散高电压作用在尤其是边角处形成的电场集中效应的影响。

对照图4所示的第一种实施例的效果图和图6所示的现有技术的效果图可知，由于有阶梯状的分散电场结构4的存在，使得电场分散到更大的一片区域，在图4和图6中均网格线区域来表示。对比图4和图6可知，电场集中的区域明显减少，电场集中的强度也有改善，因此本发明的陶瓷衬板可有效地削弱电场集中效应。另外，对照图5所示的第一种实施例的电场分布曲线图和图7所示的现有技术的电场分布曲线图可知，本实施例中的电场强度尤其是在边角处的峰值有明显的下降，也就是本实施例中的阶梯状的分散电场结构4能够对电场集中强度起到削弱的作用。

优选地，阶梯状的分散电场结构4的阶梯连接处和边角处设有倒角或圆角过渡区5。过渡区5能起到更好地过渡作用，从而更有利于分散电场在连接处和边角处的电场集中效应。

在一个未示出的优选的实施例中，阶梯状的分散电场结构4的阶梯从上往下呈从窄到宽趋势变化。这种结构使得电场沿着阶梯变化，从而使得施加的高电压分散到更大的区域，更不容易形成强的电场集中效应。

如图2所示为本发明的陶瓷衬板的第二种具体实施例。在该实施例中，阶梯状的分散电场结构4分设在陶瓷层1的上表面和下表面，且在上表面和下表面均是两侧都设有阶梯状的分散电场结构4。优选地，上金属板2和下金属板3均通过相同的连接方式固定到陶瓷层1，例如钎焊。现有技术中一般是下金属板3比下金属板2的尺寸大，安装的时候需要注意区分上表面和下表面。在本发明的一个优选的实施例中，上金属板2和下金属板3采用相同的材料制作，且具有基本相同的厚度和尺寸。这样，制作成的陶瓷衬板在安装是不需要分辨上下表面，从而能更方便地进行安装。

在图2所示的实施例中，设在上表面的阶梯状分散电场结构4从上往下呈从窄到宽趋势变化，设在下表面的阶梯状分散电场结构4从下往上呈从窄到宽趋势变化，且设在同侧的上阶梯状的分散电场结构4与下阶梯状的分散电场结构4之间还有一定厚度的陶瓷层1来隔开，从而使得施加高电压时同侧的上阶梯状的分散电场结构4与下阶梯状的分散电场结构4互不干涉。优选地，隔开同侧的上、下阶梯状的分散电场结构4的陶瓷层1该部分的厚度约为陶瓷层1的三分之一。这种厚度即有利于阶梯状分散电场结构4的加工，同时施加强电压时又不容易被电压击穿。另外，优选同侧的阶梯状分散电场结构4关于横向中心线轴对称；位于同一表面的两侧的阶梯状分散电场结构4关于纵向中心线呈轴对称设置。

在一个未示出的实施例中，第一种实施例和第二种实施例中的阶梯状可采用一定斜度的斜面来进行替代。例如形成斜面阶梯状等。

在图3中示出了本发明的还有一种实施例。在该实施例中，在陶瓷层1的上表面的两外侧分别设有直角梯形状的分散电场结构4和带有斜面的梯形状的分散电场结构4。

在一个未示出的实施例中，陶瓷层1的同一表面的两外侧可设有不同形状的分散电场结构。例如，一侧为平直的阶梯状的结构，另一侧为带有斜面的阶梯状等。另外，也可以在陶瓷层1的上表面和下表面设置不同结构或形状的分散电场结构。当然，即便设置相同的结构，也并不一定要求就得两侧或同侧的分散电场结构呈对称设置。

虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种陶瓷衬板，包括陶瓷层和分设在陶瓷层的上下表面的金属层，其中至少在陶瓷层的上下表面的其中一个表面上设有用于分散电场集中的分散电场结构，

所述分散电场结构为设置在陶瓷层的两外侧未被金属层覆盖的部分的阶梯状结构，

所述分散电场结构设在陶瓷层的上表面，且从上往下呈从窄到宽趋势变化。

2.根据权利要求1所述的陶瓷衬板，其特征在于，所述分散电场结构设在陶瓷层的上表面或下表面未被金属层覆盖的两外侧。

3.根据权利要求2所述的陶瓷衬板，其特征在于，两外侧的分散电场结构呈轴对称布置。

4.根据权利要求1所述的陶瓷衬板，其特征在于，所述阶梯状结构包括直面阶梯状和斜面阶梯状。

5.根据权利要求1所述的陶瓷衬板，其特征在于，所述阶梯状结构的相邻台阶的连接处和边角处设有缓冲过渡区。

6.根据权利要求1所述的陶瓷衬板，其特征在于，所述分散电场结构设在陶瓷层的上表面和下表面，设在上表面的分散电场结构从上往下呈从窄到宽趋势变化，设在下表面的分散电场结构从下往上呈从窄到宽趋势变化。

7.根据权利要求6所述的陶瓷衬板，其特征在于，位于同一侧的分散电场结构呈轴对称布置且互不干涉。

8.根据权利要求1、2、6、7中任一项所述的陶瓷衬板，其特征在于，所述陶瓷层同一面的两外侧设有不同形状的分散电场结构。