CN104916613A - 一种压接式电极及其igbt模块和安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压接式电极、应用该电极的IGBT模块以及这种压接式电极的安装方法。压接式电极结构包括连接部和引出部，引出部与连接部垂直，所述电极的连接部为弯曲设置的、具有弹性的弹簧结构。应用压接式电极的IGBT模块包括DBC板、平行安装于DBC板上的定位板、垂直穿插于定位板并固定在DBC板上的电极以及覆盖在上述所有部件之上的IGBT顶盖。本发明电极结构可以省略传统电极的焊接步骤，从而避免焊接带来的焊料堆焊或分布不均匀带来的不良影响。

Description

一种压接式电极及其IGBT模块和安装方法

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种IGBT模块压接式弹簧电极结构、应用该电极的IGBT模块以及该模块的安装方法。

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。IGBT具备驱动功率小而饱和压降低等优点，特别是容易开通和关断等性能特点，是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性的产品，因此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。IGBT至今已经发展到第六代，商业化已发展到第五代。

电极是IGBT模块的重要部件，在IGBT模块内部电极通过焊接技术，与DBC板基板或者电路板焊接在一起，从而与DBC板基板上的IGBT、二极管芯片形成电路连接。在IGBT模块外部，电极作为IGBT模块的输出端子与外界电路连接，形成所需要的电路连接。

作为模块内、外部连接的通道，对于模块主电极的结构设计有较高的要求。IGBT模块在封装生产的时候需要保证电极能够牢固的焊接在底板上，以保证IGBT模块后续的安装使用。

大规模的模块化部件生产，对IGBT模块在产品一致性及可靠性等方面要求极高。而就目前IGBT模块来说大多使用的是焊接式结构，即将电极的底部通过高温焊接的方式焊在DBC板上，这样做不但占用了DBC板的面积，而且最重要的是浪费了大量的焊接资源和电力资源，焊接式结构还增加了产品的不稳定因素，因为在焊接过程中，随着焊料的融化，有可能形成焊料堆积、流焊，从而会使模块中的电极间形成短路，造成很大的损失。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种能够通过除焊接以外的其他方式将电极固定在DBC板上的电极。

发明内容

本发明针对传统IGBT模块电极通过焊接方式固定至DBC板上的不足，将电极设计为适合通过压接形式固定于DBC板上的特殊结构，在保证电极能够与DBC板充分接触的同时，减少固定电极所需占用的DBC板上的面积。本发明同时公开了上述电极的安装方法。

一种压接式电极，包括连接部和引出部，所述引出部与所述连接部之间的夹角为直角，所述电极的连接部为弯曲设置的、具有弹性的弹簧结构。

优选地，所述连接部的弹簧结构为Ω形。

优选地，所述电极连接部上端、与引出部交接处，设有一对设置固定块，所述一对固定块分别位于电极的正反两个侧面上，且高度一致。

一种应用上述的压接式电极的IGBT模块，所述IGBT模块包括底板、焊接在底板上的DBC板、平行安装于DBC板上的定位板、垂直穿插于定位板并固定在DBC板上的电极以及覆盖在上述所有部件之上的IGBT顶盖。

优选地，所述定位板上开设有对应于电极在DBC板上的固定位置的定位孔。

优选地，所述IGBT顶盖上同样开设有与电极在DBC板上的固定位置对应的电极孔，所述电极的引出部穿过所述电极孔探出于IGBT顶盖之外。

一种如上所述的IGBT模块的安装方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、将DBC板焊接于基板上；

S2、将上述压接式电极嵌入开设有相应电极孔的IGBT顶盖中；

S3、将压接式电极连接部的底部插入安装在DBC板上的带有定位孔的定位板中，并将IGBT顶盖固定于外壳上；

S4、通过PCB板在压接式电极上向下施加多个均匀的力，将电极紧紧压在DBC板基板上的同时固定外壳。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

（1）本发明通过具有弹簧结构电极能够在很大的程度上提高电极与DBC板铜层的接触面积，提高电流在电极和DBC板铜层上的传导效率，节省DBC板铜层上电极所用的面积并可缩小整个DBC板的面积，从而保证了产品的紧凑性、可靠性和稳定性。

（2）由于IGBT模块有多个主电极，在设计压接式电极时还要充分考虑其表面高度的一致性，因此通过将电极设计成弹簧结构，能够进一步保证了产品的可靠性、稳定性和安全性。

（3）省去了传统的电极焊接步骤，节约了大量的焊接资源和电力资源。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，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为传统的电极结构示意图；

图2为本发明压接式电极结构的第一视角立体结构图；

图3为本发明压接式电极结构的第二视角立体结构图；

图4为本发明压接式电极结构正视图；

图5为本发明压接式电极结构侧视图；

图6为本发明压接式电极结构俯视图；

图7为应用本发明压接式电极的IGBT模块封装图。

图8为应用本发明压接式电极的IGBT模块以及PCB板的安装位置示意图。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，现有的电极结构通常包括三部分，由下至上依次为焊接部1’、连接部2’和引出部3’，而焊接部1’通常设有焊接引脚，传统的电极固定技术是通过焊料将电极的焊接引脚与DBC板的铜层通过高温焊接固定在一起，这样的电极固定方式存在着以下几项缺点：

（1）焊接的接触面积大，IGBT模块的设计者需要在DBC板上预留较大的面积；

（2）将传统的电极焊接在DBC板上需要非常复杂的工艺：需要在高温、真空环境中将焊料融化后，再经过冷却的方法，并且还要保证尽可能低的空洞率，这个工艺过程需要耗费大量的焊接资源和电力资源；

（3）焊接过程中随着焊料的熔化，有可能因焊料过多而形成堆焊和流焊，致使在应用过程中形成短路从而损坏IGBT芯片，造成很大的损失。

因此，针对上述现有技术的缺陷，本发明公开了一种IGBT模块压接式电极结构。

作为本发明的优选实施例，如图2所示，一种IGBT模块压接式电极，包括连接部41和引出部42，所述引出部42与所述连接部41之间的夹角为直角，所述电极的连接部41为弯曲设置的、具有弹性的弹簧结构。该种弹簧结构可为一个或多个S型、Z型或者V型，本发明优选为Ω型。Ω型的连接部在电极材料发生形变时所产生的反作用力最佳，因此选用Ω型的弹簧结构。如图2至图6的电极结构图所示，该种弹簧结构的两端在受到向内的外力的同时，Ω型的两端也会产生反作用力，使得电极连接部1的底部能够紧紧抵持在DBC板上，保证电流的流通。

如图7和图8所示为本发明应用上述压接式电极的IGBT模块结构示意图，该IGBT模块包括底板10、焊接在底板上的DBC板20、平行安装于DBC板20上的定位板30、垂直穿插于定位板并固定在DBC板20上的电极40以及覆盖在上述所有部件之上的IGBT顶盖50。

上述定位板30上根据电极所需要固定位置开设有位置对应的定位孔31，该定位孔31的大小与上述电极连接部41的截面积大小吻合。该定位板30覆盖在DBC板20上，电极40安装时需将电极的底部穿插入该定位板30上定位孔内。上述工序可以保证电极在被施加压力时不会发生水平方向的滑移，而是被固定在定位板30上的定位孔31内，只能发生竖直方向上的压缩和反弹。

上述IGBT顶盖50上同样开设有与电极40在DBC板20上的固定位置对应的电极孔51，电极40的引出部42穿过该电极孔51探出于IGBT顶盖50之外。由于该电极40的引出部42与连接部41之间的夹角为直角，因此引出部42探出IGBT顶盖50后能够与IGBT顶盖50保持平行，电极的连接部41的顶端将适当地探出于IGBT顶盖50以外。

本发明的工作原理：通过向下施加压力，将本发明中的电极底部与DBC板的铜层接触，利用本发明的弹簧结构使得电极底部能够与DBC板的铜层充分接触，保证电极不会脱离DBC板。

本发明的安装方法，包括以下几个步骤：

S1、将DBC板焊接于基板上；

S2、将上述压接式电极嵌入开设有相应电极孔的IGBT顶盖中；

该IGBT顶盖50上同样开设有与电极40在DBC板20上的固定位置对应的电极孔51，将电极40的引出部42穿过该IGBT顶盖50上的电极孔51直至整个电极引出部42探出于IGBT顶盖50以外，而与电极引出部42垂直连接的电极连接部41的顶端也可适当地探出于IGBT顶盖50之外。

S3、将压接式电极连接部的底部插入安装在DBC板上的带有定位孔的定位板中，并将IGBT顶盖固定于外壳上；

将引出部已嵌入IGBT顶盖50的电极的连接部41底部插入开设有定位孔31的定位板30中，该定位板30中定位孔31的位置对应于电极40在需要在DBC板20上的位置，电极40插入该定位板30中可以保证电极40在水平方向上无法发生滑动。当所有电极40均安装完毕后，将IGBT顶盖50固定于基板10上.

S4、通过PCB板在压接式电极上向下施加多个均匀的力，将电极紧紧压在DBC板基板上的同时固定外壳。

IGBT模块的上方会压上一个PCB板60，该PCB板60是IGBT模块的驱动控制板，因此上述压接式电极的引出部42必须与PCB板60接触。

当像PCB板施加压力时，具有弹簧结构的电极40被压缩，同时其自身的反弹力又能够使其底部与DBC板充分接触、顶部与PCB板充分接触，从而能够省略焊接这一传统步骤，保证电极40的稳定性，同时还能节省DBC板上为焊接所预留的面积。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明通过具有弹簧结构电极能够在很大的程度上提高电极与DBC板铜层的接触面积，提高电流在电极和DBC板铜层上的传导效率，节省DBC板铜层上电极所用的面积并可缩小整个DBC板的面积，从而保证了产品的紧凑性、可靠性和稳定性。

（2）由于IGBT模块有多个主电极，在设计压接式电极时还要充分考虑其表面高度的一致性，因此通过将电极设计成弹簧结构，能够进一步保证了产品的可靠性、稳定性和安全性。

（3）省去了传统的电极焊接步骤，节约了大量的焊接资源和电力资源。

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。

Claims (6)

1.一种压接式电极，包括连接部和引出部，其特征在于：所述引出部与所述连接部之间的夹角为直角，所述电极的连接部为弯曲设置的、具有弹性的弹簧结构。

2.根据权利要求1所述的压接式电极，其特征在于：所述连接部的弹簧结构为Ω形。

3.一种应用权利要求1所述的压接式电极的IGBT模块，其特征在于：所述IGBT模块包括底板、焊接在底板上的DBC板、平行安装于DBC板上的定位板、垂直穿插于定位板并固定在DBC板上的电极以及覆盖在上述所有部件之上的IGBT顶盖。

4.根据权利要求4所述的IGBT模块，其特征在于：所述定位板上开设有对应于电极在DBC板上的固定位置的定位孔。

5.根据权利要求4所述的IGBT模块，其特征在于：所述IGBT顶盖上同样开设有与电极在DBC板上的固定位置对应的电极孔，所述电极的引出部穿过所述电极孔探出于IGBT顶盖之外。

6.一种如权利要求4所述的IGBT模块的安装方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、将DBC板焊接于基板上；

S2、将所述压接式电极嵌入开设有相应电极孔的IGBT顶盖中；

S3、将压接式电极连接部的底部插入安装在DBC板上的带有定位孔的定位板中，并将IGBT顶盖固定于外壳上；

S4、通过PCB板在压接式电极上向下施加多个均匀的力，将电极紧紧压在DBC板基板上的同时固定外壳。