CN105489645B - 一种大功率压接式igbt驱动线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大功率压接式IGBT驱动线，所述大功率压接式IGBT具有驱动信号输入端子和驱动信号输出端子；所述驱动线包括同轴设置且彼此绝缘的驱动信号出入层和驱动信号输出层；所述驱动信号输入层连接所述驱动信号输入端子；所述驱动信号输出层连接所述驱动信号输出端子。本发明提供的驱动线适用于高温工作环境，在驱动回路中引入的杂散电感更低，可改善驱动回路的电流震荡并提升大功率压接式IGBT的开通和关断能力。

Description

一种大功率压接式IGBT驱动线
技术领域
本发明涉及一种驱动线，具体讲涉及一种低电感耐高温的大功率压接式IGBT驱动线。
背景技术
目前IGBT的驱动线大都为双绞线，单位长度的驱动线在驱动回路中引入的杂散电感较大。压接式IGBT为了达到大电流的目的，器件内部由多个芯片直接并联。由于器件特有的结构方式，单个芯片的驱动回路面积小，从而对外部驱动回路参数一致性要求特别高。因此，需要提供一种新的压接式IGBT驱动线，以降低外部驱动流回路的杂散电感，改善驱动回路的电振荡以及提升芯片开通关断的一致性。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种低电感耐高温的大功率压接式IGBT驱动线。
本发明提供的技术方案是：一种大功率压接式IGBT驱动线，所述大功率压接式IGBT具有驱动信号输入端子和驱动信号输出端子；其改进之处在于：所述驱动线包括同轴设置且彼此绝缘的驱动信号出入层和驱动信号输出层；所述驱动信号输入层连接所述驱动信号输入端子；所述驱动信号输出层连接所述驱动信号输出端子。
优选的，所述驱动信号输入层和所述驱动信号输出层均由镀银铜丝绞制而成。
进一步，所述驱动信号输入层的横截面面积等于所述驱动信号输出层的横截面面积。
优选的，所述驱动信号输入层与所述驱动信号输出层之间同轴设置有内绝缘层，所述内绝缘层用耐高温绝缘氟塑料制成。
优选的，所述驱动线的最外层为与所述驱动信号输入层同轴设置的外绝缘层，所述外绝缘层用耐高温绝缘氟塑料制成。
优选的，所述驱动信号输入层或所述驱动信号输出层为设于所述驱动线中心的圆柱体状线芯。
进一步，大功率压接式IGBT包括管壳和同轴设于所述管壳上下两端的板状金属电极，下端金属电极的内侧面上分布有用于容纳凸台的凹槽，所述凸台底部为向上凹陷的凹面；所述凸台与上端金属电极之间压接有IGBT功率子模块；
所述IGBT功率子模块通过设于凸台之间的PCB板电气相连；所述PCB板的上、下表面分别涂覆有金属层，上、下表面金属层之间通过绝缘材料电气隔离；上、下表面的金属层宽度小于对应的PCB板宽度，以使凸台之间电气隔离；所述上、下表面的金属层分别引出驱动信号输入端子和驱动信号输出端子。
进一步，所述管壳的侧部留有引线孔，所述驱动线经所述引线孔引入至所述管壳内部后，驱动线的驱动信号输入层与所述PCB板上的驱动信号输出端子电气相连，驱动线的驱动信号输出层与所述PCB板上的驱动信号输出端子电气相连。
进一步，所述IGBT功率子模块包括矩形结构的绝缘框架和在所述绝缘框架内由下至上依次压接的导电银片、底部钼片、绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片和顶部钼片；所述导电银片的下表面与所述凸台的上表面压接，所述顶部钼片的上表面与所述上端金属电极的内侧面压接；
所述IGBT功率子模块所在的凸台侧部留有位于其对角线上的开口朝外的缺口；所述IGBT功率子模块的绝缘框架内侧转角位置设有与所述缺口相适应的通孔；所述PCB板的下表面金属层与所述缺口的底部相接触，其上表面金属层与所述通孔的底部相接触；所述通孔的顶部与绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的下表面相接触；所述PCB板的上表面金属层通过贯穿所述通孔的栅极顶针与所述IGBT功率子模块的绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的栅极电气相连；
所述IGBT功率子模块的导电银片和底部钼片的形状和大小与绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的发射极有源区形状和大小分别一致。
进一步，所述凸台的两侧设有平行于所述管壳轴线方向上的柱子，所述凹槽的两侧设有与所述柱子相适应的沟槽；所述柱子容纳于所述沟槽内，以将所述凸台限制在所述凹槽内；所述柱子的上表面与IGBT功率子模块所在凸台的缺口底部平齐；
所述凹槽为矩形，所述凹槽的宽度等于凸台的对应边长，以将所述凸台限制在所述凹槽内；所述凹槽的长度略大于凸台的对应底部长度；所述凹面的横截面为拱形；所述凹面的横截面对称线垂直于所述凹槽的长度。
与最接近的现有技术相比，本发明具有如下显著进步：
1)本发明提供的压接式IGBT驱动线将驱动信号输入层和驱动信号输出层同轴设置，采用一根导线即可实现驱动信号的输入和输出，大大降低了驱动回路的杂散电感，改善了驱动回路的电流震荡、提升了绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片开通关断的一致性。
2)本发明提供的压接式IGBT驱动线的最外层为耐高温绝缘氟制作的外绝缘层，提高了驱动线的抗干扰能力和耐高温性能。
附图说明
图1是大功率压接式IGBT驱动线的结构示意图。
图2是大功率压接式IGBT中IGBT功率子模块、凸台以及凹槽的结构示意图。
图3是图1中IGBT功率子模块的绝缘框架结构示意图。
图4是Diode功率子模块所对应的凸台结构示意图。
图5是IGBT功率子模块所对应的凸台结构示意图。
图6是下端金属电极的结构示意图。
图7是PCB板结构示意图。
图8是PCB板与凸台的位置关系示意图。
图9是压接式IGBT模块的内部结构俯视图。
图10是图9中A1-A1处的剖视结构示意图。
其中：1、顶部钼片；2、半导体芯片；3、底部钼片；4、导电银片；5、绝缘框架；6、通孔；7、Diode功率子模块对应的凸台；8、Diode功率子模块对应凸台的侧面条形柱子；9、IGBT功率子模块对应的凸台；10、IGBT功率子模块对应凸台的缺口；11、IGBT功率子模块对应凸台的侧面条形柱子；12、下端金属电极；13、PCB板；13-1、PCB板与顶针接触部分；13-2、PCB板其他连接部分；13-3、驱动信号输入端子；13-4、驱动信号输出端子；14、镀银铜丝线芯；15、内绝缘层；16、镀银铜丝层；17、外绝缘层。
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。
为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供的压接式IGBT驱动线包括同轴设置且彼此绝缘的驱动信号输入层和驱动信号输出层，驱动信号输入层与压接式IGBT的驱动信号输入端子相连，用于驱动信号的输入，驱动信号输出层与压接式IGBT的驱动信号输出端子相连，用于驱动信号的输出。驱动信号输入层和驱动信号输出层均用镀银铜丝绞制而成。
驱动线的结构如图1所示。驱动线的中心为圆柱体状的线芯，线芯14由镀银铜丝绞制而成，线芯14的外壁由内至外一次包裹有内绝缘层15、绞制的镀银铜丝层16和外绝缘层17。芯线14与绞制的镀银铜丝层16的横截面大小几乎一致，具有相同的通流能力。线芯14、镀银铜丝层16分别作为驱动信号输入层和驱动信号输出层。内绝缘层15和外绝缘层17都由耐高温的绝缘氟塑料组成，具有耐高温的特点。
本发明提供的大功率压接式IGBT的外部由管壳和设置在管壳上、下两端的两个金属电极板组成，内部为功率子模块以及相应的凸台阵列。所述管壳侧部留有引线孔，用于将所述驱动线引入至所述管壳内部，与驱动信号输入端子和驱动信号输出端子电气相连。
如图2所示，所述功率子模块包括由下至上依次压接的导电银片4、底部钼片3、半导体芯片2和顶部钼片1；所述导电银片4的下表面与所述凸台的上表面压接，所述顶部钼片1的上表面与所述上端金属电极的内侧面压接。所述半导体芯片2和所述顶部钼片1的大小一致，并采用烧结工艺固定。
如图2-3所示：所述导电银片4、底部钼片3、半导体芯片2和顶部钼片1设于矩形结构的绝缘框架5内，绝缘框架5可采用塑料制作。
如图8-10所示，所述功率子模块包括两种，一种是IGBT功率子模块，另一种是Diode功率子模块；所述Diode功率子模块对应的凹槽分布在下端金属电极12的最外围区域和中心区域；所述IGBT功率子模块对应的凹槽分布在下端金属电极12的最外围区域和中心区域之间。
所述IGBT功率子模块的半导体芯片2为绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片；所述Diode功率子模块的半导体芯片2为二极管Diode芯片。
如图4和图5所示：凸台的底部为拱形，与凹槽接触的凸台底面为曲面或斜面，在1～2kN的压力条件下，凸台将会被下压，从而凸台底面与凹槽之间的空隙减小，凸台起到的作用类似于一个弹簧。凸台在压力条件下，向下移动的位移远远大于顶部钼片1、芯片、底部钼片3以及导电银片4在压力方向上所产生的形变之和。
Doide功率子模块对应的凸台7和IGBT功率子模块对应的凸台9的底部曲面经过处理，在指定压力条件下，可以保证凸台底面与凹槽接触面之间的压力尽可能均匀分布。
Doide功率子模块对应的凸台7和IGBT功率子模块对应的凸台9的两侧面均具有条形柱，用于固定凸台，同时为PCB板13提供支撑。
如图6所示：为了安装凸台和功率子模块，下端金属电极12的内侧面上分布有阵列式凹槽；每个凹槽中放置一个凸台，凸台侧面条形柱子8和11上放置PCB板13，每个凸台顶端与上端金属电极之间压接一个功率子模块。
如图6和图8所示，所述凹槽为具有一定深度的凹槽，宽度与凸台对应的边长相同，从而起到固定凸台的作用，但长度略长于凸台底部长度，便于凸台下压形变时，凸台底部边缘具有一定的位移空间；在凹槽侧面留有沟槽，用于放置凸台侧面条形柱，从而起到固定凸台的作用。
如图5所示：所述IGBT功率子模块所在的凸台侧部留有位于其对角线上的开口朝外的缺口10；缺口10可以为圆弧形，也可以为方形，缺口10深度约为凸台高度的30％～80％；如图3所示，所述IGBT功率子模块的绝缘框架5内侧转角位置设有与凸台侧部缺口10相适应的通孔6。
如图7-10所示，所述IGBT功率子模块通过设于凸台之间的PCB板电气相连；所述PCB板的上、下表面分别涂覆有金属层(例如敷设铜或其他金属)，金属层之间通过绝缘材料电气隔离；上、下表面的金属层宽度小于对应的PCB板宽度，以使凸台之间电气隔离；
如图7所示：PCB板的上表面和下表面分别设有驱动信号输入端子13-3和驱动信号输出端子13-4，驱动信号输入端子13-3与驱动线的驱动信号输入层电气相连，通过驱动信号输入层连接外部驱动电路；驱动信号输出端子13-4与驱动先的驱动信号输出层电气相连，通过驱动信号输出层连接外部驱动电路。
将PCB板放置在凸台之间，PCB板处于架空状态。调整PCB板位置，将PCB板的13-1放置在IGBT功率子模块对应的凸台的缺口10上，所述PCB板的下表面金属层与所述缺口10的底部相接触，其上表面金属层13-1与所述通孔6的底部相接触；所述通孔6的顶部与绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的下表面相接触；所述PCB板的上表面金属层13-1通过贯穿所述通孔6的栅极顶针与所述IGBT功率子模块的绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的栅极电气相连。
所述IGBT功率子模块的导电银片4和底部钼片3的形状和大小与绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的发射极有源区形状和大小分别一致。IGBT功率子模块的顶部钼片1与上端金属电极压接，引出集电极；IGBT功率子模块的导电银片4与凸台表面压接，引出发射极。PCB板其他连接部分13-2通过Doide功率子模块对应的凸台侧面的条形柱子8和IGBT功率子模块对应的凸台侧面的条形柱子11支撑。
将IGBT功率子模块的绝缘框架5扣压在凸台上时，绝缘框架5的通孔6与对应凸台的缺口10相接触，可以起到固定PCB板的作用；将栅极顶针穿过绝缘框架5的通孔6；通孔6深度可以取值为3～7mm不等，且满足条件：底部钼片3厚度+导电银片4厚度+IGBT功率子模块对应的凸台缺口10深度＝通孔6深度+PCB板13厚度，这样可以使得绝缘框架5安装在凸台上时，导电银片4、底部钼片3、半导体芯片2和顶部钼片1可以依次压接。
为了使栅极顶针可以将PCB板上表面金属层与绝缘栅双极型晶体管IGBT的栅极电气连接，IGBT功率子模块的底部钼片3和导电银片4设有与绝缘框架5的通孔6相适应的缺口，以将底部钼片3和导电银片4固定在绝缘框架5内。
如图7所示，PCB板的上表面敷设金属，通过传输栅极驱动信号到顶针，从而驱动IGBT芯片。PCB板13下表面也敷设金属，并与凸台缺口10以及凸台侧面条形柱子8和11接触，辅助发射极回路由凸台以及PCB板下表面金属层构成。
如图3所示，当功率子模块为Diode功率子模块时，Diode功率子模块对应凸台没有空缺，且凸台边长略大于IGBT子模块对应凸台边长；Diode功率子模块的顶部钼片1与上端金属电极压接，引出阴极；Diode功率子模块的导电银片4与凸台表面压接，引出阳极。
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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大功率压接式IGBT驱动线，所述大功率压接式IGBT具有驱动信号输入端子和驱动信号输出端子；其特征在于：所述驱动线包括同轴设置且彼此绝缘的驱动信号出入层和驱动信号输出层；所述驱动信号输入层连接所述驱动信号输入端子；所述驱动信号输出层连接所述驱动信号输出端子；
大功率压接式IGBT包括管壳和同轴设于所述管壳上下两端的板状金属电极，下端金属电极的内侧面上分布有用于容纳凸台的凹槽，所述凸台底部为向上凹陷的凹面；所述凸台与上端金属电极之间压接有IGBT功率子模块；
所述IGBT功率子模块通过设于凸台之间的PCB板电气相连；所述PCB板的上、下表面分别涂覆有金属层，上、下表面金属层之间通过绝缘材料电气隔离；上、下表面的金属层宽度小于对应的PCB板宽度，以使凸台之间电气隔离；所述上、下表面的金属层分别引出驱动信号输入端子和驱动信号输出端子；
所述管壳的侧部留有引线孔，所述驱动线经所述引线孔引入至所述管壳内部后，驱动线的驱动信号输入层与所述PCB板上的驱动信号输出端子电气相连，驱动线的驱动信号输出层与所述PCB板上的驱动信号输出端子电气相连；
所述IGBT功率子模块包括矩形结构的绝缘框架和在所述绝缘框架内由下至上依次压接的导电银片、底部钼片、绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片和顶部钼片；所述导电银片的下表面与所述凸台的上表面压接，所述顶部钼片的上表面与所述上端金属电极的内侧面压接；
所述IGBT功率子模块所在的凸台侧部留有位于其对角线上的开口朝外的缺口；所述IGBT功率子模块的绝缘框架内侧转角位置设有与所述缺口相适应的通孔；所述PCB板的下表面金属层与所述缺口的底部相接触，其上表面金属层与所述通孔的底部相接触；所述通孔的顶部与绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的下表面相接触；所述PCB板的上表面金属层通过贯穿所述通孔的栅极顶针与所述IGBT功率子模块的绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的栅极电气相连；
所述IGBT功率子模块的导电银片和底部钼片的形状和大小与绝缘栅双极型晶体管IGBT芯片的发射极有源区形状和大小分别一致；
所述凸台的两侧设有平行于所述管壳轴线方向上的柱子，所述凹槽的两侧设有与所述柱子相适应的沟槽；所述柱子容纳于所述沟槽内，以将所述凸台限制在所述凹槽内；所述柱子的上表面与IGBT功率子模块所在凸台的缺口底部平齐；
所述凹槽为矩形，所述凹槽的宽度等于凸台的对应边长，以将所述凸台限制在所述凹槽内；所述凹槽的长度略大于凸台的对应底部长度；所述凹面的横截面为拱形；所述凹面的横截面对称线垂直于所述凹槽的长度。
2.根据权利要求1所述的一种大功率压接式IGBT驱动线，其特征在于：
所述驱动信号输入层和所述驱动信号输出层均由镀银铜丝绞制而成。
3.根据权利要求2所述的一种大功率压接式IGBT驱动线，其特征在于：
所述驱动信号输入层的横截面面积等于所述驱动信号输出层的横截面面积。
4.根据权利要求1所述的一种大功率压接式IGBT驱动线，其特征在于：
所述驱动信号输入层与所述驱动信号输出层之间同轴设置有内绝缘层，所述内绝缘层用耐高温绝缘氟塑料制成。
5.根据权利要求1所述的一种大功率压接式IGBT驱动线，其特征在于：
所述驱动线的最外层为与所述驱动信号输入层同轴设置的外绝缘层，所述外绝缘层用耐高温绝缘氟塑料制成。
6.根据权利要求1所述的一种大功率压接式IGBT驱动线，其特征在于：
所述驱动信号输入层或所述驱动信号输出层为设于所述驱动线中心的圆柱体状线芯。
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