CN108122897B - 一种igbt模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种IGBT模块，其包括上电极、下电极以及设置在所述上电极与下电极之间的多个子单元，所述上电极上设有与多个子单元一一对应的盲孔，所述子单元包括从所述下电极向所述上电极方向依次层叠的第一导电基板、芯片、第二导电基板、导电压块以及弹性元件，所述弹性元件设置于所述盲孔内，并呈压缩状。本发明具有保证各子单元压力均衡、避免芯片压坏，且占用空间小，模块体积小的优点。

Description

一种IGBT模块
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术，特别是涉及一种IGBT模块。
背景技术
如图1所示，压接型IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块是一种电力电子器件，其包括上电极2、下电极1以及设置在上电极2和下电极1之间的多个子单元3结构。上电极2为IGBT模块的集电极，下电极1为IGBT模块的发射极，每个子单元3都包括依次层叠的第一导电基板31、芯片32、第二导电基板33。第一导电基板31抵接于上电极2，第二导电基板33抵接于下电极1，每个子单元3相当于一个绝缘栅双极型晶体管。上电极2和下电极1均为导体，上电极2将所有子单元3的集电极均连接起来，下电极1将所有子单元3的发射极均连接起来，以使得多个子单元3并联成一个载流密度更大的绝缘栅双极型晶体管。
由于各个子单元3中的第一导电基板31、芯片32、第二导电基板33总厚度不相同，安装在电极中会出现各个子单元3受到的压力不均衡的情况，总厚度较小的子单元3容易与上电极2、下电极1之间均接触不良，总厚度较大的子单元3内的芯片32则容易被压坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种保证各子单元压力均衡、避免芯片压坏，且占用空间小，模块体积小的IGBT模块。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种IGBT模块，包括上电极、下电极以及设置在所述上电极与下电极之间的多个子单元，所述上电极上设有与多个子单元一一对应的盲孔，所述子单元包括从所述下电极向所述上电极方向依次层叠的第一导电基板、芯片、第二导电基板、导电压块以及弹性元件，所述弹性元件设置于所述盲孔内，并呈压缩状。
作为上述技术方案的进一步改进：
还包括与多个子单元一一对应设置的导电杯，所述导电杯套设于所述导电压块上，所述导电杯的一端与所述上电极连接，所述导电杯的另一端与所述导电压块连接。
所述导电压块上设有与上电极限位配合的限位凸台，所述导电杯与限位凸台连接。
所述导电杯上设有与所述限位凸台的侧面连接的第一连接边。
所述导电杯的杯口设有与所述上电极连接的第二连接边，所述第二连接边沿导电杯的径向向外延伸，相邻所述导电杯通过第二连接边连接成一整体。
所述弹性元件为碟形弹簧。
所述导电压块与所述盲孔间隙配合。
所述盲孔为圆孔，所述导电压块为圆柱体。
第一导电基板和第二导电基板均为钼片。
所述导电杯为可弹性变形的弹性件。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的各芯片独立设置弹性元件及导电压块，各子单元承受的压力通过其对应的弹性元件进行调节，使得各个子单元可根据厚度差异自行调整压紧力，有效弥补了各芯片和钼片厚度差带来的压力不平衡问题，保证了各子单元的压力均衡，避免了芯片压坏现象的发生；且本发明的弹性元件及导电压块设置于盲孔内，占用空间小，模块体积小。
本发明进一步采用导电杯将导电压块与上电极连接，接触面积小，不存在额外的接触电阻和接触热阻，对模块性能影响小。本发明的导电杯进一步通过第二连接边连接，且导电杯与导电压块及上电极焊接，形成整体式设计，模块结构简单，模块组装效率高。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是现有IGBT模块的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
图中各标号表示：
1、下电极；2、上电极；21、盲孔；22、下表面；3、子单元；31、第一导电基板；32、芯片；33、第二导电基板；34、导电压块；341、限位凸台；35、弹性元件；5、导电杯；51、第二连接边；52、侧壁；53、第一连接边；40、第一侧面；50、端面；60、第二侧面。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图2所示，本实施例的IGBT模块，包括上电极2、下电极1以及多个子单元3，下电极1与上电极2相互平行，多个子单元3设置在上电极2与下电极1之间。本实施例中，上电极2上设有多个盲孔21，多个盲孔21均为竖直设置，且与子单元3一一对应；子单元3包括从下电极1向上电极2方向依次层叠的第一导电基板31、芯片32、第二导电基板33、导电压块34以及弹性元件35，弹性元件35设置于盲孔21内，在封装后，导电压块34抵紧弹性元件35，使弹性元件35处于压缩状态，避免IGBT模块内的元件之间接触不良，弹性元件35施加的弹力使得各个芯片32之间受力均匀，有效避免了芯片32受压碎裂。本发明的各芯片32独立设置弹性元件35及导电压块34，各子单元3承受的压力通过其对应的弹性元件35进行调节，使得各个子单元3可根据厚度差异自行调整压紧力，有效弥补了各芯片32和钼片厚度差带来的压力不平衡问题，保证了各子单元3的压力均衡，避免了芯片32压坏现象的发生；且本发明的弹性元件35及导电压块34设置于盲孔21内，占用空间小，模块体积小。
本实施例中，每个子单元3相当于一个小型的IGBT功率元件，第一导电基板31和第二导电基板33分别作为子单位的集电极和发射极，下电极1将多个子单元3的集电极电连接在一起、上电极2将多个子单元3的发射极电连接在一起，由此，上电极2和下电极1将多个子单元3连接成一个载流更大的IGBT功率器件。
优选地，本实施例中，IGBT模块还包括多个导电杯5，导电杯5为杯状结构，用于电连接导电压块34和上电极2，多个导电杯5与子单元3一一对应设置，导电杯5套设于导电压块34上，导电杯5的一端与上电极2的下表面22连接，导电杯5的另一端与导电压块34连接，起到固定导电压块34位置的作用；同时采用导电杯5使得导电压块34与上电极2接触面积小，不存在额外的接触电阻和接触热阻，对模块性能影响小。
本实施例中，导电杯5为可弹性变形的弹性件，其在保证连接导电压块34和上电极2的同时，减少了对导电压块34轴向运动的影响。本实施例中，导电杯5包括侧壁52、第一连接边53及第二连接边51，侧壁52设于第一连接边53及第二连接边51之间，为杯状结构；第一连接边53与导电压块34连接，第二连接边51与上电极2连接，第一连接边53与导电压块34的连接及第二连接边51与上电极2的连接为焊接，优选为钎焊，使得上电极2与导电杯5之间固定更牢固。
本实施例中，第二连接边51沿导电杯5的径向向外延伸，相邻导电杯5通过第二连接边51连接成一整体。由于多个导电杯5相互连接在一起，且导电杯5与导电压块34及上电极2焊接，形成整体式设计，模块结构简单，有利于简化封装结构，IGBT模块组装效率高。
本实施例中，导电压块34上设有限位凸台341，限位凸台341与上电极2限位配合，导电杯5与限位凸台341连接。限位凸台341具有第一侧面40、端面50和第二侧面60，第一侧面40背离上电极2，导电杯5的第一连接边53与第一侧面40连接。限位凸台341与导电杯5的配合设置，使得导电压块34不会因剧烈震动从盲孔21中脱离出来，可起到固定导电压块34位置的作用。
本实施例中，芯片32为IGBT半导体芯片32，第一导电基板31和第二导电基板33分别与芯片32的集电极和发射极连接，第一导电基板31和第二导电基板33具有较高的强度和硬度，可对芯片32起到支撑保护作用。本实施例中，第一导电基板31和第二导电基板33由金属材料制成，以方便芯片32的热能及时通过第一导电基板31和第二导电基板33散出，优选的，第一导电基板31和第二导电基板33为钼片，钼片的热膨胀性能与芯片32的热膨胀性能相近，在芯片32热胀冷缩的过程中，钼片能始终与芯片32相匹配。
本实施例中，弹性元件35为蝶形弹簧，弹性元件35的伸缩方向与盲孔21的延伸方向相同，碟形弹簧可承受较大压力，即在小变形范围内可承受的作用力大，占用空间小。在其他实施例中，弹性元件35也可为螺旋弹簧或波纹管。
本实施例中，导电压块34的一端设置在盲孔21内，并与蝶形弹簧抵接，导电压块34的另一端伸出盲孔21抵接于第二导电基板33上。本实施例中，导电压块34与盲孔21为间隙配合，使得导电压块34可相对盲孔21轴向运动；盲孔21为圆孔，导电压块34为圆孔配合的圆柱体，在安装时，导电压块34能顺利进入盲孔21，组装方便、生产效率高。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。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IGBT模块，其特征在于，包括上电极、下电极以及设置在所述上电极与下电极之间的多个子单元，所述上电极上设有与多个子单元一一对应的盲孔，所述子单元包括从所述下电极向所述上电极方向依次层叠的第一导电基板、芯片、第二导电基板、导电压块以及弹性元件，所述弹性元件设置于所述盲孔内，并呈压缩状，
还包括与多个子单元一一对应设置的导电杯，所述导电杯套设于所述导电压块上，所述导电杯的一端与所述上电极连接，所述导电杯的另一端与所述导电压块连接，
所述导电压块上设有与上电极限位配合的限位凸台，所述导电杯与限位凸台连接。
2.根据权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于，所述导电杯上设有与所述限位凸台的侧面连接的第一连接边。
3.根据权利要求1或2所述的IGBT模块，其特征在于，所述导电杯的杯口设有与所述上电极连接的第二连接边，所述第二连接边沿导电杯的径向向外延伸，相邻所述导电杯通过第二连接边连接成一整体。
4.根据权利要求1或2所述的IGBT模块，其特征在于，所述弹性元件为碟形弹簧。
5.根据权利要求1或2所述的IGBT模块，其特征在于，所述导电压块与所述盲孔间隙配合。
6.根据权利要求5所述的IGBT模块，其特征在于，所述盲孔为圆孔，所述导电压块为圆柱体。
7.根据权利要求1或2所述的IGBT模块，其特征在于，第一导电基板和第二导电基板均为钼片。
8.根据权利要求1或2所述的IGBT模块，其特征在于，所述导电杯为可弹性变形的弹性件。
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