CN202585404U - Igbt模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种IGBT模块，包括N片直接覆铜陶瓷基板（DBC）、N个IGBT单元、散热底板、外壳、盖板及水冷散热器，每一IGBT单元包括M颗IGBT芯片及X颗二极管芯片，且M颗IGBT芯片与每一二极管芯片均通过芯片连接导线进行反并联连接，N片DBC中的每两个通过DBC连接导线进行互连，每两个互连的DBC组成一IGBT半桥单元，每一IGBT半桥单元通过电极连接导线与对应的主电极电连接，且每一IGBT半桥单元中的一DBC对应与一控制电极电连接，所述N片DBC设置于散热底板上，所述外壳用于遮罩设置有N个IGBT单元的N片DBC，所述盖板用于盖住外壳。本实用新型可应用于电动大巴且可靠性较高。

Description

IGBT模块
技术领域
本实用新型涉及一种IGBT模块。
背景技术
目前，随着电动汽车产业的蓬勃发展，IGBT模块的应用也从小功率（电机功率额定75Kw以下）的电动轿车逐步扩展到大功率（电机额定功率90Kw以上）的电动中巴、电动大巴。目前现有的电动汽车级IGBT模块的最大规格为英飞凌公司（infineon）的650V/800A或者1200V/400A的六单元 IGBT模块。由于电动大巴需求较大的功率，因此采用单个IGBT模块将无法满足电动大巴的驱动功率（90Kw以上）要求。目前普遍的做法是将多个传统应用于电焊机、变频器、UPS等工业控制领域的小功率工业级IGBT模块并联作为一个驱动桥臂的方式组成一个大功率电机控制器应用于电动大巴上。
然而，采用多个IGBT模块并联时，组装复杂、寄生电感大且占用体积大。另外，与工业控制领域固定的使用环境不同，电动大巴长期处于颠簸振动及快速循环变化的温度环境中，工业级IGBT模块设计时未考虑到这些应用要求，将其应用于电动汽车上，易出现因振动导致的电极脱落失效、因封装材料热匹配性差在高低温循环后出现的键合面及焊接面分层失效的问题，无法满足电动大巴10年以上使用寿命的长期可靠性要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可应用于电动大巴的可靠性较高的IGBT模块。
一种IGBT模块，包括N片直接覆铜陶瓷基板、N个对应焊接于N片直接覆铜陶瓷基板上的IGBT单元、一散热底板、一外壳、一盖板及一水冷散热器，N为偶数，每一IGBT单元处对应设置有一主电极及两控制电极，其中每一IGBT单元包括M颗IGBT芯片及X颗的二极管芯片，所述M颗IGBT芯片并联连接，且所述并联连接的四颗IGBT芯片与每一二极管芯片均通过芯片连接导线进行反并联连接，N片直接覆铜陶瓷基板中的每两个通过直接覆铜陶瓷基板连接导线进行互连，每两个互连的直接覆铜陶瓷基板组成一IGBT半桥单元，每一IGBT半桥单元通过电极连接导线与对应的主电极电连接，且每一IGBT半桥单元中的一直接覆铜陶瓷基板对应与一控制电极电连接，所述N片直接覆铜陶瓷基板设置于散热底板上，所述外壳用于遮罩设置有N个IGBT单元的N片直接覆铜陶瓷基板，所述盖板用于盖住外壳，所述散热底板安装于水冷散热器之上。
进一步地，每一电极连接导线与主电极及控制电极键合的位置还覆盖有50-100μ的纯铝或者50-100μm的铝硅合金。
进一步地，在盖板、外壳与直接覆铜陶瓷基板之间的空隙填充有硅凝胶。
进一步地，所述散热底板包括基座，所述水冷散热器包括进水口、出水口及密封圈，所述散热底板与水冷散热器之间采用密封圈进行密封。
进一步地，所述水冷散热器还包括若干从基座上延伸出的鳍片，所述若干鳍片用于对由进水口流入的冷却水进行扰流。
进一步地，N等于6。
进一步地，M等于4，X等于7。
进一步地，每一IGBT芯片的规格为1200V/200A，每一二极管芯片的规格为1200V/115A，每一IGBT单元的规格为1200V/800A，每一IGBT半桥单元的规格为1200V/800A。
上述IGBT模块通过在N片直接覆铜陶瓷基板上对应焊接N个IGBT单元，可以实现应用于电动大巴且可靠性较高。
附图说明
图1是本实用新型IGBT模块的俯视图。
图2是图1中IGBT模块的剖视图。
图3是散热装置与散热底板的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
请参考图1及图2，本实用新型IGBT模块的较佳实施方式包括散热底板1、六片直接覆铜陶瓷基板（DBC）2、六个IGBT单元、外壳10、盖板13及水冷散热器18。
所述六片DBC 2呈两行三列设置于散热底板1上，每一IGBT单元40焊接于一DBC 2上。所述外壳10用于遮罩设置有六个IGBT单元40的六片DBC 2，且外壳10上对应每一IGBT单元40处设置有一主电极8及两控制电极9。所述盖板13用于盖住外壳10，且在盖板13、外壳10与DBC 2之间的空隙填充有硅凝胶12。本实施方式中，所述散热底板1采用铝碳化硅（AlSiC）复合材料，其导热系数为180w/m.k、热膨胀系数为6.5×10-6 m/K，所述DBC 2采用氮化铝（AlN）材料，其导热系数为180w/m.k、热膨胀系数为4.7×10-6 m/K。由于散热底板1的材料及DBC 2的材料的热膨胀系数非常接近，因此可有效地降低IGBT模块使用时由于热胀冷缩产生的应力，可承受长时间的高低温循环变化，适合电动大巴长期高低温循环变化的应用环境，进而延长IGBT模块的使用寿命。
每一IGBT单元40包括四颗1200V/200A的IGBT芯片4和七颗1200V/115A的二极管芯片5。上述四颗1200V/200A的IGBT芯片4并联连接，所述并联连接的四颗1200V/200A的IGBT芯片4与七颗二极管芯片5中的每一个均通过芯片连接导线6进行反并联连接以形成一个1200V/800A的IGBT单元40。所述六片DBC 2呈2×3的矩阵排列。下面将以每一列中的两个IGBT单元40为例来说明电路连接关系，第二列及第三列中的DBC 2及IGBT单元40之间的连接关系与其相同。
位于第一行第一列处的DBC 2与位于第二行第一列处的DBC 2通过DBC连接导线7进行互连，每两个互连的DBC 2组成一1200V/800A的IGBT半桥单元。每一IGBT半桥单元通过电极连接导线11与共用的主电极8电连接，其中每一DBC 2对应与一控制电极9电连接。所述主电极8及控制电极9均采用铜铝复合材料。所述电极连接导线11采用99.99%的铝线。每一电极连接导线11与主电极8及控制电极9键合的位置还覆盖有50-100μ的纯铝（Al）或者50-100μm的铝硅合金（AlSil）。由于电极连接导线11与键合的位置为同一材料铝，因此键合位置的一致性较好，且键合位置耐受高低温循环的能力增强。
请继续参考图3，所述散热底板1包括基座100及若干从基座100上延伸出的鳍片110。所述水冷散热器18包括进水口14、出水口19及密封圈15。所述散热底板1安装于水冷散热器18之上且散热底板100与水冷散热器18之间采用密封圈15进行密封。如此，冷却水从进水口14流入之后将会直接与散热底板1接触，进而对IGBT模块进行散热。同时，所述若干鳍片110可对冷却水进行扰流，以形成紊流，从而使得散热底板1与冷却水能进行充分的散热交换，提升散热效率。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种IGBT模块，包括N片直接覆铜陶瓷基板、N个对应焊接于N片直接覆铜陶瓷基板上的IGBT单元、一散热底板、一外壳、一盖板及一水冷散热器，N为偶数，每一IGBT单元处对应设置有一主电极及两控制电极，其中每一IGBT单元包括M颗IGBT芯片及X颗的二极管芯片，所述M颗IGBT芯片并联连接，且所述并联连接的四颗IGBT芯片与每一二极管芯片均通过芯片连接导线进行反并联连接，N片直接覆铜陶瓷基板中的每两个通过直接覆铜陶瓷基板连接导线进行互连，每两个互连的直接覆铜陶瓷基板组成一IGBT半桥单元，每一IGBT半桥单元通过电极连接导线与对应的主电极电连接，且每一IGBT半桥单元中的一直接覆铜陶瓷基板对应与一控制电极电连接，所述N片直接覆铜陶瓷基板设置于散热底板上，所述外壳用于遮罩设置有N个IGBT单元的N片直接覆铜陶瓷基板，所述盖板用于盖住外壳，所述散热底板安装于水冷散热器之上。
2.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：每一电极连接导线与主电极及控制电极键合的位置还覆盖有50-100μ的纯铝或者50-100μm的铝硅合金。
3.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：在盖板、外壳与直接覆铜陶瓷基板之间的空隙填充有硅凝胶。
4.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：所述散热底板包括基座，所述水冷散热器包括进水口、出水口及密封圈，所述散热底板与水冷散热器之间采用密封圈进行密封。
5.如权利要求4所述的IGBT模块，其特征在于：所述水冷散热器还包括若干从基座上延伸出的鳍片，所述若干鳍片用于对由进水口流入的冷却水进行扰流。
6.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：N等于6。
7.如权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：M等于4，X等于7。
8.如权利要求7所述的IGBT模块，其特征在于：每一IGBT芯片的规格为1200V/200A，每一二极管芯片的规格为1200V/115A，每一IGBT单元的规格为1200V/800A，每一IGBT半桥单元的规格为1200V/8。
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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Shenzhen Yisipulin Technology Co., Ltd.

Assignor: Shenzhen Lide Electric Control Technology Co., Ltd.

Contract record no.: 2014440020460

Denomination of utility model: Parallel IGBT module copper bar installation structure

Granted publication date: 20121205

License type: Exclusive License

Record date: 20141225

LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Shenzhen Lide Electric Control Technology Co., Ltd.

Document name: Notification that Application Deemed not to be Proposed

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Granted publication date: 20121205

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