CN207134351U - Igbt单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体应用技术领域，公开了一种IGBT单元，包括多个IGBT模块以及连接机构，多个IGBT模块分别具有壳体以及封装在壳体中的IGBT芯片，当多个IGBT模块并排设置时，利用连接机构将相邻的两个IGBT模块的壳体连接并固定。该IGBT单元能够组装成多样的模块结构，从而满足生产的不同要求。

Description

IGBT单元

技术领域

本实用新型涉及一种半导体应用技术领域，特别涉及一种IGBT模块组装的的IGBT单元。

背景技术

IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。其核心IGBT是通过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。该模块因具有电压高、电流大、频率高、导通电阻小等特点，所以能够广泛应用于变频器的逆变电路中。

因半导体工艺技术的限制，生产出的IGBT模块器件的电压和电流十分有限，并不能满足一些大功率电器的需求，为了输出更大的电流，通常的解决方案是把多个IGBT模块并联使用。

但IGBT的耐过流能力与耐过压能力较差，一旦出现意外就会使它损坏。并且，以往的模块都是固定模块内部的拓扑结构，由多个IGBT芯片组成不同的桥臂。由于模块结构拓扑无法轻易更改，因此不能满足对于多种多样的模块结构的需求。

同时，由于IGBT模块对于工作温度有较为严格的要求，过热保护通常采用散热器(包括普通散热器与热管散热器)，并可通过风扇散热或热传导的方式散热。但是，现有的IGBT模块中，IGBT单元过于集中时，工作时温度过高，对于散热器要求较高，增加了散热成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种IGBT单元。该IGBT单元能够组装成多样的模块结构，从而满足生产的不同需求。

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种IGBT单元，包括：

多个IGBT模块，每个IGBT模块均具有壳体以及封装在壳体中的IGBT芯片。

连接机构，用于将相邻的两个IGBT模块的壳体连接并固定，使得多个IGBT模块并排设置。

相对与现有技术而言，本实用新型通过连接机构组合的方式，可以在不改变IGBT模块内部的拓扑结构的情况下，根据需要来使任意数量的IGBT模块并排设置在一起。完成这一并排设置之后，可以通过现有技术中的任意方式，将这些IGBT模块并联或者串联，实现电路中的电流控制，并满足不同行业的需求。

同时，IGBT在电路中的设置的位置更加灵活，有利与散热设备的设置，提高散热效率，延长IGBT模块的使用寿命。

作为优选，用于固定相邻两个IGBT模块的连接机构包括插销和设置在壳体的侧边上的插槽，并排设置多个IGBT模块时，把插销插入插槽，使相邻的两个IGBT模块连接并紧密固定。通过这种物理连接的方式，将两个模块组成了一个单元。

进一步地，作为优选，每个壳体的侧边上设置有至少两个插槽。通过增加插槽与插销的个数，提高两个并排设置IGBT模块的连接强度。保障IGBT模块处于一种稳定连接的工作状态。

另外，作为优选，插槽位于壳体一侧的侧边上；连接机构还包括：

侧翼，设置在壳体的另一侧的侧边上，并向外延伸，侧翼上设置有通孔，能使插销通过，当两个IGBT模块并排设置时，侧翼上的通孔与插槽重叠，插销穿过通孔以及插槽，将相邻的两个IGBT模块连接并固定。通过这样的方式，可以采用较小尺寸的插销来固定两个模块，放宽了对插销的要求。

另外，作为优选，插销设置于壳体上与插槽所在侧相对的另一侧。在连接时，可确保IGBT模块连接的方向，保证了IGBT模块横向并排连接。同时，减少了插槽的个数，降低制造成本。

另外，作为优选，插销与插槽的横截面形状为圆形或多边形。通过对插销与插槽的横截面形状的限定，保证了连接的强度。同时，采用这些常见类型的插销，能达到降低加工难度并控制成本的目的。

进一步地，作为优选，插销为螺栓，在插槽的内表面上形成有内螺纹，螺栓穿过所述通孔并与插槽螺纹连接。采用螺栓代替插销并在插槽的内部加工出螺纹，可以有效地利用摩擦，减少相邻IGBT模块之间的相对移动，使得连接更加牢固。

另外，作为优选，连接机构还可以设置为：第一磁性件，设置在壳体的一个侧边的外侧壁上；第二磁性件，设置在壳体的另一侧边的外侧壁上，当多个IGBT模块并排设置时，第一磁性件与第二磁性件相互吸附，将相邻的两个IGBT模块连接并固定。采用两个磁性件连接，其拆装方式更加灵活，也更容易实现，对工艺要求更低，有效地降低了成本。

进一步地，作为优选，第一磁性件为钕磁铁，第二磁性件为铁片。通过钕磁铁对铁片的吸力，来构建连接，进而固定两相邻IGBT模块。

本实用新型还提供了一种IGBT单元，该单元中多个IGBT模块为三个IGBT模块，每个所述IGBT模块为包括两个IGBT芯片的2合1模块。通过这种方式，能够满足更广泛的生产市场需求。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式两个IGBT模块连接时所构成的IGBT单元的立体示意图；

图2是本实用新型第一实施方式在连接机构处局部放大时的IGBT单元的示意图；

图3是本实用新型第一实施方式设置有连杆时的IGBT单元的立体示意图；

图4是本实用新型第一实施方式三个IGBT模块相互连接时所构成的IGBT单元的立体示意图；

图5是本实用新型第二实施方式IGBT单元的立体示意图；

图6是本实用新型第二实施方式在连接机构处局部放大时的IGBT单元的立体示意图；

图7是本实用新型第三实施方式IGBT单元的立体示意图；

图8是本实用新型第三实施方式IGBT单元的剖面示意图；

图9是本实用新型第四实施方式IGBT单元的侧面示意图。

附图标记说明：

1-连接机构；2-IGBT模块；1a-插销；1b-插槽；1c-连杆；1d-侧翼；1e-通孔。

具体实施方式

实施方式一

本实用新型的第一实施方式提供了一种IGBT单元，参见图1、图2所示，包括多个IGBT模块2以及连接机构1，多个IGBT模块2分别具有壳体以及封装在壳体中的IGBT芯片，当多个IGBT模块2并排设置时，利用连接机构1将相邻的两个IGBT模块2的壳体连接并固定。

在此IGBT单元中，IGBT芯片封装于壳体内，设有一定的保护设施，构成一个IGBT模块2，通过连接机构1，可将任意数量的IGBT模块2进行配合组装。参照图1所示，以两个IGBT模块2组合的IGBT单元为例，每个IGBT模块2都设有插槽1b，并配有适合组装的插销1a。

其中，连接机构1包括插销1a和设置在壳体的侧边上的插槽1b，当多个IGBT模块2并排设置时，插销1a插入所述插槽1b，将相邻的两个IGBT模块2连接并固定。在每个壳体的侧边上设置有至少两个插槽1b。

结合图2来看，插槽1b可通过在壳体侧边上进行打孔，并限定孔的深度和结构来完成。对于同一侧边上的插槽1b，可以限定相邻两个插槽1b之间的距离，降低对插销1a的工艺要求，同时方便装配和生产的自动化。插销1a通常可以选择由两个插头构成的形式，每个插头分别插入设置于不同IGBT模块2上的插槽1b中，确保连接的强度。

在通常情况下从降低制造的难度和方便采购的角度来考量，插销1a与插槽1b的横截面形状可以是圆形或多边形。

其中，IGBT模块2的数量并无特别限定，也可以参见图4所示的三个IGBT模块2，每个IGBT模块为包括两个IGBT芯片的2合1模块。在上述两个IGBT模块2组成的IGBT单元中，可以添加一个新的配有插槽1b的IGBT模块2，该IGBT模块2可以并排设置在由两个IGBT模块2组成的IGBT单元的左侧或右侧。并以上述插销1a插入插槽1b的连接方式加以固定。

参照图3所示，在本实施方式中，还可以通过连杆1c来连接两根独立的插销1a，从而加强连接强度。并且，设置连杆1c之后，可以减少插销1a插入插槽1b的次数，定位也变得准确，减少连接所需的工作量。

相对于现有技术而言，本实施方式可以在不改变IGBT模块2内部的拓扑结构的情况下，根据需要来使任意数量的IGBT模块2并排设置在一起。完成这一并排设置之后，可以通过现有技术中的任意方式，将这些IGBT模块2并联或者串联，实现电路中的电流控制，并满足不同行业的需求。同时，IGBT单元在电路中的设置的位置更加灵活，有利于散热设备的设置，提高散热效率，延长IGBT模块2的使用寿命。

实施方式二

本实用新型的第二实施方式提供了一种IGBT单元，包括多个IGBT模块2和连接机构1，第二实施方式是对第一实施方式的改进。结合图5来看，主要的改进之处在于，连接机构1还包括：

侧翼1d，设置在壳体的另一侧的侧边上，并向外延伸，侧翼1d上设置有通孔1e，能使插销1a通过，当两个所述IGBT模块2并排设置时，侧翼1d上的通孔1e与插槽1b重叠，插销1a穿过通孔1e以及插槽1b，将相邻的两个IGBT模块2连接并固定。侧翼1d的材料和壳体材料相同，侧翼1d的个数和插槽1b的个数匹配，并且侧翼1d上通孔1e和插槽1b以及插销1a的横截面形状、尺寸相互匹配。通过这样的方式，采用常见尺寸的插销1a即可固定两个IGBT模块2，放宽了对插销1a的要求。

另外，作为进一步的改进，在本实施方式中，参见图6所示，插销1a为螺栓，在插槽1b的内表面上形成有内螺纹，螺栓穿过所述通孔1e并与插槽1b螺纹连接。

以一侧边上有两个插槽1b和侧翼1d的形式为例。插槽1b与侧翼1d对齐，即插槽1b的中心轴线和侧翼1d通孔1e的中心轴线相互重合。将螺栓拧入带有内螺纹的插槽1b并压紧，可以有效地利用摩擦和压力，减少相邻IGBT模块2之间的相对移动。

综合第一和第二实施方式的考量，在本实用新型中，通过增加侧翼1d和采用螺栓的方法，加固了整个单元。使得IGBT单元在灵活拆分、组装和设置的情况下，提高了整体的强度，同时合理控制了成本，降低了设计和组装的复杂度，利于自动化生产。

实施方式三

本实用新型的第三种实施方式提供了一种IGBT单元，包括多个IGBT模块2和连接机构1，第三实施方式是对第一实施方式的改进，主要改进之处在于，插销1a设置于壳体上与插槽1b所在侧相对的另一侧。

结合图7、8来看，整个插销1a与壳体一体化，插销1a从壳体一侧的侧边上引出，在设置插销1a侧的另外一侧的侧边上设置插槽1b，用于连接下一个IGBT模块2。通过这种将插销1a插入插槽1b的方式，在连接时，可确保IGBT模块2连接的方向，保证了IGBT模块2横向并排连接。同时，由于模块的方向固定，因此连接电路的电极也随之固定，在连接电路时更加清楚，降低了装配电路时发生错误的概率。

因此综合第一和第三实施方式的考量，将插销1a和壳体一体化，不仅减少了插槽1b的个数，还避免了插销1a的单独生产和匹配，降低制造成本。

实施方式四

本实用新型还提供了一种IGBT单元，包括多个IGBT模块2和连接机构1，第四实施方式与上述三种实施方式有所不同，主要不同之处在于：在本实用新型的上述三种实施方式都是通过机械连接的方式将两个相邻的IGBT模块2连接在一起，连接机构1均为机械构件；而在本实用新型的第四实施方式中，参照图9所示，连接机构1还可以设置为包括：第一磁性件，设置在壳体的一个侧边的外侧壁上；第二磁性件，设置在壳体的另一侧边的外侧壁上，当多个IGBT模块2并排设置时，第一磁性件与第二磁性件相互吸附，将相邻的两个IGBT模块2连接并固定。

在本实施方式中，第一磁性件可以为钕磁铁，第二磁性件可以为铁片。通过钕磁铁对铁片的吸力，来构建连接，进而固定两相邻IGBT模块2。

具体来说，第一磁性件可为材质为钕磁铁的片状物，设置于壳体一侧的侧壁上或者侧壁内部；第二磁性件可为铁片，安装在设有钕磁铁一侧的对面一侧。每一个IGBT模块2均按照上述方式设置磁性件。连接时，前一个IGBT模块2的第一磁性件与后一个IGBT模块2的第二磁性件连接。由于第一磁性件必须连接第二磁性件，因此可规定IGBT模块2连接的方向。

综合上述考量，采用磁性连接机构，较机械连接机构而言，磁性连接安装更为简单，拆卸更灵活，也利于组装新的IGBT单元，能更好地适用于各种场合。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种IGBT单元，包括多个IGBT模块(2)以及连接机构(1)，所述多个IGBT模块(2)分别具有壳体以及封装在壳体中的IGBT芯片，当多个所述IGBT模块(2)并排设置时，利用所述连接机构(1)将相邻的两个IGBT模块(2)的壳体连接并固定。

2.根据权利要求1所述的IGBT单元，其特征在于，所述连接机构(1)包括插销(1a)和设置在所述壳体的侧边上的插槽(1b)，当多个所述IGBT模块(2)并排设置时，所述插销(1a)插入所述插槽(1b)，将相邻的两个IGBT模块(2)连接并固定。

3.根据权利要求2所述的IGBT单元，其特征在于，在每个壳体的侧边上设置有至少两个插槽(1b)。

4.根据权利要求2所述的IGBT单元，其特征在于，所述插槽(1b)位于所述壳体一侧的侧边上；所述连接机构(1)还包括在所述壳体的另一侧的侧边上向外延伸并形成的侧翼(1d)，所述侧翼(1d)上设置有通孔(1e)，当两个所述IGBT模块(2)并排设置时，所述通孔(1e)与所述插槽(1b)重叠，所述插销(1a)穿过所述通孔(1e)以及所述插槽(1b)，将相邻的两个IGBT模块(2)连接并固定。

5.根据权利要求2所述的IGBT单元，其特征在于，所述插销(1a)设置于所述壳体上与所述插槽(1b)所在侧相对的另一侧。

6.根据权利要求2所述的IGBT单元，其特征在于，所述插销(1a)与所述插槽(1b)的横截面形状为圆形或多边形。

7.根据权利要求4所述的IGBT单元，其特征在于，所述插销(1a)为螺栓，在所述插槽(1b)的内表面上形成有内螺纹，

所述螺栓穿过所述通孔(1e)并与所述插槽(1b)螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的IGBT单元，其特征在于，所述连接机构(1)包括：第一磁性件，设置在所述壳体的一个侧边的外侧壁上；第二磁性件，设置在所述壳体的另一侧边的外侧壁上，当多个所述IGBT模块(2)并排设置时，所述第一磁性件与所述第二磁性件相互吸附，将相邻的两个IGBT模块(2)连接并固定。

9.根据权利要求8所述的IGBT单元，其特征在于，所述第一磁性件为钕磁铁，所述第二磁性件为铁片。

10.根据权利要求1所述的IGBT单元，其特征在于，所述多个IGBT模块(2)为三个IGBT模块(2)，每个所述IGBT模块(2)为包括两个IGBT芯片的2合1模块。