CN210156368U - 一种igbt功率模块封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其是一种IGBT功率模块封装结构，包括铜底板、外壳、主电极和栅极端子，外壳安装在铜底板上，铜底板上设有覆铜陶瓷基板，主电极焊接在覆铜陶瓷基板上，主电极为叠层母排，覆铜陶瓷基板的周边设有绝缘基板图形面，铜底板上设有与绝缘基板图形面连通的小型绝缘基板，栅极端子焊接于小型绝缘基板上，栅极端子的顶部穿出外壳，本实用新型可以解决传统的IGBT封装结构会导致模块内部杂散电感较大的问题。

Description

一种IGBT功率模块封装结构

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体领域为一种IGBT功率模块封装结构。

背景技术

IGBT功率模块是大功率电力电子系统的重要组成部分，其性能和可靠性影响着电力电子系统的性能和安全运行。在传统的IGBT封装中，其电极端子、覆铜陶瓷基板及栅极端子的设计导致模块内部杂散电感较大，在器件关断时，其内部电感储存的能量会对器件造成过电压过冲，还会与器件的内部电容产生振荡。电极折弯后对DBC基板会造成一定的应力，应力释放较差、且电极的焊点不牢固，会严重影响模块的可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种IGBT功率模块封装结构，以解决传统的IGBT封装结构会导致模块内部杂散电感较大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种IGBT功率模块封装结构，包括铜底板、外壳、主电极和栅极端子，所述外壳安装在铜底板上，所述铜底板上设有覆铜陶瓷基板，所述主电极焊接在覆铜陶瓷基板上，所述主电极为叠层母排，所述覆铜陶瓷基板的周边设有绝缘基板图形面，所述铜底板上设有与绝缘基板图形面连通的小型绝缘基板，所述栅极端子焊接于所述小型绝缘基板上，所述栅极端子的顶部穿出外壳。

优选的，所述主电极包括连接在一起的电极臂和电极腿，所述电极臂的上半部分伸出外壳并折弯，其中伸出外壳的部分开设有安装孔，所述安装孔为圆形或椭圆形，所述安装孔用于与外壳上对应放置的螺母进行结合，所述电极腿焊接在覆铜陶瓷基板上。

优选的，所述电极臂上开设有两个电极折弯孔，两个电极折弯孔位于安装孔的下方。

优选的，所述电极腿为侧U型电极腿，所述电极臂的底端与侧U型电极腿连接，所述侧U型电极腿的U型开口所在竖直面与电极臂竖直延伸面一致，所述侧U型电极腿的底部与覆铜陶瓷基板焊接。

优选的，所述电极腿为S型电极腿，所述电极臂的底端与S型电极腿的上端连接，所述S型电极腿的底部与覆铜陶瓷基板焊接。

优选的，所述栅极端子采用合金镀层。

优选的，所述铜底板上设有四块覆铜陶瓷基板，四块覆铜陶瓷基板对称式布置在铜底板上。

优选的，所述外壳上设有外壳凸台，所述外壳凸台上设有电极槽，所述主电极从电极槽穿出，所述外壳上设有栅极槽，所述栅极端子从栅极槽穿出，所述栅极槽的四周还设有栅极护板。

优选的，所述外壳的内侧还设有内隔板，所述外壳上还开设有便于灌胶用的通孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本申请中，主电极为叠层母排，可实现主电极间距小、正对面积大以及一致性高的特性，有效地减小模块内部的杂散电感，有效地减小模块内储存的能量对器件造成过电压过冲；栅极端子焊接在小型绝缘基板上，通过焊接的方式代替传统的通过绞线引出栅极端子的方式，并且通过绝缘基板图形面实现边缘走线，将大电流主电极与小电流栅极端子分开，避免电气干扰，避免因引线长度不同而导致杂散电感不同的风险，避免非对称的栅极引线电感可能造成IGBT动态均流变差的风险，并减小器件的射频振荡；采用“U”形或“S”形电极腿的设计，增强了电极对机械应力释放的能力，起到缓冲抗震的作用，起到减小电极焊接热应力的效果，提高电极端子使用寿命，并提高电极焊接效率和覆铜陶瓷基板的利用率；采用合金镀层的栅极端子，可有效地提高端子抗氧化能力和焊接性能；采用四阵列、对称式覆铜陶瓷基板设计，可有效减小因热循环而对模块底板造成的应力集中。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型去掉外壳后的结构示意图；

图3为本实用新型中外壳的结构示意图；

图4为本实用新型中外壳另一视角的结构示意图。

图中：1.外壳、11.凸台、12.电极槽、13.栅极槽、14.栅极护板、15.内隔板、16.通孔，2.铜底板，3.主电极、31.侧U型电极腿、32.S型电极腿、33.电极臂、34.安装孔、35.电极折弯孔，4.栅极端子，5.覆铜陶瓷基板，6.绝缘基板图形面，7.螺母，8小型绝缘基板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种IGBT功率模块封装结构，包括铜底板2、外壳1、主电极3和栅极端子4，一体式的外壳1安装在铜底板2上，铜底板2的底部涂覆导热硅脂，达到与散热器充分接触的效果，起到散热功效，避免晶片结温超限而导致模块损坏，在铜底板2上设有覆铜陶瓷基板5，覆铜陶瓷基板5可以起到绝缘的作用，并且成本低、利用率高，主电极3焊接在覆铜陶瓷基板5上，主电极3为叠层母排，主电极3的宽度为10mm-20mm，相对较窄的宽度大大降低了制作成本，主电极3之间间距小、正对面积大，可以有效地降低模块内部的杂散电感，在覆铜陶瓷基板5的周边设有绝缘基板图形面6，铜底板2上设有小型绝缘基板8，该小型绝缘基板8与绝缘基板图形面6通过铝丝键合的方式连通，栅极端子4直接焊接在小型绝缘基板8上，栅极端子4的顶部穿出外壳1，在本申请中，主电极3采用叠层母排，可实现主电极3间距小、正对面积大以及一致性高的特性，有效地减小模块内部的杂散电感，有效地减小模块内储存的能量对器件造成过电压过冲；栅极端子4直接焊接在小型绝缘基板8上，同时采用绝缘基板图形面6与小型绝缘基板8连通，可使栅极端子4沿基板边缘走线，可以将大电流主电极3与小电流栅极端子4分开，避免电气干扰，采用焊接式代替传统的通过绞线引出栅极端子4的方式，可以避免因引线长度不同而导致杂散电感不同的风险，避免非对称的栅极引线电感可能造成IGBT动态均流变差的风险，并减小器件的射频振荡。

进一步的，主电极3包括连接在一起的电极臂33和电极腿，电极臂33的上半部分伸出外壳1并折弯，其中伸出外壳1的部分开设有安装孔34，安装孔34为圆形或椭圆形，安装孔34用于与外壳1上对应放置的螺母7进行结合，电极腿焊接在覆铜陶瓷基板5上，在本实施例中，主电极有两种，如图2所示，两侧两个主电极为侧电极，中间的主电极为中间电极，侧电极的电极腿为侧U型电极腿31，侧U型电极腿31的U型开口所在竖直面与侧电极臂竖直延伸面一致，侧U型电极腿31的底部与覆铜陶瓷基板5焊接，侧U型电极腿31避免焊接时电极重力导致的偏移问题，起到降低电极焊接应力的效果，增强了电极对机械应力释放的能力，起到缓冲抗震的作用，起到减小电极焊接热应力的效果，提高电极使用寿命，并提高电极焊接效率，由于安装空间的限制，中间电极的电极腿采用S型电极腿32，中间电极臂的底端与S型电极腿32的上端连接，S型电极腿32的底部与覆铜陶瓷基板5焊接，S型电极腿32降低了降低了对覆铜陶瓷基板5形状的依赖，大大提高了基板的利用率。

优选的，电极臂33上开设有两个电极折弯孔35，两个电极折弯孔35位于安装孔34的下方，电极折弯孔35有效地增加了电极折弯的效率。

优选的，栅极端子4采用合金镀层，有效地提高栅极端子4抗氧化性和焊接性。

优选的，铜底板2上设有四块覆铜陶瓷基板5，四块覆铜陶瓷基板5对称式布置在铜底板2上，覆铜陶瓷基板5采用四阵列、对称式布置，可有效减小因热循环而对模块底板造成的应力集中。

优选的，外壳1上设有外壳1凸台11，便于客户将应用器件固定于主电极3上，外壳1凸台11上设有电极槽12，在本实施例中，外壳1上设有三个凸台11，每个凸台11上都设有一个电极槽12，两个侧电极的电极臂从两侧凸台上的电极槽穿出，中间电极的电极臂从中间凸台上的电极槽穿出，电极槽12可以对主电极3起到机械支撑的作用，进一步的，外壳1上设有栅极槽13，栅极端子4从栅极槽13穿出，栅极槽13的四周还设有栅极护板14，栅极槽13可以对栅极端子4起到固定的作用，便于用户组装焊接，栅极护板14对栅极端子4起到机械保护的作用。

优选的，外壳1的内侧还设有内隔板15，内隔板15可以起到电气绝缘的作用，在工作过程中保持足够的爬电距离和承受高强度电磁污染；另外，外壳1上还开设有便于灌胶用的通孔16，可经过该通孔16完成注胶，起到灌胶保护作用，同时通孔16也可降低外壳1热形变及机械形变，此外，外壳1上还设有常见的墙板、加强筋以及安装座等，这些均为现有技术中的常见结构，此处不再赘述。

本申请中，主电极3为叠层母排，可实现主电极3间距小、正对面积大以及一致性高的特性，有效地减小模块内部的杂散电感，有效地减小模块内储存的能量对器件造成过电压过冲；栅极端子4焊接在小型绝缘基板8上，小型绝缘基本8与绝缘基板图形面6连通，通过焊接的方式代替传统的通过绞线引出栅极端子4的方式，并且通过绝缘基板图形面实现边缘走线，将大电流主电极3与小电流栅极端子4分开，避免电气干扰，避免因引线长度不同而导致杂散电感不同的风险，避免非对称的栅极引线电感可能造成IGBT动态均流变差的风险，并减小器件的射频振荡；采用“U”形或“S”形电极腿的设计，增强了电极对机械应力释放的能力，起到缓冲抗震的作用，起到减小电极焊接热应力的效果，提高电极端子使用寿命，并提高电极焊接效率和覆铜陶瓷基板5的利用率；采用合金镀层的栅极端子4，可有效地提高端子抗氧化能力和焊接性能；采用四阵列、对称式覆铜陶瓷基板5设计，可有效减小因热循环而对模块底板造成的应力集中。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种IGBT功率模块封装结构，包括铜底板(2)、外壳(1)、主电极(3)和栅极端子(4)，所述外壳(1)安装在铜底板(2)上，所述铜底板(2)上设有覆铜陶瓷基板(5)，所述主电极(3)焊接在覆铜陶瓷基板(5)上，其特征在于：所述主电极(3)为叠层母排，所述覆铜陶瓷基板(5)的周边设有绝缘基板图形面(6)，所述铜底板(2)上设有与绝缘基板图形面(6)连通的小型绝缘基板(8)，所述栅极端子(4)焊接于所述小型绝缘基板(8)上，所述栅极端子(4)的顶部穿出外壳(1)。

2.根据权利要求1所述的一种IGBT功率模块封装结构，其特征在于：所述主电极(3)包括连接在一起的电极臂(33)和电极腿，所述电极臂(33)的上半部分伸出外壳(1)并折弯，其中伸出外壳(1)的部分开设有安装孔(34)，所述安装孔(34)为圆形或椭圆形，所述安装孔(34)用于与外壳(1)上对应放置的螺母(7)进行结合，所述电极腿焊接在覆铜陶瓷基板(5)上。

3.根据权利要求2所述的一种IGBT功率模块封装结构，其特征在于：所述电极臂(33)上开设有两个电极折弯孔(35)，两个电极折弯孔(35)位于安装孔(34)的下方。

4.根据权利要求2所述的一种IGBT功率模块封装结构，其特征在于：所述电极腿为侧U型电极腿(31)，所述电极臂(33)的底端与侧U型电极腿(31)连接，所述侧U型电极腿(31)的U型开口所在竖直面与电极臂(33)竖直延伸面一致，所述侧U型电极腿(31)的底部与覆铜陶瓷基板(5)焊接。

5.根据权利要求2所述的一种IGBT功率模块封装结构，其特征在于：所述电极腿为S型电极腿(32)，所述电极臂(33)的底端与S型电极腿(32)的上端连接，所述S型电极腿(32)的底部与覆铜陶瓷基板(5)焊接。

6.根据权利要求1所述的一种IGBT功率模块封装结构，其特征在于：所述栅极端子(4)采用合金镀层。

7.根据权利要求1所述的一种IGBT功率模块封装结构，其特征在于：所述铜底板(2)上设有四块覆铜陶瓷基板(5)，四块覆铜陶瓷基板(5)对称式布置在铜底板(2)上。

8.根据权利要求1所述的一种IGBT功率模块封装结构，其特征在于：所述外壳(1)上设有外壳(1)凸台(11)，所述外壳(1)凸台(11)上设有电极槽(12)，所述主电极(3)从电极槽(12)穿出，所述外壳(1)上设有栅极槽(13)，所述栅极端子(4)从栅极槽(13)穿出，所述栅极槽(13)的四周还设有栅极护板(14)。

9.根据权利要求8所述的一种IGBT功率模块封装结构，其特征在于：所述外壳(1)的内侧还设有内隔板(15)，所述外壳(1)上还开设有便于灌胶用的通孔(16)。

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