CN212161800U - 一种桥式igbt模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种桥式IGBT模块，包括陶瓷基板、若干键合线、若干电阻和上桥臂IGBT和下桥臂IGBT，陶瓷基板上设有若干覆铜块，各覆铜块之间由上桥臂IGBT、下桥臂IGBT、电阻及键合线连接并组成桥式IGBT开关电路，其特征在于：所述上桥臂IGBT和下桥臂IGBT均包括并联的若干个IGBT芯片，各IGBT芯片并排安装在陶瓷基板中间，陶瓷基板的前侧布置有交流端连接端子，陶瓷基板的后侧布置有正极连接端子和负极连接端子，交流端连接端子两旁布置有若干信号端子，交流端连接端子、正极连接端子、负极连接端子、各信号端子和各IGBT芯片焊接在覆铜块上；桥式IGBT模块尺寸较小，集成度高，电稳定性高。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种桥式IGBT模块。
背景技术：
在电力半导体模块的发展中，随着集成度的提高、模块体积减小、运行频率增加，使得模块的单位散热面积上的功耗增加，在大电流应用中单芯片电流不能满足系统需求，因此需要采用多芯片并联方案。具有优良的电绝缘性和导热特性的覆铜陶瓷基板，以陶瓷基板作为各种芯片的承载体，通过表面的覆铜层与芯片电路电连接，在相同功率的电力半导体中，陶瓷基板的焊接式模块与普通焊接式模块相比，不仅体积小、重量轻、省部件，并且具有更好的热疲劳稳定性和更高的集成度，因此当前选用陶瓷基板作为功率模块硅芯片的承载体是业内发展方向。但目前市面上所使用的陶瓷基板电力半导体模块，有以下缺点：1、目前使用的陶瓷基板电力半导体模块多是为单一型号的产品所设计，外形尺寸较大；2、各种端子(包括信号端子、正极端子、负极端子与交流端子)与陶瓷基板采用键合线的形式进行连接，在使用过程中就存在键合线松动脱落的风险，使得模块电稳定性差；3、在电路工作中，陶瓷基板承载的电路中容易出现较大的寄生电感。
发明内容：
本实用新型的目的是提供一种桥式IGBT模块，能解决现有技术中桥式 IGBT模块尺寸较大、电稳定性差的问题。
本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。
本实用新型的目的是提供一种桥式IGBT模块，包括陶瓷基板、若干键合线、若干电阻和上桥臂IGBT和下桥臂IGBT，陶瓷基板上设有若干覆铜块，各覆铜块之间由上桥臂IGBT、下桥臂IGBT、电阻及键合线连接并组成桥式IGBT开关电路，其特征在于：所述上桥臂IGBT和下桥臂IGBT均包括并联的若干个IGBT芯片，各IGBT芯片并排安装在陶瓷基板中间，陶瓷基板的前侧布置有交流端连接端子，陶瓷基板的后侧布置有正极连接端子和负极连接端子，交流端连接端子旁边布置有若干信号端子，信号端子与桥式 IGBT开关电路连接，交流端连接端子、正极连接端子、负极连接端子、各信号端子和各IGBT芯片焊接在覆铜块上。
上述所述覆铜块包括大面积覆铜的交流端覆铜块、正极覆铜块和负极覆铜块，正极连接端子与上桥臂IGBT焊接在正极覆铜块上，上桥臂IGBT的发射极通过键合线与交流端覆铜块电连接，交流端连接端子与下桥臂IGBT焊接在交流端覆铜块上，下桥臂IGBT的发射极通过键合线与负极覆铜块电连接，负极连接端子焊接在负极覆铜块上。
上述所述覆铜块还包括上桥臂控制覆铜块、下桥臂控制覆铜块和若干栅极覆铜块，各IGBT芯片附近均布置有一个栅极覆铜块，各IGBT芯片的栅极通过键合线与对应的栅极覆铜块电连接，上桥臂控制覆铜块和下桥臂控制覆铜块分别布置在交流端覆铜块的左右两侧，栅极覆铜块与上桥臂控制覆铜块或下桥臂控制覆铜块之间通过电阻或键合线电连接，上桥臂控制覆铜块和下桥臂控制覆铜块上还焊接有信号端子。
上述还包括高频吸收电容，高频吸收电容的两端分别焊接在正极覆铜块和负极覆铜块上。
上述所述负极覆铜块的边缘设有凹槽，凹槽位于正极连接端子和负极连接端子之间，正极覆铜块的边缘与凹槽对应设置有凸块，高频吸收电容的两端分别焊接在凹槽与凸块上。
上述所述陶瓷基板上安装有温度传感器，温度传感器位于交流端覆铜块旁，信号端子包括与温度传感器电连接的温度检测端子。
上述所述电阻为厚膜电阻或可键合电阻。
上述所述陶瓷基板的形状为方形，陶瓷基板的四个角均设有倒角。
上述所述倒角上也安装有信号端子。
上述所述交流端连接端子、正极连接端子、负极连接端子、各信号端子和各IGBT芯片通过超声波焊接在覆铜块上。
本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：
1)所述桥式IGBT模块，包括陶瓷基板、若干键合线、若干电阻和上桥臂IGBT和下桥臂IGBT，陶瓷基板上设有若干覆铜块，各覆铜块之间由上桥臂IGBT、下桥臂IGBT、电阻及键合线连接并组成桥式IGBT开关电路，其特征在于：所述上桥臂IGBT和下桥臂IGBT均包括并联的若干个IGBT芯片，各IGBT芯片并排安装在陶瓷基板中间，陶瓷基板的前侧布置有交流端连接端子，陶瓷基板的后侧布置有正极连接端子和负极连接端子，交流端连接端子两旁布置有若干信号端子，信号端子与桥式IGBT开关电路连接，交流端连接端子、正极连接端子、负极连接端子、各信号端子和各IGBT芯片焊接在覆铜块上；桥式IGBT模块尺寸较小，内部电路结构高度集成；交流端连接端子、正极连接端子、负极连接端子、信号端子和各IGBT芯片焊接在覆铜块上，增强了桥式IGBT模块的电稳定性。
2)本实用新型的其它优点在实施例部分展开详细描述。
附图说明：
图1是本实用新型实施例一提供的桥式IGBT模块的原理图；
图2是实施例一提供的桥式IGBT模块的结构示意图；
图3是实施例一提供的桥式IGBT模块的俯视图；
图4是本实用新型实施例二提供的桥式IGBT模块的结构示意图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
实施例一：
如图1至图3所示，本实施例提供的是一种桥式IGBT模块，包括陶瓷基板9、若干键合线8、若干电阻7和上桥臂IGBT 61和下桥臂IGBT 62，陶瓷基板9上设有若干覆铜块1，各覆铜块1之间由上桥臂IGBT 61、下桥臂IGBT 62、电阻7及键合线8连接并组成桥式IGBT开关电路，其特征在于：所述上桥臂IGBT 61和下桥臂IGBT 62均包括并联的若干个IGBT芯片60，各IGBT芯片60并排安装在陶瓷基板9中间，陶瓷基板9的前侧布置有交流端连接端子51，陶瓷基板9的后侧布置有正极连接端子52和负极连接端子 53，交流端连接端子51旁边布置有若干信号端子4，信号端子4与桥式IGBT 开关电路连接，交流端连接端子51、正极连接端子52、负极连接端子53、各信号端子4和各IGBT芯片60焊接在覆铜块1上。桥式IGBT模块尺寸较小，内部电路结构高度集成；交流端连接端子51、正极连接端子52、负极连接端子53、各信号端子4和各IGBT芯片60直接焊接在覆铜块1上，增强机械震动和机械冲击的可靠性，增强了桥式IGBT模块的电稳定性。各信号端子4结构统一，使用一套模具即可加工完成，节省成本。信号端子4用于与外部控制电路连接。
交流端连接端子51、正极连接端子52、负极连接端子53都分别设置有 2个。信号端子4包括温度检测端子41、上桥臂控制端子42、下桥臂控制端子43和寄生电容连接端子44。
本实施例以上桥臂IGBT 61和下桥臂IGBT 62各包括两个并联的IGBT 芯片60为例进行说明。并联IGBT芯片的控制回路首先为共线结构，即在距离较近位置的IGBT芯片设计为并联结构，一致性好，驱动电压一致，芯片开关同步，不会造成开关过程中单一芯片的电压集中或电流集中。
上述所述交流端连接端子51、正极连接端子52、负极连接端子53、各信号端子4和各IGBT芯片60通过超声波焊接在覆铜块1上。超声波焊接进一步提高了元器件与覆铜块1的结合强度。所有端子全部采用超声波焊接工艺，减少工艺流程，增加产品可靠性；端子结构统一，节约成本。
上述所述覆铜块1包括大面积覆铜的交流端覆铜块11、正极覆铜块12 和负极覆铜块13，正极连接端子52与上桥臂IGBT61焊接在正极覆铜块12 上，上桥臂IGBT 61的发射极通过键合线8与交流端覆铜块11电连接，交流端连接端子51与下桥臂IGBT 62焊接在交流端覆铜块11上，下桥臂IGBT 62的发射极通过键合线8与负极覆铜块13电连接，负极连接端子53焊接在负极覆铜块13上。交流端覆铜块11、正极覆铜块12和负极覆铜块13面积较大，更适合大电流使用，在利于散热的同时能减少寄生电感的产生。
所述交流端覆铜块11、正极覆铜块12和负极覆铜块13上还焊接有信号端子4。
上述所述覆铜块1还包括上桥臂控制覆铜块14、下桥臂控制覆铜块15 和若干栅极覆铜块16，各IGBT芯片60附近均布置有一个栅极覆铜块16，各IGBT芯片60的栅极601通过键合线8与对应的栅极覆铜块16电连接，上桥臂控制覆铜块14和下桥臂控制覆铜块15分别布置在交流端覆铜块11 的左右两侧，栅极覆铜块16与上桥臂控制覆铜块14或下桥臂控制覆铜块15 之间通过电阻7电连接，上桥臂控制覆铜块14和下桥臂控制覆铜块15上还焊接有信号端子4。上桥臂和下桥臂控制回路采用短回路设计，在距离IGBT 芯片60较近位置设计为并联结构，使各IGBT芯片60的驱动电压一致，各 IGBT芯片60开关同步，不会造成开关过程中单一芯片的电压集中或电流集中。上桥臂控制覆铜块14和下桥臂控制覆铜块15之间干扰小。
上述焊接在上桥臂控制覆铜块14的信号端子4为上桥臂控制端子42，焊接在下桥臂控制覆铜块15的信号端子4为下桥臂控制端子43。
上述还包括高频吸收电容21，高频吸收电容21的两端分别焊接在正极覆铜块12和负极覆铜块13上。高频吸21收电容21可以实现高频电压震荡的吸收，进一步增强了桥式IGBT模块的电稳定性。
上述所述负极覆铜块13的边缘设有凹槽131，凹槽131位于正极连接端子52和负极连接端子53之间，正极覆铜块12的边缘与凹槽131对应设置有凸块121，高频吸收电容21的两端分别焊接在凹槽131与凸块121上。充分利用端子之间的距离，减小了桥式IGBT模块的尺寸。
上述所述陶瓷基板9上安装有温度传感器22，温度传感器22位于交流端覆铜块11旁，信号端子4包括与温度传感器22电连接的温度检测端子41。温度传感器22能有效感应桥式IGBT模块的温度变化，防止桥式IGBT模块过热。
上述所述电阻7为厚膜电阻71。
上述所述陶瓷基板9的形状为方形，陶瓷基板9的四个角均设有倒角91。倒角进一步减小了陶瓷基板的尺寸，也便于桥式IGBT模块在不同方向上的布置。
上述所述倒角91上也安装有信号端子4，布局合理，充分利用空间。
本实用新型的桥式IGBT模块，装配灵活，通过组合可以实现H桥、三相全桥和多相全桥的电气回路结构，适用于单相、三相和多相电机应用。本实用新型应用范围广，通过更换不同参数的IGBT芯片芯片、电阻等器件，可满足不同产品的要求。
实施例二：
如图4所示，本实施例提供的桥式IGBT模块与实施例一所述的桥式IGBT 模块类似，不同之处在于：
上述所述电阻7为可键合电阻72。具体的，可键合电阻72焊接在栅极覆铜块16上，栅极覆铜块16与上桥臂控制覆铜块14或下桥臂控制覆铜块 15之间通过键合线8电连接。
以上实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种桥式IGBT模块，包括陶瓷基板(9)、若干键合线(8)、若干电阻(7)和上桥臂IGBT(61)和下桥臂IGBT(62)，陶瓷基板(9)上设有若干覆铜块(1)，各覆铜块(1)之间由上桥臂IGBT(61)、下桥臂IGBT(62)、电阻(7)及键合线(8)连接并组成桥式IGBT开关电路，其特征在于：所述上桥臂IGBT(61)和下桥臂IGBT(62)均包括并联的若干个IGBT芯片(60)，各IGBT芯片(60)并排安装在陶瓷基板(9)中间，陶瓷基板(9)的前侧布置有交流端连接端子(51)，陶瓷基板(9)的后侧布置有正极连接端子(52)和负极连接端子(53)，交流端连接端子(51)旁边布置有若干信号端子(4)，信号端子(4)与桥式IGBT开关电路连接，交流端连接端子(51)、正极连接端子(52)、负极连接端子(53)、各信号端子(4)和各IGBT芯片(60)焊接在覆铜块(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种桥式IGBT模块，其特征在于：所述覆铜块(1)包括大面积覆铜的交流端覆铜块(11)、正极覆铜块(12)和负极覆铜块(13)，正极连接端子(52)与上桥臂IGBT(61)焊接在正极覆铜块(12)上，上桥臂IGBT(61)的发射极通过键合线(8)与交流端覆铜块(11)电连接，交流端连接端子(51)与下桥臂IGBT(62)焊接在交流端覆铜块(11)上，下桥臂IGBT(62)的发射极通过键合线(8)与负极覆铜块(13)电连接，负极连接端子(53)焊接在负极覆铜块(13)上。
3.根据权利要求2所述的一种桥式IGBT模块，其特征在于：所述覆铜块(1)还包括上桥臂控制覆铜块(14)、下桥臂控制覆铜块(15)和若干栅极覆铜块(16)，各IGBT芯片(60)附近均布置有一个栅极覆铜块(16)，各IGBT芯片(60)的栅极(601)通过键合线(8)与对应的栅极覆铜块(16)电连接，上桥臂控制覆铜块(14)和下桥臂控制覆铜块(15)分别布置在交流端覆铜块(11)的左右两侧，栅极覆铜块(16)与上桥臂控制覆铜块(14)或下桥臂控制覆铜块(15)之间通过电阻(7)或键合线(8)电连接，上桥臂控制覆铜块(14)和下桥臂控制覆铜块(15)上还焊接有信号端子(4)。
4.根据权利要求2或3所述的一种桥式IGBT模块，其特征在于：还包括高频吸收电容(21)，高频吸收电容(21)的两端分别焊接在正极覆铜块(12)和负极覆铜块(13)上。
5.根据权利要求4所述的一种桥式IGBT模块，其特征在于：所述负极覆铜块(13)的边缘设有凹槽(131)，凹槽(131)位于正极连接端子(52)和负极连接端子(53)之间，正极覆铜块(12)的边缘与凹槽(131)对应设置有凸块(121)，高频吸收电容(21)的两端分别焊接在凹槽(131)与凸块(121)上。
6.根据权利要求5所述的一种桥式IGBT模块，其特征在于：所述陶瓷基板(9)上安装有温度传感器(22)，温度传感器(22)位于交流端覆铜块(11)旁，所述信号端子(4)包括与温度传感器(22)电连接的温度检测端子(41)。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种桥式IGBT模块，其特征在于：所述电阻(7)为厚膜电阻(71)或可键合电阻(72)。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种桥式IGBT模块，其特征在于：所述陶瓷基板(9)的形状为方形，陶瓷基板(9)的四个角均设有倒角(91)。
9.根据权利要求8所述的一种桥式IGBT模块，其特征在于：所述倒角(91)上也安装有信号端子(4)。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的一种桥式IGBT模块，其特征在于：所述交流端连接端子(51)、正极连接端子(52)、负极连接端子(53)、各信号端子(4)和各IGBT芯片(60)通过超声波焊接在覆铜块(1)上。
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