CN212517183U - 一种igbt模块高效散热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种IGBT模块高效散热结构，包括由IGBT半桥模块组成的全桥电路，所述IGBT半桥模块包括DBC板，所述DBC板的背面设有背部焊料层，还包括铜基板和散热器；所述铜基板的正面涂覆有第一石墨烯覆层，铜基板的背面涂覆有第二石墨烯覆层，铜基板的背面还形成有若干间隔排列沟槽；所述散热器包括散热主体，所述散热主体内部形成有容纳槽，所述容纳槽的底部形成有立方柱，散热主体的表面形成有散热翅；所述立方柱插入所述沟槽使铜基板贴合容纳槽的底部。本技术方案不需预设弧度，又可防止铜基板反凹变形，散热面积大，并采用独立散热的方式降低相邻器件击穿或互相干涉风险。

Description

一种IGBT模块高效散热结构

技术领域

本实用新型属于IGBT散热技术领域，具体涉及一种IGBT模块高效散热结构。

背景技术

IGBT模块因其开关速度高、损耗小、通态压降低、输入阻抗高及耐脉冲电流冲击等特点被广泛应用于工业变频、智能电网、光伏、电动汽车等领域。随着功率密度及应用环境苛刻度的增大，IGBT模块应用中存在散热不理想的问题，散热不足导致温度升高，会造成芯片工作性能下降甚至烧毁。因此在IGBT封装及应用中，对散热方面的研究成为目前工作的重点。

IGBT最常见的封装形式是多芯片并联焊接式，其芯片、陶瓷覆铜板与铜基板通过引线键合和锡膏焊接技术互联。其结构从上到下共七层，芯片产生的热量是从这几层导热路径散发出去的，其中铜基板的散热面积最大，是最关键的散热材料。应用时，通常是将模块的铜基板压装在平面散热器上，在二者之间涂覆导热硅脂以提高散热效率。

传统的铜基板是采用铜镀镍材料，并预设0.3mm的曲率，防止在真空回流焊接后出现铜基板反凹现象。散热装置通常为一整块平面散热基板，使用时将铜基板与散热基板通过导热硅脂接触，涂覆导热硅脂通常都是手动涂覆，会出现涂覆不均匀，进而导致散热不均匀，造成局部热聚集，产生失效，同时也会有短路的风险。

实用新型内容

为此，本实用新型提供一种IGBT模块高效散热结构，不需预设弧度，又可防止铜基板反凹变形，散热面积大，并采用独立散热的方式降低相邻器件击穿或互相干涉风险。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种IGBT模块高效散热结构，包括由IGBT半桥模块组成的全桥电路，所述IGBT半桥模块包括DBC板，所述DBC板的背面设有背部焊料层，还包括铜基板和散热器；所述铜基板的正面涂覆有第一石墨烯覆层，铜基板的背面涂覆有第二石墨烯覆层，铜基板的背面还形成有若干间隔排列沟槽；所述散热器包括散热主体，所述散热主体内部形成有容纳槽，所述容纳槽的底部形成有立方柱，散热主体的表面形成有散热翅；所述立方柱插入所述沟槽使铜基板贴合容纳槽的底部。

作为IGBT模块高效散热结构的优选方案，所述散热主体的边缘形成有挡风板，所述容纳槽的长度大于所述铜基板的长度。

作为IGBT模块高效散热结构的优选方案，所述散热翅呈梯形状。

作为IGBT模块高效散热结构的优选方案，所述容纳槽的内部还连接有壳温检测传感器，壳温检测传感器用于监测散热主体的温度。

作为IGBT模块高效散热结构的优选方案，所述DBC板通过所述背部焊料层固定于所述第一石墨烯覆层。

作为IGBT模块高效散热结构的优选方案，所述沟槽内部分布有间隔方块，沟槽的深度为0.5毫米。

本实用新型采用镀石墨烯覆层方式提高导热率，散热效果更好，同时它还具有吸湿导湿、抗菌、抗静电、持久不衰减等功能，因此用这种镀层材质的铜基板在恶劣的环境下也能稳定地使用；

铜基板背部开设沟槽，增加了IGBT模块的散热应力释放面积，且在真空回流焊接后不会出现反凹现象，因此也不需要在原加工过程中预设弧度，原材料的品质和一致性得以保证；

与原有的散热基板相比，开设与铜基板沟槽相匹配的立方柱，保证接触的紧密性，并且IGBT模块装配位置一致，可保证应用环境的一致性；

采用独立散热的方式既能有效对IGBT管组进行散热，模块之间又不会互相干涉，相互影响，提高系统运行的可靠性与安全性；

散热装置两侧设有挡风板，使吹在模块上的冷风更加集中，并且可阻挡灰尘污染模块，提高模块的可靠性及使用寿命；

散热装置上安装有壳温检测装置，可随时监测模块的工作状态，提高模块在应用中的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本实用新型中提供的一种IGBT模块高效散热结构半桥电路布局示意图的示意图；

图2为本实用新型中提供的一种IGBT模块高效散热结构整合全桥电路后布局示意图；

图3为本实用新型中提供的一种IGBT模块高效散热结构铜基板背部示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

参见图1、图2和图3，提供一种IGBT模块高效散热结构，包括由IGBT半桥模块1组成的全桥电路，所述IGBT半桥模块1包括DBC板2，所述DBC板2的背面设有背部焊料层3，还包括铜基板4和散热器5；所述铜基板4的正面涂覆有第一石墨烯覆层6，铜基板4的背面涂覆有第二石墨烯覆层7，铜基板4的背面还形成有若干间隔排列沟槽8；所述散热器5包括散热主体9，所述散热主体9内部形成有容纳槽10，所述容纳槽10的底部形成有立方柱11，散热主体9的表面形成有散热翅12；所述立方柱11插入所述沟槽8使铜基板4贴合容纳槽10的底部。所述DBC板2通过所述背部焊料层3固定于所述第一石墨烯覆层6。

具体的，所述沟槽8内部分布有间隔方块，沟槽8的深度至少为0.5毫米。铜基板4正面涂覆第一石墨烯覆层6，采用石墨烯材料可以提高热传导率，将其作为封装材料对IGBT进行散热，会起到非常明显的效果。铜基板4背面同样涂覆第二石墨烯覆层7，在铜基板4背面开设40个沟槽8，沟槽8的深度为0.5mm，由于此结构为沟槽8结构，在焊接过程中可释放应力的面积增加，铜基板4不会出现反凹现象，因此也不需要在原材料加工过程中预设弧度，保证了产品的一致性。同时铜基板4与散热器5的接触面积增大，使得模块的散热应力释放面积也增加，可提高散热效果，散热效率可提高20％。

IGBT模块高效散热结构的一个实施例中，所述散热主体9的边缘形成有挡风板13，所述容纳槽10的宽度大于所述铜基板4的宽度。所述散热翅12呈梯形状。在散热主体9两侧开设挡风板13，使吹在模块上的冷风更加集中，并且可阻挡灰尘污染模块，提高模块的可靠性及使用寿命。散热主体9下方的散热翅12设置成梯形状，减轻了散热器5的重量的同时增加了散热面积。

IGBT模块高效散热结构的一个实施例中，所述容纳槽10的内部还连接有壳温检测传感器14，壳温检测传感器14用于监测散热主体9的温度。散热器5上安装壳温检测传感器14，可实时监测壳温，保证在设备运行过程中可随时监测模块的状态，提高了模块在使用过程中的安全性。在应用中，一块模块对应一块散热器5，模块之间不会互相干涉，提高系统运行的可靠性与安全性。

本技术方案的一个实践应用步骤如下：

1)通过电镀的方式在紫铜材质的铜基板4上覆石墨烯层；

2)在铜基板4背面开设沟槽8；

3)通过印刷、焊接、清洗等一系列工艺封装成半桥模块；

4)通过沟槽8与立方柱11相配合，将两块IGBT半桥模块1分别放置在各自的散热器5上，模块的位置固定，保证了应用的一致性；

5)通过导线将两块半桥模块组合成全桥电路；

6)打开设备电源与壳温检测传感器14电源；

7)设备运行，通过壳温检测传感器14可随时检测模块动态。

本实用新型采用镀石墨烯覆层方式提高导热率，散热效果更好，同时它还具有吸湿导湿、抗菌、抗静电、持久不衰减等功能，因此用这种镀层材质的铜基板4在恶劣的环境下也能稳定地使用；铜基板4背部开设沟槽8，增加了IGBT模块的散热应力释放面积，且在真空回流焊接后不会出现反凹现象，因此也不需要在原加工过程中预设弧度，原材料的品质和一致性得以保证；与原有的散热基板相比，开设与铜基板4的沟槽8相匹配的立方柱11，保证接触的紧密性，并且IGBT模块装配位置一致，可保证应用环境的一致性；采用独立散热的方式既能有效对IGBT管组进行散热，模块之间又不会互相干涉，相互影响，提高系统运行的可靠性与安全性；散热装置两侧设有挡风板13，使吹在模块上的冷风更加集中，并且可阻挡灰尘污染模块，提高模块的可靠性及使用寿命；散热装置上安装有壳温检测装置，可随时监测模块的工作状态，提高模块在应用中的安全性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种IGBT模块高效散热结构，包括由IGBT半桥模块组成的全桥电路，所述IGBT半桥模块包括DBC板，所述DBC板的背面设有背部焊料层，其特征在于，还包括铜基板和散热器；所述铜基板的正面涂覆有第一石墨烯覆层，铜基板的背面涂覆有第二石墨烯覆层，铜基板的背面还形成有若干间隔排列沟槽；所述散热器包括散热主体，所述散热主体内部形成有容纳槽，所述容纳槽的底部形成有立方柱，散热主体的表面形成有散热翅；所述立方柱插入所述沟槽使铜基板贴合容纳槽的底部。

2.根据权利要求1所述的一种IGBT模块高效散热结构，其特征在于，所述散热主体的边缘形成有挡风板，所述容纳槽的长度大于所述铜基板的长度。

3.根据权利要求1所述的一种IGBT模块高效散热结构，其特征在于，所述散热翅呈梯形状。

4.根据权利要求1所述的一种IGBT模块高效散热结构，其特征在于，所述容纳槽的内部还连接有壳温检测传感器，壳温检测传感器用于监测散热主体的温度。

5.根据权利要求1所述的一种IGBT模块高效散热结构，其特征在于，所述DBC板通过所述背部焊料层固定于所述第一石墨烯覆层。

6.根据权利要求1所述的一种IGBT模块高效散热结构，其特征在于，所述沟槽内部分布有间隔方块，沟槽的深度为0.5毫米。

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