CN220627783U - 一种三相全桥igbt模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种三相全桥IGBT模块，包括底板,所述底板为方形板；塑料框架，所述塑料框架固定在底板上将底板分为三个四周被包围的方槽；芯片陶瓷覆铜板，三块芯片陶瓷覆铜板呈条直线且间隔一定间距设在每个方槽内；IGBT管芯和FRD管芯，同一方槽内的IGBT管芯和FRD管芯组合为一个单相半桥。本实用新型通过使用集成封装的六单元全桥IGBT模块代替三个并排安装的半桥模块投入使用，降低由于模块公差或装配误差导致的散热不稳定性；安装使用时可以使用单一的控制线路板进行控制，降低了系统复杂度；保证模块中的管芯的一致性，降低了管芯批次性不一致而造成的失效风险。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种三相全桥IGBT模块。
背景技术
150A型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块是一款全新结构的六单元全桥IGBT开关模块。目前，该工况一般由三个市面上常用的62mm传统半桥模块经过并排安装拼接成全桥单元使用。这样的应用模式主要存在以下不足:首先，三个独立模块的输出端功率电极固定存在问题，因为封装操作会放大散热板(底板)与塑料框架连接后的公差，这会导致三个独立模块的散热板不在同一平面，从而导致个别模块的散热不良，热量累积后使管芯热失效；其次，顶部控制端针脚(信号电极)也可能脱离同一平面，这会导致不可以简单使用一个控制线路板对三个模块同时控制，必须分别安装三个控制线路板，增加了控制线路复杂度，进而降低了整个控制系统的可靠性；最后，不同批次的IGBT模块内部管芯一般取自不同晶圆上，不同批次的内部管芯一致性差距会限制整体的使用寿命和应用场景，因为在应用过程中，三个模块的共同使用时的工作温度和应用频率对管芯的饱和电压VCEsat和动态开关损耗Eon、Eoff等电特性高度敏感。
如公开号为CN111627899B公开的基于一种DBC布局的集成IGBT封装结构，通过框架将芯片分隔为三相DBC结构，并且在每个DBC的上下桥的IGBT与二极管的对称布局，有利于电流均匀分布。单个DBC的栅极控制回路铜箔短，栅极回路铜箔面积较小，因为栅极回路在IGBT芯片的短边，因此能做到面积缩小，从而降低了栅极寄生电感，减小干扰。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种三相全桥IGBT模块。
本实用新型通过以下技术方案得以实现。
本实用新型提供的一种三相全桥IGBT模块及其制作方法，包括底板,所述底板为方形板；塑料框架，所述塑料框架固定在底板上将底板分为三个四周被包围的方槽；芯片陶瓷覆铜板，三块芯片陶瓷覆铜板呈条直线且间隔一定间距设在每个方槽内；IGBT管芯和FRD管芯，同一方槽内的IGBT管芯和FRD管芯组合为一个单相半桥；功率电极,四个功率电极分别两两固定在塑料框架两端且分别与半桥的输出端和输入端连接；盖板，形状与每个方槽相同，通过塑料框架支撑分别盖在三个方槽上形成封闭空间。
所述单相半桥由六个IGBT管芯和六个FRD管芯组成，三块芯片陶瓷覆铜板上分别安装有对角安装有不同芯片陶瓷覆铜板上相同位置的IGBT管芯之间并联且并联后的C极和E极分别做为两个输入端分别与芯片陶瓷覆铜板同一端的两个功率电极连接，同一芯片陶瓷覆铜板上的IGBT管芯之间C极和E极连接后分别与芯片陶瓷覆铜板另一端的两个功率电极连接作为两个输出端；
所述塑料框架的一端边缘上还安装有热敏电阻，热敏电阻的两极通过引线引出塑料框架外。
所述塑料框架和底板之间填充有硅凝胶。
所述塑料框架通过铆钉固定在底板上。
该IGBT模块的制造工艺为：
a、丝网印刷，将锡膏按设定图像印刷在芯片陶瓷覆铜板上；
b、将IGBT管芯和FRD管芯贴在芯片陶瓷覆铜板上；
c、对贴好IGBT管芯和FRD管芯的芯片陶瓷覆铜板进行回流焊；
d、对焊接后的芯片陶瓷覆铜板进行烧结清洗；
e、使用引线将IGBT管芯、FRD管芯、芯片陶瓷覆铜板连接；
f、在塑料框架底部点胶，点胶后将其粘结在底板上并使用铆钉压入塑料框架边缘将塑料框架固定在底板上；
g、在塑料框架和底板之间灌胶；
h、将盖板安装在塑料框架上。
所述芯片陶瓷覆铜板的材料为ZTA，热导率>27W/m*k，抗弯强度>600MPa，膨胀系数:7.5～8.4。
所述回流焊分为两次焊接，第一次将芯片陶瓷覆铜板和IGBT管芯、FRD管芯烧结在一起，第二次将陶芯片陶瓷覆铜板和底板烧结在一起。
所述清洗剂为正溴丙烷，采用超声波清洗10～15min。
所述底板材料为AlSiC，密度为2.95～3.1g/cm，热膨胀系数为6.5～9ppm/℃，比刚度是铝的3倍。
本实用新型的有益效果在于：通过使用集成封装的六单元全桥IGBT模块代替三个并排安装的半桥模块投入使用，降低由于模块公差或装配误差导致的散热不稳定性；安装使用时可以使用单一的控制线路板进行控制，降低了系统复杂度；保证模块中的管芯的一致性，降低了管芯批次性不一致而造成的失效风险。
附图说明
图1是本实用新型的封装结构示意图；
图2是本实用新型的封装截面结构示意图；
图3是本实用新型的封装电极编号图；
图4是本实用新型的原理示意图；
图5是本实用新型的烧结温度曲线结构示意图；
图6是现有模块原理示意图；
图中：1-IGBT管芯，2-FRD管芯，3-芯片陶瓷覆铜板，4-端子陶瓷覆铜板，5-热敏电阻，6-功率电极，7-键合丝，8-信号电极，9-中间盖板，10-边缘盖板，11-铆钉，12-塑料框架，13-硅凝胶，14-底板。
Y1～Y6为输入端功率电极，Y7～Y12为输出端功率电极，Y15、Y20、Y25分别为IGBT管芯的集电极，Y13、Y16、Y18、Y21、Y23、Y26为IGBT管芯的栅极，Y14、Y17、Y19、Y22、Y24、Y27为IGBT管芯的发射极，Y28和Y29为热敏电阻的两极。
具体实施方式
下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，一种三相全桥IGBT模块，包括底板14,所述底板14为方形板；塑料框架12，所述塑料框架12固定在底板14上将底板14分为三个四周被包围的方槽；芯片陶瓷覆铜板3，三块芯片陶瓷覆铜板3呈条直线且间隔一定间距设在每个方槽内；IGBT管芯1和FRD管芯2，同一方槽内的IGBT管芯1和FRD管芯2组合为一个单相半桥；功率电极6,四个功率电极6分别两两固定在塑料框架12两端且分别与半桥的输出端和输入端连接；盖板，形状与每个方槽相同，通过塑料框架12支撑分别盖在三个方槽上形成封闭空间。
芯片陶瓷覆铜板与IGBT管芯和FRD管芯通过铅锡银焊料烧结装配，芯片陶瓷覆铜板、管芯、电极通过纯铝丝互联。模块整体外形由塑料框架、中间盖板、边缘盖板、底板构成，用于输出的6个功率电极和输入的6个功率电极分别分布在模块的两边，方便使用时的安装，塑料框架通过8个铆钉与底板进行装配固定，把整个模块分割成三个子模块，每个子模块内部构造完全一致，除最左边一个子模块在最边缘包含陶瓷覆铜板2和热敏电阻通过纯铝丝引至信号电极，用于监控模块工作温度。各个陶瓷覆铜板之间互相绝缘，单个陶瓷覆铜板上的各个区域也互相绝缘。
芯片陶瓷覆铜板分为7独立绝缘个部分，分别用于管芯焊接、IGBT管芯三个级以及FRD两个极的引出以及连接，端子陶瓷覆铜板分为2个独立绝缘部分，用于装配热敏电阻并通过纯铝丝引出，形成一组温度监控装置。
如图1和2所示，单相半桥由六个IGBT管芯1和六个FRD管芯2组成，三块芯片陶瓷覆铜板3上分别安装有对角安装有不同芯片陶瓷覆铜板3上相同位置的IGBT管芯1之间并联且并联后的C极和E极分别做为两个输入端分别与芯片陶瓷覆铜板3同一端的两个功率电极6连接，同一芯片陶瓷覆铜板3上的IGBT管芯1之间C极和E极连接后分别与芯片陶瓷覆铜板3另一端的两个功率电极6连接作为两个输出端；同一方槽内的每四组IGBT加FRD组成一个半桥。上方为FRD，下方为IGBT的是上半桥；上方为IGBT，下方为FRD的是下半桥。
所述塑料框架12的一端边缘上还安装有热敏电阻5，热敏电阻5的两极通过引线引出塑料框架12外。
所述塑料框架12和底板14之间填充有硅凝胶13。
所述塑料框架12通过铆钉11固定在底板14上。
该IGBT模块的制造工艺为：
a、丝网印刷，将锡膏按设定图像印刷在芯片陶瓷覆铜板3上；
b、将IGBT管芯1和FRD管芯2贴在芯片陶瓷覆铜板3上；
c、对贴好IGBT管芯1和FRD管芯2的芯片陶瓷覆铜板3进行回流焊；
d、对焊接后的芯片陶瓷覆铜板3进行烧结清洗；
e、使用引线将IGBT管芯1、FRD管芯2、芯片陶瓷覆铜板3连接；
打线参数为：
| 名称 | 参数 |
| time | 280ms |
| power | 7.5～8.5W |
| pressure | 280～650g |
f、在塑料框架12底部点胶，点胶后将其粘结在底板14上并使用铆钉压入塑料框架12边缘将塑料框架12固定在底板14上；
g、在塑料框架12和底板14之间灌胶；
h、将盖板安装在塑料框架12上。
所述芯片陶瓷覆铜板3的材料为ZTA，热导率>27W/m*k，抗弯强度>600MPa，膨胀系数:7.5～8.4。
所述回流焊分为两次焊接，第一次将芯片陶瓷覆铜板3和IGBT管芯1、FRD管芯2烧结在一起，第二次将陶芯片陶瓷覆铜板3和底板14烧结在一起。
所述清洗剂为正溴丙烷，采用超声波清洗10～15min。
所述底板14材料为AlSiC，密度为2.95～3.1g/cm，热膨胀系数为6.5～9ppm/℃，比刚度是铝的3倍。
如图3和4所示，本模块拥有18个相同的IGBT管芯，且每个IGBT上在C极到E极都反并联了一个快速恢复二极管(FRD)，内部由陶瓷覆铜板和铝丝进行互联；整个模块内部物理分割为三个子模块，每个子模块都是一个独立的半桥(单相桥)；每个独立的部分都由6个IGBT管芯和6个FRD管芯连接构成，每3组管芯并联在一起用以获得更高的通流能力。在电路运行时。在Y2、Y4、Y6接口接入正压，Y1、Y3、Y5接入负压，通过控制栅极进行三个半桥的交替开关(在所应用的频率小交替循环地调整Y16-Y17、Y13-Y14、Y21-Y22、Y18-Y19、Y26-Y27、Y23-Y24针脚之间的电压)实现三相逆变输出，并在Y7-Y11接口接收输出的交流电信号,Y28和Y29输出模块的温度信号。
Claims (5)
1.一种三相全桥IGBT模块，其特征在于：包括：
底板(14),所述底板(14)为方形板；
塑料框架(12)，所述塑料框架(12)固定在底板(14)上将底板(14)分为三个四周被包围的方槽；
芯片陶瓷覆铜板(3)，三块芯片陶瓷覆铜板(3)呈条直线且间隔一定间距设在每个方槽内；
IGBT管芯(1)和FRD管芯(2)，同一方槽内的IGBT管芯(1)和FRD管芯(2)组合为一个单相半桥；
功率电极(6),四个功率电极(6)分别两两固定在塑料框架(12)两端且分别与半桥的输出端和输入端连接；
盖板，形状与每个方槽相同，通过塑料框架(12)支撑分别盖在三个方槽上形成封闭空间。
2.如权利要求1所述的三相全桥IGBT模块，其特征在于：所述单相半桥由六个IGBT管芯(1)和六个FRD管芯(2)组成，三块芯片陶瓷覆铜板(3)上分别安装有对角安装有不同芯片陶瓷覆铜板(3)上相同位置的IGBT管芯(1)之间并联且并联后的C极和E极分别做为两个输入端分别与芯片陶瓷覆铜板(3)同一端的两个功率电极(6)连接，同一芯片陶瓷覆铜板(3)上的IGBT管芯(1)之间C极和E极连接后分别与芯片陶瓷覆铜板(3)另一端的两个功率电极(6)连接作为两个输出端。
3.如权利要求1所述的三相全桥IGBT模块，其特征在于：所述塑料框架(12)的一端边缘上还安装有热敏电阻(5)，热敏电阻(5)的两极通过引线引出塑料框架(12)外。
4.如权利要求1所述的三相全桥IGBT模块，其特征在于：所述塑料框架(12)和底板(14)之间填充有硅凝胶(13)。
5.如权利要求1所述的三相全桥IGBT模块，其特征在于：所述塑料框架(12)通过铆钉(11)固定在底板(14)上。
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| CN202321363463.5U CN220627783U (zh) | 2023-05-31 | 2023-05-31 | 一种三相全桥igbt模块 |
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| CN202321363463.5U Active CN220627783U (zh) | 2023-05-31 | 2023-05-31 | 一种三相全桥igbt模块 |
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2023
- 2023-05-31 CN CN202321363463.5U patent/CN220627783U/zh active Active
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