專利名稱：Igbt模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種IGBT模塊。
背景技術(shù)：
目前，隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，IGBT模塊的應(yīng)用也從小功率(電機(jī)功率額定75Kw以下)的電動轎車逐步擴(kuò)展到大功率(電機(jī)額定功率90Kw以上)的電動中巴、電動大巴。目前現(xiàn)有的電動汽車級IGBT模塊的最大規(guī)格為英飛凌公司(infineon)的650V/800A或者1200V/400A的六單元IGBT模塊。由于電動大巴需求較大的功率，因此采用單個IGBT模塊將無法滿足電動大巴的驅(qū)動功率(90Kw以上)要求。目前普遍的做法是將多個傳統(tǒng)應(yīng)用于電焊機(jī)、變頻器、UPS等工業(yè)控制領(lǐng)域的小功率工業(yè)級IGBT模塊并 聯(lián)作為一個驅(qū)動橋臂的方式組成一個大功率電機(jī)控制器應(yīng)用于電動大巴上。然而，采用多個IGBT模塊并聯(lián)時(shí)，組裝復(fù)雜、寄生電感大且占用體積大。另外，與工業(yè)控制領(lǐng)域固定的使用環(huán)境不同，電動大巴長期處于顛簸振動及快速循環(huán)變化的溫度環(huán)境中，工業(yè)級IGBT模塊設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到這些應(yīng)用要求，將其應(yīng)用于電動汽車上，易出現(xiàn)因振動導(dǎo)致的電極脫落失效、因封裝材料熱匹配性差在高低溫循環(huán)后出現(xiàn)的鍵合面及焊接面分層失效的問題，無法滿足電動大巴10年以上使用壽命的長期可靠性要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種可應(yīng)用于電動大巴的可靠性較高的IGBT模塊。一種IGBT模塊，包括N片直接覆銅陶瓷基板、N個對應(yīng)焊接于N片直接覆銅陶瓷基板上的IGBT單兀、一散熱底板、一外殼、一蓋板及一水冷散熱器，N為偶數(shù)，每一 IGBT單元處對應(yīng)設(shè)置有一主電極及兩控制電極，其中每一 IGBT單元包括M顆IGBT芯片及X顆的二極管芯片，所述M顆IGBT芯片并聯(lián)連接，且所述并聯(lián)連接的四顆IGBT芯片與每一二極管芯片均通過芯片連接導(dǎo)線進(jìn)行反并聯(lián)連接，N片直接覆銅陶瓷基板中的每兩個通過直接覆銅陶瓷基板連接導(dǎo)線進(jìn)行互連，每兩個互連的直接覆銅陶瓷基板組成一 IGBT半橋單元，每一 IGBT半橋單元通過電極連接導(dǎo)線與對應(yīng)的主電極電連接，且每一 IGBT半橋單元中的一直接覆銅陶瓷基板對應(yīng)與一控制電極電連接，所述N片直接覆銅陶瓷基板設(shè)置于散熱底板上，所述外殼用于遮罩設(shè)置有N個IGBT單元的N片直接覆銅陶瓷基板，所述蓋板用于蓋住外殼，所述散熱底板安裝于水冷散熱器之上。進(jìn)一步地，每一電極連接導(dǎo)線與主電極及控制電極鍵合的位置還覆蓋有50_100μ的純鋁或者50-100Mm的鋁硅合金。進(jìn)一步地，在蓋板、外殼與直接覆銅陶瓷基板之間的空隙填充有硅凝膠。進(jìn)一步地，所述散熱底板包括基座，所述水冷散熱器包括進(jìn)水口、出水口及密封圈，所述散熱底板與水冷散熱器之間采用密封圈進(jìn)行密封。進(jìn)一步地，所述水冷散熱器還包括若干從基座上延伸出的鰭片，所述若干鰭片用于對由進(jìn)水口流入的冷卻水進(jìn)行擾流。[0010]進(jìn)一步地，N等于6。進(jìn)一步地，M等于4，X等于7。進(jìn)一步地，每一 IGBT芯片的規(guī)格為1200V/200A，每一二極管芯片的規(guī)格為1200V/115A，每一 IGBT單元的規(guī)格為1200V/800A，每一 IGBT半橋單元的規(guī)格為1200V/800A。上述IGBT模塊通過在N片直接覆銅陶瓷基板上對應(yīng)焊接N個IGBT單元，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于電動大巴且可靠性較高。

圖I是本實(shí)用新型IGBT模塊的俯視圖。圖2是圖I中IGBT模塊的剖視圖。圖3是散熱裝置與散熱底板的剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述請參考圖I及圖2，本實(shí)用新型IGBT模塊的較佳實(shí)施方式包括散熱底板I、六片直接覆銅陶瓷基板(DBC) 2、六個IGBT單元、外殼10、蓋板13及水冷散熱器18。所述六片DBC 2呈兩行三列設(shè)置于散熱底板I上，每一 IGBT單元40焊接于一 DBC2上。所述外殼10用于遮罩設(shè)置有六個IGBT單元40的六片DBC 2，且外殼10上對應(yīng)每一IGBT單元40處設(shè)置有一主電極8及兩控制電極9。所述蓋板13用于蓋住外殼10，且在蓋板13、外殼10與DBC 2之間的空隙填充有硅凝膠12。本實(shí)施方式中，所述散熱底板I采用鋁碳化硅(AlSiC)復(fù)合材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為180w/m. k、熱膨脹系數(shù)為6. 5X10_6 m/K，所述DBC 2采用氮化鋁(AlN)材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為180w/m.k、熱膨脹系數(shù)為4. 7 X10_6 m/K。由于散熱底板I的材料及DBC 2的材料的熱膨脹系數(shù)非常接近，因此可有效地降低IGBT模塊使用時(shí)由于熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力，可承受長時(shí)間的高低溫循環(huán)變化，適合電動大巴長期高低溫循環(huán)變化的應(yīng)用環(huán)境，進(jìn)而延長IGBT模塊的使用壽命。每一 IGBT單元40包括四顆1200V/200A的IGBT芯片4和七顆1200V/115A的二極管芯片5。上述四顆1200V/200A的IGBT芯片4并聯(lián)連接，所述并聯(lián)連接的四顆1200V/200A的IGBT芯片4與七顆二極管芯片5中的每一個均通過芯片連接導(dǎo)線6進(jìn)行反并聯(lián)連接以形成一個1200V/800A的IGBT單元40。所述六片DBC 2呈2X3的矩陣排列。下面將以每一列中的兩個IGBT單元40為例來說明電路連接關(guān)系，第二列及第三列中的DBC 2及IGBT單元40之間的連接關(guān)系與其相同。位于第一行第一列處的DBC 2與位于第二行第一列處的DBC 2通過DBC連接導(dǎo)線7進(jìn)行互連，每兩個互連的DBC 2組成一 1200V/800A的IGBT半橋單元。每一 IGBT半橋單元通過電極連接導(dǎo)線11與共用的主電極8電連接，其中每一 DBC 2對應(yīng)與一控制電極9電連接。所述主電極8及控制電極9均采用銅鋁復(fù)合材料。所述電極連接導(dǎo)線11采用99. 99%的鋁線。每一電極連接導(dǎo)線11與主電極8及控制電極9鍵合的位置還覆蓋有50_100μ的純鋁(Al)或者50-100Mm的鋁硅合金(AlSil)。由于電極連接導(dǎo)線11與鍵合的位置為同一材料鋁，因此鍵合位置的一致性較好，且鍵合位置耐受高低溫循環(huán)的能力增強(qiáng)。[0022]請繼續(xù)參考圖3，所述散熱底板I包括基座100及若干從基座100上延伸出的鰭片110。所述水冷散熱器18包括進(jìn)水口 14、出水口 19及密封圈15。所述散熱底板I安裝于水冷散熱器18之上且散熱底板100與水冷散熱器18之間采用密封圈15進(jìn)行密封。如此，冷卻水從進(jìn)水口 14流入之后將會直接與散熱底板I接觸，進(jìn)而對IGBT模塊進(jìn)行散熱。同時(shí)，所述若干鰭片110可對冷卻水進(jìn)行擾流，以形成紊流，從而使得散熱底板I與冷卻水能進(jìn)行充分的散熱交換，提升散熱效率。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和 改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種IGBT模塊，包括N片直接覆銅陶瓷基板、N個對應(yīng)焊接于N片直接覆銅陶瓷基板上的IGBT單元、一散熱底板、一外殼、一蓋板及一水冷散熱器，N為偶數(shù)，每一 IGBT單元處對應(yīng)設(shè)置有一主電極及兩控制電極，其中每一 IGBT單元包括M顆IGBT芯片及X顆的二極管芯片，所述M顆IGBT芯片并聯(lián)連接，且所述并聯(lián)連接的四顆IGBT芯片與每一二極管芯片均通過芯片連接導(dǎo)線進(jìn)行反并聯(lián)連接，N片直接覆銅陶瓷基板中的每兩個通過直接覆銅陶瓷基板連接導(dǎo)線進(jìn)行互連，每兩個互連的直接覆銅陶瓷基板組成一 IGBT半橋單元，每一 IGBT半橋單元通過電極連接導(dǎo)線與對應(yīng)的主電極電連接，且每一 IGBT半橋單元中的一直接覆銅陶瓷基板對應(yīng)與一控制電極電連接，所述N片直接覆銅陶瓷基板設(shè)置于散熱底板上，所述外殼用于遮罩設(shè)置有N個IGBT單元的N片直接覆銅陶瓷基板，所述蓋板用于蓋住外殼，所述散熱底板安裝于水冷散熱器之上。
2.如權(quán)利要求I所述的IGBT模塊，其特征在于每一電極連接導(dǎo)線與主電極及控制電 極鍵合的位置還覆蓋有50-100K的純鋁或者50-100Mm的鋁硅合金。
3.如權(quán)利要求I所述的IGBT模塊，其特征在于在蓋板、外殼與直接覆銅陶瓷基板之間的空隙填充有硅凝膠。
4.如權(quán)利要求I所述的IGBT模塊，其特征在于所述散熱底板包括基座，所述水冷散熱器包括進(jìn)水口、出水口及密封圈，所述散熱底板與水冷散熱器之間采用密封圈進(jìn)行密封。
5.如權(quán)利要求4所述的IGBT模塊，其特征在于所述水冷散熱器還包括若干從基座上延伸出的鰭片，所述若干鰭片用于對由進(jìn)水口流入的冷卻水進(jìn)行擾流。
6.如權(quán)利要求I所述的IGBT模塊，其特征在于N等于6。
7.如權(quán)利要求I所述的IGBT模塊，其特征在于M等于4，X等于7。
8.如權(quán)利要求7所述的IGBT模塊，其特征在于每一IGBT芯片的規(guī)格為1200V/200A，每一二極管芯片的規(guī)格為1200V/115A，每一 IGBT單元的規(guī)格為1200V/800A，每一 IGBT半橋單元的規(guī)格為1200V/8。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種IGBT模塊，包括N片直接覆銅陶瓷基板(DBC)、N個IGBT單元、散熱底板、外殼、蓋板及水冷散熱器，每一IGBT單元包括M顆IGBT芯片及X顆二極管芯片，且M顆IGBT芯片與每一二極管芯片均通過芯片連接導(dǎo)線進(jìn)行反并聯(lián)連接，N片DBC中的每兩個通過DBC連接導(dǎo)線進(jìn)行互連，每兩個互連的DBC組成一IGBT半橋單元，每一IGBT半橋單元通過電極連接導(dǎo)線與對應(yīng)的主電極電連接，且每一IGBT半橋單元中的一DBC對應(yīng)與一控制電極電連接，所述N片DBC設(shè)置于散熱底板上，所述外殼用于遮罩設(shè)置有N個IGBT單元的N片DBC，所述蓋板用于蓋住外殼。本實(shí)用新型可應(yīng)用于電動大巴且可靠性較高。
文檔編號H01L25/07GK202585404SQ201220241869
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者李果, 張巍巍 申請人:深圳市立德電控科技有限公司