逆變器igbt模塊封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機逆變器，特別涉及一種逆變器IGBT模塊封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動汽車因節(jié)油、環(huán)保而逐漸進入汽車市場，其中的電機控制器(逆變器)，為電動汽車核心零部件，其與電動機共同構(gòu)成了新能源汽車的“發(fā)動機”，對電動汽車的成本與性能產(chǎn)生巨大影響。
[0003]逆變器中的核心零部件，IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)模塊占據(jù)了 40%以上的成本及90%以上的發(fā)熱，其封裝優(yōu)劣及機械散熱布置，極大影響了整個逆變器的性能。
[0004]如圖1所示，每個半橋IGBT模塊內(nèi)含上下半橋兩個IGBT芯片，每個IGBT芯片有三個電極C、E、G，其中C、E用于傳導(dǎo)電流，G為IGBT芯片的控制導(dǎo)通/關(guān)斷引腳。下半橋IGBT芯片的C極與上半橋IGBT芯片的E極互連形成相輸出引腳，上半橋IGBT芯片的C極與下半橋芯片的E極分別為該半橋IGBT模塊的輸入端T+、T-。
[0005]傳統(tǒng)半橋IGBT模塊的構(gòu)成原理如圖2、圖3所示，IGBT芯片一面為E極，一面為C極。傳統(tǒng)半橋IGBT模塊，絕緣陶瓷基板(DCB)表面區(qū)域設(shè)置正輸入端(T+)區(qū)域、相輸出區(qū)域、負輸入端(T-)區(qū)域，其中上半橋IGBT芯片處為正輸入端(T+)區(qū)域，下半橋IGBT芯片處為相輸出區(qū)域，下半橋IGBT芯片一側(cè)處為負輸入端(T-)區(qū)域，DCB表面兩區(qū)域之間設(shè)置電氣隔離區(qū)域，將上半橋IGBT芯片C極焊接到DCB的正輸入端(T+)區(qū)域，下半橋IGBT芯片C極焊接到DCB的相輸出區(qū)域，下半橋IGBT芯片E極通過細小綁定線引到DCB的負輸入端(T-)區(qū)域，上半橋IGBT芯片E極通過細小綁定線引到DCB的相輸出區(qū)域，通過綁定線使正輸入端(T+)區(qū)域、負輸入端(T-)區(qū)域、相輸出區(qū)域連接相應(yīng)功率引腳，DCB通過熱脂與水冷板單面接觸散熱。傳統(tǒng)半橋IGBT模塊，半導(dǎo)體IGBT芯片占成本的50%以上，為單面散熱，散熱效率低，熱阻高，熱容低，為保證足夠的電流能力，需使用大面積的IGBT芯片，導(dǎo)致成本上升。
[0006]綁定線在通電流發(fā)熱時，會因膨脹對IGBT芯片及DCB產(chǎn)生應(yīng)力，造成IGBT模塊的失效。汽車級IGBT模塊規(guī)定了 1000h以上的使用壽命，綁定線技術(shù)為工業(yè)級IGBT模塊通用封裝技術(shù)，通常為汽車級IGBT模塊的技術(shù)瓶頸。同時，綁定線導(dǎo)致IGBT模塊寄生電感較大(>15nH)，外部的母線電容無法短路IGBT模塊功率引腳的寄生電感，開關(guān)時的di/dt會因此耦合出較大電壓尖峰，易損壞IGBT，故只能限制IGBT開關(guān)速度，增大開關(guān)損耗，導(dǎo)致逆變器效率降低，電流能力下降。
[0007]DCB表面的相輸出區(qū)，DCB絕緣層及水冷板構(gòu)成一等效電容，由于DCB表面及冷板表面積較大，DCB絕緣層很薄，故此寄生電容較大，正常工作時相輸出產(chǎn)生的脈沖電壓會對地產(chǎn)生較大的共模干擾電流，電磁干擾(Electromagnetic Interference,簡稱EMI)嚴重。細小綁定線的電流能力很弱，往往在半導(dǎo)體IGBT芯片仍未過溫(Tj〈150度)時，電流已被綁定線限制。
[0008]如圖4所示，常規(guī)的IGBT模塊冷卻處理方式是將面積大、厚度小的扁平狀半橋IGBT模塊平鋪到水冷板上，長或?qū)挿较虻目缃訒?dǎo)致三相IGBT模塊正負母線，相線間隔很遠。為方便客戶接線，通常要求逆變器IGBT模塊三相輸出線相鄰，IGBT模塊相出線需較長走線并彎折才可實現(xiàn)，相出線復(fù)雜，且長走線使逆變器內(nèi)腔溫度上升，使電子元器件工作環(huán)境惡劣。三相半橋IGBT模塊的正負母線相隔遠，需三對引腳的母線電容與其對接，方可保證較小寄生電感，連接工序多，生產(chǎn)復(fù)雜，失效率高。三相半橋IGBT模塊需要較大面積的水冷板覆蓋，常規(guī)水冷板厚重，使逆變器的功率密度受限。三相半橋IGBT模塊水道串聯(lián)，經(jīng)過前兩相半橋IGBT模塊加熱，水流經(jīng)過第三相半橋IGBT模塊時，水溫已大幅上升，使電流能力下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種逆變器IGBT模塊封裝結(jié)構(gòu)，可通過內(nèi)部緩沖電容短路掉IGBT模塊引腳電感允許較大的開關(guān)速度及較低的開關(guān)損耗；能降低對地共模干擾電流，提高逆變器的EMC (電磁兼容)性能；能降低逆變器成本；能使逆變器出線短，布線簡單，內(nèi)部空腔不易被銅排加熱。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的逆變器IGBT模塊封裝結(jié)構(gòu)，逆變器IGBT模塊包括A相、B相及C相三個半橋IGBT模塊，每個半橋IGBT模塊包括上半橋IGBT芯片及下半橋IGBT芯片、第一絕緣陶瓷基板、第二絕緣陶瓷基板；
[0011]所述第一絕緣陶瓷基板，表面區(qū)域設(shè)置正輸入端區(qū)域、負輸入端區(qū)域；
[0012]所述正輸入端區(qū)域、負輸入端區(qū)域之間絕緣；
[0013]每個IGBT芯片有C、E、G三個電極，其中C、E兩個電極用于傳導(dǎo)電流，G極為IGBT的導(dǎo)通/關(guān)斷控制引腳；
[0014]上半橋IGBT芯片的下表面為C極，上表面為E極；
[0015]上半橋IGBT芯片的C極通過焊接連接于第一絕緣陶瓷基板表面的正輸入端區(qū)域，形成IGBT半橋模塊正輸入端；
[0016]下半橋IGBT芯片的上表面為C極,下表面為E極；
[0017]下半橋IGBT芯片的E極通過焊接連接于第一絕緣陶瓷基板表面的負輸入端區(qū)域，形成IGBT半橋模塊負輸入端；
[0018]上半橋IGBT芯片的E極及下半橋IGBT芯片的C極在第二絕緣陶瓷基板表面焊接在一起，形成相輸出引腳。
[0019]較佳的，每個半橋IGBT模塊還包括一緩沖電容；
[0020]所述緩沖電容，跨接在第一絕緣陶瓷基板表面的正輸入端區(qū)域、負輸入端區(qū)域之間。
[0021 ] 較佳的，逆變器IGBT模塊的A相、B相及C相三個半橋IGBT模塊，設(shè)置于4個相同的水冷板形成的三個間隔之間并被水冷板夾緊。
[0022]較佳的，各相半橋IGBT模塊的絕緣陶瓷基板同鄰接該相半橋IGBT模塊的水冷板之間涂布有熱脂。
[0023]較佳的，4個相同的水冷板，通過在四個角的四個螺釘貫穿緊固在一起。
[0024]較佳的，所述水冷板，上方設(shè)置進水口，下方設(shè)置出水口 ；
[0025]各水冷板的進水口分別接進水管，出水口分別接出水管。
[0026]較佳的，進、出水管同相應(yīng)進、出水口間通過O型圈密封。
[0027]較佳的，所述水冷板采用薄鋁片制成，水冷板內(nèi)部設(shè)置褶皺或突起。
[0028]本發(fā)明的逆變器IGBT模塊封裝結(jié)構(gòu)，由于半橋IGBT模塊的正輸入端T+及負輸入端T-均在芯片下表面，故可用低感緩沖電容跨越絕緣區(qū)域，分別與第一絕緣陶瓷基板表面的正輸入端區(qū)域、負輸入端區(qū)域表面焊接，該內(nèi)部緩沖電容可最大限度短路掉IGBT模塊引腳電感，IGBT模塊僅剩芯片自身電感，可允許較大的開關(guān)速度，較低的開關(guān)損耗；由于各相半橋IGBT模塊的上半橋IGBT芯片的E極及下半橋IGBT芯片的C極均在芯片的上表面，可以遠離水冷板，故等效寄生電容大大降低，對地共模干擾電流降低，能提高逆變器的EMC(電磁兼容)性能；各相半橋IGBT模塊取消綁定線，使各相半橋IGBT模塊的電流能力及壽命提高，可使芯片面積減小，逆變器成本大大降低；各相半橋IGBT模塊的電氣引腳直接焊接到絕緣陶瓷基板及芯片，形成了上下表面均為絕緣陶瓷基板，中間為IGBT芯片的“三明治”結(jié)構(gòu)，故三相半橋IGBT模塊的正輸入端T+、負輸入端T-及相輸出引腳相隔很近，使逆變器出線短，布線簡單，內(nèi)部空腔不易被銅排加熱。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面對本發(fā)明所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1是IGBT半橋模塊原理圖；
[0031 ] 圖2是IGBT傳統(tǒng)半橋模塊封裝俯視圖；
[0032]圖3是IGBT傳統(tǒng)半橋模塊封裝側(cè)視圖；
[0033]圖4傳統(tǒng)IGBT模塊布線示意圖；
[0034]圖5是本發(fā)明的逆變器IGBT模塊封裝結(jié)構(gòu)一實施例側(cè)視圖；
[0035]圖6是本發(fā)明的逆變器IGBT模塊封裝結(jié)構(gòu)一實施例俯視圖；
[0036]圖7是本發(fā)明的逆變器IGBT模塊封裝結(jié)構(gòu)一實施例機械集成側(cè)視圖；
[0037]圖8是本發(fā)明的逆變器IGBT模塊封裝結(jié)構(gòu)一實施例機械集成俯視圖。
【具體實施方式】
[0038]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)