一种封装结构的IGBT功率模块及其工作方法与流程

一种封装结构的igbt功率模块及其工作方法
技术领域
1.本发明涉及igbt模块技术领域，具体涉及一种封装结构的igbt功率模块及其工作方法。


背景技术：

2.igbt具有驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600v(伏)及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域，igbt模块内部的芯片在工作的过程中会产生热量，在内部的芯片温度超过芯片的工作温度时会造成芯片过热导致igbt模块损坏，同时，在igbt模块出现异常过热情况时不能及时对igbt模块进行处理，容易导致igbt模块损坏。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种封装结构的igbt功率模块及其工作方法，通过增加散热组件和温度监测组件，在igbt模块工作过程中产生的热量通过igbt模块上设置的散热基板进行散热，同时散热组件增强igbt模块的散热能力，在igbt模块芯片的温度超过105℃时，散热组件中设置的制冷片开始工作，增强散热组件的散热能力，在igbt模块芯片的温度超过150℃时，温度监测组件断开igbt模块的电源同时发送警报数据到云端，云端发送警报信号到客户端，工作人员通过客户端接收到警报信息后对igbt模块进行处理，解决了目前igbt模块存在的芯片过热容易导致igbt模块损坏，在igbt模块出现异常过热情况时不能及时对igbt模块进行处理，容易导致igbt模块损坏的问题。
4.鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
5.一种封装结构的igbt功率模块，包括散热基板、dbc基板、外壳、芯片，所述外壳的顶部一侧设置有电源接线端，所述dbc基板和所述外壳由内至外依次设置于所述散热基板的顶部，所述芯片设置于所述dbc基板上，
6.散热组件，所述散热组件包括散热块、吸热装置和制冷片；
7.其中，所述散热块设置于所述外壳的一侧，所述散热块远离所述外壳的一侧开设有凹槽，所述吸热装置设置于所述散热块远离所述凹槽的一侧，所述制冷片设置于所述吸热装置的内部；
8.温度监测组件，所述温度监测组件包括控制盒、控制板、指示灯、天线和温度监测装置；
9.其中，所述天线、所述指示灯和所述控制盒从左至右依次设置于所述外壳的顶部另一侧，所述控制板设置于所述控制盒的内部，所述温度监测装置设置于所述dbc基板的顶部，位于所述芯片的正上方。
10.为了更好的实现本发明技术方案，还采用了如下技术措施。
11.进一步的，所述吸热装置包括吸热块和吸热片，所述吸热块的一侧与所述散热块固定连接，所述吸热块的顶部开设有第一通槽，所述制冷片设置于所述第一通槽的内部，所
述吸热片与所述吸热块的另一侧固定连接，所述吸热片的顶部开设有第二通槽。
12.进一步的，所述制冷片为半导体制冷片，且所述制冷片的冷端设置于靠近所述吸热片的一侧，所述制冷片的热端设置于靠近所述散热块的一侧，所述制冷片的外壁与所述第一通槽的内壁之间间隙配合，所述第一通槽与制冷片之间填充有导热硅脂。
13.进一步的，所述吸热片、所述吸热块和所述散热块的材料为铜，所述吸热片的数量为六个，自上而下均匀分布于所述吸热块的另一侧。
14.进一步的，所述控制板上设置有控制器、继电器和数据收发器，所述控制器的信号输出端分别与所述指示灯、所述制冷片、所述继电器和所述数据收发器的信号输入端通信连接，所述数据收发器的信号输出端与所述天线的信号输入端通信连接，所述数据收发器通过天线通信连接有云端，所述云端通信连接有客户端，所述继电器的电源输入端与所述电源接线端电性连接，所述继电器的电源输出端与所述芯片电性连接。
15.进一步的，所述温度监测装置包括支架、固定框、观察窗、监测装置壳体和温度传感器，所述支架设置于所述dbc基板的顶部，所述固定框设置于所述支架的内部，所述观察窗设置于所述固定框的内部，所述监测装置壳体设置于所述观察窗的顶部，所述温度传感器设置于所述观察窗的顶部位于所述监测装置壳体的内部，所述温度传感器的信号输出端与所述控制器的信号输入端通信连接。
16.进一步的，所述支架、所述固定框和所述监测装置壳体的材料为聚酰亚胺塑料，所述观察窗的材料为无色透明的玻璃，所述温度传感器为红外线温度传感器，且所述温度传感器的工作端位于所述芯片的正上方。
17.进一步的，所述凹槽的数量为多个，呈矩形整列均匀分布于所述散热块的表面。
18.进一步的，所述观察窗与所述固定框连接处设置有氟橡胶密封圈。
19.一种封装结构的igbt功率模块的工作方法，包括以下步骤：
20.s1，被动散热，在igbt模块运行的过程中，芯片散发的热量部分通过底部的散热基板散发到外部，部分聚集在外壳内部的热量通过吸热片传递到吸热块上，并通过散热块进行散热；
21.s2，温度监测，温度传感器实时采集芯片表面的温度，并将采集的温度数据发送到控制器；
22.s3，主动降温，在控制器接收到温度传感器发送的温度高于105℃，控制器开启制冷片，吸热块靠近制冷片一侧的温度降低，同时降低吸热片靠近吸热块一侧的温度，形成温差，吸热片热交换的速度增快，将聚集在外壳内部的热量通过吸热片传递到吸热块上并通过制冷片的热端传递到吸热块的另一侧并通过散热块传递到外部；
23.s4，温度控制，在控制器接收到温度传感器发送的温度高于150℃，控制器控制继电器断开电源接线端与芯片的连接，芯片停止工作；
24.s5，发送警报信号，控制器控制继电器断开后开启指示灯，同时发送警报信号到数据收发器，数据收发器通过天线将警报信号上传到云端，云端发送警报信号到客户端。
25.相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：
26.1、通过增加散热组件，在igbt模块工作过程中产生的热量通过igbt模块上设置的散热基板进行散热，同时散热组件增强igbt模块的散热能力。
27.2、通过增加散热组件和温度监测组件，在igbt模块芯片的温度超过105℃时，散热
组件中设置的制冷片开始工作，增强散热组件的散热能力，在igbt模块芯片的温度超过150℃时，温度监测组件断开igbt模块的电源同时发送警报数据到云端，云端发送警报信号到客户端，工作人员通过客户端接收到警报信息后对igbt模块进行处理。
28.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
29.图1为本发明实施例公开的一种封装结构的igbt功率模块的立体结构示意图；
30.图2为本发明实施例公开的一种封装结构的igbt功率模块的正剖示意图；
31.图3为图2中a处放大结构示意图；
32.图4为本发明实施例公开的温度监测装置的立体结构示意图；
33.图5为本发明实施例公开的温度监测装置的正剖结构示意图；
34.图6为本发明实施例公开的一种封装结构的igbt功率模块的通信流程框图；
35.图7为本发明实施例公开的一种封装结构的igbt功率模块的电连接框图；
36.图8为本发明实施例公开的一种封装结构的igbt功率模块的工作方法流程示意图。
37.附图标记：1、散热基板；2、dbc基板；3、外壳；4、芯片；5、散热组件；51、散热块；511、凹槽；52、吸热装置；521、吸热块；522、第一通槽；523、吸热片；524、第二通槽；53、制冷片；6、温度监测组件；61、控制盒；62、控制板；621、控制器；622、继电器；623、数据收发器；63、指示灯；64、天线；65、温度监测装置；651、支架；652、固定框；653、观察窗；654、监测装置壳体；655、温度传感器；7、云端；8、客户端；9、电源接线端。
具体实施例
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
39.参照附图1
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7所示，一种封装结构的igbt功率模块，其包括散热基板1、dbc基板2、外壳3、芯片4，外壳3的顶部一侧设置有电源接线端9，dbc基板2和外壳3由内至外依次设置于散热基板1的顶部，芯片4设置于dbc基板2上，散热组件5包括散热块51、吸热装置52和制冷片53，散热块51设置于外壳3的一侧，散热块51远离外壳3的一侧开设有凹槽511，凹槽511的数量为多个，呈矩形整列均匀分布于散热块51的表面，凹槽511用于增大散热块51与空气的接触面积，增强散热块51的散热能力，吸热装置52设置于散热块51远离凹槽511的一侧，制冷片53设置于吸热装置52的内部，温度监测组件6包括控制盒61、控制板62、指示灯63、天线64和温度监测装置65，天线64、指示灯63和控制盒61从左至右依次设置于外壳3的顶部另一侧，控制板62设置于控制盒61的内部，温度监测装置65设置于dbc基板2的顶部，位于芯片4的正上方，用于实时检测芯片4的温度，在igbt模块工作过程中产生的热量通过igbt模块上设置的散热基板1进行散热，同时散热组件5增强igbt模块的散热能力，在igbt模块芯片4的温度超过105℃时，散热组件5中设置的制冷片53开始工作，增强散热组件5的散热能力，进一步增强igbt模块的散热能力，在igbt模块芯片4的温度超过150℃时，温度监测组件6断
开igbt模块的电源同时发送警报数据到云端7，云端7发送警报信号到客户端8，工作人员通过客户端8接收到警报信息后对igbt模块进行处理，解决了目前igbt模块存在的芯片4过热容易导致igbt模块损坏，在igbt模块出现异常过热情况时不能及时对igbt模块进行处理，容易导致igbt模块损坏的问题。
40.本发明实施例还通过以下技术方案进行实现。
41.参照附图1
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5所示，在本发明实施例中，吸热装置52包括吸热块521和吸热片523，吸热块521的一侧与散热块51固定连接，吸热块521的顶部开设有第一通槽522，制冷片53设置于第一通槽522的内部，第一通槽522与制冷片53之间填充有导热硅脂，用于增强制冷片53与吸热块521之间的热交换效率，吸热片523与吸热块521的另一侧固定连接，吸热片523的顶部开设有第二通槽524，吸热片523、吸热块521和散热块51的材料为铜，吸热片523的数量为六个，自上而下均匀分布于吸热块521的另一侧，吸热片523用于将外壳3内部聚集的热量传递到吸热块521中，制冷片53为半导体制冷片53，且制冷片53的冷端设置于靠近吸热片523的一侧，制冷片53的热端设置于靠近散热块51的一侧，制冷片53的外壁与第一通槽522的内壁之间间隙配合，在igbt模块工作过程中散发的热量部分通过底部的散热基板1散发到外部，部分聚集在外壳3内部的热量通过吸热片523传递到吸热块521上，吸热块521上的热量传递到散热块51上与外界的空气发生热交换进行散热，增强了igbt模块的散热能力，解决了目前igbt模块存在的芯片4过热容易导致igbt模块损坏的问题。
42.参照附图1
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7所示，控制板62上设置有控制器621、继电器622和数据收发器623，控制器621的信号输出端分别与指示灯63、制冷片53、继电器622和数据收发器623的信号输入端通信连接，数据收发器623的信号输出端与天线64的信号输入端通信连接，数据收发器623通过天线64通信连接有云端7，云端7通信连接有客户端8，在本实施例中限定客户端8为手机和电脑中任一种，继电器622的电源输入端与电源接线端9电性连接，述继电器622的电源输出端与芯片4电性连接，在本实施例中限定温度监测组件6和散热组件5的供电与igbt模块的供电为独立的两路供电线路，温度监测装置65包括支架651、固定框652、观察窗653、监测装置壳体654和温度传感器655，支架651设置于dbc基板2的顶部，固定框652设置于支架651的内部，观察窗653设置于固定框652的内部，监测装置壳体654设置于观察窗653的顶部，用于将温度传感器655与外界隔离，防止异物与温度传感器655接触，温度传感器655设置于观察窗653的顶部位于监测装置壳体654的内部，温度传感器655的信号输出端与控制器621的信号输入端通信连接，支架651、固定框652和监测装置壳体654的材料为聚酰亚胺塑料，具有耐高温和绝缘的作用，防止对温度传感器655造成损坏，观察窗653的材料为无色透明的玻璃，用于保护温度传感器655，同时便于温度传感器655发射的红外线穿过，观察窗653与固定框652连接处设置有氟橡胶密封圈，用于防止观察窗653受热膨胀时破裂，造成温度传感器655不能正常工作，温度传感器655为红外线温度传感器655，且温度传感器655的工作端位于芯片4的正上方，温度传感器655实时采集芯片4表面的温度，并将采集的温度数据发送到控制器621，在控制器621接收到温度传感器655发送的温度高于105℃，控制器621开启制冷片53，吸热块521靠近制冷片53一侧的温度降低，同时降低吸热片523靠近吸热块521一侧的温度，形成较大的温差，吸热片523热交换的速度增快，将聚集在外壳3内部的热量通过吸热片523传递到吸热块521上并通过制冷片53的热端传递到吸热块521的另一侧并通过散热块51传递到外部，在控制器621接收到温度传感器655发送的温度高于150℃，控制
器621控制继电器622断开电源接线端9与芯片4的连接，芯片4停止工作，保护芯片4不被损坏，同时控制器621控制继电器622断开后开启指示灯63，同时发送警报信号到数据收发器623，数据收发器623通过天线64将警报信号上传到云端7，云端7发送警报信号到客户端8，工作人员通过客户端8接收到警报信息后，通过查看指示灯63找到故障的igbt模块对igbt模块进行处理，解决了目前igbt模块存在的芯片4过热容易导致igbt模块损坏，在igbt模块出现异常过热情况时不能及时对igbt模块进行处理，容易导致igbt模块损坏的问题。
43.参照附图1
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8所示，本发明还提出一种封装结构的igbt功率模块的工作方法，包括以下步骤：
44.s1，被动散热，在igbt模块运行的过程中，芯片4散发的热量部分通过底部的散热基板1散发到外部，部分聚集在外壳3内部的热量通过吸热片523传递到吸热块521上，并通过散热块51进行散热；
45.s2，温度监测，温度传感器655实时采集芯片4表面的温度，并将采集的温度数据发送到控制器621；
46.s3，主动降温，在控制器621接收到温度传感器655发送的温度高于105℃，控制器621开启制冷片53，吸热块521靠近制冷片53一侧的温度降低，同时降低吸热片523靠近吸热块521一侧的温度，形成温差，吸热片523热交换的速度增快，将聚集在外壳3内部的热量通过吸热片523传递到吸热块521上并通过制冷片53的热端传递到吸热块521的另一侧并通过散热块51传递到外部；
47.s4，温度控制，在控制器621接收到温度传感器655发送的温度高于150℃，控制器621控制继电器622断开电源接线端9与芯片4的连接，芯片4停止工作；
48.s5，发送警报信号，控制器621控制继电器622断开后开启指示灯63，同时发送警报信号到数据收发器623，数据收发器623通过天线64将警报信号上传到云端7，云端7发送警报信号到客户端8。
49.具体的，igbt模块工作过程中散发的热量部分通过底部的散热基板1散发到外部，部分聚集在外壳3内部的热量通过吸热片523传递到吸热块521上，吸热块521上的热量传递到散热块51上与外界的空气发生热交换进行散热，增强了igbt模块的散热能力，温度传感器655实时采集芯片4表面的温度，并将采集的温度数据发送到控制器621，在控制器621接收到温度传感器655发送的温度高于105℃，控制器621开启制冷片53，增强散热组件5的散热能力，在控制器621接收到温度传感器655发送的温度高于150℃，控制器621控制继电器622断开电源接线端9与芯片4的连接，芯片4停止工作，保护芯片4不被损坏，同时控制器621控制继电器622断开后开启指示灯63，同时发送警报信号到数据收发器623，数据收发器623通过天线64将警报信号上传到云端7，云端7发送警报信号到客户端8，工作人员通过客户端8接收到警报信息后，通过查看指示灯63找到故障的igbt模块对igbt模块进行处理，解决了目前igbt模块存在的芯片4过热容易导致igbt模块损坏，在igbt模块出现异常过热情况时不能及时对igbt模块进行处理，容易导致igbt模块损坏的问题。
50.需要说明的是，制冷片53、控制器621、继电器622、数据收发器623、指示灯63、温度传感器655具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
51.制冷片53、控制器621、继电器622、数据收发器623、指示灯63、温度传感器655的供
电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
52.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。