一种硬压接式IGBT模块的制作方法

一种硬压接式igbt模块
技术领域
1.本发明属于功率半导体器件领域，具体是涉及到一种硬压接式igbt模块。


背景技术：

2.igbt(绝缘栅双极型晶体管)作为电力电子器件的典型代表，在现代电力电子中有广泛的应用。它既有mosfet输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高和开关损耗小的优点，又具有bjt电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点，因此是电力电子领域的理想开关器件。
3.压接式作为igbt模块的一种常用封装方式，通过外加压力实现内部结构的电气连接和热传递，具有通流能力大、无焊接点、双面散热、高工作结温和失效短路等特点，可广泛应用于高压直流输电系统、风力发电、高压大功率工业装备驱动等领域并具有显著的竞争优势。
4.现阶段压接式igbt模块结构复杂、加工难度大、生产成本高，且igbt模块承受过载能力较差，在数倍额定电流之下仅几个毫秒便会导致失效并发生炸裂，随机炸裂的管壳碎片飞溅，可能对系统内的其他零部件造成二次损坏，存在一定安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种加工方便、可靠性高、能实现管壳定向爆破的硬压接式igbt模块。
6.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下，一种硬压接式igbt模块，包括压接式子单元、管盖、管座和pcb，所述管盖与管座连接，中间形成容纳腔，所述压接式子单元和pcb均设于容纳腔内，所述管盖与压接式子单元的集电极接触，管座表面与所述压接式子单元的发射极接触，所述pcb与压接式子单元的栅极连接，所述管盖和/或管座上设有定向爆破结构。
7.优选的，所述管盖的四周设有用于连接管座的裙边，所述管座的侧壁上设有陶瓷区，所述爆破结构设于裙边和/或陶瓷区上。
8.优选的，所述爆破结构为长条形的减薄区，所述减薄区的厚度为管盖和/或管座厚度的25％-30％。
9.优选的，所述爆破结构为并排设置的通孔。
10.优选的，所述通孔内填充有绝缘高分子材料。
11.优选的，所述通孔为圆形或多边形。
12.优选的，所述压接式子单元包括半导体芯片、集电极钼片、发射极钼片和弹簧针，所述半导体芯片的集电极通过集电极钼片与管盖连接，所述半导体芯片的发射极的通过发射极钼片与管座连接，所述半导体芯片的栅极通过弹簧针与pcb连接。
13.优选的，所述pcb将多个半导体芯片的栅极汇总并引出到栅极端子上，所述栅极端子与管座上的栅极引脚连接。
14.优选的，所述管盖及管座与压接式子单元之间均设有导电板材。
15.优选的，所述容纳腔中灌封用于对所有压接式子单元进行绝缘保护的硅胶层，所述硅胶层的液面高度不高于压接式子单元的集电极。
16.本发明的有益效果是，通过在管盖和/或管座设置定向爆破结构，使得igbt模块因过载炸裂时，管盖和/或管座按照定向爆破结构的设置方向实现定向爆破，能有效避免随机炸裂的管壳碎片飞溅，保证系统内的其他零部件不被损坏。
附图说明
17.图1为本发明其中一实施例的结构示意图；
18.图2为图1所示的实施例的剖面图；
19.图3为图1所示的管盖的结构示意图；
20.图4为图3所示的a-a向的剖面图；
21.图5为图1所示的管座的结构示意图；
22.图6为图1所示的压接式子单元的结构示意图。
23.在图中，u1、压接式子单元；1、半导体芯片；2、发射极钼片；3、集电极钼片；4、弹簧针；5、管盖；51、裙边；6、管座；61、陶瓷区；7、pcb；71、栅极端子；8、定向爆破结构；81、减薄区；82、通孔；9、栅极引脚。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明：
25.请一并参阅图1-6，本实施例提供的硬压接式igbt模块，包括压接式子单元u1、管盖5、管座6和pcb7，所述管盖5与管座6连接形成管壳，中间为容纳腔，管盖5和管座6的形状可以为方形、圆形或其他形状，可以通过冷压焊、氩弧焊和激光焊接等方法将管盖5和管座6的边缘结合在一起，多个所述压接式子单元u1和pcb7均设于容纳腔内，所述管盖5与压接式子单元u1的集电极通过压力接触、烧结或焊接等方法连接，管座6表面与所述压接式子单元u1的发射极通过压力接触、烧结或焊接等方法连接，所述pcb7与压接式子单元u1的栅极通过栅极弹簧针4或键合铝线等方法连接，所述管盖5和/或管座6上设有定向爆破结构8。
26.通过在管盖5和/或管座6设置定向爆破结构8，使得igbt模块因过载炸裂时，管盖5和/或管座6按照定向爆破结构8的设置方向实现定向爆破，能有效避免随机炸裂的管壳碎片飞溅，保证系统内的其他零部件不被损坏。
27.更具体的，所述管盖5的四周设有用于连接管座6的裙边51，所述管座6的侧壁上设有陶瓷区61，所述爆破结构8设于裙边51和/或陶瓷区61上，管盖5上至少设有减薄区81或并排设置的通孔82中的一种，管座6上至少设有减薄区81或并排设置的通孔82中的一种，管盖5和管座6的上定向爆破结构8可以在减薄区81或并排设置的通孔82中任意选择组合。
28.更具体的，所述爆破结构8为长条形的减薄区81，所述减薄区81的厚度为管盖5和/或管座6厚度的25％-30％；减薄区81结构简单，加工方便，能提供一定的刚性支撑，在受到冲击时先断裂，使得管盖5和/或管座6实现定向爆破功能。
29.更具体的，所述爆破结构8为并排设置的通孔82，并排设置的通孔82形成一条折边，结构简单，加工方便，能提供一定的刚性支撑，在受到冲击时先断裂，能实现定向爆破功
能。
30.更具体的，所述通孔82内填充有绝缘高分子材料，绝缘高分子材料优选聚苯硫醚(英文简写为pps)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(英文简写为pet)，绝缘高分子材料一方面可对通孔82进行密封；另一方面可以增强通孔82的支撑强度，通过使用的场景不同，选择不同强度的材料来实现特定场景的定向爆破需求。
31.更具体的，所述通孔82的截面为圆形或多边形。
32.更具体的，所述压接式子单元u1包括半导体芯片1、发射极钼片2、集电极钼片3和弹簧针4，所述半导体芯片1的集电极通过集电极钼片3与管盖5连接，所述半导体芯片1的发射极通过发射极钼片2与管座6连接，所述半导体芯片1的栅极通过弹簧针4与pcb7连接，栅极弹簧针4的一端固定连接于半导体芯片1上，当igbt子模组个数较多时，仅另一端做为自由端与pcb7接触，使得每个igbt芯片栅极通过栅极连接件连接到pcb板只经过一个触点，可靠性得到大幅提高。
33.更具体的，所述pcb7将多个半导体芯片1的栅极汇总并引出到栅极端子71上，所述栅极端子71与管座6上的栅极引脚9通过螺钉或焊接等方式连接，pcb7将半导体芯片1的栅极集中引出至模块的外端，简化了压接式igbt模块结构，降低了加工难度，提高了生产效率，降低生产成本。
34.更具体的，所述管盖5及管座6与压接式子单元u1之间均设有导电板材，导电板材可以为铜、铝、钼、金、银等导电材料，也可以为多种导电的任何合金材料，如铜钼合金，铜-钼-铜合金等。
35.更具体的，所述容纳腔中灌封用于对所有压接式子单元u1进行绝缘保护的硅胶层，所述硅胶层的液面高度不高于压接式子单元u1的集电极，避免硅胶层包裹集电极，造成电接触不良。
36.以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。