一種改進的壓接式IGBT器件制造技術

本發明專利技術提供一種改進的壓接式IGBT器件，包括管殼和同軸設于所述管殼上、下兩端的板狀金屬電極，下端金屬電極的內側面上固定有凸臺，所述凸臺與上端金屬電極之間壓接有IGBT功率子模塊；所述IGBT功率子模塊包括柵極信號輸入端和柵極信號輸出端；所述柵極信號輸入端和平行于所述下端金屬電極的柵極PCB板電氣相連；所述柵極信號輸出端和平行于所述下端金屬電極的輔助發射極PCB板電氣相連。本發明專利技術提供的技術方案降低了輔助發射極回路的雜散電感和雜散電容，提高了壓接式IGBT器件中每個IGBT功率子模塊驅動回路參數的一致性，降低了IGBT功率子模塊之間發生電流震蕩的危險。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種IGBT器件，具體講涉及一種可降低輔助發射極回路雜散電感和雜散電容的壓接式IGBT器件。
技術介紹
在電力、交通、冶金等領域，電力電子器件絕緣柵雙極晶體管IGBT得到了廣泛的應用。在柔性直流輸電領域，壓接式IGBT具有功率大、失效短路以及更加易于串聯的優勢。壓接式IGBT模塊與傳統的焊接式IGBT模塊相比，器件的雜散電感小，尤其是發射極電感得到了極大的降低。Westcode公司現有的壓接式IGBT器件，通過在器件的發射極金屬板底端引出輔助發射極，這使得每個驅動回路的雜散電感值大，且有較大差異，從而引起單個芯片驅動電壓的不一致；此外，由于柵極PCB板與底部發射極銅板之間存在耦合電容，也將會引起芯片之間的電流振蕩，從而降低了器件的整體可靠性。
技術實現思路
為了解決現有技術中所存在的上述不足，本專利技術提供一種改進的壓接式IGBT器件。本專利技術提供的技術方案是:一種改進的壓接式IGBT器件，包括管殼和同軸設于所述管殼上、下兩端的板狀金屬電極，下端金屬電極的內側面上固定有凸臺，所述凸臺與上端金屬電極之間壓接有IGBT功率子模塊；所述IGBT功率子模塊包括柵極信號輸入端和柵極信號輸出端；其改進之處在于：所述柵極信號輸入端和平行于所述下端金屬電極的柵極PCB板電氣相連；所述柵極信號輸出端和平行于所述下端金屬電極的輔助發射極PCB板電氣相連。優選的，所述凸臺陣列式分布在所述下端金屬電極的內側面上；所述凸臺的頂部兩側設有位于其對角線上的開口朝外的兩個缺口；其中一個缺口用于固定柵極PCB板，另一個缺口用于固定輔助發射極PCB板；所述柵極PCB板和所述輔助發射極PCB板位于同一水平面上；所述柵極PCB板和所述輔助發射極PCB板在交叉重疊的位置，上板凸起并橫跨過下板，以在空間上隔開并保持絕緣。進一步，所述IGBT功率子模塊包括由下至上依次壓接的導電銀片、底部鉬片、絕緣柵雙極型晶體管IGBT芯片和頂部鉬片；所述導電銀片和底部鉬片的形狀和大小與絕緣柵雙極型晶體管IGBT芯片的發射極有源區形狀和大小分別一致；所述導電銀片的下表面與所述輔助發射極PCB板電氣相連，所述頂部鉬片的上表面與所述上端金屬電極的內側面壓接；所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT芯片的柵極與所述柵極PCB板電氣相連。進一步，所述柵極PCB板和所述輔助發射極PCB板的上表面均涂覆有金屬層，所述柵極PCB板的金屬層與所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT的柵極電氣相連，用于柵極電流的流入；所述輔助發射極PCB板的金屬層與所述導電銀片的下表面電氣相連，用于柵極電流的輸出。進一步，所述金屬層涂覆在絕緣塑料板上，所述金屬層的寬度窄于對應絕緣塑料板的寬度。進一步，所述導電銀片、底部鉬片、絕緣柵雙極型晶體管IGBT芯片和頂部鉬片安裝在矩形絕緣框架內；所述矩形絕緣框架的內部兩側設有位于其對角線上的兩個通孔；所述兩個通孔與所述凸臺兩側的缺口相適應，以使所述絕緣框架安裝在所述凸臺上時，所述兩個通孔分別位于所述兩個缺口內；所述柵極PCB板和所述輔助發射極PCB板分別平放在所述凸臺兩側的缺口內，與所述缺口底部相壓接；所述柵極PCB板的上表面金屬層與對應通孔的下表面相壓接，并通過貫穿所述通孔的頂針與絕緣柵雙極型晶體管IGBT的柵極電氣相連；所述輔助發射極PCB板的上表面金屬層與對應通孔的下表面相壓接，并通過貫穿所述通孔的頂針與導電銀片電氣相連。進一步，所述兩個通孔的上表面存在高度差，高度差等于所述導電銀片與所述底部鉬片的厚度之和，以使所述導電銀片的下表面與所述兩個通孔中的其中一個通孔的上表面接觸時，所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT芯片的柵極與所述兩個通孔中的另一個通孔的上表面接觸。優選的，所述凸臺與上端金屬電極之間還壓接有Diode功率子模塊，所述IGBT功率子模塊和所述Diode功率子模塊壓接在不同的凸臺上；所述Diode功率子模塊分布在所述下端金屬電極的外圍區域；所述IGBT功率子模塊分布在所述下端金屬電極的中間區域，被所述Diode子模塊包圍。進一步，下端金屬電極的內側面上分布有凹槽，每個凹槽內固定有一個凸臺；所述凸臺的兩側設有平行于管殼軸線方向上的柱子，所述凹槽的兩側設有與所述柱子相適應的溝槽；所述柱子容納于所述溝槽內，以將所述凸臺限制在所述凹槽內。進一步，所述凸臺與所述凹槽底部相接觸的面為向上凹陷的凹面；所述凹面為曲面或斜面；所述凹槽為矩形，所述凹槽的寬度等于凸臺的對應邊長，以將所述凸臺限制在所述凹槽內；所述凹槽的長度略大于凸臺的對應底部長度；所述凹面的橫截面為拱形；所述凹面的橫截面對稱線垂直于所述凹槽的長度。與最接近的技術方案相比，本專利技術具有如下顯著進步:1)本專利技術提供的壓接式IGBT器件的柵極信號輸入端和柵極信號輸出端分別通過柵極PCB板和輔助發射極PCB板引出，減小了輔助發射極回路的雜散電感，提高了每個IGBT功率子模塊驅動回路參數的一致性；另外，降低了輔助發射極回路的雜散電容，降低了IGBT功率子模塊之間發生電流振蕩的危險。2)絕緣框架內部兩側的通孔上表面存在高度差，且高度差為導電銀片與底部鉬片的厚度之和，使得壓接式IGBT器件的結構更加緊湊，電氣連接更加可靠；提高了壓接式IGBT器件的工作可靠性。3)本專利技術提供的壓接式IGBT模塊的凸臺底部設有向上凹陷的凹面，使得凸臺在壓力條件下，向下移動的位移遠遠大于頂部鉬片、半導體芯片、底部鉬片以及導電銀片在壓力方向上所產生的形變之和，降低了壓接式IGBT模塊對鉬片、芯片、導電銀片厚度的一致性要求、對凸臺高度的一致性要求，在金屬片厚度以及凸臺高度存在容差的情況下，仍然可以保持各個芯片之間的壓力差異性小，壓力差異減小后將會降低各個芯片與散熱器之間的熱阻差異，從而改善了芯片散熱的一致性，提高了器件的使用性能。4)本專利技術提供的壓接式IGBT模塊結構靈活，凸臺通過兩側的條形柱子限位在凹槽內，IGBT功率子模塊所對應的凸臺和Diode功率子模塊所對應的凸臺的數量以及位置可調，從而可以根據需求來設置IGBT和Diode芯片的比例以及相對位置。附圖說明圖1是本專利技術中使用的塑料框架、探針以及鉬片、芯片、導電銀片的相對位置示意圖；圖2是本專利技術中絕緣柵雙極型晶體管IGBT芯片對應的凸臺結構圖；圖3是本專利技術中PCB板布局示意圖；圖4是本專利技術中PCB板交叉重疊時的相對位置俯視圖；圖5是本專利技術中凸臺、凹槽、PCB板安裝在一起時的縱剖面結構示意圖；其中：1、頂部鉬片；2、絕緣柵雙極型晶體管IGBT芯片；3、底部鉬片；4、導本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改進的壓接式IGBT器件，包括管殼和同軸設于所述管殼上、下兩端的板狀金屬電極，下端金屬電極的內側面上固定有凸臺，所述凸臺與上端金屬電極之間壓接有IGBT功率子模塊；所述IGBT功率子模塊包括柵極信號輸入端和柵極信號輸出端；其特征在于：所述柵極信號輸入端和平行于所述下端金屬電極的柵極PCB板電氣相連；所述柵極信號輸出端和平行于所述下端金屬電極的輔助發射極PCB板電氣相連。

【技術特征摘要】
1.一種改進的壓接式IGBT器件，包括管殼和同軸設于所述管殼上、下兩端的板狀金屬
電極，下端金屬電極的內側面上固定有凸臺，所述凸臺與上端金屬電極之間壓接有IGBT功率
子模塊；所述IGBT功率子模塊包括柵極信號輸入端和柵極信號輸出端；其特征在于：所述柵
極信號輸入端和平行于所述下端金屬電極的柵極PCB板電氣相連；所述柵極信號輸出端和平
行于所述下端金屬電極的輔助發射極PCB板電氣相連。
2.根據權利要求1所述的一種改進的壓接式IGBT器件，其特征在于：所述凸臺陣列式
分布在所述下端金屬電極的內側面上；所述凸臺的頂部兩側設有位于其對角線上的開口朝外
的兩個缺口；其中一個缺口用于固定柵極PCB板，另一個缺口用于固定輔助發射極PCB板；
所述柵極PCB板和所述輔助發射極PCB板位于同一水平面上；所述柵極PCB板和所述輔
助發射極PCB板在交叉重疊的位置，上板凸起并橫跨過下板，以在空間上隔開并保持絕緣。
3.根據權利要求2所述的一種改進的壓接式IGBT器件，其特征在于：
所述IGBT功率子模塊包括由下至上依次壓接的導電銀片、底部鉬片、絕緣柵雙極型晶體
管IGBT芯片和頂部鉬片；所述導電銀片和底部鉬片的形狀和大小與絕緣柵雙極型晶體管IGBT
芯片的發射極有源區形狀和大小分別一致；所述導電銀片的下表面與所述輔助發射極PCB板
電氣相連，所述頂部鉬片的上表面與所述上端金屬電極的內側面壓接；所述絕緣柵雙極型晶
體管IGBT芯片的柵極與所述柵極PCB板電氣相連。
4.根據權利要求2所述的一種改進的壓接式IGBT器件，其特征在于：
所述柵極PCB板和所述輔助發射極PCB板的上表面均涂覆有金屬層，所述柵極PCB板的
金屬層與所述絕緣柵雙極型晶體管IGBT的柵極電氣相連，用于柵極電流的流入；所述輔助發
射極PCB板的金屬層與所述導電銀片的下表面電氣相連，用于柵極電流的輸出。
5.根據權利要求4所述的一種改進的壓接式IGBT器件，其特征在于：
所述金屬層涂覆在絕緣塑料板上，所述金屬層的寬度窄于對應絕緣塑料板的寬度。
6.根據權利要求2所述的一種改進的壓接式IGBT器件，其特征在于：
所述導電銀片、底部鉬片、絕緣柵雙極型晶體管IGBT芯片和...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張朋，李金元，溫家良，唐新靈，崔翔，趙志斌，
申請(專利權)人：國網智能電網研究院，國家電網公司，華北電力大學，
類型：發明
國別省市：北京;11