适用于电动汽车逆变器的IGBT模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种适用于电动汽车逆变器的IGBT模块，IGBT芯片的集电极与厚度超过IGBT芯片短边长度的第一铜块焊接，IGBT芯片的发射极通过第二铜块引出，控制极通过绑定线引出；第二铜块通过高导热率的导热导电缓冲层与第三铜块连接。本实用新型专利技术通过增加IGBT直接焊接处的铜厚实现热容增加，利用铜的高导热率和高热容实现短时间内吸收大量热量，降低瞬态热阻，增加峰值电流能力；此外通过铜层的热扩散，增大散热面积和双面冷却实现热阻降低，而且利用一块冷却板实现双面冷却，降低了机械结构复杂度以及成本。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种适用于电动汽车逆变器的IGBT模块，IGBT芯片的集电极与厚度超过IGBT芯片短边长度的第一铜块焊接，IGBT芯片的发射极通过第二铜块引出，控制极通过绑定线引出；第二铜块通过高导热率的导热导电缓冲层与第三铜块连接。本技术通过增加IGBT直接焊接处的铜厚实现热容增加，利用铜的高导热率和高热容实现短时间内吸收大量热量，降低瞬态热阻，增加峰值电流能力；此外通过铜层的热扩散，增大散热面积和双面冷却实现热阻降低，而且利用一块冷却板实现双面冷却，降低了机械结构复杂度以及成本。【专利说明】适用于电动汽车逆变器的IGBT模块
本技术涉及电动汽车驱动逆变器技术，尤其属于一种IGBT模块以及这种IGBT模块的封装方法。
技术介绍
在传统的工业应用中，对于IGBT模块的峰值电流能力没有很高的要求，然而用于汽车中时，为了满足频繁的短时加速的需要，则要求IGBT模块具有很强的峰值电流能力，通常为2s?30s，此时的电流能力往往是其额定能力(或者连续电流能力)的2?3倍甚至更高。传统工业中的IGBT模块结构如图1所示，其生产流程比较简单，首先将IGBT芯片I焊接在DBC (Direct bonded copper,覆铜陶瓷基板,铜层2+绝缘导热垫片(陶瓷)3+铜层2)的顶部铜层2上，然后通过绑定线将其他电极(发射极、门极以及其它非功率管脚)引出即可，DBC底部的铜层2通过导热脂4’与冷却板5进行热量传递，由于DBC中的铜层很薄(一般0.1mm?0.6mm)，热容很小，因此这种IGBT模块的峰值电流能力较低。如果将这种传统工业中的IGBT模块用于汽车中，那么必须按照所需的峰值电流能力选择合适的IGBT模块，由于车用IGBT模块要求具有很高的峰值电流能力，因此合适的IGBT模块必然具有较大的IGBT芯片，而在IGBT模块中IGBT芯片占了绝大部分的成本，这就造成车用IGBT模块价格昂贵以及逆变器的成本高昂。同时，车用IGBT模块在使用的大部分时间中，连续电流能力远远低于峰值电流能力，这就造成了 IGBT芯片电流能力的极大浪费。而且，由于绑定线的寿命问题，这种工业用IGBT模块难以满足车用的寿命要求。所以从车用角度来说，希望有这样一种IGBT模块，其额定电流较小，但是却能够在短时间内具有较大的峰值电流能力。为了实现上述功能，各大零部件供应商采取了一定的措施改进传统工业中的IGBT模块结构，目前主要有两种方案较为典型。一种是厚铜方案，如图2所示，增加与IGBT芯片I焊接的顶部铜层2的厚度(厚度增加为约2mm?5mm，传统结构中的铜层厚度一般仅为几百微米)，其余结构不变，这样可以增加IGBT模块的热容同时降低其热阻，使得IGBT模块的峰值电流能力提升。在这种结构中，IGBT模块的热容增加是利用铜热容值较大的特性，而热阻降低则主要是利用铜的超高导热性，当IGBT芯片I发热传到铜后热量将迅速扩散，从而相对增加了向冷却板5传热的面积，因而降低了热阻。另外，功率输出部分取消了绑定线，而是采用直接铜排焊接引出，延长了 IGBT模块的寿命。另一种是双面冷却方案，如图3所示，将IGBT芯片I的两面都焊接在DBC (铜层2+绝缘层3+铜层2)上，通过双面冷却，降低热阻，从而提高IGBT模块的电流能力，这种结构的缺点是水冷机械系统较为复杂，增加了成本，降低了可靠性。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种适用于电动汽车逆变器的IGBT模块，可以降低热阻，增加热容，提高峰值电流能力，在相同的电流需求下可以减少IGBT芯片的使用面积，降低IGBT模块及逆变器的成本。为了解决上述技术问题，本技术提供的IGBT模块为含有至少一块IGBT芯片的单IGBT模块，所述IGBT芯片的集电极均与一个第一铜块焊接，发射极都通过一个第二铜块引出，其它控制极通过绑定线引出，所述第一铜块的厚度超过IGBT芯片的短边长度，所述第二铜块与一个第三铜块连接。优选的，所述第一铜块的厚度为8mm?20mm,所述第二铜块的厚度为2mm?5mm,所述第三铜块的厚度为第一铜块与第二铜块的厚度差。其中，所述第二铜块通过一导热缓冲层与第三铜块连接，且IGBT芯片的发射极与第三铜块电气连接，所述导热缓冲层采用高导热率的柔性材料。或者，所述第二铜块通过一导热导电缓冲层与第三铜块连接，所述导热导电缓冲层采用高导热率且导电的柔性材料。另外，本技术还提供另一种适用于电动汽车逆变器的IGBT模块，所述IGBT模块为包括上半桥IGBT和下半桥IGBT的半桥IGBT模块，所述上半桥IGBT和下半桥IGBT包括数量相同的IGBT芯片；所述上半桥IGBT的所有IGBT芯片的集电极均与一个第一铜块焊接，所述第一铜块的厚度超过IGBT芯片的短边长度，所有IGBT芯片的发射极均通过一个第二铜块弓I出，其它控制极通过绑定线引出；所述下半桥IGBT的所有IGBT芯片的集电极均与另一个第一铜块焊接，所述第一铜块的厚度超过IGBT芯片的短边长度，所有IGBT芯片的发射极均通过另一个第二铜块引出，其它控制极通过绑定线引出；上半桥IGBT的发射极与下半桥IGBT的集电极连接，下半桥IGBT的发射极与一个第三铜块连接。其中，与上半桥IGBT发射极焊接在一起的第二铜块和与下半桥IGBT集电极焊接在一起的第一铜块通过导热缓冲层连接，与下半桥IGBT发射极焊接在一起的第二铜块通过导热缓冲层与第三铜块连接，所述导热缓冲层采用高导热率的柔性材料。或者，与上半桥IGBT发射极焊接在一起的第二铜块和与下半桥IGBT集电极焊接在一起的第一铜块通过导热导电缓冲层连接，与下半桥IGBT发射极焊接在一起的第二铜块通过导热导电缓冲层与第三铜块连接，所述导热导电缓冲层采用高导热率且导电的柔性材料。优选的，所述第一铜块的厚度为8mm?20mm,所述第二铜块的厚度为2mm?5mm,所述第三铜块的厚度为第一铜块与第二铜块的厚度差。本技术在厚铜技术和双面冷却技术的基础上，进一步增加热容和降低热阻，其主要依靠增加IGBT直接焊接处的铜厚来实现热容增加，同时利用铜的高导热率和高热容实现短时间内吸收大量热量，从而降低瞬态热阻，增加峰值电流能力。此外，通过铜层的热扩散，增大散热面积和双面冷却实现热阻的降低，而且本技术的IGBT模块双面冷却只需要一块冷却板，降低了机械结构的复杂度，降低了成本。【专利附图】【附图说明】图1是传统工业中的IGBT模块的结构示意图及使用状态图；图2是现有的车用IGBT模块的一种结构示意图及使用状态图；图3是现有的车用IGBT模块的另一种结构示意图及使用状态图；图4是本技术的车用IGBT模块的结构示意图及使用状态图；图5是本技术中单IGBT模块的封装示意图；图6是本技术中半桥IGBT模块的封装示意图；图7是图6的电路原理图；图8是图1至图4四种IGBT模块的热阻曲线对比图。其中附图标记说明如下:I为IGBT芯片；2为铜块；3为绝缘导热垫片；4’为导热脂；4为导热导电缓冲层；5为冷却板；21为第一铜块；22为第二铜块；23为第三铜块；A为传统工业IGBT模块的热阻曲线为厚铜结构的IGBT模块的热阻曲线；C为双面冷却结构的IGBT模块的热阻曲线；D为本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于电动汽车逆变器的IGBT模块，其特征在于，所述IGBT模块为含有至少一块IGBT芯片的单IGBT模块，所述IGBT芯片的集电极均与一个第一铜块焊接，发射极都通过一个第二铜块引出，其它控制极通过绑定线引出，所述第一铜块的厚度超过IGBT芯片的短边长度，所述第二铜块与一个第三铜块连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴春，王向炜，孙辉，
申请(专利权)人：联合汽车电子有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31