一种大功率压接式IGBT器件制造技术

本发明专利技术提供一种大功率压接式IGBT器件，包括管壳和同轴安装在所述管壳上下两端的板状金属电极，下端金属电极的内侧面上安装有凸台，所述凸台与上端金属电极之间压接有功率子模块，所述下端金属电极的内侧面上垂直安装有将所述下端金属电极的内侧面分隔成四个区域的十字形硅钢片组；所述凸台分布在所述四个区域内；所述十字形硅钢片组外部为绝缘框架。本发明专利技术提供的技术方案将大量的凸台进行分割，降低了凸台在通过瞬态电流时，所产生磁场的相互影响，从而实现了局部区域内凸台之间杂散电感的最小化，提高了器件的使用性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压接式IGBT器件，具体涉及一种可均衡IGBT器件开关瞬态过程中凸台之间电流分布的大功率压接式IGBT器件。
技术介绍
自1993年u-stack结构提出以来，压接式IGBT器件得到了广泛的发展。目前市场上的两个主流产品分别为ABB公司的StakPak和Westcode公司的PressPackIGBT。压接式IGBT具有功率大、失效短路以及更加易于串联的优势，非常适合于VSC-HVDC的应用。压接式IGBT模块与传统的焊接式IGBT模块相比，器件的杂散电感小，回路参数比较一致，尤其是发射极电感得到了极大的降低。ABB公司的StakPak通过在集电极使用碟簧的方式将芯片压在底板上，从而降低了发射极侧的杂散电感，从而降低了驱动回路的杂散电感，使得芯片具有更好的开通一致性。Westcode公司现有的压接式IGBT器件，通过将芯片压接在凸台上，并使用顶针的方式进行栅极触发。Westcode的PressPackIGBT的优点在于结构以及工艺相对简单。Westcode的压接式IGBT器件中，凸台在芯片的发射极侧，且辅助发射极通过底部铜板引出，由于凸台具有一定的高度，凸台存在自感，凸台之间存在互感，从而影响了器件开通和关断过程中每个芯片所在回路的杂散电感，从而对器件的开通和关断带来影响。已有研究表明，随着凸台数量的增加，由于这种杂散电感的不一致问题，凸台之间的电流在开通和关断过程中存在不均流的问题，因此制约了器件往大功率方向的发展。、
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本专利技术提供一种新型结构的大功率压接式IGBT器件。本专利技术提供的技术方案是：一种大功率压接式IGBT器件，包括管壳和同轴安装在所述管壳上下两端的板状金属电极，下端金属电极的内侧面上安装有凸台，所述凸台与上端金属电极之间压接有功率子模块，其改进之处在于：所述下端金属电极的内侧面上垂直安装有将所述下端金属电极的内侧面分隔成四个区域的十字形硅钢片组；所述凸台分布在所述四个区域内；所述十字形硅钢片组外部为绝缘框架。优选的，所述绝缘框架为结构与所述硅钢片组相适应的十字形绝缘框架，所述绝缘框架的长度等于下端金属电极的直径，其高度等于上下两端金属电极之间的距离。优选的，所述绝缘框架由内部留有凹槽且凹槽开口方向相反的十字形顶部绝缘框架和底部绝缘框架扣合组成；所述顶部绝缘框架和所述底部绝缘框架的长度、宽度和高度参数均一致；所述顶部绝缘框架和所述底部绝缘框架的凹槽尺寸大小一致，所述凹槽尺寸大小与所述硅钢片组相匹配，以使所述硅钢片组安装在由顶部绝缘框架和底部绝缘框架扣合所形成的空腔内。进一步，所述顶部绝缘框架的顶部和侧部棱角为圆形倒角，所述底部绝缘框架的侧部棱角为圆形倒角，其底部棱角无倒角。优选的，所述硅钢片组由若干块彼此绝缘的硅钢片层叠压紧组成，所述硅钢片组的整体厚度为0.5-2mm。优选的，所述下端金属电极上其间有绝缘框架的两个凸台之间的距离大于其间无绝缘框架的两个凸台之间的距离，且距离之差为所述绝缘框架的宽度。优选的，所述下端金属电极上其间有绝缘框架的两个凸台上的功率子模块之间的距离等于所述绝缘框架的宽度。进一步，下端金属电极的内侧面上分布有凹槽，每个凹槽内固定有一个凸台；所述凸台的两侧设有平行于管壳轴线方向上的柱子，所述凹槽的两侧设有与所述柱子相适应的沟槽；所述柱子容纳于所述沟槽内，以将所述凸台限制在所述凹槽内。进一步，所述凸台与所述凹槽底部相接触的面为向上凹陷的凹面；所述凹面为曲面或斜面；所述凹槽为矩形，所述凹槽的宽度等于凸台的对应边长，以将所述凸台限制在所述凹槽内；所述凹槽的长度略大于凸台的对应底部长度；所述凹面的横截面为拱形；所述凹面的横截面对称线垂直于所述凹槽的长度。进一步，所述绝缘框架用高导热率绝缘材料制作。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有如下显著进步：1)本专利技术提供的大功率压接式IGBT器件在下端金属电极的内侧面上垂直安装有将下端金属电极的内侧面分隔成四个区域的十字形硅钢片组，硅钢片组可减少两侧凸台在通过电流时所产生磁场的相互影响，提高了主功率回路杂散电感的一致性和功率子模块栅极驱动回路杂散电感的一致性。2)用于安装硅钢片组的绝缘框架的棱角采用圆形倒角，可改善绝缘框架的绝缘特性，提高了器件的整体性能。3)用于安装硅钢片组的绝缘框架采用高导热率绝缘材料制成，可保证硅钢片产生的热量通过绝缘框架传递到外部，提高了器件的整体性能。4)压接式IGBT模块的凸台安装在下端金属电极内侧面的凹槽内，凸台底部设有向上凹陷的凹面，提高了功率子模块中各芯片散热的一致性，提高了压接式IGBT器件的使用性能。附图说明图1是本专利技术中框架与凸台之间的相对位置示意图；图2是本专利技术中使用的硅钢片与框架形状示意图；图3是本专利技术中硅钢片放置在框架内的结构细节示意图；图4为本专利技术中凸台的结构示意图；图5是本专利技术中凸台、凹槽安装在一起时的纵剖面结构示意图；其中：1、顶部绝缘框架；2、硅钢片组；3、底部绝缘框架；4、硅钢片组与框架组成的隔板；5、凸台；6、下端金属电极；7、缺口；8、条形柱子。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。为了彻底了解本专利技术实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本专利技术实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施方式。本专利技术提供的大功率压接式IGBT模块的外部由管壳和设置在管壳上、下两端的两个板状金属电极组成，内部为功率子模块以及相应的凸台5。如图1所示，本专利技术的重点在于：为了降低凸台5在通过瞬态电流时，所产生磁场的相互影响，实现凸台5之间杂散电感的最小化，本专利技术提供的压接式IGBT模块在下端金属电极6的内侧面上安装了十字形的硅钢片组2；用于将下端面上的大量凸台5进行区域分割。图1中的凸台5省略了其两侧的条形柱子8,凸台5的侧部对角线处留有缺口7，该缺口7与下端金属极板的内侧面平齐，用于安装PCB板，PCB板的上表面敷铜，凸台5上方功率子模块的栅极通过顶针与PCB板的上表面电气相连。如图2所示，所述十字形的硅钢片组2安装在绝缘框架；所述绝缘框架为结构与所述硅钢片组2相适应的十字形绝缘框架，所述绝缘框架的长度约等于下端金属电极6的直径，其高度等于上下两端金属电极之间的距离，从而可以将所述绝缘框架固定在上下两端金属电极之间。...

【技术保护点】
一种大功率压接式IGBT器件，包括管壳和同轴安装在所述管壳上下两端的板状金属电极，下端金属电极的内侧面上安装有凸台，所述凸台与上端金属电极之间压接有功率子模块，其特征在于：所述下端金属电极的内侧面上垂直安装有将所述下端金属电极的内侧面分隔成四个区域的十字形硅钢片组；所述凸台分布在所述四个区域内；所述十字形硅钢片组外部为绝缘框架。

【技术特征摘要】
1.一种大功率压接式IGBT器件，包括管壳和同轴安装在所述管壳上下两端的板状金属
电极，下端金属电极的内侧面上安装有凸台，所述凸台与上端金属电极之间压接有功率子模
块，其特征在于：所述下端金属电极的内侧面上垂直安装有将所述下端金属电极的内侧面分
隔成四个区域的十字形硅钢片组；所述凸台分布在所述四个区域内；所述十字形硅钢片组外
部为绝缘框架。
2.根据权利要求1所述的一种大功率压接式IGBT器件，其特征在于：所述绝缘框架为
结构与所述硅钢片组相适应的十字形绝缘框架，所述绝缘框架的长度等于下端金属电极的直
径，其高度等于上下两端金属电极之间的距离。
3.根据权利要求1所述的一种大功率压接式IGBT器件，其特征在于：所述绝缘框架由
内部留有凹槽且凹槽开口方向相反的十字形顶部绝缘框架和底部绝缘框架扣合组成；所述顶
部绝缘框架和所述底部绝缘框架的长度、宽度和高度参数均一致；所述顶部绝缘框架和所述
底部绝缘框架的凹槽尺寸大小一致，所述凹槽尺寸大小与所述硅钢片组相匹配，以使所述硅
钢片组安装在由顶部绝缘框架和底部绝缘框架扣合所形成的空腔内。
4.根据权利要求3所述的一种大功率压接式IGBT器件，其特征在于：
所述顶部绝缘框架的顶部和侧部棱角为圆形倒角，所述底部绝缘框架的侧部棱角为圆形
倒角，其底部棱角无倒角。
5.根据权利要求1所述的一种大功率压接式IGBT器件，其特征在于：
所述硅钢片组由若...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐新灵，崔翔，赵志斌，张朋，李金元，温家良，
申请(专利权)人：华北电力大学，国网智能电网研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11