本发明专利技术公开了一种压变型压接式封装功率模块及其热阻网络模型建模方法，所述压变型压接式封装功率模块包括自上而下依次设置的集电极散热器、集电极绝缘膜、集电极铜排、并联的通流芯片单元、绝缘压载夹具、铜排间绝缘膜、发射极铜排、发射极绝缘膜和发射极散热器；所述热阻建模方法利用线性网络中多端口拓扑的等效转换法则，将复合型热阻网络进行解耦，得到芯片自热等效热阻抗和芯片间耦合等效热阻抗；本发明专利技术采用了压力可变的压接式封装结构，实现了宽范围压力可调的压接封装，解决了现有压接封装功率模块压力难以灵活调整的问题，并建立了该模块对应的压变型热阻网络及其等效简化模型，反映了压接式封装功率模块中的芯片结温运行及耦合规律。运行及耦合规律。运行及耦合规律。
【技术实现步骤摘要】
一种压变型压接式封装功率模块及其热阻网络模型建模方法
[0001]本专利技术属于电力电子器件
，具体涉及一种压变型压接式封装功率模块及其热阻网络模型建模方法。
技术介绍
[0002]压接式封装功率模块具有短路模式失效、寄生电感低、双面散热等优点，现广泛应用于冶金轧机、高压直流输电、轨道牵引等大容量变流设备中。现有的压接式封装功率模块以集中式压接受力方式为主，如图1所示为现有典型的集中式压接封装模组，包括弹簧钢板1，半球形钢杯2，高强度钢板3，散热器4，压接式功率模块5，轭板6，铜排7，硅油等润滑液8。其中弹簧钢板1起到缓冲热膨胀应力的作用，半球形钢杯2用以确保压力垂直于压接式功率模块5表面，高强度钢板3用以确保压力均匀分布于散热器4和压接式功率模块5上，铜排7连接电气端口和压接封装模组，硅油等润滑液8用来减少接触热阻和避免腐蚀；弹簧钢板1和轭板6关于整个压接封装模组对称，通过挤压半球形钢杯2产生机械应力和形变，并将周围螺母和螺柱固定咬合以维持形变。
[0003]这种集中式压接技术便于进行模块在垂直于表面的方向上连接以提高功率等级，然而尚有以下不足需要优化：(1)由于每个压接式封装功率模块具有不同的尺寸公差，且在压接封装模组中的不同位置上有不同的受力特征，每个模块需要灵活调整压接力以适配压接模组要求，然而集中式压接技术难以对单个模块的受力进行调整；(2)现有的压接式封装功率模块采用封闭式结构，集中式压接技术也具有紧凑特征，难以进行直接的结温测量，无法反映集中式压接封装模组中各个模块的热应力分布；(3)压接式封装功率模块内多个通流芯片单元并联，其芯片自热效应和热耦合效应均与压力相关，集中式压接技术难以反映变机械应力工况下各芯片互相耦合的热行为。
技术实现思路
[0004]针对上述不足，本专利技术第一方面提供了一种压变型压接式封装功率模块，将图1中与压接式封装功率模块共轴的集中式压接夹具分布化排列，且以芯片尺寸为基准缩小其体积，环绕分布于通流芯片单元周围，便于调整各个芯片所受的机械压强；同时将通流芯片单元的发射极与分立的铜排连接，以铜排端口的热应力反映芯片热应力；各个互相耦合的芯片之间的热行为，将通过该模块对应的压变型复合热网络进行解析。
[0005]为了实现上述目的，所述压变型压接式封装功率模块包括一个或相互并联的多个通流芯片单元，绝缘压载夹具，以及自上而下依次紧贴设置的集电极散热器、集电极绝缘膜、集电极铜排、铜排间绝缘膜、发射极铜排、发射极绝缘膜和发射极散热器；
[0006]所述集电极散热器、集电极绝缘膜、集电极铜排、铜排间绝缘膜、发射极铜排、发射极绝缘膜、发射极散热器上开有大小一致、位置对齐的孔，所述绝缘压载夹具至上而下穿过所述的孔并分别与集电极散热器、发射极散热器通过螺纹配合紧固；
[0007]所述集电极铜排下表面、发射极铜排上表面相对应的位置设有正对的定位凹面，
所述定位凹面用于安装和定位通流芯片单元，通流芯片单元上表面与集电极铜排的定位凹面紧贴，下表面与发射极铜排的定位凹面紧贴。
[0008]作为本专利技术的优选，所述通流芯片单元包括至上而下依次紧贴设置的集电极钼片、芯片、发射极钼片和发射极铝片；集电极铜排下表面定位凹面的长宽尺寸与通流芯片单元中集电极钼片和芯片的尺寸一致，发射极铜排上表面定位凹面的长宽尺寸与通流芯片单元中发射极钼片和铝垫片的尺寸一致；通流芯片单元的集电极(阴极或K极)和发射极(阳极或A极)分别与集电极铜排、发射极铜排的凹面分别贴紧。
[0009]作为本专利技术的优选，所述的绝缘压载夹具由聚醚醚酮制成，绝缘压载夹具均匀环绕在通流芯片单元周围，通过施加扭矩与集电极散热器、发射极散热器的螺纹扣紧咬合，固定整个功率模块。
[0010]作为本专利技术的优选，通过调整环通流芯片单元布置的绝缘压载夹具的扭矩，可改变通流芯片单元各区域所受的机械压强，并各区域其受压一致；当压接式封装功率模块包含多个并联的通流芯片单元时，通过调整环通流芯片单元布置的绝缘压载夹具的扭矩，使各并联通流芯片单元之间压强一致。
[0011]作为本专利技术的优选，所述的集电极铜排为单个铜板，与所有通流芯片单元压接；所述的发射极铜排的数量与通流芯片单元的数量相同，当具有多个发射极铜排时，多个发射极铜排之间互不接触，相互独立排布在铜排间绝缘膜和发射极绝缘膜之间，每个通流芯片单元仅与一个发射极铜排压接，以保证所述并联通流芯片单元仅在集电极产生热耦合，所述每个通流芯片单元的结温可在发射极观测且不受耦合效应影响。
[0012]作为本专利技术的优选，所述芯片可为Si IGBT、Si二极管、SiC MOS或SiC SBD等。
[0013]作为本专利技术的优选，所述的集电极散热器和发射极散热器由铝片制成，厚度为3～5cm。
[0014]作为本专利技术的优选，所述的集电极铜排与通流芯片单元接触的表面蚀刻有与通流芯片单元集电极侧尺寸一致的定位凹面，与通流芯片单元集电极一侧以压力贴合；所述的发射极铜排与通流芯片单元接触的表面蚀刻有与通流芯片单元发射极侧尺寸一致的定位凹面，与通流芯片单元发射极一侧以压力贴合。
[0015]作为本专利技术的优选，所述的集电极绝缘膜、发射极绝缘膜和铜排间绝缘膜由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，厚度为50μm至100μm之间。
[0016]作为本专利技术的优选，所述的通流芯片单元是由集电极钼片、芯片、发射极钼片、铝垫片形成的层级组件；集电极钼片厚度为200μm～300μm，铝片厚度为100μm～200μm。
[0017]作为本专利技术的优选，所述的绝缘压载夹具由高强度聚醚醚酮制成，形成平头螺丝状，穿通除通流芯片单元以外的所有部件，绝缘压载夹具的螺丝头与集电极散热器的上表面平齐、螺柱底面与集电极散热器的下表面平齐。
[0018]本专利技术第二方面提供了该压变型压接式封装功率模块的热阻网络模型建模方法。其包括以下步骤：
[0019]步骤1：基于实体压变型压接式功率模块的通流单元和双面散热边界条件，通过考虑接触压力和接触层级间传热效应的耦合对应关系，建立适用于所述压接式功率模块的单通流芯片单元的压变型传热网络；
[0020]步骤2：对步骤1所建立的单通流芯片单元的压变型传热网络，结合所述压接式功
率模块芯片并联特征，通过引入并联热耦合效应，将压接式功率模块中每个单通流芯片单元的压变型热网络进行互相耦合，建立适用于压接式功率模块的多芯片耦合的压变型传热网络；
[0021]步骤3：对步骤2所建立的多芯片耦合的传热网络，根据网络对称性，利用电路网络等效转换方法，对适用于压接式功率模块多芯片耦合的压变型传热网络进行解耦处理，建立适用于整体压接式功率模块的等效压变型传热网络。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0023](1)本专利技术采用了压变型压接式封装技术，克服了原有压接式功率模块中多个并联芯片上压接力大小难以调整的问题，提高了模块间各芯片压接力调整的灵活性。
[0024](2)本专利技术采用了串通型绝缘压载夹具，避免了本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种压变型压接式封装功率模块，其特征在于，包括一个或相互并联的多个通流芯片单元，绝缘压载夹具，以及自上而下依次紧贴设置的集电极散热器、集电极绝缘膜、集电极铜排、铜排间绝缘膜、发射极铜排、发射极绝缘膜和发射极散热器；所述集电极散热器、集电极绝缘膜、集电极铜排、铜排间绝缘膜、发射极铜排、发射极绝缘膜、发射极散热器上开有大小一致、位置对齐的孔，所述绝缘压载夹具至上而下穿过所述的孔并分别与集电极散热器、发射极散热器通过螺纹配合紧固；所述集电极铜排下表面、发射极铜排上表面相对应的位置设有正对的定位凹面，所述定位凹面用于安装和定位通流芯片单元，通流芯片单元上表面与集电极铜排的定位凹面紧贴，下表面与发射极铜排的定位凹面紧贴。2.根据权利要求1所述的压变型压接式封装功率模块，其特征在于，所述通流芯片单元包括至上而下依次紧贴设置的集电极钼片、半导体芯片(以下可简称芯片)、发射极钼片和发射极铝片；集电极铜排下表面定位凹面的长宽尺寸与通流芯片单元中集电极钼片和芯片的尺寸一致，发射极铜排上表面定位凹面的长宽尺寸与通流芯片单元中发射极钼片和铝垫片的尺寸一致；通流芯片单元的集电极和发射极分别与集电极铜排、发射极铜排的凹面分别贴紧。3.根据权利要求1所述的压变型压接式封装功率模块，其特征在于，所述的绝缘压载夹具由聚醚醚酮制成，绝缘压载夹具均匀环绕在通流芯片单元周围，通过施加扭矩与集电极散热器、发射极散热器的螺纹扣紧咬合，固定整个功率模块。4.根据权利要求3所述的压变型压接式封装功率模块，其特征在于，通过调整环通流芯片单元布置的绝缘压载夹具的扭矩，可改变通流芯片单元各区域所受的机械压强，并各区域其受压一致；当压接式封装功率模块包含多个并联的通流芯片单元时，通过调整环通流芯片单元布置的绝缘压载夹具的扭矩，使各并联通流芯片单元之间压强一致。5.根据权利要求1所述的压变型压接式封装功率模块，其特征在于，所述的集电极铜排为单个铜板，与所有通流芯片单元压接；所述的发射极铜排的数量与通流芯片单元的数量相同，当具有多个发射极铜排时，多个发射极铜排之间互不接触，相互独立排布在铜排间绝缘膜和发射极绝缘膜之间，每个通流芯片单元仅与一个发射极铜排压接。6.根据权利要求1所述的压变型压接式封装功率模块，其特征在于，所述芯片可为SiIGBT、Si二极管、SiC MOS或SiC SBD。7.一种权利要求1所述的压接式封装功率模块的压变型热阻网络模型建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于实体压变型压接式功率模块的通流单元和双面散热边界条件，通过考虑接触压力和接触层级间传热效应的耦合对应关系，建立适用于所述压接式功率模块的单通流芯片单元的压变型传热网络；步骤2：...
【专利技术属性】
技术研发人员：李武华，常垚，罗皓泽，周宇，朱安康，李楚杉，何湘宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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