IGBT集成模块的连接结构的制作方法

本实用新型涉及电子技术领域，具体地说，是涉及一种igbt集成模块的连接结构及所形成的igbt集成模块。

背景技术：

igbt(insulatedgatebipolartransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。gtr饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；mosfet驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。igbt综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。igbt模块是由igbt(绝缘栅双极型晶体管芯片)与fwd(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的igbt模块直接应用于变频器、ups不间断电源等设备上。

igbt模块应用功率宽、行业广，如机车牵引、电动气车、充电站、风力发电、电力输送、工业变频等；随着电气智能与节能环保等理念的推进，其在市场上的作用越来越重要。目前世界上igbt模块中，全是采用传统小功率模块的结构，随着igbt模块功率大幅度增加，其电气性能、安全与寿命是个严重的考验。现有igbt模块中，大多情况下，电气功率端子与大功率半导体芯片电路结构采用焊接的方式相连接，该连接方式能够实现原子级别的紧密电接触，但工艺精度低，散热效果差等问题明显，但在长时间工作或环境老化条件下容易造成焊接部分热应力过分集中，导致igbt模块容易退化失效。压力连接技术可以在某种程度上解决这个问题，igbt模块中电气功率端子与大功率半导体芯片电路结构之间通过弹力压接的方式连接，实现耐久性电接触，从而规避热应力积聚。在先中国专利cn205428895u和cn205428916u均提出了一种压力连接结构的igbt集成模块，不需要采用焊接，一定程度上解决了上述问题，但其导电连接需要母排触爪与芯片连接，无法变换芯片连接数量和方式，工艺复杂且不便于在使用后出现故障或有需要时替换和修复igbt芯片。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型目的在于提供一种igbt集成模块的连接结构，包括：母排、弹性导电连接件、igbt芯片、框体，其特征在于：所述母排通过所述弹性导电连接件与所述igbt芯片电气连接，所述框体固定所述母排和所述芯片。所述导电连接件材质为金属，例如铜、铝、铁等也可以为可以导电的其他一切物质，例如导电高分子材料、半导体材料等；弹性即该导电连接件是可以压缩变形的，压缩变形后还能回弹的。在连接结构中母排与芯片之间通过弹性导电连接件电气连接，此时弹性导电连接件有一定的压缩和形变，而框体将芯片和母排固定使母排和芯片不能发生相对运动，具体而言，是不能发生沿导电连接件方向的相对分离的运动。

进一步地，所述igbt集成模块的连接结构还包括设置在所述母排上的可供所述弹性导电连接件插入的安装槽，通过所述安装槽，弹性导电连接件可以与所述母排连接。安装槽容纳弹性导电连接件与母排的接触端，并限制其沿母排表面滑动；弹性导电连接件只能沿其压缩和伸张的方向运动，其余方向的运动尤其是垂直压缩和伸张的方向运动受到限制。

进一步地，所述框体上还包括安装孔，所述芯片安装在所述安装孔中。进一步地，igbt集成模块的连接结构还包括芯片基板，所述芯片固定在所述芯片基板上，所述芯片基板安装在安装孔中，安装孔容纳芯片基板并对其位置进行限定，使其在框体的下表面处于固定的位置，不能在框体的下表面随意滑动。进一步地，安装孔还具备一定的深度，能容纳弹性导电连接件与芯片的接触端，并使该接触端处于固定的位置；使该接触端在接触面上只能沿弹性导电连接件的压缩和伸张的方向运动，其余方向尤其是垂直压缩和伸张的方向运动受到限制。

进一步地，所述母排的安装槽为一个或多个，可以连接一个或多个所述弹性导电连接件，所述框体的安装孔为一个或多个，可以安装一个或多个所述igbt芯片，所述一个或多个igbt芯片与所述一个或多个弹性导电连接件对应连接；

进一步地，根据不同功率大小的集成模块，即根据所述芯片的不同数量和不同位置，可以选择不同数量、位置、方向和/或载流能力的所述弹性导电连接件与所述母排和所述芯片连接，一个或多个所述弹性导电连接件与一个或多个所述芯片连接时可对应插入一个或多个的所述安装槽；

进一步地，所述弹性导电连接件形状大致为葫芦状的导电体，中间部分宽度相对较大，上下两个连接端宽度相对较小，与所述母排连接的连接端为两个绕卷的触点，其可以插入所述母排的安装槽，与所述芯片连接的连接端为一个平触点，其可以与所述芯片连接；

进一步地，所述连接结构还包括散热器，通过螺栓将所述框体与散热器连接，使得集成模块锁紧在散热器上；

进一步地，所述母排包括正极板、负极板和串接板，且各自采用粉末涂覆进行1次绝缘，通过高分子片材将三个极板黏合成整体。

所述用于绝缘的粉末涂覆，其采用的绝缘材料是一种环氧树脂材料或环氧树脂加玻璃纤维的合成材料，本实用新型实施方式中采用的绝缘材料、绝缘垫或绝缘作用粉末，没有特殊说明的话都是环氧树脂材料。

所述高分子片材，例如可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯pet材料，此处高分子片材主要起到以下几个作用：一是绝缘，二是粘接将正极板、负极板和串接板粘接在一起，三是是防氧化，粘接完成后正极板、负极板和串接板被高分子材料部分或全部包覆，起到防氧化作用。

进一步地，所述母排为采用整体成型的母排，且在所述母排上形成安装槽，将弹性导电连接件的一端插入所述安装槽与母排连接，将所述弹性导电连接件的另一端与芯片连接，所述芯片固定在芯片基板上，所述芯片基板安装在框体的安装孔中，用所述框体将所述母排和所述芯片基板固定，形成集成模块。优选地，所述整体成型方式就是注塑或模塑成型，将母排通过注塑和模塑整体成型为一体，母排外面形成一整体的塑料壳，并且在其塑料壳上形成一个或多个可供所述弹性导电连接件插入的安装槽。

此外本实用新型还提供一种将上述各个igbt集成模块的连接结构的装配或连接的方法，根据不同功率大小的集成模块，即根据所述芯片的不同数量和不同位置，可以选择不同数量、位置、方向和/或载流能力的所述弹性导电连接件与所述母排和所述芯片连接，即一个或多个所述弹性导电连接件与一个或多个所述芯片连接时可对应插入一个或多个的所述安装槽。

此外本实用新型还提供一种igbt集成模块，包括：母排、弹性导电连接件、芯片、芯片基板、框体，其特征在于：所述弹性导电连接件一端与所述母排连接，另一端与所述芯片连接，所述芯片固定在所述芯片基板上，所述框体固定所述母排和所述芯片基板；

进一步地，所述的igbt集成模块，所述母排上形成可供所述弹性导电连接件插入的安装槽，通过所述安装槽，弹性导电连接件可以与所述母排连接；

进一步地，所述的igbt集成模块，所述框体上有安装孔，所述芯片基板能够放置于安装孔中，将所述芯片基板固定；

进一步地，所述的igbt集成模块，所述母排的安装槽为一个或多个，可以连接一个或多个所述弹性导电连接件，所述框体的安装孔为一个或多个，可以固定一个或多个所述芯片基板，每个所述芯片基板又可以包括一个或多个所述芯片，所述一个或多个芯片与所述一个或多个弹性导电连接件对应连接；

进一步地，所述的igbt集成模块，根据不同功率大小的集成模块，即根据所述芯片的不同数量和不同位置，可以选择不同数量、位置、方向和/或载流能力的所述弹性导电连接件与所述母排和所述芯片连接，一个或多个所述弹性导电连接件与一个或多个所述芯片连接时可对应插入一个或多个的所述安装槽；

进一步地，所述igbt集成模块，所述弹性导电连接件形状大致为葫芦状，中间部分宽度相对较大，上下两个连接端宽度相对较小，与所述母排连接的连接端为两个绕卷的触点，其可以插入所述母排的安装槽，与所述芯片连接的连接端为一个平触点，其可以与所述芯片连接；

进一步地，所述的igbt集成模块，通过螺栓将所述框体与散热器连接，使得集成模块锁紧在散热器上；

进一步地，所述的igbt集成模块，所述母排包括正极板、负极板和串接板，且各自采用粉末涂覆进行1次绝缘，通过高分子片材将三个极板黏合成整体；

进一步地，一种igbt集成模块连接的方法，采用整体成型的母排，且在所述母排上形成安装槽，将弹性导电连接件的一端插入所述安装槽与母排连接，将所述弹性导电连接件的另一端与芯片连接，所述芯片固定在芯片基板上，所述芯片基板安装在框体的安装孔中，用所述框体将所述母排和所述芯片基板固定，形成集成模块；

进一步地，所述的一种igbt集成模块连接的方法，根据不同功率大小的集成模块，即根据所述芯片的不同数量和不同位置，可以选择不同数量、位置、方向和/或载流能力的所述弹性导电连接件与所述母排和所述芯片连接，即一个或多个所述弹性导电连接件与一个或多个所述芯片连接时可对应插入一个或多个的所述安装槽。

本实用新型所述电气连接是指该连接方式是导电的，其导电性是可靠的。所述高分子片材，例如可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯pet材料，此处高分子片材主要起到以下几个作用：一是绝缘，二是粘接将正极板、负极板和串接板粘接在一起，三是是防氧化，粘接完成后正极板、负极板和串接板被高分子材料部分或全部包覆，起到防氧化作用。

与现有技术相比：本实用新型所提供的igbt集成模块电气性能稳定、散热稳定、抗振动、产品寿命长、环境适应性好，该igbt集成模块生产工艺简单，大批量生产可采用机器智能化生产，很大程度降低生产成本；该igbt集成模块可根据功率不同与结构不同，能轻松变更产品型号与技术要求，降低开发成本和缩短开发周期。

附图说明

图1是本实用新型集成模块正视图(不含框体)。

图2是本实用新型集成模块俯视图(含框体)。

图3是本实用新型集成模块母排上开槽示意图。

图4是本实用新型集成模块弹性导电连接件结构图。

图5是本实用新型集成模块框体示意图。

图6是本实用新型集成模块三维示意图(不含框体)。

具体实施方式

下面用实施例进一步说明：

如图1-6所示，一种igbt集成模块1，包括：母排2、弹性导电连接件3、芯片4、芯片基板5、框体6，最上面为母排2，弹性导电连接件3在中间，其上端与母排2连接，下端与芯片4连接，芯片4固定在芯片基板5上，框体6的下部有安装孔7，芯片基板通过安装孔7安装在框体6上，从而能够水平固定芯片基板2，框体6从上至下整体将母排2和芯片基板5固定，通过螺栓将所述框体6与散热器(未示出)连接，使得集成模块1锁紧在散热器上，即通过弹性导电连接件3柔性连接母排2和芯片4的同时，柔性压紧芯片基板5和散热器。

母排极板采用半硬高导电铜合金材质，母排正极板、负极板与串接板各自采用粉末涂覆进行绝缘与氧化防护，各极板进出搭接处，母排2一体化成型采用低吸水耐高压的高分子片材进行黏合，同时做到第二次耐压处理，母排2每个极板单面涂覆绝缘层厚度0.3mm-0.5mm，耐压达到20kv/mm，高分子片材黏合层厚度0.2mm，耐压达到25kv/mm。将三个极板通过涂覆第1次绝缘，然后通过高分子片材将三个极板黏合成整体，第2次绝缘。将母排2整体塑化，保证igbt集成模块有良好的防振动效果；通过整体塑化成型，形成多个安装槽8，具体的安装槽8在母排塑化后的外层上，如图3所示，母排上具有14个安装槽8，即为弹性导电连接件3的放置区与备用放置区，根据igbt集成模块1功率的大小或结构的不同，可任意变换弹性导电连接件3的数量、位置、方向与载流能力，此时，根据需要，弹性导电连接件3可对应的插入母排2的其中一个或多个安装槽8，可灵活应用，根据不同的产品结构进行不同的结构布局，可根据客户产品需要，灵活开发设计不同规格的产品，降低开发成本。

如图4所示弹性导电连接件3为柔性金属连接件采用电镀银进行防氧化处理，形状大致为葫芦状框体状，中间部分宽度相对较大，上下两个接触宽度相对较小，与母排连接端9为两个绕卷的触点，其可以插入母排的安装槽8，母排安装槽8处对应的位置未作绝缘涂覆，从而形成电连接，与芯片连接端10为一个平触点，其可以与所述芯片4触角压接形成电连接，该弹性导电连接件高为20mm，长为12mm，宽位5mm。

如图5-6所示在框体6上形成有2个安装孔7，2个镍基芯片基板5被弹性导电连接件3压接在安装孔7中，每个芯片基板5上有6组芯片4，12个弹性导电连接件3下端分别与12个芯片4压接，上端分别插入母排2的安装槽8中，框体6进一步将母排2、芯片基板5整体进行固定，框体6与母排2之间还具有压板11，通过压板11压紧母排2，也可以省略压板，设置整体塑化的母排未开槽的一面为受压面，框体6整体封装母排2、弹性导电连接件3、芯片基板5，形成集成模块1，然后通过螺栓锁紧在散热器(未示出)上，芯片基板5被直接压接在安装孔7内并与散热器接触进行散热。

igbt集成模块1在组装时，母排2、弹性导电连接件3，及芯片基板5之间在竖直方向上约有一定量的重合尺寸，当通过螺栓锁紧时，弹性导电连件3即把芯片4与母排2柔性连通，并通过重合尺寸而产生的接触力，也使芯片基板4与散热模组的热阻也得到减少。该模块1的弹性导电连接3不要焊接，直接装配到所需要的安装槽8内，电气连接母排2和芯片4进行传导，不损坏柔性电连接片材质而影响产品的稳定性，解决产品在热胀冷缩的情况下造成电气不稳定，还可以提供良好的接触力有效贴合散热器，提供良好的散热性能，而不影响芯片的性能，防止机械力对芯片的损坏，也保护芯片基板与散热器平面均匀接触，同时柔性连接，可有效补偿模块的整体配合误差，同时压板、框体等外体结构性部件采用高导热分子材料，解决了散热器针对芯片散热外，做到igbt集成模块的整体性散热，减低了模块的功耗，同时提高了模块的寿命与安全。

同时，一种与该模块对应的连接方法，首先采用整体塑化成型的母排，且在所述母排上形成一个或多个安装槽，将弹性导电连接件的一端插入安装槽与母排电气连接，将所述弹性导电连接件的另一端与芯片连接，芯片固定在芯片基板上，所述芯片基板安装在框体的安装孔中，用框体将母排和芯片基板固定，形成集成模块，最后通过螺栓将所述框体与散热器连接，使得集成模块锁紧在散热器上，根据芯片的不同数量和不同位置，可以选择不同数量、位置、方向和/或载流能力的所述弹性导电连接件与所述母排和所述芯片连接，即一个或多个所述弹性导电连接件与一个或多个所述芯片连接时可对应插入一个或多个的所述安装槽。

本实用新型所述电气连接是指该连接方式是导电的，其导电性是可靠的。所述高分子片材，例如可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯pet材料，此处高分子片材主要起到以下几个作用：一是绝缘，二是粘接将正极板、负极板和串接板粘接在一起，三是是防氧化，粘接完成后正极板、负极板和串接板被高分子材料部分或全部包覆，起到防氧化作用。绝缘材料是一种环氧树脂材料或环氧树脂加玻璃纤维的合成材料，本实用新型实施方式中采用的绝缘材料、绝缘垫或绝缘作用粉末，没有特殊说明的话都是环氧树脂材料。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。