一种IGBT封装散热结构及其应用的电机控制器的制作方法

一种igbt封装散热结构及其应用的电机控制器
技术领域
1.本发明涉及igbt散热技术，特别涉及一种igbt封装散热结构及其应用的电机控制器。


背景技术：

2.igbt是能源变换与传输的核心器件，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。由于igbt器件在电路中承载的电流大，功率密度高，因此需要很好的散热能力，才能保证igbt正常工作。igbt的散热非常重要，散热不好会严重影响igbt的使用寿命。由于我国对igbt研究起步晚，目前的封装结构设计中，散热性能不能达到最佳。因此，在现有电机控制器产品功率密度要求越来越高，急需开发结构简单且散热性能好的igbt封装散热结构。由于igbt在电力电子装置上的重要作用，对于igbt的散热要求来越来越高。
3.现有igbt封装结构多将晶元水平布置在大的基板平面上，封装体积大；散热依赖于底部散热板，散热效率低，效果差。


技术实现要素：

4.本发明目的是：提供一种gbt封装散热结构及其应用的电机控制器，解决的技术问题：1、将igbt的封装外壳与散热水道翅片合二为一，合理利用空间，降低封装体积；2、实现多面水冷散热，提高散热面积及散热效率；3、解决高度集成后控制器系统igbt散热问题，提升系统的功率密度。
5.本发明的技术方案是：一种igbt封装散热结构，包括散热基板主体及分别固定于其两侧的散热翅片、电极；散热翅片带有内腔结构，内腔中放置晶元、第一dbc层、第二dbc层；电极穿过散热基板主体，在散热翅片内腔中分别通过第一dbc层、第二dbc层与晶元接通。
6.优选的，所述晶元左、右两侧表面分别通过第二焊料层、第三焊料层与第一dbc层的右表面覆铜层、第二dbc层的左表面覆铜层连接。
7.优选的，所述电极分别与第一dbc层的右表面覆铜层、第二dbc层的左表面覆铜层连接，完成电流的输入输出。
8.优选的，所述第一dbc层的左表面覆铜层、第二dbc层的右表面覆铜层分别通过第一焊料层、第四焊料层与散热翅片的左、右内腔表面连接。
9.优选的，所述散热基板主体在对应散热翅片内腔位置设置有绝缘外壳，电极穿过绝缘外壳进入散热翅片内腔。
10.优选的，所述散热翅片内腔的空隙填充有散热材料。
11.优选的，所述散热翅片内腔为底部封闭的u型腔、凵型腔、梯形型腔中的一种。
12.优选的，所述散热翅片内腔的底部不封闭。
13.一种电机控制器，包括主壳体及其内部的薄膜电容、pcb板、三相输出模块、igbt模块，还包括穿过主壳体的直流母线；所述igbt模块采用所述的igbt封装散热结构，多个igbt封装散热结构共用一个散热基板主体。
14.优选的，主壳体内设置有散热水道，igbt模块的散热翅片置于散热水道中。
15.本发明的优点是：1、本发明提出的igbt封装散热结构，将igbt的封装外壳与散热水道翅片合二为一，合理利用空间，降低封装体积，利于电机控制器小型化设计；2、本发明提出的igbt封装散热结构可以实现多面水冷散热，散热面积大，散热效率高，效果好；3、本发明技术的应用于电机控制器，解决了高度集成后控制器系统igbt散热问题，极大提升了系统的功率密度。
附图说明
16.下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：图1为电机控制器整体结构示意图；图2为电机控制器拆除pcb板后的结构示意图；图3为电机控制器散热系统结构示意图；图4为igbt模块结构示意图；图5为igbt模块另一角度结构示意图；图6为igbt模块结构剖面图；图7为igbt模块结构电极一侧的俯视图；图8为igbt封装散热结构放大图。
具体实施方式
17.实施例1如图1、2所示，电机控制器包括主壳体1，母线输入2，薄膜电容3，pcb板4，三相输出5，igbt模块6等结构。整个电机控制器工作电流从母线输入2进入薄膜电容3内部，再通过pcb板4进入igbt模块6输入电极，后从igbt输出电极通过pcb板4连接三相输出5，进而进入电机内部驱动电机工作。
18.如图3所示，电机控制器的散热系统原理是：冷却液从主壳体1的进水口11进入水道内部，后与igbt模块6的散热翅片612接触，对散热翅片内部的晶元周边进行散热，最后通过主壳体1出水口12进入整车冷却循环系统。该散热结构可以实现对igbt晶元多面散热，极大提高散热效率。
19.实施例2如图4
‑
8所示，igbt封装散热结构，包括散热基板主体611及分别固定于其两侧的散热翅片612、电极65；散热翅片612带有内腔结构，内腔中放置晶元64、第一dbc层631、第二dbc层632；所述晶元64左、右两侧表面分别通过第二焊料层622、第三焊料层623与第一dbc层631的右表面覆铜层、第二dbc层632的左表面覆铜层连接。所述第一dbc层631的左表面覆铜层、第二dbc层632的右表面覆铜层分别通过第一焊料层622、第四焊料层624与散热翅片
612的左、右内腔表面连接。
20.所述散热基板主体611在对应散热翅片612内腔位置设置有绝缘外壳66，绝缘外壳66作为电极65支撑件，同时保障与散热基板主体611之间的绝缘。电极65穿过绝缘外壳66进入散热翅片612内腔。所述电极65下端分别与第一dbc层631的右表面覆铜层、第二dbc层632的左表面覆铜层连接，完成与晶元64电流的输入输出。所述散热翅片612内腔的空隙填充有导热硅胶或其他散热材料，以增强igbt模块的散热效果。
21.本实施例的所述散热翅片612不局限于图8所示，例如在图8中，散热翅片612的内腔底部封闭的凵型腔，还可以为u型腔或梯型腔，内腔的底部也可以不封闭。
22.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种igbt封装散热结构，其特征在于，包括散热基板主体（611）及分别固定于其两侧的散热翅片（612）、电极（65）；散热翅片（612）带有内腔结构，内腔中放置晶元（64）、第一dbc层（631）、第二dbc层（632）；电极（65）穿过散热基板主体（611），在散热翅片（612）内腔中分别通过第一dbc层（631）、第二dbc层（632）与晶元（64）接通。2.根据权利要求1所述的igbt封装散热结构，其特征在于，所述晶元（64）左、右两侧表面分别通过第二焊料层（622）、第三焊料层（623）与第一dbc层（631）的右表面覆铜层、第二dbc层（632）的左表面覆铜层连接。3.根据权利要求2所述的igbt封装散热结构，其特征在于，所述电极（65）分别与第一dbc层（631）的右表面覆铜层、第二dbc层（632）的左表面覆铜层连接，完成电流的输入输出。4.根据权利要求3所述的igbt封装散热结构，其特征在于，所述第一dbc层（631）的左表面覆铜层、第二dbc层（632）的右表面覆铜层分别通过第一焊料层（622）、第四焊料层（624）与散热翅片（612）的左、右内腔表面连接。5.根据权利要求3所述的igbt封装散热结构，其特征在于，所述散热基板主体（611）在对应散热翅片（612）内腔位置设置有绝缘外壳（66），电极（65）穿过绝缘外壳（66）进入散热翅片（612）内腔。6.根据权利要求5所述的igbt封装散热结构，其特征在于，所述散热翅片（612）内腔的空隙填充有散热材料。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的igbt封装散热结构，其特征在于，所述散热翅片（612）内腔为底部封闭的u型腔、凵型腔、梯形型腔中的一种。8.根据权利要求1
‑
6任一项所述的igbt封装散热结构，其特征在于，所述散热翅片（612）内腔的底部不封闭。9.一种电机控制器，包括主壳体（1）及其内部的薄膜电容（3）、pcb板（4）、三相输出模块（5）、igbt模块（6），还包括穿过主壳体（1）的直流母线（2）；其特征在于， 所述igbt模块（6）采用权利要求1
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6任一项所述的igbt封装散热结构，多个igbt封装散热结构共用一个散热基板主体（611）。10.根据权利要求9所述的igbt封装散热结构，其特征在于，主壳体（1）内设置有散热水道，igbt模块（6）的散热翅片（612）置于散热水道中。

技术总结
本发明公开了一种IGBT封装散热结构及其应用的电机控制器，IGBT封装散热结构包括散热基板主体及分别固定于其两侧的散热翅片、电极；散热翅片带有内腔结构，内腔中放置晶元、第一DBC层、第二DBC层；所述晶元左、右两侧表面分别通过第二焊料层、第三焊料层与第一DBC层的右表面覆铜层、第二DBC层的左表面覆铜层连接。所述电极分别与第一DBC层的右表面覆铜层、第二DBC层的左表面覆铜层连接。所述第一DBC层的左表面覆铜层、第二DBC层的右表面覆铜层分别通过第一焊料层、第四焊料层与散热翅片的左、右内腔表面连接。本发明的IGBT封装散热结构，将IGBT的封装外壳与散热水道翅片合二为一，降低封装体积，实现多面水冷散热，解决了高度集成后控制器IGBT散热问题。成后控制器IGBT散热问题。成后控制器IGBT散热问题。


技术研发人员：刘蕾 顾杰 毛建华 程勇
受保护的技术使用者：合肥巨一动力系统有限公司
技术研发日：2021.07.05
技术公布日：2021/10/8