逆变器igbt模块封装结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机逆变器，特别涉及一种逆变器IGBT模块封装结构。
【背景技术】
[0002]电动汽车因节油、环保而逐渐进入汽车市场，其中的电机控制器(逆变器)，为电动汽车核心零部件，其与电动机共同构成了新能源汽车的“发动机”，对电动汽车的成本与性能产生巨大影响。
[0003]逆变器中的核心零部件，IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)模块占据了 40%以上的成本及90%以上的发热，其封装优劣及机械散热布置，极大影响了整个逆变器的性能。
[0004]如图1所示，每个半桥IGBT模块内含上下半桥两个IGBT芯片，每个IGBT芯片有三个电极C、E、G，其中C、E用于传导电流，G为IGBT芯片的控制导通/关断引脚。下半桥IGBT芯片的C极与上半桥IGBT芯片的E极互连形成相输出引脚，上半桥IGBT芯片的C极与下半桥芯片的E极分别为该半桥IGBT模块的输入端T+、T-。
[0005]传统半桥IGBT模块的构成原理如图2、图3所示，IGBT芯片一面为E极，一面为C极。传统半桥IGBT模块，绝缘陶瓷基板(DCB)表面区域设置正输入端(T+)区域、相输出区域、负输入端(T-)区域，其中上半桥IGBT芯片处为正输入端(T+)区域，下半桥IGBT芯片处为相输出区域，下半桥IGBT芯片一侧处为负输入端(T-)区域，DCB表面两区域之间设置电气隔离区域，将上半桥IGBT芯片C极焊接到DCB的正输入端(T+)区域，下半桥IGBT芯片C极焊接到DCB的相输出区域，下半桥IGBT芯片E极通过细小绑定线引到DCB的负输入端(T-)区域，上半桥IGBT芯片E极通过细小绑定线引到DCB的相输出区域，通过绑定线使正输入端(T+)区域、负输入端(T-)区域、相输出区域连接相应功率引脚，DCB通过热脂与水冷板单面接触散热。传统半桥IGBT模块，半导体IGBT芯片占成本的50%以上，为单面散热，散热效率低，热阻高，热容低，为保证足够的电流能力，需使用大面积的IGBT芯片，导致成本上升。
[0006]绑定线在通电流发热时，会因膨胀对IGBT芯片及DCB产生应力，造成IGBT模块的失效。汽车级IGBT模块规定了 1000h以上的使用寿命，绑定线技术为工业级IGBT模块通用封装技术，通常为汽车级IGBT模块的技术瓶颈。同时，绑定线导致IGBT模块寄生电感较大(>15nH)，外部的母线电容无法短路IGBT模块功率引脚的寄生电感，开关时的di/dt会因此耦合出较大电压尖峰，易损坏IGBT，故只能限制IGBT开关速度，增大开关损耗，导致逆变器效率降低，电流能力下降。
[0007]DCB表面的相输出区，DCB绝缘层及水冷板构成一等效电容，由于DCB表面及冷板表面积较大，DCB绝缘层很薄，故此寄生电容较大，正常工作时相输出产生的脉冲电压会对地产生较大的共模干扰电流，电磁干扰(Electromagnetic Interference,简称EMI)严重。细小绑定线的电流能力很弱，往往在半导体IGBT芯片仍未过温(Tj〈150度)时，电流已被绑定线限制。
[0008]如图4所示，常规的IGBT模块冷却处理方式是将面积大、厚度小的扁平状半桥IGBT模块平铺到水冷板上，长或宽方向的跨接会导致三相IGBT模块正负母线，相线间隔很远。为方便客户接线，通常要求逆变器IGBT模块三相输出线相邻，IGBT模块相出线需较长走线并弯折才可实现，相出线复杂，且长走线使逆变器内腔温度上升，使电子元器件工作环境恶劣。三相半桥IGBT模块的正负母线相隔远，需三对引脚的母线电容与其对接，方可保证较小寄生电感，连接工序多，生产复杂，失效率高。三相半桥IGBT模块需要较大面积的水冷板覆盖，常规水冷板厚重，使逆变器的功率密度受限。三相半桥IGBT模块水道串联，经过前两相半桥IGBT模块加热，水流经过第三相半桥IGBT模块时，水温已大幅上升，使电流能力下降。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题是提供一种逆变器IGBT模块封装结构，可通过内部缓冲电容短路掉IGBT模块引脚电感允许较大的开关速度及较低的开关损耗；能降低对地共模干扰电流，提高逆变器的EMC (电磁兼容)性能；能降低逆变器成本；能使逆变器出线短，布线简单，内部空腔不易被铜排加热。
[0010]为解决上述技术问题，本发明提供的逆变器IGBT模块封装结构，逆变器IGBT模块包括A相、B相及C相三个半桥IGBT模块，每个半桥IGBT模块包括上半桥IGBT芯片及下半桥IGBT芯片、第一绝缘陶瓷基板、第二绝缘陶瓷基板；
[0011]所述第一绝缘陶瓷基板，表面区域设置正输入端区域、负输入端区域；
[0012]所述正输入端区域、负输入端区域之间绝缘；
[0013]每个IGBT芯片有C、E、G三个电极，其中C、E两个电极用于传导电流，G极为IGBT的导通/关断控制引脚；
[0014]上半桥IGBT芯片的下表面为C极，上表面为E极；
[0015]上半桥IGBT芯片的C极通过焊接连接于第一绝缘陶瓷基板表面的正输入端区域，形成IGBT半桥模块正输入端；
[0016]下半桥IGBT芯片的上表面为C极,下表面为E极；
[0017]下半桥IGBT芯片的E极通过焊接连接于第一绝缘陶瓷基板表面的负输入端区域，形成IGBT半桥模块负输入端；
[0018]上半桥IGBT芯片的E极及下半桥IGBT芯片的C极在第二绝缘陶瓷基板表面焊接在一起，形成相输出引脚。
[0019]较佳的，每个半桥IGBT模块还包括一缓冲电容；
[0020]所述缓冲电容，跨接在第一绝缘陶瓷基板表面的正输入端区域、负输入端区域之间。
[0021 ] 较佳的，逆变器IGBT模块的A相、B相及C相三个半桥IGBT模块，设置于4个相同的水冷板形成的三个间隔之间并被水冷板夹紧。
[0022]较佳的，各相半桥IGBT模块的绝缘陶瓷基板同邻接该相半桥IGBT模块的水冷板之间涂布有热脂。
[0023]较佳的，4个相同的水冷板，通过在四个角的四个螺钉贯穿紧固在一起。
[0024]较佳的，所述水冷板，上方设置进水口，下方设置出水口 ；
[0025]各水冷板的进水口分别接进水管，出水口分别接出水管。
[0026]较佳的，进、出水管同相应进、出水口间通过O型圈密封。
[0027]较佳的，所述水冷板采用薄铝片制成，水冷板内部设置褶皱或突起。
[0028]本发明的逆变器IGBT模块封装结构，由于半桥IGBT模块的正输入端T+及负输入端T-均在芯片下表面，故可用低感缓冲电容跨越绝缘区域，分别与第一绝缘陶瓷基板表面的正输入端区域、负输入端区域表面焊接，该内部缓冲电容可最大限度短路掉IGBT模块引脚电感，IGBT模块仅剩芯片自身电感，可允许较大的开关速度，较低的开关损耗；由于各相半桥IGBT模块的上半桥IGBT芯片的E极及下半桥IGBT芯片的C极均在芯片的上表面，可以远离水冷板，故等效寄生电容大大降低，对地共模干扰电流降低，能提高逆变器的EMC(电磁兼容)性能；各相半桥IGBT模块取消绑定线，使各相半桥IGBT模块的电流能力及寿命提高，可使芯片面积减小，逆变器成本大大降低；各相半桥IGBT模块的电气引脚直接焊接到绝缘陶瓷基板及芯片，形成了上下表面均为绝缘陶瓷基板，中间为IGBT芯片的“三明治”结构，故三相半桥IGBT模块的正输入端T+、负输入端T-及相输出引脚相隔很近，使逆变器出线短，布线简单，内部空腔不易被铜排加热。
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1是IGBT半桥模块原理图；
[0031 ] 图2是IGBT传统半桥模块封装俯视图；
[0032]图3是IGBT传统半桥模块封装侧视图；
[0033]图4传统IGBT模块布线示意图；
[0034]图5是本发明的逆变器IGBT模块封装结构一实施例侧视图；
[0035]图6是本发明的逆变器IGBT模块封装结构一实施例俯视图；
[0036]图7是本发明的逆变器IGBT模块封装结构一实施例机械集成侧视图；
[0037]图8是本发明的逆变器IGBT模块封装结构一实施例机械集成俯视图。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发