專利名稱：Igbt裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種IGBT裝置。
背景技術(shù)：
IGBT裝置被廣泛地應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。圖1顯示現(xiàn)有的IGBT裝置的組裝結(jié)構(gòu)。如圖1所示，現(xiàn)有的IGBT裝置100包括IGBT基板101、IGBT元件102、壓力板103、彈性材料104、壓盤105、壓力螺栓106、彈簧部件107、門極驅(qū)動(dòng)基板108、以及導(dǎo)熱材料層120。IGBT裝置100在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，因此，在IGBT裝置100的下方設(shè)置有流通水或制冷劑的流路132的冷卻模塊130，以對(duì)IGBT裝置100進(jìn)行冷卻，保證IGBT裝置100
穩(wěn)定工作。下面簡(jiǎn)要說明IGBT裝置100的結(jié)構(gòu)。在IGBT基板101上表面安裝有多個(gè)IGBT元件102，該IGBT基板101的下表面隔著導(dǎo)熱材料層120與冷卻模塊130壓緊，從而將IGBT元件102產(chǎn)生的熱帶走。為了使IGBT基板101與冷卻模塊130貼緊以保證良好的散熱效果，在IGBT基板101的上方設(shè)置有塑料等絕緣材料制的壓力分散板103。在壓力分散板103上方設(shè)置彈性材料104并由剛性的壓盤105覆蓋，利用壓力螺栓106對(duì)壓盤105加壓，壓盤105將壓力大致均勻地傳遞至彈性材料104，再通過壓力分散板103對(duì)IGBT基板101均勻地施加壓力，并將IGBT基板101壓緊于冷卻模塊130。通過調(diào)整壓力螺栓106，可調(diào)整將IGBT基板101壓緊于冷卻模塊130的壓力。即，壓力分散板103使IGBT基板101與冷卻模塊130之間的壓力分布均勻。在壓力分散板103中嵌有彈簧部件107作為輔助連接部件，由該彈簧部件107連接IGBT基板101與門極驅(qū)動(dòng)基板108。在上述現(xiàn)有的IGBT裝置100中，IGBT元件102產(chǎn)生的熱經(jīng)過導(dǎo)熱材料層120釋放到冷卻模塊130。但是這種結(jié)構(gòu)不能將IGBT裝置100啟動(dòng)時(shí)的過渡時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱快速帶走，因此在過渡時(shí)間內(nèi)，IGBT元件102溫度會(huì)上升。在IGBT裝置100頻繁啟動(dòng)/停止的應(yīng)用中，這會(huì)影響IGBT元件102的性能。另外，由于壓力分散板103內(nèi)的彈簧部件107將IGBT裝置100的各部件連為一體，因此該IGBT裝置100拆裝極為不便，維護(hù)很不方便。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，其目的在于提供一種IGBT裝置，其便于拆卸維護(hù)，并能夠抑制IGBT裝置啟動(dòng)時(shí)的溫度上升。本實(shí)用新型的第一方面的IGBT裝置包括:一側(cè)表面搭載有IGBT元件的IGBT基板；設(shè)置在所述IGBT基板另一側(cè)的導(dǎo)熱層；和設(shè)置在所述IGBT基板和所述導(dǎo)熱層之間，與所述IGBT基板和所述導(dǎo)熱層接合的導(dǎo)熱金屬層。根據(jù)本實(shí)用新型，在IGBT基板一側(cè)面設(shè)置導(dǎo)熱金屬層，由于導(dǎo)熱金屬板的熱容量大，能夠大幅降低IGBT裝置啟動(dòng)后溫度上升的速度，在頻繁切換啟動(dòng)/停止?fàn)顟B(tài)的應(yīng)用中，可使IGBT裝置保持較低的溫度。本實(shí)用新型的第二方面的IGBT裝置包括，表面搭載有IGBT元件的IGBT基板；通過基板連接用端子與所述IGBT基板連接，搭載有門極驅(qū)動(dòng)電路的門極驅(qū)動(dòng)基板；搭載有用于控制所述IGBT元件的驅(qū)動(dòng)控制電路的控制基板，所述門極驅(qū)動(dòng)基板設(shè)置在所述IGBT基板與所述控制基板之間；和將所述控制基板與所述門極驅(qū)動(dòng)基板可自由拆卸地連接的連接器。根據(jù)本實(shí)用新型，由于控制基板與門極驅(qū)動(dòng)基板通過連接器可自由拆卸地連接，所以控制基板上的元件發(fā)生故障時(shí)，可以方便地將控制基板拆下并更換，便于拆卸維護(hù)。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的IGBT裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施方式的IGBT裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實(shí)用新型的IGBT裝置的外部結(jié)構(gòu)圖。圖4是本實(shí)施方式的IGBT裝置的外部結(jié)構(gòu)圖。圖5為本實(shí)施方式的IGBT裝置和現(xiàn)有的IGBT裝置在啟動(dòng)時(shí)的溫度變化的曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式的IGBT裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，本實(shí)施方式的IGBT裝置50具有IGBT基板1、導(dǎo)熱金屬板層2、門極驅(qū)動(dòng)基板3、基板連接用端子4、控制基板5、連接器6、多個(gè)引出端子7、IGBT元件8、導(dǎo)熱材料層20、以及冷卻模塊30。在IGBT基板I上表面搭載多個(gè)IGBT元件8，IGBT基板I的下表面與導(dǎo)熱金屬板層2接合。比如，導(dǎo)熱金屬板層2為銅板，且具有大的熱容量。因?yàn)樵O(shè)置了導(dǎo)熱金屬板層2，所以IGBT元件8產(chǎn)生的熱量從IGBT基板I快速傳導(dǎo)至導(dǎo)熱金屬板層2，由于導(dǎo)熱金屬板層2的熱容量大，IGBT裝置啟動(dòng)后的溫度上升的速度大幅降低，使IGBT裝置50在啟動(dòng)后的過渡時(shí)間內(nèi)保持較低的溫度。在本實(shí)施方式中，IGBT基板I與導(dǎo)熱金屬板層2之間焊接接合，因而形成焊接層
S。該焊接層S使IGBT基板I與導(dǎo)熱金屬板層2的熱連接更緊密，有利于熱量從IGBT基板I快速傳導(dǎo)至導(dǎo)熱金屬板層2。冷卻模塊30設(shè)置在導(dǎo)熱材料層20的與導(dǎo)熱金屬板層2相反一側(cè)，其中設(shè)有冷卻介質(zhì)流路32。門極驅(qū)動(dòng)基板3位于IGBT基板I上方，其上形成有用于驅(qū)動(dòng)IGBT元件8的門極電路，通過基板連接用端子4門極驅(qū)動(dòng)基板3和IGBT基板I連接，向IGBT基板I發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)。門極驅(qū)動(dòng)基板3與發(fā)熱量大的IGBT基板I有一定間隔，可以抑制IGBT基板I放出的熱對(duì)門極驅(qū)動(dòng)基板3的元件的影響。在本實(shí)施方式中，控制基板5上搭載用于對(duì)IGBT裝置50進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的IC控制元件5a等。控制基板5與門極驅(qū)動(dòng)基板3由連接器6可自由拆卸地連接，所以控制基板上的元件發(fā)生故障時(shí)，可以方便地將控制基板拆下并更換，便于拆卸維護(hù)。在IGBT基板I的邊緣部分連接有用于從外部電路接受輸入電力以及向外部電路提供輸出電力的多個(gè)引出端子7。在本實(shí)施方式中，導(dǎo)熱金屬板層2與底部外殼9固定,從而可以穩(wěn)定地固定IGBT基板I。導(dǎo)熱材料層20—側(cè)與導(dǎo)熱金屬板層2接合，另一側(cè)與冷卻模塊30接合。將導(dǎo)熱金屬板層2與冷卻模塊30隔著導(dǎo)熱材料層20固定，從而形成從IGBT基板I經(jīng)導(dǎo)熱金屬板層2和導(dǎo)熱材料層20向冷卻模塊30傳導(dǎo)熱的路徑。圖3為本實(shí)用新型的IGBT裝置的外部結(jié)構(gòu)圖，表示在安裝上部外殼后，從圖2的右側(cè)觀看的情形。如圖3所示，在由底部外殼9a和上部外殼9b形成的外殼9內(nèi)收容上述IGBT基板
1、導(dǎo)熱金屬板層2、門極驅(qū)動(dòng)基板3等。從IGBT基板I上表面延伸出的引出端子7以不同的高度從外殼9的側(cè)表面弓I出到外部。即，引出端子7a的高度高于引出端子7b的高度，弓丨出端子7a、7b分別利用螺栓7c固定于外殼9的接線位置(在本實(shí)施方式中，底部外殼9a露出上表面)，由此可將外部電路的電線與引出端子7a、7b連接固定。在本實(shí)施方式中，例如引出端子7a用于連接線路“ + ”極輸入輸出，引出端子7b用于連接線路極輸入輸出。通過使引出端子7以不同高度從外殼9伸出到外部，通過使引出端子7a、7b的一端與IGBT基板I連接，另一端以不同的高度從外殼9的側(cè)表面伸出到外殼9的外部，可使使用者明確地區(qū)分引出端子7a、7b的功能，避免連接線路時(shí)的誤操作。圖4是本實(shí)施方式的IGBT裝置的外部結(jié)構(gòu)圖，表示在安裝上部外殼后，從圖2的上方觀看的情形。如圖4所示，在上部外殼9b的表面上形成有開口 10，在開口 10中露出上述控制基板5。連接器6的引線從開口 10邊緣處伸出，也可使其引線從外殼9 (上部外殼9b)表面的引線孔伸出，與設(shè)置于控制基板5上的連接器基座連接，而可自由拆卸地連接控制基板5與門極驅(qū)動(dòng)基板3。由于具有收容IGBT基板I和門極驅(qū)動(dòng)基板3的外殼9，并將控制基板5安裝于外殼9表面的開口 10處，因此使控制基板5設(shè)置于IGBT基板1、門極基板5的最上方，可通過該開口 10安裝/拆卸控制基板5,方便維護(hù)更換作業(yè)。外殼9底部開放,露出上述導(dǎo)熱金屬板層2,在安裝冷卻模塊30時(shí),使導(dǎo)熱金屬板層2與冷卻模塊30壓緊，以向冷卻模塊30傳導(dǎo)熱量，利用冷卻介質(zhì)流路32中流通的冷卻介質(zhì)冷卻IGBT裝置50。在導(dǎo)熱金屬板層2與冷卻模塊30之間設(shè)置導(dǎo)熱材料層20。該導(dǎo)熱材料層20可使導(dǎo)熱金屬板層2的各部分均勻的向冷卻模塊30傳導(dǎo)熱量，避免局部溫度過高。當(dāng)IGBT裝置50工作時(shí)，IGBT元件8產(chǎn)生的熱，通過IGBT基板I傳導(dǎo)至導(dǎo)熱金屬板層2，再經(jīng)導(dǎo)熱材料層20傳導(dǎo)至冷卻模塊30，利用冷卻模塊30中的水或制冷劑等吸收該熱量，并通過水或制冷劑的循環(huán)將熱量帶走。圖5為本實(shí)施方式的IGBT裝置50和現(xiàn)有的IGBT裝置100在啟動(dòng)后的溫度變化的曲線圖。在圖5中，以虛線表示現(xiàn)有的IGBT裝置100在啟動(dòng)后的溫度變化，以實(shí)線表示本實(shí)施方式的IGBT裝置50在啟動(dòng)后的溫度變化。對(duì)于現(xiàn)有的IGBT裝置100，在時(shí)刻t=0時(shí)未啟動(dòng)，處于常溫狀態(tài)。當(dāng)啟動(dòng)后，IGBT裝置100的溫度迅速升高，在時(shí)刻tl時(shí)溫度達(dá)到Tl，此后，IGBT裝置100發(fā)出的熱量與冷卻模塊30吸收的熱量趨于平衡，因此升溫變得緩慢。與此相比，本實(shí)施方式的IGBT裝置50在時(shí)刻t=0時(shí)處于常溫狀態(tài)。啟動(dòng)后，由于導(dǎo)熱金屬板層2熱容量大，所以溫度緩慢上升，在時(shí)刻t2，IGBT裝置50的溫度才與IGBT裝置100的溫度相同。之后，IGBT裝置50的溫度繼續(xù)升高，在時(shí)刻t3時(shí)溫度達(dá)到T2，以后，由于IGBT裝置50的放熱與冷卻模塊30的吸熱趨于平衡，IGBT裝置50的溫度緩慢上升。由此可見，與現(xiàn)有的IGBT裝置100相比，本實(shí)施方式的IGBT裝置50在啟動(dòng)后的過渡時(shí)間內(nèi)(t2時(shí)刻為止的時(shí)間段)，溫度上升緩慢。因此，在需要頻繁切換啟動(dòng)/停止?fàn)顟B(tài)的場(chǎng)合，使IGBT裝置50在啟動(dòng)后的過渡時(shí)間內(nèi)保持較低的溫度。這是因?yàn)椋诒緦?shí)施方式的IGBT裝置50中，在IGBT基板I與冷卻模塊30之間增設(shè)了導(dǎo)熱金屬板層2，由于導(dǎo)熱金屬板層2具有大的熱容量，因此，能夠在IGBT裝置50啟動(dòng)時(shí)迅速吸收由IGBT裝置50產(chǎn)生的熱量，并且導(dǎo)熱金屬板2熱傳導(dǎo)性好，也能夠在吸熱的同時(shí)將熱量通過導(dǎo)熱材料層20傳導(dǎo)至冷卻模塊30，從而使得IGBT裝置50升溫緩慢。另一方面，由于增設(shè)了導(dǎo)熱金屬板層2，因此從IGBT基板I向冷卻模塊30導(dǎo)熱的熱阻抗增大，因此IGBT裝置50的溫度持續(xù)上升的時(shí)間長(zhǎng)，平衡溫度高。繼續(xù)對(duì)IGBT裝置50的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在本實(shí)用新型中，IGBT基板I與導(dǎo)熱金屬板層2接合，通過將該導(dǎo)熱金屬板層2隔著導(dǎo)熱材料層20與冷卻模塊30壓緊。與現(xiàn)有的IGBT裝置100相比，本實(shí)施方式中，導(dǎo)熱金屬板層2具有高機(jī)械強(qiáng)度，在將導(dǎo)熱金屬板層2壓緊于冷卻模塊30時(shí)，不會(huì)因受力不均而產(chǎn)生變形，可確保均勻地向冷卻模塊30導(dǎo)熱。因此，在實(shí)施方式中，不需要設(shè)置對(duì)IGBT基板均勻施加壓力的壓力分散板103、彈性材料104、壓力板105以及壓力螺栓106等部件，因此IGBT裝置50的組裝更為簡(jiǎn)單，工序減少，生產(chǎn)成本降低。并且，由于不需要嵌入壓力分散板103中的作為輔助連接部件的彈簧部件107，因此可以自由拆卸IGBT基板I上方的控制基板5，便于維護(hù)修理。由于控制基板5上的IC控制元件5a等與其他部件相比，更容易損壞，因此，在本實(shí)施方式的IGBT裝置50中，單獨(dú)設(shè)置用于搭載IC控制元件等的控制基板5，并將搭載IC控制元件5a的控制基板5設(shè)置于IGBT裝置50的最上部。由于在控制基板5與IGBT基板I之間具有門極驅(qū)動(dòng)基板3，可進(jìn)一步將控制基板5與IGBT基板I隔開，避免控制基板5受熱。從而，使驅(qū)動(dòng)IC控制元件5a等元件遠(yuǎn)離發(fā)熱的IGBT基板I。在本實(shí)施方式中，如圖4所不,在外殼9 (上部外殼9b)的上表面設(shè)置開口 10,并用連接器6連接控制基板5與門極驅(qū)動(dòng)基板3，因此，可方便地對(duì)控制基板5進(jìn)行維修更換的等操作。此外，也可以將控制基板5直接設(shè)置于外殼9 (上部外殼9b)的上表面，并使連接器6從設(shè)置在外殼9表面的引線孔伸出，以連接控制基板5。由此，可進(jìn)一步將控制基板5與IGBT基板I隔開，避免控制基板5受熱，且便于維修更換。[0053]在上述實(shí)施方式中，導(dǎo)熱金屬板層2也可以由其他導(dǎo)熱性良好、熱容量大的金屬或合金材料制成，例如可以是鋁或鋁合金等。在本實(shí)用新型中，導(dǎo)熱金屬板層2具有很高的機(jī)械強(qiáng)度，可穩(wěn)定地支承IGBT基板1，保持IGBT基板I平整。在將IGBT裝置50與冷卻模塊30壓緊時(shí)，導(dǎo)熱金屬板層2幾乎不變形，不會(huì)對(duì)IGBT基板I與導(dǎo)熱金屬板層2接合產(chǎn)生影響。因此，IGBT基板I與導(dǎo)熱金屬板層2之間可以采用多種接合方式，只要保證兩者的接合面積即可。例如，在本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方式中，IGBT基板I與導(dǎo)熱金屬板層2通過焊接接合，也可以采用如下方法，例如利用螺栓等將兩者固定，并在兩者之間填充少量導(dǎo)熱材料以確保熱傳導(dǎo)的接觸面接，或者直接利用導(dǎo)熱性良好的粘合劑將兩者粘合。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本實(shí)用新型的IGBT裝置適用于需要頻繁切換啟動(dòng)/停止?fàn)顟B(tài)的供電系統(tǒng)等，例如，可用于電梯、卷揚(yáng)機(jī)等的供電系統(tǒng)。由于本實(shí)用新型的IGBT裝置在開始供電(啟動(dòng))時(shí)，溫度上升慢，因此與現(xiàn)有的IGBT裝置相比，裝置內(nèi)部的溫度低，能夠有效提高IGBT裝置的穩(wěn)定性。并且，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可簡(jiǎn)單地組裝/拆卸，便于維護(hù)修理。以上詳細(xì)說明了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式。本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種變形和替換，通過這種變形和替換得到的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種IGBT裝置，其特征在于，包括: 一側(cè)表面搭載有IGBT元件的IGBT基板； 設(shè)置在所述IGBT基板另一側(cè)的導(dǎo)熱層；和 設(shè)置在所述IGBT基板和所述導(dǎo)熱層之間，與所述IGBT基板和所述導(dǎo)熱層接合的導(dǎo)熱金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的IGBT裝置，其特征在于， 包括，設(shè)有冷卻介質(zhì)流路的冷卻模塊， 所述冷卻模塊接合設(shè)置在所述導(dǎo)熱層的與所述導(dǎo)熱金屬層相反一側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的IGBT裝置，其特征在于: 所述導(dǎo)熱金屬層包括銅板。
4.如權(quán)利要求1所述的IGBT裝置，其特征在于: 所述導(dǎo)熱金屬層與所述IGBT基板焊接接合。
5.一種IGBT裝置，其特征在于，包括: 表面搭載有IGBT元件的IGBT基板； 通過基板連接用端子與所述IGBT基板連接，搭載有門極驅(qū)動(dòng)電路的門極驅(qū)動(dòng)基板；搭載有用于控制所述IGBT元件的驅(qū)動(dòng)控制電路的控制基板，所述門極驅(qū)動(dòng)基板設(shè)置在所述IGBT基板與所述控制基板之間；和 將所述控制基板與所述門極驅(qū)動(dòng)基板可自由拆卸地連接的連接器。
6.如權(quán)利要求5所述的IGBT裝置，其特征在于，還具有: 容納所述IGBT基板和所述門極驅(qū)動(dòng)基板的外殼， 所述控制基板安裝于所述外殼表面的開口處。
7.如權(quán)利要求6所述的IGBT裝置，其特征在于: 所述連接器的引線從設(shè)置于所述外殼表面的引線孔伸出，而可自由拆卸地連接所述控制基板與所述門極驅(qū)動(dòng)基板。
8.如權(quán)利要求6 7中任一項(xiàng)所述的IGBT裝置，其特征在于，具有: 一端與所述IGBT基板連接，另一端以不同的高度從所述外殼側(cè)表面伸出到所述外殼外部的多個(gè)引出端子。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種IGBT裝置，其包括一側(cè)表面搭載有IGBT元件的IGBT基板；設(shè)置在IGBT基板另一側(cè)的導(dǎo)熱層；和設(shè)置在IGBT基板和導(dǎo)熱層之間，與IGBT基板和導(dǎo)熱層接合的導(dǎo)熱金屬層。本實(shí)用新型的IGBT裝置，便于拆卸維護(hù)，并能夠抑制IGBT裝置啟動(dòng)時(shí)的溫度上升。
文檔編號(hào)H01L23/373GK203055895SQ20122012941
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
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