一種針對電動汽車應用的igbt功率模塊的製作方法

2023-10-26 13:07:17

專利名稱：一種針對電動汽車應用的igbt功率模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及應用於電動汽車動カ電機控制器的IGBT模塊，該模塊主要功能是對驅動電機的電流和電壓的幅值、相位和頻率進行控制，以實現對車輛機動性能的準確控制。
背景技術：
目前因為能源短缺的影響，節能環保型的電動汽車和混合動カ汽車成為汽車行業發展的趨勢。電動汽車的核心部件是電池、電機和電控裝置，而IGBT模塊則是電控裝置的核心部件，起著將電池中存儲的電壓恆定的直流電轉變為幅值、相位和頻率可調的交流電的作用，在整個電能的轉化利用過程中擔負著極其重要的作用。對應用於電動汽車電控裝置的IGBT模塊的主要要求有1)高效率電池的儲能有 限，需要提供能源的利用效率以提高電動汽車的續駛裡程；2)高可靠性該模塊工作在高電壓、大電流、高溫、震動和エ況複雜的環境，對模塊的抗功率循環、溫度循環和震動有較高要求，需要滿足汽車壽命的要求；3)功率密度高、體積小汽車應用要求功能部件的結構緊湊、體積小、有最大的功率輸出能力；針對以上電動汽車行業的要求，目前業界在積極探索適用於電動汽車行業應用的IGBT模塊。現有開發的IGBT模塊主要針對エ業級應用，如變頻器、逆變焊機和感應加熱等，這些應用場合對模塊的功率密度、可靠性要求沒有電動汽車高，同時エ況和抗震動特性也是電動汽車特有的要求，為此需要開發針對電動汽車的IGBT模塊。

發明內容
本發明的目的是設計出一種針對電動汽車應用的IGBT功率模塊。本發明要解決的是現有IGBT模塊功率密度低、可靠性差，抗震動性弱等的問題。本發明的技術方案是它包括IGBT晶片、ニ極管晶片、絕緣陶瓷基板、功率端子、信號端子塑料外殼和液冷散熱器，其特徵在於絕緣陶瓷基板兩側的金屬層為銅質材料層或鋁質材料層，在金屬層表面或鍍有鎳材料；所述的IGBT晶片、ニ極管晶片採用銀漿燒結焊接於絕緣陶瓷基板上；功率端子和信號端子通過超聲焊接在絕緣陶瓷基板的金屬層上。本發明具有高功率密度高、高可靠性、高散熱效率的優點。適合應用於電動汽車的電機控制器。


圖I為本發明IGBT模塊的結構示意圖。圖2為本發明IGBT模塊內部連接結構局部放大示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發明作進ー步的說明。如圖所示，本發明包括IGBT晶片I、ニ極管晶片2、絕緣陶瓷基板3、功率端子5、信號端子6、塑料外殼7和液冷散熱器4。絕緣陶瓷基板3兩側的金屬層為銅質材料層或鋁質材料層，在金屬層表面或鍍有鎳材料。所述的IGBT晶片I、二極體晶片2採用銀漿燒結(silver sintering technology)焊接於絕緣陶瓷基板3上,銀具有熔點為961度，以大幅度提高焊接的抗疲勞強度。功率端子5和信號端子6通過超聲焊接在絕緣陶瓷基板3的金屬層上。絕緣陶瓷基板3通過軟釺焊料焊接到液冷散熱器4上，該焊料採用SnAgCu或SnAg焊料，以符合無鉛要求，同時具有較高的抗疲勞強度。絕緣陶瓷基板3下有優化設計的水道，通過這種結構可以避免傳統模塊的基板及塗覆導熱矽脂，可以提高散熱效率，減小裝置體積和重量。本發明的功率端子5和信號端子6通過注塑的方式嵌入注塑在塑料外殼7中，以 提高模塊和外部接觸的抗衝擊和震動能力。功率端子5和信號端子6下端部為裸銅，通過超聲焊接焊接到絕緣陶瓷基板3上，通過超聲焊接可以實現銅和銅的結合，結合強度遠遠高於傳統的軟釺焊連接。功率端子5安裝孔下方嵌入有安裝螺絲，通過塑料外殼7予以固定，塑料外殼7通過底部的螺絲與液冷散熱器4固定在一起。通過這種方式可以提高模塊的抗機械衝擊效果。採用銅線鍵合技術，利用銅線8來實現晶片之間、晶片與絕緣陶瓷基板3之間和絕緣陶瓷基板之間的電氣連接。
權利要求
1.一種針對電動汽車應用的IGBT功率模塊，包括IGBT晶片、二極體晶片、絕緣陶瓷基板、功率端子、信號端子塑料外殼和液冷散熱器，其特徵在於絕緣陶瓷基板兩側的金屬層為銅質材料層或鋁質材料層，在金屬層表面或鍍有鎳材料；所述的IGBT晶片、二極體晶片採用銀漿燒結焊接於絕緣陶瓷基板上；功率端子和信號端子通過超聲焊接在絕緣陶瓷基板的金屬層上。
2.根據權利要求I所述的一種針對電動汽車應用的IGBT功率模塊，其特徵在於功率端子和信號端子通過注塑的方式嵌入到塑料外殼中。
3.根據權利要求I所述的一種針對電動汽車應用的IGBT功率模塊，其特徵在於絕緣陶瓷基板通過軟釺焊料焊接到液冷散熱器上。
4.根據權利要求I所述的一種針對電動汽車應用的IGBT功率模塊，其特徵在於絕緣陶瓷基板中的陶瓷採為Si3N4或AlN或HPS材料。
全文摘要
本發明公開了一種針對電動汽車應用的IGBT功率模塊，它包括IGBT晶片、二極體晶片、絕緣陶瓷基板、功率端子、信號端子塑料外殼和液冷散熱器，其特徵在於絕緣陶瓷基板兩側的金屬層為銅質材料層或鋁質材料層，在金屬層表面或鍍有鎳材料；所述的IGBT晶片、二極體晶片採用銀漿燒結焊接於絕緣陶瓷基板上；功率端子和信號端子通過超聲焊接在絕緣陶瓷基板的金屬層上。本發明適合應用於電動汽車的電機控制器。
文檔編號H01L23/473GK102738138SQ201210182350
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月5日 優先權日2012年6月5日
發明者劉志宏, 姚禮軍, 汪水明, 金曉行 申請人:嘉興斯達微電子有限公司