[发明专利]一种高绝缘电压IGBT模块

说明书

本发明属于功率模块技术领域，涉及一种高绝缘电压IGBT模块，包括：位于绝缘外壳内的多个功率半导体芯片及多个DBC陶瓷基板，多个所述功率半导体芯片与辅助电路均封装于所述绝缘外壳内；所述IGBT模块的电极与DBC陶瓷基板连接，并裸露于绝缘外壳的上表面；多个所述DBC陶瓷基板叠层焊接，且底层的DBC陶瓷基板与底板焊接；所述IGBT模块内灌封绝缘材料。这种高绝缘电压IGBT模块，采用多个DBC陶瓷基板叠层焊接，结合灌封环氧树脂等高绝缘灌封材料实现IGBT模块的高绝缘特性，同时不会明显增加模块热阻。

技术领域

本发明属于功率模块技术领域，涉及一种高绝缘电压IGBT模块。

背景技术

IGBT模块是电压控制型器件，其具有输入阻抗大，驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率高，元件容量大等优点。作为电力电子领域典型的开关器件，IGBT模块非常适合应用于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模块由两个或两个以上的功率半导体芯片按一定的电路结构连接起来，并与辅助电路共同封装于绝缘的外壳内。IGBT的主电极、辅助电极连接在DBC陶瓷基板上，然后引出模块，DBC陶瓷基板再与底板焊接，模块内灌封绝缘材料，DBC陶瓷基板承担模块电极与底板之间的绝缘。在评定IGBT模块的绝缘电压值时，将所有主电极和辅助电极连接到一起，接至高压源端，底板连接至测试仪器低压端。高压源必须提供需要的绝缘测试电压U_isol，将测试电压逐渐提升至规定值，该值可由下式确定并保持规定的时间t，再将电压降为0V。

随着使用IGBT模块的装备对绝缘电压的要求越来越高，因此IGBT模块绝缘电压的要求也不断提升。目前的IGBT模块主电极与底板之间的绝缘电压主要依靠一层DBC陶瓷基板承担(陶瓷材料为Al₂O₃、AlN、Si₃N₄等)，其结构如图1所示，模块内灌封硅凝胶绝缘材料，达到额定的绝缘电压。该IGBT模块，其内部使用一层DBC陶瓷基板，当DBC陶瓷基板厚度确定后，陶瓷基板的绝缘强度一定，那么IGBT模块的绝缘电压就确定。当外部电压超过IGBT模块的绝缘电压后，模块会发生对地绝缘失效，损坏模块和使用该模块的设备。因此，为提高绝缘电压只能增加DBC陶瓷层的厚度，但DBC陶瓷层厚度的增加会大幅提高IGBT模块使用中陶瓷层的应力，影响IGBT模块的寿命和可靠性。

针对上述问题，现有技术中提出了另一种IGBT模块结构，在使用过程中，在模块底板下增加一个陶瓷基板以增加绝缘电压，陶瓷基板与底板之间填充导热硅脂，如图2所示。而这种结构在增加绝缘电压的同时，由于增加了一层导热硅脂，整个IGBT模块使用的热阻会大幅提高，影响模块性能，同时由于陶瓷基板在模块外部，没有绝缘材料的保护容易受损伤，从而破坏设备的绝缘能力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高绝缘电压IGBT模块，以满足用户对不同绝缘电压的要求。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

这种高绝缘电压IGBT模块，包括：位于绝缘外壳内的多个功率半导体芯片及多个DBC陶瓷基板，多个所述功率半导体芯片与辅助电路均封装于所述绝缘外壳内；所述IGBT模块的电极与DBC陶瓷基板连接，并裸露于绝缘外壳的上表面；多个所述DBC陶瓷基板叠层焊接，且底层的DBC陶瓷基板与底板焊接；所述IGBT模块内灌封绝缘材料。

进一步，所述绝缘材料包括硅凝胶、环氧树脂中的至少一种。

进一步，灌封环氧树脂形成的环氧树脂层的高度与多个DBC陶瓷基板叠层焊接后的高度相同。

进一步，所述硅凝胶位于环氧树脂层的上方。