[发明专利]带自粘附光纤传感器监测芯片结温的IGBT模块及封装方法

说明书

本发明提出了带自粘附光纤传感器监测芯片结温的IGBT模块及封装方法，属于集成电路技术领域。该结构包括总装IGBT，自粘附光纤传感器，光纤端部连接模块和翅式散热器。现有的直接将光纤传感器用粘胶剂固定在IGBT的芯片上的测量方法，会因粘胶剂本身粘胶问题而污染芯片，影响芯片热传导效率且缩短芯片的工作寿命，将光纤粘附于芯片旁边虽没有污染芯片等问题，却会降低光纤测量温度的准确性。且使用该方法固定的光纤无法实现定期更换。本发明光纤本身95％的应变可被自粘附涂覆层隔离，有效避免了热应变所引起的温度‑应变交叉敏感；光纤端部连接模块则提出了一种整理光纤端部排线的封装方法，利于光纤在IGBT中的布局封装。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种带自粘附光纤传感器监测芯片结温的IGBT模块及封装方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(后简称IGBT)具有高频率，优良的保护性能，且易于并联使用的优越性，故常作为第一选择被应用于工作频率高达数百赫兹，工作电流1～2万安培的电子电力系统。然而在高负载的工况下，IGBT常因芯片的结温持续升高并达到材料的本征温度，而发生热击穿的现象，该现象为IGBT失效的主要形式。为防止IGBT热击穿而导致设备发生故障，需实时对其结温进行监测监控。

目前常用的测量芯片结温的方法主要有利用热敏元件、热像仪、FBG光纤传感器进行测量。相较于使用热敏元件在芯片四周排布的测量方法，光纤传感器有着不易损坏，可直接测量芯片中心发热点，排线布局简易等优越性。相较于使用占据大量空间的热像仪的测量方法，光纤传感器造价便宜，更易于操作人员上手，且更加适用于实际工作环境。

而对于目前所有的采用光纤传感器测量IGBT芯片结温的方法，对光纤与芯片间的固定仍然简单的停留在通过粘胶剂对光纤进行涂覆，使光纤固定在芯片表面上。该方法将导致粘胶剂在涂覆过程中与其他地方的胶黏剂产生粘胶而污染芯片的现象发生，进而影响芯片在工作过程中的效率且缩短芯片的工作寿命。故现有的IGBT通常将测温光纤粘附在芯片旁边，虽然可以避免上述弊端，但也因此无法直接精确测量出IGBT芯片中心点结温。并且，使用该方法固定的光纤无法定期更换，在使用周期后段由于光纤损耗测量温度的不准确性大大增高，导致IGBT芯片结温的测量失效。目前现有的利用光纤传感器测温的IGBT，仍没有考虑到光纤在IGBT中的整体封装及排线问题，亟需一种封装方法引出并整理光纤端部排线。

发明内容

本发明的目的在于提供带自粘附光纤传感器监测芯片结温的IGBT模块及封装方法，采用包覆在具有高度自粘附性矩形涂层中的光纤传感器测IGBT芯片结温，由于微观表面的圆柱型阵列单元多级结构增大了光纤与芯片的接触面积，粘附力相比平面样本增加了，基于其自粘附性质，避免了粘胶剂的使用，有效地避免了粘胶剂污染芯片。

为了达到上述目的，在本发明的第一个方面，提供了带自粘附光纤传感器监测芯片结温的IGBT模块，包括：总装IGBT1，自粘附光纤传感器2，光纤端部连接模块3和翅式散热器4；

所述总装IGBT1包括IGBT分立元件裸板1-1，芯片间的键合线1-2，多对IGBT芯片1-3以及整流二极管芯片1-4；

所述矩形自粘附光纤传感器2包括矩形自粘附涂覆层2-1，PI保护套管2-2，裸光纤2-3；所述光纤端部连接模块3包括下盖3-1，上盖3-2，法兰3-3；

所述多对IGBT芯片1-3以及所述整流二极管芯片1-4通过导热硅脂粘附于所述IGBT分立元件裸板1-1上，所述芯片间的键合线1-2设在芯片上，所述裸光纤2-3穿过所述PI保护套管2-2固定于所述矩形自粘附涂覆层2-1中，所述法兰3-3固定于所述下盖3-1和所述上盖3-2中间，所述光纤端部连接模块3中的法兰3-3通过螺纹与光纤端部的跳线相接，固定于翅式散热器4上，用于对自粘附光纤传感器2的固定保护。

进一步地，所述芯片间的键合线1-2与所述整流二极管芯片1-4表面之间呈现拱形空隙。