一种多组并联的大电流IGBT功率模块装置及制造方法

技术领域

本发明涉及IGBT功率模块制造领域，准确地说是650V电压等级，三电平拓扑结构电流200安培及以上的多组并联的大电流IGBT功率模块的装置及制造方法。

背景技术

IGBT功率模块电压等级650V系统，三电平拓扑结构的功率模块，主要应用于电力行业及新能源领域，如变频器、光伏逆变器、静止无功发生器（SVG)以及有源滤波器（APF),产品主要是国际品牌英飞凌以及国内品牌斯达等，但是英飞凌处于垄断地位，国内品牌都受制于国际大品牌，因此非常需要一种自主创新的设计技术来增加我国自主产品的竞争力，现有650V电压系统，三电平拓扑结电流200安培以上的构的IGBT功率模块的拓扑结构原理图如图1，结构图如图2，现有的产品外观如图3.图4。

发明内容

本发明的目的是提供一种自主设计，用650V/75A的IGBT 单管为原器件根据三电平拓扑结构原理图，设计出用4个IGBT单管（芯片）和两个650V/75A的肖特基二极管作续流二极管经过绝缘陶瓷片绝缘隔离后固定在基板上，按照拓扑原理图连接后经过转接PCB板转接后，转换成75安培电流的产品，然后多组并联做大电流，以3组并联为例做200安培三电平拓扑结构的功率模块，并转焊线路板上做上辅助门极电容8，每组独立的门极电阻9，每个IGBT单管的C、E极并联阻容吸收电路如图10用来吸收关断电压峰值，以上功能都集成在模块内部并且每组75安的三电平拓扑输出独立，以便于每组输出独立串联滤波电感均流后再并联输出。

本发明的技术方案如下：

并联IGBT功率模块的装置，包括N组三电平拓扑75安的模块，每组包括IGBT单管（1）、二极管（2）、基板（3）、引脚（4）4、PCB板I（5）、PCB板II（6），NTC温度探头（7），外并门极电容（8），每个IGBT单管的门极电阻（9），每个单管C. E极并联的阻容吸收电路（10）。

其特征在于：每组输入正极，零，负极直接并联，输出u独立为u1、u2、u3以便于独立串联滤波电感后再并联，每个门极串联独自的门极电阻9，然后并联在一个驱动信号，每个IGBT单管的C、E极并联阻容吸收电路10。并把需要引出的4对门极信号g1、e1，g2、e2，g3、e3，g4、e4和一对温度测试用的NTC端子引出到模块的信号引出端子m、n，如图6。

IGBT单管和续流二极管经过陶瓷片固定在基板上，引脚按照电路连接后把引脚垂直于基板向上引出穿过PCB转焊板1，并焊接在PCb转焊板1上，在PCB板上实现门极电阻9，电容8，阻容吸收电路10。

把需要引出的输入电极正极，零，负极，和输出电极u1.u2.u3.对应的点继续垂直向上，穿过PCB转焊板II如图10，经转焊板如图9，引出到模块的引出端子如图7。

IGBT功率模块装置的制造方法：其特征在于：

1.把IGBT单管(1)和肖特基续流二极管（2）经过陶瓷片绝缘固定在基板（3）上，做同样三电平拓扑结构的3组用于并联如图7；

2.根据三电平拓扑原理图把IGBT单管（1）和肖特基续流二极管（2）连接，把需要的引脚垂直于基板向上引出，穿过PCB转焊板1（5）并焊接到PCB（1）板上如图8

3.在PCB转焊板1（5）上，按照原理图如图6焊接独立的门极电阻（9），门极电容（9），阻容吸收电路（10）如图8。

4.固定外壳底座（11）在基板上如图7。

5，通过PCB1（5）板预留的灌注孔把冷却用的硅凝脂灌注进去，到没过转焊PCB转1上的阻容吸收电阻，以便于阻容吸收工作时电阻R发出的热量。

6.把PCB转焊板1（5）对应的原理图图6的门极驱动信号g1、e1，g2、e2，g3、e3，g4、e4和模块内部测温探头m、n，10个信号端子用引线转焊到模块塑料底座预置的信号端子上引出到模块外。

7.把每组的输入正极，零，负极，和输出u极，继续向上穿过转焊PCB板II（6），经转焊PCB板II（6）引出到模组总的引出端子，正，零，负极三个输入端子，和3组独立的输出端子U1.U2.U3，如图7。

7.扣上外壳上罩如图10、图11。

本发明的有益技术效果

1.由于本发明采用的四只IGBT单管（1）和两只肖特基二极管（2）作为每组拓扑结构的基础，然后N组以3组并联为例，所有元件都是很容易采购到的普通常规产品，用其组成了一个和三电平拓扑结构的IGBT功率模块芯片相同功能的装置，然后多组并联，通过多组并联做大电流。

2.在转焊PCB板I（5）上的连接每个管的辅助门极电容（8），每个管串联门极电阻（9），和每个管的C. E极并联阻容吸收电路（10）用来吸收关断峰值电压。

3.成本大大降低，是国际大品牌产品的5-10分之一，国内仿制产品的3-5分之一。

附图说明

图1是现有技术IGBT功率模块的拓扑结构原理图1。

图2是现有技术模块图。

图3是现有产品外观侧视图。

图4是现有产品外观俯视图。

图5是IGBT单管结构示意图。

图6是本发明3组三电平IGBT并联的原理图，能够准确说明本发明的电路原理和各元件的连接关系。

图7是三组三电平拓扑结构并联的IGBT单管和各自的续流二极管固定在基板上的示意图，能够说明本发明的成品结构和各引出端子和原理图的对应关系。

图8是转焊PCB板I。

图9是模块输入正极，零，负极和输出U1. U2.U3转焊板2。

图10是IGBT模块总装示意图。

图11是IGBT模块总装图。

图中1是IGBT；2是肖特基续流二级管；3是基板；4是引脚；5是PCB转焊板I；6转焊板II；7是NTC温度探头；8是各IIGB单管外并门极电容；9是IGBT单管的各自门极电阻；10是每个IGBT单管c.e极并联阻容吸收电路，11是塑料外壳底座，12是外壳上罩。

具体实施方式

备齐附图中零部件，参照附图连接。包括IGBT单管1、二极管2、基板3、引脚4、PCB1转焊板5、PCB2转焊板6，NTC温度探头7，外并门极电容8，独立门极电阻9，IGBT的CE极并联阻容吸收电路10，外壳底座11，外壳上罩12。IGBT单管1及肖特基二极固定在基板3上，基板3上方固定有二次线PCB1转焊板，PCB1板上有引脚过孔，IGBT单管1有引脚4，引脚4垂直于基板向上引出, 穿过转接PCB板I焊接到转焊板上，在该信号转焊线路板上实现门极辅助电容，各组独立门极电阻，和每个IGBT单管的C.E极并联阻容吸收电路。

然后把塑料外壳底座11固定在基板上，再把每组的输入正极，0，负极和输出u，继续向上引出到转焊PCB2上，引出脚该层转焊板并焊接，如图7转接到模块外部的输入正极，0，负极输出引出端子。汇总后的4对门极g. e和温度测试探头NTC的两个引脚如图7共10个二次信号控制引脚g1、e1，g2、e2，g3、e3，g4、e4，m、n引出壳体外。

制备方法如下：

1.把3组IGBT单管和二极管经过陶瓷片绝缘用螺丝固定在基板上，如图7。

2.根据3电平拓扑原理图把IGBT单管和续流二极管连接入图6。

3.把需要引出的引脚垂直于基板向上引出，穿过转接PCB板I并焊接到转焊PCB板I上，并在转焊线路板实现门极电容，每组独立门极电阻9，每个IGBT单管的阻容吸收电路10如图7。

5.把需要引出的一次线继续向上引出，经一次线转焊板转化引出到外壳底座上的一次线端子正极，零，负极，和每组独立的输出u端子u1.u2.u3，如图7。

4.把塑料壳底座固定在基板上入图6，塑料外壳底座上有输入端子正极，0，负极，输出端子u1，u2，u3，和4组汇总后的门极信号g1.e1，g2.e2，g3.e3，g4.e4和2个温度测试NTC探头电极m.n如图7。

6.把硅凝脂灌注到外壳底座内部固化。

7.把外壳盖安装到外壳底座上面并固定如图10.图11。

8.通过IGBT测试仪测试合格后包装出厂。测试方法和参数与现有技术相同。

本发明IGBT模块取代原来产品650v200安三电平拓扑的IGBT模块，安装到400v100kvar的静止无功功率发生器-SVG产品上，把设备的输出电流加到100安，运行500小时管芯温度低于50℃，低于现有技术的IGBT模块同等条件运行的管芯温度8-10℃，经反复试验，效果显著。