IGBT模塊封裝結構及IGBT芯片的溫度檢測方法技術

本發明專利技術提供了一種IGBT模塊封裝結構及IGBT芯片的溫度檢測方法，包括：電性連接層，用于為設置其上的導體元件與外部元件提供電性連接媒介；芯片層，固定設置于電性連接層；端子；以及導線，用于實現電路互連；芯片層和端子經電性連接層由導線電性連接，連接于芯片層和端子之間的導線與電性連接層部分連接，和芯片層和端子經導線直接電性連接的連接方式相比，能夠使芯片層產生的熱量至少部分經導線和電性連接層接觸的區域傳導至絕緣基板，這樣就減少了導線傳導至端子的熱量，降低了端子的溫度，保證IGBT模塊的正常工作，并減少了IGBT模塊因過熱而損毀的可能，增加了IGBT模塊的使用壽命，解決因端子處的熱量難于散發而導致IGBT模塊可能因過熱而損壞的技術問題。

Packaging structure of IGBT module and temperature detection method of IGBT chip

【技術實現步驟摘要】
IGBT模塊封裝結構及IGBT芯片的溫度檢測方法
本專利技術涉及半導體功率器件封裝
，更詳細地說，本專利技術涉及一種IGBT模塊封裝結構及IGBT芯片的溫度檢測方法。
技術介紹
IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor),絕緣柵雙極型晶體管，是由一種由BJT(雙極性三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，作為一種常見的電子器件已經廣泛應用在各種電子設備上。由于溫度過高會影響IGBT模塊的性能，嚴重時甚至會導致IGBT模塊損毀，IGBT模塊中通常設置有溫度傳感元件，現有技術中，通常將NTC(NegativeTemperatureCoefficient)溫度傳感器安裝在IGBT模塊內以檢測IGBT模塊殼體的溫度TC，或者將溫度敏感二極管集成于IGBT芯片以直接檢測IGBT芯片的結溫Tj，由于NTC溫度傳感器的溫度響應速度較慢，當IGBT芯片瞬間過熱時，NTC溫度傳感器可能出現響應不及時的情況而導致用戶無法及時發現問題，嚴重時可能會導致IGBT模塊的損壞，而溫度敏感二極管容易在溫度驟升時發生熱擊穿，可靠性較差。因此，有必要對現有IGBT模塊封裝結構加以改進。
技術實現思路
鑒于現有技術中，IGBT模塊封裝結構在IGBT芯片溫度檢測時容易出現溫度傳感元件響應較慢或溫度傳感元件自身的穩定性較差的問題，本專利技術提供了一種IGBT模塊封裝結構，包括：絕緣基板；IGBT芯片，設置于所述絕緣基板的一側；以及溫度傳感元件，貼附于所述絕緣基板異于所述IGBT芯片的一側并且隔著所述絕緣基板與所述IGBT芯片相對設置。在該技術方案中，將溫度傳感元件，貼附于絕緣基板異于IGBT芯片的一側并且隔著絕緣基板與IGBT芯片相對設置，能夠使IGBT芯片的外殼的溫度及時的傳達至溫度傳感元件，使得溫度傳感元件能夠在IGBT芯片的溫度發生變化時迅速的作出相應的響應。在本專利技術的較優技術方案中，IGBT模塊封裝結構還包括：溫度檢測端子，與所述溫度傳感元件相連接。在該技術方案中，用戶無需直接通過溫度傳感元件獲取IGBT芯片的殼溫TC，而可以通過溫度傳感元件傳遞給溫度檢測端子的信號間接獲取IGBT芯片的殼溫TC。在本專利技術的較優技術方案中，所述溫度檢測端子至少部分設置于所述絕緣基板外部。在該技術方案中，溫度檢測端子至少部分設置于所述絕緣基板的外部為用戶自溫度檢測端子直接或間接獲取溫度傳感元件傳遞的溫度信號提供了便利。在本專利技術的較優技術方案中，所述絕緣基板為DBC板，包括陶瓷基板以及包覆于所述陶瓷基板上、下表面的銅箔。在本專利技術的較優技術方案中，所述溫度檢測端子與所述溫度傳感元件經由所述銅箔形成于所述陶瓷基板的線路層電性連接。由于通過導線連接溫度檢測端子與溫度傳感元件，需要在金屬基板上相應開設導線槽，不僅工藝復雜，成本較高，而且降低了IGBT模塊封裝的效率，而利用銅箔形成的線路層實現溫度檢測端子和溫度傳感元件的電性連接，不僅無需設置導線和開設導線槽，簡化了工藝，而且提高了IGBT模塊的穩定性。在本專利技術的較優技術方案中，所述溫度傳感元件為絕緣熱電偶。采用熱電偶作為溫度傳感元件具有以下優勢，首先，熱電偶的測量精度高：熱電偶的工作模式是可以直接與被測量的物質接觸，所以可以更加直接的感觸到熱電偶的溫度，所以測量溫度更加精準，在本專利技術中，絕緣熱電偶與絕緣基板直接接觸，以測量與其位置相對應的IGBT芯片的殼溫TC；其次，熱電偶的測量范圍比較大，熱電偶有不同種類，有些熱電偶耐高溫，可以測量甚至超過2800℃的溫度，有些熱電偶因為其特殊材質耐低溫也很強大，可以測量-269℃的溫度，IGBT芯片通常因過熱而產生問題，在溫度驟升時，熱電偶的安全性要高于溫度敏感二極管和NTC溫度傳感器；最后，熱電偶比較穩定，因為其通常由導電性良好且穩定性較高的金屬材質制成，因此其穩定性也比較好，可以更好的測量穩定的溫度。在本專利技術的較優技術方案中，IGBT模塊封裝結構還包括，金屬基板，用于構成IGBT模塊封裝結構的底板，所述金屬基板靠近所述IGBT芯片的一側設置有用于收容所述溫度傳感元件的凹槽。在該技術方案中，凹槽的設置為IGBT模塊的封裝提供了便利，由于溫度傳感元件可以收容在凹槽內，溫度傳感元件本身并未占用IGBT模塊的內部空間，也可以滿足IGBT模塊小型化的設計需求。在本專利技術的較優技術方案中，所述凹槽的深度設置為0.6～0.8毫米，寬度設置為1.0～1.2毫米。在本專利技術的較優技術方案中，所述絕緣熱電偶具有用于直接檢測IGBT芯片的殼溫的工作端以及用于向所述溫度檢測端子傳遞熱電動勢信息的自由端。在本專利技術的較優技術方案中，所述自由端和所述溫度檢測端子之間由導線電性連接。在本專利技術的較優技術方案中，所述金屬基板上還開設有用于供所述導線收容其中的導線槽。在該技術方案中，導線槽的設置為IGBT模塊的封裝提供了便利，由于導線可以收容在導線槽內，導線本身并未占用IGBT模塊的內部空間，也可以滿足IGBT模塊小型化的設計需求，另外，導線收容于導線槽內也相當于對導線提供了一重保護，能夠有效避免導線受損。為了實現上述專利技術目的，本專利技術還提供了一種IGBT芯片的溫度檢測方法，用于對上述的IGBT模塊封裝結構中的IGBT芯片進行溫度檢測，其特征在于，所述溫度檢測方法包括以下步驟：通過溫度傳感元件獲得IGBT芯片的殼溫TC；根據公式計算出所述IGBT芯片的結溫Tj；其中，Rth為所述IGBT芯片的外殼和所述IGBT芯片之間的熱阻，P為所述IGBT芯片的熱損耗值。在該技術方案中，通過IGBT芯片的殼溫獲得IGBT芯片的結溫Tj，計算量較小，變量較少，能夠較為準確的體現IGBT芯片的真實結溫Tj。在本專利技術的較優技術方案中，所述溫度傳感元件的溫度TC的獲取方式為:通過與所述溫度傳感元件相連接的溫度檢測端子獲取。在本專利技術的較優技術方案中，當所述溫度傳感元件為絕緣熱電偶時，IGBT芯片的殼溫TC的獲取方式為：首先通過檢測溫度傳感元件的自由端的熱電動勢值，并通過該熱電動勢值獲得溫度傳感元件檢測到的IGBT芯片的殼溫TC。附圖說明圖1是本專利技術的優選技術方案中IGBT模塊封裝結構的結構示意圖；圖2是圖1中的IGBT模塊封裝結構中，溫度檢測端子與溫度傳感元件經由線路層電性連接時的結構示意圖。附圖說明：1-絕緣基板，11-陶瓷基板，12-銅箔；2-IGBT芯片；3-FWD芯片；4-溫度傳感元件，41-工作端，42-自由端；5-金屬基板，51-凹槽；6-溫度檢測端子；7-導線；8-導線槽。具體技術方案下面參照附圖來描述本專利技術的優選技術方案。本領域技術人員應當理解的是，這些技術方案僅僅用于解釋本專利技術的技術原理，并非旨在限制本專利技術的保護范圍。本領域技術人員可以根據需要對其做出調整，以便適應具體的應用場合。需要說明的是，在本專利技術的優選實施例的描述中，術語“上”、“下”、“左”、“右”、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種IGBT模塊封裝結構，其特征在于，包括：/n絕緣基板；/nIGBT芯片，設置于所述絕緣基板的一側；以及/n溫度傳感元件，貼附于所述絕緣基板異于所述IGBT芯片的一側并且隔著所述絕緣基板與所述IGBT芯片相對設置。/n

【技術特征摘要】
1.一種IGBT模塊封裝結構，其特征在于，包括：
絕緣基板；
IGBT芯片，設置于所述絕緣基板的一側；以及
溫度傳感元件，貼附于所述絕緣基板異于所述IGBT芯片的一側并且隔著所述絕緣基板與所述IGBT芯片相對設置。


2.如權利要求1所述的IGBT模塊封裝結構，其特征在于，還包括：
溫度檢測端子，與所述溫度傳感元件相連接。


3.如權利要求2所述的IGBT模塊封裝結構，其特征在于，所述溫度檢測端子至少部分設置于所述絕緣基板外部。


4.如權利要求1-3所述的IGBT模塊封裝結構，其特征在于，所述溫度傳感元件為絕緣熱電偶。


5.如權利要求4所述的IGBT模塊封裝結構，其特征在于，還包括，金屬基板，用于構成IGBT模塊封裝結構的底板，所述金屬基板靠近所述IGBT芯片的一側設置有用于收容所述溫度傳感元件的凹槽。


6.如權利要求5所述的IGBT模塊封裝結構，其特征在于，所述凹槽的深度設置為0.6～0.8毫米，寬度設置為1.0～1.2毫米。


7.如...

【專利技術屬性】
技術研發人員：項澹頤，
申請(專利權)人：富士電機中國有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31