[發(fā)明專利]IGBT模塊內(nèi)部的自制冷方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910556415.X
• 申請(qǐng)日: 2019-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110289246B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張興;樊傲然;王海東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L23/367
• 分類號(hào): H01L23/367
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤(rùn)

本發(fā)明公開(kāi)了一種IGBT模塊內(nèi)部的自制冷方法及裝置，其中，方法包括：通過(guò)m對(duì)導(dǎo)線組成IGBT模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)電流回路；在IGBT工作電流定向通過(guò)電流回路時(shí)，m對(duì)導(dǎo)線對(duì)在IGBT模塊的內(nèi)部吸熱，并在IGBT模塊的邊緣放熱，以將IGBT內(nèi)部高溫區(qū)的熱量轉(zhuǎn)移至IGBT模塊表面。該方法克服了現(xiàn)有IGBT模塊制冷手段無(wú)法直接降低其內(nèi)部溫度的缺點(diǎn)，且可以對(duì)IGBT和二極管芯片針對(duì)性冷卻，在無(wú)額外功耗的情況下有效降低IGBT模塊熱點(diǎn)溫度，提高IGBT模塊工作壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子器件散熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種IGBT模塊內(nèi)部的自制冷方法及裝置。

背景技術(shù)

IGBT模塊在超高電壓電力傳輸、交直流轉(zhuǎn)換、新能源開(kāi)發(fā)利用等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而，隨著IGBT模塊的功率不斷提高，其內(nèi)部溫度也不斷增加。高溫導(dǎo)致的電子遷移現(xiàn)象嚴(yán)重影響了IGBT模塊的工作效率，而過(guò)高的局部溫度甚至?xí)苯訉?dǎo)致IGBT模塊燒毀，產(chǎn)生不可逆的損壞。因此，散熱問(wèn)題逐漸成為IGBT模塊發(fā)展中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流、熱管和半導(dǎo)體制冷等方法直接冷卻IGBT模塊基板，可以一定程度上強(qiáng)化IGBT模塊散熱。部分研究者嘗試采用倒裝芯片技術(shù)，將一組IGBT模塊倒置，疊放在另一組IGBT模塊之上，并設(shè)置上下兩處冷源，進(jìn)而借助自然對(duì)流強(qiáng)化IGBT模塊的換熱能力。還有部分研究者，通過(guò)在IGBT模塊基板底部設(shè)計(jì)微肋片，強(qiáng)化基板底部的對(duì)流換熱。但上述方法主要用于優(yōu)化IGBT模塊外部散熱，熱量傳遞必須通過(guò)覆銅陶瓷基板(DBC)，基板自身的熱阻無(wú)法減小或消除。此外，上述方法無(wú)法直接針對(duì)IGBT模塊內(nèi)部溫度最高的IGBT和二極管芯片進(jìn)行冷卻，這使得IGBT模塊內(nèi)部的散熱問(wèn)題成為了研究的關(guān)鍵。

綜上所述，現(xiàn)有的IGBT模塊的散熱優(yōu)化方法難以滿足IGBT模塊內(nèi)部冷卻的需求，亟待開(kāi)發(fā)新的IGBT模塊冷卻設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。

為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種IGBT模塊內(nèi)部的自制冷方法，該方法克服了現(xiàn)有IGBT模塊制冷手段無(wú)法直接降低其內(nèi)部溫度的缺點(diǎn)，且可以對(duì)IGBT和二極管芯片針對(duì)性冷卻，在無(wú)額外功耗的情況下有效降低IGBT模塊熱點(diǎn)溫度，提高IGBT模塊工作壽命。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種IGBT模塊內(nèi)部的自制冷裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種IGBT模塊內(nèi)部的自制冷方法，包括：通過(guò)m對(duì)導(dǎo)線組成IGBT模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)電流回路；控制IGBT工作電流定向通過(guò)所述電流回路，使所述m對(duì)導(dǎo)線對(duì)在IGBT模塊的內(nèi)部吸熱，并在所述IGBT模塊的邊緣放熱，以將IGBT內(nèi)部高溫區(qū)的熱量轉(zhuǎn)移至IGBT模塊表面。

本發(fā)明實(shí)施例的IGBT模塊內(nèi)部的自制冷方法，通過(guò)使用至少兩種材料組成的導(dǎo)線對(duì)作為IGBT模塊內(nèi)部導(dǎo)線，在其正常通電工作過(guò)程中，導(dǎo)線對(duì)在IGBT模塊內(nèi)部吸熱，在IGBT模塊邊緣放熱，從而實(shí)現(xiàn)自制冷，由于導(dǎo)線對(duì)可以直接在IGBT模塊內(nèi)部吸熱，因此可以有效降低IGBT模塊最高溫度，實(shí)現(xiàn)IGBT模塊內(nèi)部冷卻，從而可以在IGBT模塊工作時(shí)即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)制冷，無(wú)需在內(nèi)部設(shè)置額外的制冷裝置，也無(wú)需額外的功耗，進(jìn)而克服了現(xiàn)有IGBT模塊制冷手段無(wú)法直接降低其內(nèi)部溫度的缺點(diǎn)，且可以對(duì)IGBT和二極管芯片針對(duì)性冷卻，在無(wú)額外功耗的情況下有效降低IGBT模塊熱點(diǎn)溫度，提高IGBT模塊工作壽命。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的IGBT模塊內(nèi)部的自制冷方法還可以具有以下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述m對(duì)導(dǎo)線作為負(fù)載導(dǎo)線、控制器導(dǎo)線或其他IGBT模塊電路導(dǎo)線接入IGBT模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)回路。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述m對(duì)導(dǎo)線由至少兩種不同的材料組成，材料包括金屬、合金和半導(dǎo)體中的任意一種材料。