带自粘附光纤传感器监测芯片结温的IGBT模块及封装方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术光纤本身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

【技术实现步骤摘要】
带自粘附光纤传感器监测芯片结温的IGBT模块及封装方法


[0001]本专利技术属于集成电路
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]为了达到上述目的，在本专利技术的第一个方面，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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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。
[0011]进一步地，所述矩形自粘附涂覆层2
‑
1的微观表面具有圆柱型阵列单元的多级结构，通过与所述整流二极管芯片1
‑
4表面分子间的范德华力粘附于整流二极管芯片1
‑
4表面。
[0012]进一步地，所述矩形自粘附涂覆层2
‑
1采用聚二甲基硅氧烷调配制作。
[0013]进一步地，所述自粘附光纤传感器2分别粘附于所述整流二极管芯片1
‑
4和所述芯片间的键合线1
‑
2合线一侧处，用于保证监测到各个芯片的实时表面温度。
[0014]进一步地，所述跳线选用不同型号的法兰连接。
[0015]在本专利技术的第二个方面，提供了一种IGBT封装方法，使用权利要求1
‑
6中任一项所述的IGBT模块结构对IGBT芯片进行封装。
[0016]进一步地，包括：
[0017]通过矩形自粘附涂覆层使自粘附光纤传感器固定在IGBT芯片表面并引出；
[0018]使用硅凝胶材料将光纤及IGBT芯片灌封于IGBT保护壳中常温固化形成封装壳。
[0019]进一步地，所述封装壳用于进一步固定住光纤防止其移位，保障光纤测温的精确性。本专利技术的有益技术效果至少在于以下几点：
[0020]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127％
‑
134％；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；由于自粘附材料和灌封材料的性质接近，各芯片间不会有粘胶现象的发生，也保证了光纤传感器测量精度的准确性，其测温误差小于0.5℃；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。
附图说明
[0021]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0022]图1为本专利技术基于自粘附光纤传感器测芯片结温的IGBT及其连接模块结构示意图。
[0023]图2为本专利技术自粘附光纤IGBT分立元件内部结构示意图。
[0024]图3为本专利技术片上布局示意图。
[0025]图4为本专利技术自粘附光纤传感器及微观表面结构图。
[0026]图5为本专利技术光纤端部连接模块局部剖视图。
[0027]图6为本专利技术自粘附光纤传感器在IGBT中的封装流程图。
[0028]图7为本专利技术实施例自粘附光纤与平面样本光纤粘附力对比图。
[0029]图8为本专利技术实施例自粘附光纤与热电偶测温对比图。
[0030]图9为本专利技术实施例自粘附光纤与树脂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.带自粘附光纤传感器监测芯片结温的IGBT模块，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的带自粘附光纤传感器监测芯片结温的IGBT模块，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱萍玉，刘晨曦，刘烁超，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：