一种具有内部测温功能的IGBT封装结构制造技术

本发明专利技术提供一种具有内部测温功能的IGBT封装结构，包括：外壳、设置于外壳上的光纤连接器、设置于外壳内的IGBT芯片和测温组件；光纤连接器穿过所述外壳分别与测温组件和外部光学检测系统连接；测温组件采用光纤，并采用飞秒激光光刻技术在单根光纤上连续刻蚀多个光栅，再将光纤光栅埋设在对应IGBT芯片的多个测温区内，能够直接在线测量多点IGBT结温，准确度更高；本发明专利技术的光纤连接器，结构体积小，可安装于IGBT外壳上，可采用多种插针端面，连接方便，具有良好的兼容性。具有良好的兼容性。具有良好的兼容性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有内部测温功能的IGBT封装结构


[0001]本申请涉及光传感测温
，具体涉及一种具有内部测温功能的IGBT封装结构。

技术介绍

[0002]当前柔性直流输电是继交流输电、常规直流输电之后的新一代输电技术，在控制传输电能的同时可独立调节无功功率。该技术可以解决目前交直流输电面临的诸多技术瓶颈，可以改善风电接入性能，大大提高低电压穿越能力和系统稳定性，是远距离海上风电并网的唯一技术手段，也是构建智能电网的重要技术手段。其中换流阀作为换流站内最重要的设备之一，其运行状态将直接关系到整个直流输电系统的安全，柔性直流输电换流阀由上千个功率子模块组成，每个功率子模块都需要独立控制，因此，柔性直流输电换流阀运行状态的表征数据量巨大，分析处理较为复杂。当前对柔性直流输电换流阀状态监测功能只是局限在子模块电容和IGBT的故障后检测及处理、以及阀塔的漏水监视上，不具备对阀组件其余关键元器件的监测功能，尤其对于运行中的子模块缺少在线分析手段，而且系统在运行过程中各个部件会受到周围环境的影响，从而出现故障，由于缺乏过程监测数据，无法查找真正故障原因。而对于绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)的监测来说，IGBT结温是系统运行的关键参数，因此可通过对IGBT结温进行测量实现监测功能。传统的测量方法是测量IGBT整个装置的表面温度或将温度传感器设置在基板层等，这些方法所得结果均不能反映芯片真实的温度值，导致对IGBT结温监测值误差偏大。
[0003]目前的IGBT结温测量主要通过测量IGBT模块散热器的温度或通过IGBT和二极管的热阻进行计算获得的，均是一种间接的测量方法，该方法极易受到周围电磁波的影响，而且无法对IGBT结温进行在线监测。

技术实现思路

[0004]本申请针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种具有内部测温功能的IGBT封装结构，包括：外壳1、设置于外壳1上的光纤连接器2、设置于外壳1内的IGBT芯片10和测温组件5；所述光纤连接器2穿过所述外壳1，一端与测温组件5连接，另一端外接光学检测系统；
[0005]所述IGBT芯片10具有多个测温区；所述测温组件5为光纤光栅传感器，其上刻蚀有多个光栅3；所述测温组件5与IGBT芯片10接触，且各光栅传感器位于各测温区内；
[0006]当光学检测系统提供的光信号通过测温组件5时，测温组件5各光栅1通过感应IGBT芯片10上多个测温区的结温后改变中心波长，生成测温光信号，并将所述测温光信号通过光纤连接器2发送到光学检测系统。
[0007]优选的，所述测温组件5包括：感应段51和传输段52；
[0008]所述感应段51包括第一光纤14和套设于所述第一光纤14外的第一套管16；所述多个光栅3刻蚀于所述第一光纤14上；
[0009]所述传输段52包括：第二光纤15和套设于所述第二光纤15外部的第二套管17，所述第二光纤15与所述第一光纤14一体成型，所述第二光纤15远离所述第一光纤14的尾部与光纤连接器2的所述一端固定连接。
[0010]优选的，所述光栅3采用激光刻蚀技术进行刻蚀。
[0011]优选的，在刻蚀时使所述各个光栅3的中心波长不同，且各光栅3的中心波长相差2nm以上；
[0012]所述光栅3的长度小于1mm。
[0013]优选的，所述激光刻蚀技术包括：飞秒激光在线刻蚀技术。
[0014]优选的，所述光栅3的数量大于3小于12。
[0015]优选的，所述封装结构还包括固定胶4；
[0016]所述固定胶4用于固定所述第一套管16与所述第二套管17，且使所述第一套管16与所述第二套管17之间具有一定间隔；
[0017]所述固定胶4还用于将所述第一套管16与所述第一光纤14固定，且使所述第一光纤14的固定处在第一套管16内悬空；
[0018]所述固定胶4还用于密封所述第一套管16远离所述第二套管17的一端。
[0019]优选的，所述第二管17与第一套管16的间距为2～3mm。
[0020]优选的，所述光纤连接器2的所述一端包括：陶瓷插芯6和陶瓷套筒12；陶瓷插芯6与第二光纤15远离第一光纤14的尾部固定；所述陶瓷插芯6设置于所述陶瓷套筒12内。
[0021]优选的，所述陶瓷套筒12为C型陶瓷套筒12；其内径小于陶瓷插芯6的外径。
[0022]优选的，所述封装结构还包括基板11；所述IGBT芯片10设置于所述基板11上；所述光纤连接器2的所述另一端包括：带有垫片的法兰盘8；所述垫片通过导线与基板11相连。
[0023]优选的，所述第二光纤15的尾部为插针结构；插针端面至少包括下述中的一种或多种：PC型接口和APC型接口。
[0024]优选的，所述第二光纤15的长度大于第二套管17固定处到光纤连接器2的距离，且第二光纤15拐弯处设置有半径不小于3cm的弯曲弧度。
[0025]优选的，所述第一套管16为陶瓷毛细管，第二套管17为特氟龙毛细管。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027]本申请提供的一种具有内部测温功能的IGBT封装结构，包括：外壳、设置于外壳上的光纤连接器、设置于外壳内的IGBT芯片和测温组件；光纤连接器穿过所述外壳，一端与测温组件连接，另一端外接光学检测系统；所述IGBT芯片具有多个测温区；所述测温组件为光纤光栅传感器，其上刻蚀有多个光栅；所述测温组件与IGBT芯片接触，且各光栅传感器位于各测温区内；本专利技术不需要额外的温度传感器，能够直接在线测量多点IGBT结温，并且极大的简化了IGBT结温测量步骤；
[0028]本申请将光纤光栅集成在IGBT模块内部，由于光纤光栅体积小、重量轻的特点，集成后的IGBT依然结构紧凑，完全不影响IGBT本身的结构及功能；
[0029]本申请采用光纤光栅进行测温，不受电磁场的干扰，电绝缘性好，耐潮湿耐化学侵蚀等恶劣环境；
[0030]本申请的光纤连接器安装于IGBT外壳上，与光学检测系统连接，使信号传输更加便利。
附图说明
[0031]图1是本申请IGBT封装结构的结构示意图；
[0032]图2是本申请测温组件的位置示意图；
[0033]图3是本申请测温组件的结构示意图。
[0034]图中，1为外壳；2为连接器；3为光栅；4为固定胶；5为测温组件；51为感应段；52为传输段；6为陶瓷插芯；7为螺母；8为法兰盘；9为芯片；10为IGBT芯片；11为基板；12为陶瓷套筒；13为聚酰亚胺涂覆层；14为第一光纤；15为第二光纤；16为第一套管；17为第二套管；18为衬板；19为极性引脚；20为连接线。
具体实施方式
[0035]本申请提供一种具有内部测温功能的IGBT封装结构，采用飞秒激光光刻技术在单根光纤上连续刻蚀多个光栅，将光纤光栅埋设在对应IGBT芯片的上表面，能够直接在线测量多点IGBT结温，准确度更高，并设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有内部测温功能的IGBT封装结构，其特征在于，包括：外壳(1)、设置于外壳(1)上的光纤连接器(2)、设置于外壳(1)内的IGBT芯片(10)和测温组件(5)；所述光纤连接器(2)穿过所述外壳(1)，一端与测温组件(5)连接，另一端外接光学检测系统；所述IGBT芯片(10)具有多个测温区；所述测温组件(5)为光纤光栅传感器，其上刻蚀有多个光栅(3)；所述测温组件(5)与IGBT芯片(10)接触，且各光栅传感器位于各测温区内；当光学检测系统提供的光信号通过测温组件(5)时，测温组件(5)各光栅(1)通过感应IGBT芯片(10)上多个测温区的结温后改变中心波长，生成测温光信号，并将所述测温光信号通过光纤连接器(2)发送到光学检测系统。2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述测温组件(5)包括：感应段(51)和传输段(52)；所述感应段(51)包括第一光纤(14)和套设于所述第一光纤(14)外的第一套管(16)；所述多个光栅(3)刻蚀于所述第一光纤(14)上；所述传输段(52)包括：第二光纤(15)和套设于所述第二光纤(15)外部的第二套管(17)，所述第二光纤(15)与所述第一光纤(14)一体成型，所述第二光纤(15)远离所述第一光纤(14)的尾部与光纤连接器(2)的所述一端固定连接。3.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述光栅(3)采用激光刻蚀技术进行刻蚀。4.如权利要求3所述的封装结构，其特征在于，在刻蚀时使所述各个光栅(3)的中心波长不同，且各光栅(3)的中心波长相差2nm以上；所述光栅(3)的长度小于1mm。5.如权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述激光刻蚀技术包括：飞秒激光在线刻蚀技术。6.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述光栅(3)的数量大于3小于12。7.如权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：查鲲鹏，张锦龙，栾洪洲，顾然，陈鹏，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司国网山西省电力公司超高压变电分公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：