CN101047172A - 具有连接装置的紧凑型功率半导体模块 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种功率半导体模块，具有一个外壳、至少一个带有印刷线路的基板、以及设置在所述印刷线路上的功率半导体元件，还具有一个连接装置。所述连接装置包括一个薄膜复合物，该薄膜复合物由分别本身被结构化且由此形成印刷线路的一个第一导电层和一个第二导电层、以及设置在第一和第二导电层之间的绝缘层构成。所述第一导电层具有用于功率半导体元件的功率连接区域的、点焊接点形式的第一接触装置，用于功率半导体元件的控制连接区域的第二接触装置，以及用于至印刷电路板的负载连接的第三接触装置。所述第二导电层具有至第一导电层的连接、以及用于至印刷电路板的控制连接的第四接触装置。所述薄膜复合物在第一和第二接触装置之间以及在第三和第四接触装置之间也具有薄膜部分，这些薄膜部分设置在外壳的导向部分中。

Description

具有连接装置的紧凑型功率半导体模块
技术领域
本发明描述了一种紧凑型功率半导体模块，它具有将功率半导体元件的负载和控制端电连接到外部印刷电路的连接装置。在这种情况下，下面使用术语“负载连接”来表示功率半导体模块的接触装置与外部线元之间的连接，其中它表示负载终端、即例如中间电路的DC输入和半桥电路的AC输出。
以类似方式，下面使用的术语“控制连接”表示功率半导体模块的辅助端或控制端与外部控制端元件之间的连接。
背景技术
例如，如在DE 1020040255609 A1或DE 10355925 A1中公开的功率半导体模块形成了本发明的起始点。首先提及的文档公开了一种具有螺旋压力接触的功率半导体模块。在这种情况下，借助于根据现有技术的螺旋连接，实现了功率半导体模块和印刷电路板之间的负载连接。在这种情况下，辅助或控制端的控制连接采用弹簧接触元件和印刷电路板的印刷线路部分之间的连接的形式。根据该发明，借助于印刷电路板的配置和印刷电路板与负载端元件之间的螺旋连接将压力引入到控制连接中。上述类型的功率半导体模块的配置特别适合于高于10安培的电流负载。
DE 10355925 A1公开了一种用于功率半导体元件的连接装置，它包括由第一和第二导电薄膜以及绝缘中间层构成的薄膜复合物。所述功率半导体元件以持久可靠的方式通过超声焊接电连接到第一导电层。功率半导体元件的模块间连接在上述文件中公开，该连接适合于电路且包括负载端和控制端。然而，上述文件并没有公开用于外部连接的负载和控制连接的任何细节。
发明内容
本发明所基于的目的是提供一种具有薄膜复合物形式的连接装置的功率半导体，所述功率半导体易于生产且具有紧凑的尺寸，并且可以在印刷电路板上设置负载端和控制端。
根据本发明，该目标通过具有权利要求1所述特征的措施来实现。优选的实施例在从属权利要求中描述。
本发明的构思是基于一种功率半导体模块，它具有一个外壳、至少一个带有印刷线路的基板，以及以适合于电路的方式设置在这些印刷线路上的功率半导体元件。所述功率半导体模块还具有至少一个连接装置，其中所述连接装置分别包括一个薄膜复合物，所述薄膜复合物由一个第一导电层60和一个第二导电层64、以及一个设置在这些导电层之间的绝缘层构成。
各个导电层本身被结构化且由此形成印刷线路。这两个导电层的各自的印刷线路最好通过适合于所述电路的连接、例如以压力接触连接的形式彼此相连。
薄膜复合物的第一导电层具有实现为点焊接点形式的用于功率半导体元件的功率连接区域的第一接触装置。这个第一导电层最好还在另一个印刷线路上具有用于功率半导体元件的控制连接区域的第二接触装置。此外，这个第一导电层还具有用于与印刷电路板的负载连接的第三接触装置。所述第二导电层具有用于与印刷电路板的控制连接的第四接触装置。
所述薄膜复合物在第一和第二接触装置之间以及在第三和第四接触装置之间具有薄膜部分，这些薄膜部分设置在外壳的引导部分内，其中第三和第四接触装置具有平行的面法线。
附图说明
参考图1到4的实施例进一步解释本发明的解决方案。
图1示出了本发明所述功率半导体模块的第一种构造的剖面图。
图2示出了本发明所述功率半导体模块的第一种构造的三维视图。
图3示出了本发明所述功率半导体模块的第二种构造的剖面图。
图4示出了本发明所述功率半导体模块的第二种构造的薄膜复合物。
具体实施方式
图1示出了在一个带有散热器和印刷电路板的配置中的本发明所述功率半导体模块的第一种构造的剖面图。所述功率半导体模块包括一个以下述方式包围着基板5的外壳3，使得所述基板部分伸出，超过所述外壳背对功率半导体模块内侧的面。所述散热器设置在构造为电绝缘的基板的这个侧面上，并与所述基板导热连接。
基板面向功率半导体模块内侧的面是多个彼此电绝缘的印刷线路54的形式。多个功率半导体元件58a/b以适合于电路的方式设置在这些印刷线路上，并导电连接。
此外，所述功率半导体模块还具有一个包括一个薄膜复合物的连接装置6。这个薄膜复合物是由分别本身被结构化且由此形成印刷线路的一个第一导电层60和一个第二导电层64、以及设置在所述第一和第二导电层之间的绝缘层62构成的。
这个薄膜复合物的第一导电层60具有点焊接点形式的、至功率半导体元件58a/b的功率连接区域580的第一接触装置600。它还具有至功率半导体元件58a的控制连接区域582的第二接触装置582。这样，带有接触装置的第一导电层及其印刷线路形成了至功率半导体元件58a/b的背对基板的连接区域的、适合于所述电路的连接。在带有功率半导体元件58的基板5和第一导电层60之间的容积由用于确保电气安全的绝缘材料填充，这种绝缘材料最好是硅树脂或环氧树脂584。
所述第一导电层还具有用于与印刷电路板7之间的负载连接70的第三接触装置604。这些第三接触装置导电连接到第一接触装置，且从而连接到相关联的功率半导体模块的负载连接区域。
所述第二导电层64具有一个至第一导电层60的适合于电路的连接66，例如用于将功率半导体元件58a的控制连接区域582连接到用于与印刷电路版7之间形成控制连接72的第四接触装置606。
第三和第四接触装置最好分别排列在一行中。为此，所述功率半导体模块在外壳30中具有引导部分30，薄膜复合物的薄膜部分被设置在这个引导部分中。这些薄膜部分形成了第一与第二接触装置600，602之间、以及第三与第四接触装置604，606之间的连接。
为了形成功率半导体模块的上述构造，用于第三接触装置604的薄膜部分具有一个第一弯曲点和弯曲方向相同的第二弯曲点68b。相反，用于第四接触装置606的薄膜部分具有一个带有第一弯曲方向的第一弯曲点68a和另外一个带有相反的第二弯曲方向的第二弯曲点68b。在这种情况下，弯曲点68a/b设置在外壳3的引导部分30的相关边缘32上。
由于这种构造，第三和第四接触装置都设置在由与之形成接触的印刷电路版所确定的平面上。所述接触装置由此同样形成带有平行的面法线的区域。所述外壳被设计为使得第三接触装置604和第四接触装置606在其面法线的方向上伸出到外壳3外面，从而可以实现与印刷电路板的焊接连接。
图2示出了本发明所述功率半导体模块的第一种构造的三维视图，图2a中带有外壳3，而在图2b中没有外壳3。在这个例子中示出了带有功率半导体元件58的基板5。这些功率半导体元件58借助连接装置6以适合于所述电路的方式连接，所述连接装置包括本身被结构化且形成印刷线路的第一导电薄膜层60。此外，这个连接装置包括一个绝缘薄膜层62和设置在所述绝缘薄膜层上的另一个薄膜层64，所述另一个薄膜层同样本身被结构化且形成印刷线路，在第二薄膜层64上的印刷线路的相应轮廓仅在图2b中示出。
其上形成有印刷线路的这个连接装置6的薄膜部分穿过外壳3的引导部分30，并以下述方式设置在外壳背对基板5的面上，使得用于与印刷电路板之间形成负载和控制连接的接触装置604，606形成一个平面且具有平行的面法线。
为此，用于第三接触装置604的薄膜部分具有一个第一弯曲点和一个弯曲方向相同的第二弯曲点68b，而用于第四接触装置606的薄膜部分具有一个带有第一弯曲方向的第一弯曲点68b和另外一个带有相反的第二弯曲方向的第二弯曲点68b。
根据本发明，各个第三接触装置604是第一导电层60的印刷线路的部分段的形式，并且第四接触装置606是第二导电层64的印刷线路的部分段的形式。
图3示出了在一个带有散热器和印刷电路板的配置中的本发明所述功率半导体模块的第二种构造的剖面图。带有所设置的散热器和功率半导体元件的基板的构造对应于图1所示构造，在这个例子中，所述散热器支持在外壳的一个特定成形的部分36上。所述连接装置6同样包括一个薄膜复合物，该薄膜复合物由第一导电层60和第二导电层64、以及设置在第一和第二导电层之间的绝缘层62构成。用于功率半导体元件58a/b的连接区域580，582的第一和第二接触装置600，602同样采用点焊接点的形式。
外壳3围绕着基板5，且具有用于在第一和第二接触装置600，602之间以及在第三和第四接触装置604，606之间设置薄膜区域的引导部分30，其目的是与印刷电路板7形成接触。用于第三接触装置604的这个薄膜区域具有一个带有第一弯曲方向的弯曲点68c，而用于第四接触装置606的薄膜区域具有一个带有第二弯曲方向的第二弯曲点68d。这样再次导致第三接触装置604和第四接触装置606被设置在一个平面上，然而在这种情况下，这个平面与基板的平面垂直，接触装置604，606的面法线再次以平行的方式设置。连接装置的详细构造在图4中描述。
图4示出了图3所示的根据本发明的功率半导体模块的第二种配置的连接装置的薄膜复合物(带有指定的功率半导体元件，例如MOSFET)。在图4a中，负载连接一侧是由薄膜复合物的第一导电层和绝缘层形成的。所述绝缘层62采取具有与该区域整体构成的接线片620a的区域的形式。这些接线片620a与第一薄膜层的印刷线路一起形成了用于设置在功率半导体模块的引导轴中的第一薄膜部分。在这种情况下，印刷线路中的一部分形成了图3所示的第三接触装置604。为了使这些接触装置604相对于基板平面的垂直设置，所述薄膜复合物具有第一弯曲点68c，
图4b示出了如图2A中所示的相同观看方向的控制连接一侧。这个控制连接一侧由薄膜复合物的第二导电层和绝缘层形成。所述绝缘层62也采取具有和该区域整体构成的接线片620b的区域的形式。这些接线片620b与第二薄膜层的印刷线路一起形成了用于设置在功率半导体模块的引导轴中的第二薄膜部分。在这种情况下，印刷线路中的一部分形成了图3所示的第四接触装置606。为了使这些接触装置604相对于基板平面垂直设置，所述薄膜复合物具有第二弯曲点68d。
如图3所示，由于第一弯曲点68c和第二弯曲点68d的弯曲方向不同，所述接触装置604，606以各自平行的面法线形成在一个平面上。

Claims (10)

1.一种功率半导体模块(1)，具有一个外壳(3)、至少一个带有印刷线路(54)的基板(5)、以及以适合于电路的方式设置在所述印刷线路上的功率半导体元件(58a/b)，还具有一个连接装置(6)，所述连接装置(6)包括一个薄膜复合物，该薄膜复合物由分别本身被结构化且由此形成印刷线路的一个第一导电层(60)和一个第二导电层(64)、以及设置在所述第一和第二导电层之间的绝缘层(62)构成，
所述第一导电层(60)具有用于功率半导体元件(58a/b)的功率连接区域(580)的、点焊接点形式的第一接触装置(600)，用于功率半导体元件(58a)的控制连接区域(582)的第二接触装置(582)，以及用于至印刷电路板(7)的负载连接(70)的第三接触装置(604)，
所述第二导电层(64)具有一个至第一导电层(60)的、适合于电路的连接(66)，以及用于至印刷电路板(7)的控制连接(72)的第四接触装置(606)，
所述薄膜复合物在第一和第二接触装置(600，602)之间以及在第三和第四接触装置(604，606)之间具有薄膜部分，这些薄膜部分设置在外壳(30)的导向部分(30)中，并且第三和第四接触装置(604，606)具有平行的面法线。
2.如权利要求1所述的功率半导体模块，用于第三接触装置(604)的薄膜部分具有一个第一弯曲点(68b)和一个弯曲方向相同的第二弯曲点(68b)，而用于第四接触装置(606)的薄膜部分具有一个带有第一弯曲方向的第一弯曲点(68b)和一个带有相反的第二弯曲方向的第二弯曲点(68d)。
3.如权利要求1所述的功率半导体模块，用于第三接触装置(604)的薄膜部分具有一个带有第一弯曲方向的弯曲点(68c)，而用于第四接触装置(606)的薄膜部分具有一个带有第二弯曲方向的第二弯曲点(68d)。
4.如权利要求3或4所述的功率半导体模块，所述弯曲点(68a/b/c/d)被设置在外壳(3)的导向部分(30)的相关边缘(32)上。
5.如权利要求1所述的功率半导体模块，所述第三接触装置(604)是第一导电层(60)的印刷线路的部分区域的形式，而所述第四接触装置(606)是第二导电层(64)的印刷线路的部分区域的形式。
6.如权利要求1所述的功率半导体模块，所述第三接触装置(604)和第四接触装置(606)在其面法线的方向上伸出到所述外壳(3)外面。
7.如权利要求2所述的功率半导体模块，所述第三接触装置(604)和第四接触装置(606)设置在一个平行于基板平面的平面上。
8.如权利要求3所述的功率半导体模块，所述第三接触装置(604)和第四接触装置(606)设置在垂直于基板平面的平面上。
9.如权利要求1所述的功率半导体模块，在带有功率半导体元件(58)的基板(5)和第一导电层(60)之间的容积由绝缘材料来填充。
10.如权利要求9所述的功率半导体模块，所述绝缘材料是硅树脂或环氧树脂(584)。
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