CN101114641B - 具有功率半导体元件和接触装置的设备 - Google Patents

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Abstract

一种在功率半导体模块具有功率半导体元件的设备，在功率半导体元件的上方设置一成型体，成型体具有至少一个空隙，所述设备还包括至少一个接触装置，接触装置用于功率半导体元件的辅助接头或控制接头的触点接通，接触装置设置用于安装在空隙中，并包括一接触弹簧，接触弹簧具有一在面向功率半导体元件的第一弹簧端处的销状伸出部分和一设置在第二弹簧端处的金属成型体，金属成型体具有第一连接装置和第二连接装置，第一连接装置构造成金属成型体的平行于功率半导体元件设置的扁平部分，第二连接装置用于与连接电缆连接，并且接触装置还包括用于设置接触弹簧和金属成型体的多部分组成的绝缘材料外壳。

Description

具有功率半导体元件和接触装置的设备
技术领域
本发明涉及一种具有接触装置的设备，该接触装置用于盘封晶闸管和功率半导体模块中功率半导体元件的控制接头。这种接触装置例如已在DE 10 2004 058 946 A1和DE 10 2004 050 588中公开。
背景技术
所述第一个文献公开了一种盘封晶闸管，所述晶闸管具有控制接头用于功率半导体元件的控制接触，控制接头设计为导线元件的形式，所述导线元件在功率半导体元件区域中在一塑料套筒内导向。这种塑料套筒及用于控制接触的导线的接触面是利用弹簧朝功率半导体元件的方向压。按照现有技术的这种构造不能用最少量单独预制的部件提供合理化的制造。
所述第二个文献公开了一种在功率半导体模块或盘封晶闸管中有功率半导体元件的设备，成型体设置在半导体功率元件上方，该成型体在控制接头的区域中具有带支座的空隙。接触装置本身包括一接触弹簧，所述接触弹簧具有一销状伸出部分和还有一由金属成型件构成的连接装置，所述销状伸出部分在其与控制接头接触的那一弹簧端处，所述连接装置具有在另一弹簧端处用于外部连接的连接电缆。为此，接触装置有一绝缘材料套筒，该绝缘材料套筒具有在其中设置的接触弹簧，绝缘材料套筒还具有若干闭锁凸耳，所述闭锁凸耳与成型体的支座一起形成卡扣式闭锁连接。接触装置的这种构造的缺点是它有一大的结构高度，并因此不能安装在某些小型功率半导体模块或盘封晶闸管中。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有接触装置的设备，该接触装置用于盘封晶闸管及功率半导体模块中功率半导体元件的控制和/或辅助接头，所述设备可紧凑且通用地使用，保证永久可靠的电接触，并且提供以部件形式的简单装配。
按照本发明，通过具有以下特征的设备达到所述目的，即：一种在功率半导体模块或盘封晶闸管中具有功率半导体元件的设备，在所述功率半导体元件的上方设置一成型体，所述成型体具有至少一个空隙，所述设备还包括至少一个接触装置，所述接触装置用于功率半导体元件的辅助接头或控制接头的触点接通，其中接触装置设置用于安装在空隙中，并包括一接触弹簧，所述接触弹簧具有一在面向功率半导体元件的第一弹簧端处的销状伸出部分和一设置在第二弹簧端处的金属成型体，所述金属成型体具有第一连接装置和第二连接装置，所述第一连接装置构造成金属成型体的平行于功率半导体元件设置的扁平部分，所述第二连接装置用于与连接电缆连接，并且所述接触装置还包括用于设置接触弹簧和金属成型体的多部分组成的绝缘材料外壳，这种绝缘材料外壳具有用于销状伸出部分的第一空隙和用于第二连接装置的在侧向上设置的第二空隙。
本发明的基本构思是基于功率半导体模块，优选的是处于与一个或多个功率半导体元件或盘封晶闸管压力接触。通常是仅有一个功率半导体元件设置在盘封晶闸管中，但在一个外壳中具有多个功率半导体元件的情况下有特殊的形式。
本发明涉及一种具有至少一个受控制的功率半导体元件如晶闸管或晶体管的功率半导体模块或盘封晶闸管。它们对于每个受控制的功率半导体元件，有一个控制接头和通常还有至少一个辅助接头，它们分别连接到外部接触装置上。
在此，在功率半导体模块或盘封晶闸管中有功率半导体元件的本发明的设备在功率半导体元件上方具有一成型体，所述成型体具有至少一个空隙。至少一个用于与功率半导体元件的辅助或控制接头触点接通的接触装置设置用于安装在这个空隙中。
接触装置本身包括一接触弹簧，所述接触弹簧在其面向功率半导体元件的第一弹簧端处有一销状伸出部分。金属成型体设置在第二弹簧端处，该成型体具有第一连接装置和第二连接装置，所述第一连接装置构造成平行于功率半导体元件设置的金属成型体的扁平部分，所述第二连接装置用于与连接电缆连接。接触装置还具有用于安装接触弹簧和金属成型体的多部分组成的绝缘材料外壳。为此，这种绝缘材料外壳具有用于销状伸出部分的第一空隙和用于第二连接装置的在侧向上设置的第二空隙。
优选地，绝缘材料外壳设计成两部分组成的，且两部分通过卡扣闭锁连接相互设置。绝缘材料外壳设计成两部分组成，且两部分彼此嵌入地设置，由此金属成型体压到第二弹簧端上，且弹簧本身张紧。接触弹簧设计为螺旋弹簧。金属成型体的第二连接装置设计为与连接电缆压接式连接。用于与控制接头触点接通的接触装置部分地贯穿在至少一个扁平的金属成型体中的至少一个空隙，所述金属成型体设置在功率半导体元件和成型体之间，并且在此销状伸出部分与功率半导体元件的控制接触面导电式连接。用于辅助接头触点接通的接触装置的接触弹簧的销状伸出部分与扁平的金属成型体导电式连接，该扁平的金属成型体设置在功率半导体元件和成型体之间。
附图说明
本发明构思利用图1-3中的示例性实施例更详细说明。
图1示出具有本发明接触装置的功率半导体模块的三维部件分解图；
图2示出两个安装在成型体中的本发明接触装置；
图3示出本发明的接触装置的详细视图。
具体实施方式
图1示出形式为具有接触装置400的功率半导体模块800的本发明设备三维部件分解图。示出了功率半导体模块800具有两个用压力接触技术制成的晶闸管600。在底板802上以合适的方式安装：
·绝缘材料，所述绝缘材料用于使功率半导体模块800的载流部分与底板802电绝缘；
·两个晶闸管600，所述两个晶闸管600具有合适的电负荷连接元件812；
·两个成型体700，所述两个成型体700用于容纳接触装置和用于将压力引入到功率半导体元件上，
·压力接触装置808，和
·具有盖810的外壳804。
在压力接触的功率半导体模块800和盘封晶闸管中的功率半导体元件600常常是在两侧上与一扁平的金属体650连接，所述金属体650的热膨胀系数是在功率半导体元件600的热膨胀系数和电源接头的相连的接触装置812的热膨胀系数之间，以便减小对功率半导体元件600的热应力。功率半导体元件600可以用不同的方法例如通过两个配合件(Partner)的焊接、胶接或压力接触连接到扁平的金属体650上，所述金属体650优选由钼制成。扁平的金属体650通常具有厚度约为十分之几毫米到几毫米的数量级。
在此，接触装置400是用于装配功率半导体模块800的部件，所述接触装置设置在成型体700中，因此提供功率半导体模块800的简单装配。为此，把两个相应的接触装置400插入到相配属的成型体700中。这些成型体700用热固性塑料形成，因为它们仅用来通过压力接触装置808引入压力，而不是用于电连接，因为电源接头812在这种情况下是设计为金属连接片。接触装置400向外的电连接相应地利用带有与其相连的插头520的电缆500形成。电缆500优选的是用压接式连接装置220，510连接到接触装置400上。
此外利用接触装置400的塑料外壳300来使例如控制信号与电源接头电绝缘，所述电源接头由金属成型体812形成。
图2示出两个本发明的接触装置400，所述接触装置400设置在图1的详细示出的成型体700中。成型体700优选由热固性塑料制成，所述成型体700具有两个用于相应接触装置400的空隙710。每个接触装置400都具有一塑料外壳300，其中在面向功率半导体元件(600，参见图1)的一侧上设置一空隙310。接触弹簧(100，参见图3)的销状伸出部分110穿过空隙310伸出。
在中心设置的接触装置400的情况下，该销状伸出部分110用于功率半导体元件600的控制接头610的触点接通。为此，用于与控制接头触点接通的接触装置400部分地贯穿至少一个扁平金属成型体(650，814，参见图1)中的空隙(650，814，参见图1)，所述扁平金属成型体设置在功率半导体元件和成型体之间。因此，销状伸出部分110与功率半导体元件600的控制接触面610导电式连接。
不在中心安装的接触装置400用于功率半导体元件600的辅助触点接通，如已知辅助发射器那样。为此，同样将另一接触装置400设置在成型体700中，所述另一接触装置400与在中心设置的接触装置400相同地构成。然而，相关的空隙710设计得较深，从而用于与辅助接头接触的接触装置400的销状伸出部分110与扁平的成型体650或者电源接头元件812导电式连接，扁平的成型体650设置在功率半导体元件600和成型体700之间。
同样示出了从接触装置400开到相应一插头520的电缆500，所述插头520形成功率半导体模块800的配属的外部端子。
图3用部件分解图和剖视图形式示出本发明的接触装置400详图。该接触装置400包括多个部分组成的、在此是两部分组成的绝缘材料外壳300、接触弹簧100和金属成型体200。
接触弹簧100本身作为螺旋弹簧设计成在第一弹簧端处具有销状伸出部分110。例如，该伸出部分110用于功率半导体元件600的控制接头610的触点接通。接触弹簧100的弹性部分用于引入压力，所述引入压力在盘封晶闸管或功率半导体模块800的使用寿命上都是恒定不变的，因此，与控制接头610可靠地接触。第二弹簧端用于与金属成型体200的电接触。
作为用于接触弹簧100的第一连接装置210，该金属成型体200具有一平行于功率半导体元件600设置的第一扁平部分。它还有第二连接装置220用于与连接电缆500连接，金属成型体200的这个连接装置220设计为与连接电缆500的压接式连接。
绝缘材料外壳300设计成两个部分的，上面部分304部分伸入下面部分302中，因此两个部分彼此相对固定。可供选择地，在所述两个部分之间可以设置一未示出的卡扣式闭锁连接装置。通过两个部分302，304的连接，金属成型体200的第一连接装置210压制到第二弹簧端上，且弹簧100本身同时适度地张紧。
绝缘材料外壳300的下面部分302在其面向功率半导体元件(600，参见图1和2)的侧面上有一空隙310作为用于接触弹簧100的销状伸出部分的通孔。绝缘材料外壳300的上面部分304具有一侧向空隙320，用于穿过金属成型体200的连接装置220。

Claims (7)

1.一种在功率半导体模块(800)或盘封晶闸管中具有功率半导体元件(600)的设备，在所述功率半导体元件(600)的上方设置一成型体(700)，所述成型体具有至少一个空隙(710，720)，所述设备还包括至少一个接触装置(400)，所述接触装置(400)用于功率半导体元件(600)的辅助接头或控制接头的触点接通，其中接触装置(400)设置用于安装在空隙(710，720)中，并包括一接触弹簧(100)，所述接触弹簧(100)具有一在面向功率半导体元件(600)的第一弹簧端处的销状伸出部分(110)和一设置在第二弹簧端处的金属成型体(200)，所述金属成型体具有第一连接装置(210)和第二连接装置(220)，所述第一连接装置构造成金属成型体(200)的平行于功率半导体元件(600)设置的扁平部分，所述第二连接装置(220)用于与连接电缆(500)连接，并且所述接触装置还包括用于设置接触弹簧(100)和金属成型体(200)的多部分组成的绝缘材料外壳(300)，这种绝缘材料外壳(300)具有用于销状伸出部分(110)的第一空隙(310)和用于第二连接装置(220)的在侧向上设置的第二空隙(320)。
2.按照权利要求1所述的设备，其中绝缘材料外壳(300)设计成两部分组成的，且两部分(302，304)通过卡扣闭锁连接相互设置。
3.按照权利要求1所述的设备，其中绝缘材料外壳(300)设计成两部分组成，且两部分(302，304)彼此嵌入地设置，由此金属成型体(200)压到第二弹簧端上，且弹簧(100)本身张紧。
4.按照权利要求1所述的设备，其中接触弹簧(100)设计为螺旋弹簧。
5.按照权利要求1所述的设备，其中金属成型体(200)的第二连接装置(220)设计为与连接电缆(500)压接式连接。
6.按照权利要求1所述的设备，其中用于与控制接头触点接通的接触装置(400)部分地贯穿在至少一个扁平的金属成型体(650，812)中的至少一个空隙(652，814)，所述金属成型体(650，812)设置在功率半导体元件(600)和成型体(700)之间，并且在此销状伸出部分(110)与功率半导体元件(600)的控制接触面(610)导电式连接。
7.按照权利要求1所述的设备，其中用于辅助接头触点接通的接触装置(400)的接触弹簧(100)的销状伸出部分(110)与扁平的金属成型体(650，812)导电式连接，该扁平的金属成型体(650，812)设置在功率半导体元件(600)和成型体(700)之间。
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