CN101140914A - 优化了防短路可靠性的半导体开关模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有壳体的半导体开关模块，其中，该壳体具有用于排出在短路情况下产生的压力的若干开口，这些开口可以由薄壁封闭，其中，这样设计这些薄壁的尺寸，使得它们可以由短路情况下产生的压力破坏或除去，并且其中，这样设计所述开口的尺寸，使得导电部分不能从外面被触及。根据本发明的半导体开关模块的特征在于，尽管紧凑且成本低廉地构造，但却实现了一个较高的短路值，由此避免了传统的开放壳体结构的缺点。原则上，这是通过在短路情况下可以由特定的开口导出压力而实现的。这些开口在正常运行情况下由薄壁封闭。通过这种封闭可以保持例如在联接的半导体开关模块中所要求的在壳体内的浇注，并且实现光学上密闭的壳体。

Description

优化了防短路可靠性的半导体开关模块
技术领域
本发明涉及一种带有壳体的半导体开关模块，其中，该壳体具有用于排出在短路情况下产生的压力的若干开口。本发明还涉及一种用于半导体开关模块的这种壳体。
背景技术
例如，在开关设备中采用用于用电器支路的开关装置(如所谓的半导体开关模块)。这种开关设备通常在多个平面内(供电、配电、用电器)确保防止短路。在各个平面内的最大可能短路的电流大小取决于设备的部件。从用户的角度考虑，希望采用一种其最大允许短路电流尽可能地高的开关装置。这点方便了规划，并且避免了对成本关键的、用于限制短路高度的附加措施。
与特定短路保护机构(断路器或保险丝)相联系的在最大短路电流下的开关装置特性，按照关于两种分配类型(Zuordnungsart)的IEC的区别在于：在分配类型1中，允许开关装置在短路后失效，不过却不允许危及设备部件或人员(即，例如导电部分是不可触及的)。在分配类型2中，开关装置在短路后必须还是功能正常的，不过对该开关装置的修理是允许的。在开关装置中，分配类型1的满足是最低要求。
在短路时产生的负荷是瞬时的冲击压力波，其通过导电部分、首先是联接线的汽化产生。在刚性的厚壳体的情况下，这导致壳体的爆裂。解决的措施是，将壳体构造得极其坚硬和牢固，以便承受所述压力，或者为该壳体配设足够大的开口，以便能够卸压。第一种方案导致非常昂贵且体积庞大的构造。后一种方案带来造价优化的构造，不过通常与对该产品的进一步的要求是相冲突的。
在多个产品的情况下，两种类型都只是有限制地可能的，由此，最终限制了最大允许短路电流的大小。在此处考虑的半导体开关模块的情况下，只要装置外壁非常靠近半导体模块壁，最大短路电路在所联接的模块的情况下明显小于50kA。只有通过距装置外壁足够远的距离以及足够的通风，才能实现更大的短路电流。另一种解决方案在于，用高强度材料(例如钢板)构造该外壁，这提高了装置成本和装置尺寸。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种带有成本低廉且紧凑的壳体构造的半导体开关模块，该半导体开关模块保证了上述的短路要求。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种用于半导体开关模块的这种壳体。
这一技术问题是通过一种带有壳体的半导体开关模块得以解决的，其中，该壳体具有用于排出在短路情况下产生的压力的若干开口，这些开口可以由薄壁封闭，其中，这样设计这些薄壁的尺寸，使得它们可以由短路情况下产生的压力破坏或除去，并且其中，这样设计所述开口的尺寸，使得导电部分不能从外面触及。
根据本发明的半导体开关模块的特征在于，尽管紧凑且成本低廉地构造，但却实现了一个较高的短路值，由此避免了传统的开放壳体结构的缺点。原则上，这是通过在短路情况下可以由特定的开口导出压力而实现的。这些开口在正常运行情况下由薄壁封闭。通过这种封闭可以保持例如在联接的半导体开关模块中所要求的在壳体内的浇注，并实现光学上密闭的壳体。薄壁在短路时受到挤压，从而露出壳体中可以使压力泄漏的开口。所述开口的大小被构造成即使在敞开状态下也不能使导电部分被触及，从而防止了人员遇到危险。此外，没有由于较大的排气开口而提高所要求的至相邻装置的电压距离，也没有对装置的设计造成损害。
在一种优选的实施形式中，将半导体开关模块的至少一个外壁构造成壳体的一部分。由于模块外壁部分地对应于装置外壁，因而可以实现一种尤其紧凑且成本低廉的结构形式。
在另一种优选的实施形式中，将半导体开关模块实施为带有直接键合铜(Direct-Copper-Bonding，DCB)的功率模块。在这种功率模块中，功率半导体焊接在DCB上，这些功率半导体利用联接线在DCB上进行布线。
在此，在分配类型1的情况下，以紧凑的结构方式并且在不损害标准制造过程(特别是浇注)的情况下提高了防短路可靠性。
在另一种优选的实施形式中，用绝缘塑料制造该壳体。由此，尤其是在模块外壁(部分地)对应于壳体时，可以实现一种特别成本低廉的构造方式。
在另一种优选的实施形式中，将薄壁实施为粘条。将薄壁模压成自粘的塑料部分(粘条)允许将可变的信息印到该薄壁上，通过这些信息可以能够例如对有关开关模块进行识别，并以成本低廉的方式安装到半导体开关模块上。
附图说明
下面结合附图所示实施例详细描述和解释本发明。在附图中：
图1示出了根据本发明的功率模块，其带有粘在侧面的侧壁，
图2示出了图1中的功率模块，其带有敞开的排气开口。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的半导体开关模块，其实施为带有直接键合铜(DCB)的功率模块1。在短路时出现的负荷是由导电部分4、首先是联接线的汽化产生的瞬时的冲击压力波。根据本发明的功率模块1由焊接有功率半导体的DCB制成，这些功率半导体利用联接线在DCB上进行错接，该功率模块1特征在于，尽管紧凑且成本低廉地构造(优选由绝缘塑料制成的模块外壁也是该装置的外壁)，但却实现了一个较高的短路值。这是通过在短路情况下可以由壳体2中的特定开口5导出压力而实现的。这些开口5在正常运行情况下由薄壁3(在该实施例中为粘条)封闭。通过这种封闭可以保持例如在联接的半导体开关模块中所要求的在壳体2内的浇注，并实现光学上密闭的壳体2。这些薄壁3(例如，粘条)在短路的情况下受到挤压，从而使壳体2中可以使压力泄漏的开口5露出。此外，将薄壁3模压成自粘的塑料部分(粘条)允许将可变的信息印到该薄壁上，通过这些信息可以能够例如对有关开关模块1进行识别。
图2示出了图1中的功率模块1，其在壳体2内带有敞开的排气开口5。所述开口5的大小这样构造成即使在敞开状态下也不能使导电部分4被触及，从而防止了人员遇到危险。
总之，本发明涉及一种带有壳体的半导体开关模块，其中，该壳体具有用于排除在短路情况下产生的压力的若干开口。本发明所要解决的技术问题在于，给出一种壳体结构成本低廉且紧凑的半导体开关模块，其中，在发生短路后不会危及设备部件和人员。这一技术问题由如下的一种带有壳体的半导体开关模块解决，其中，该壳体具有用于排出在短路情况下产生的压力的若干开口，这些开口可以由薄壁封闭，其中，这样设计这些薄壁的尺寸，使得它们可以由短路情况下产生的压力破坏或除去，并且其中，这样设计所述开口的尺寸，使得导电部分不能从外面被触及。根据本发明的半导体开关模块的特征在于，尽管紧凑且成本低廉地构造，但却实现了一个较高的短路值，由此避免了传统的开放壳体结构的缺点。原则上，这是通过在短路情况下可以由特定的开口导出压力而实现的。这些开口在正常运行情况下由薄壁封闭。通过这种封闭可以保持例如在焊接的半导体开关模块中所要求的在壳体内的浇注，并且实现光学上密闭的壳体。

Claims (9)

1.一种带有壳体(2)的半导体开关模块(1)，其中，该壳体(2)具有用于排出在短路情况下产生的压力的若干开口(5)，这些开口可以由薄壁(3)封闭，其中，这样设计这些薄壁(3)的尺寸，使得它们可以由短路情况下产生的压力破坏或除去，并且其中，这样设计所述开口(5)的尺寸，使得导电部分(4)不能从外面被触及。
2.根据权利要求1所述的半导体开关模块，其中，所述半导体开关模块(1)的至少一个外壁被设计成该壳体(2)的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的半导体开关模块，其中，将所述半导体开关模块(1)实施为带有直接键合铜的功率模块。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体开关模块，其中，用绝缘塑料制造该壳体(2)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体开关模块，其中，将该薄壁(3)实施为粘条。
6.一种用于半导体开关模块(1)的壳体(2)，其中，该壳体(2)具有用于排出在短路情况下产生的压力的若干开口(5)，这些开口可以由薄壁(3)封闭，其中，这样设计这些薄壁(3)的尺寸，使得它们可以由短路情况下产生的压力破坏或除去，并且其中，这样设计所述开口(5)的尺寸，使得导电部分(4)不能从外面被触及。
7.根据权利要求6所述的壳体，其中，该壳体(2)的一部分被设计成该半导体开关模块(1)的至少一个外壁。
8.根据权利要求6或7所述的壳体，其中，用绝缘塑料制造该壳体(2)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的壳体，其中，将薄壁(3)实施为粘条。
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