CN101207097B - 电端子 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于半导体模块(8)的电端子(1)，其包括至少一个第一电接触(2，2’)、第二电接触(3)和连接元件(4)，连接元件(4)将该至少一个第一电接触(2，2’)与第二电接触(3)连接。连接元件4包括弹性部分(5)和设置于第二电接触(3)和弹性部分(5)之间的线性部分(43)，弹性部分(5)具有至少一个弯曲区域(51)。至少一个弯曲区域(51)包括至少一个缩小部分(6)。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种用于电力半导体模块的电端子和一种电力半导体模块。
背景技术
EP0828341描述了一种具有多个并行工作的绝缘栅双极晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)的电力半导体模块和电端子，通过所述电端子，IGBT可以连接到母线上。具有二极管的每个IGBT，或具有二极管的多个IGBT设置在铜贴箔(copper foiled)氮化铝衬底上，这些氮化铝衬底设置在金属衬底上。IGBT和二极管电连接至发射极，集电极端子包含s型弯曲结构以减少由于模块热变形所导致的焊料层上的应力。通过具有用于将被连接的每个IGBT的s型弯曲结构的电端子，两个或更多的IGBT连接至一个主电端子。所述模块还包括具有树脂壁和树脂盖的壳体。端子的电接触穿过树脂盖引出到该壳体外部。由于树脂盖，所以端子的位置固定在垂直方向上。在壳体内部，空间被填满了绝缘凝胶树脂，由此端子能够补偿壳体内部的热膨胀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有改良机械柔韧性的用于半导体模块的电端子，以避免由于所述模块工作过程中的热膨胀所带来的应力，同时所述电端子还具有良好的电特性。
通过一种用于半导体模块的电端子以及一种半导体模块来实现该目的。
本发明用于半导体模块的电端子包括：至少一个第一电接触、第二电接触和连接元件，连接元件将该至少第一电接触和该第二电接触连接。所述连接元件包括具有至少一个弯曲区域或至少一个折弯的弹性部分以及在第二电接触与弹性部分之间设置的线性部分，该弯曲区域或折弯中设置了至少一个缩小部分。
由于在该至少一个弯曲区域或折弯中引入至少一个缩小部分，所以所述连接元件具有更高的机械柔韧性，也就是说，能够补偿更大的热膨胀。所述至少一个缩小部分为衰减线，沿着该衰减线所述连接元件局部在机械方面变弱，由此能够更容易使该板弯曲，且改善了柔韧性，也由此使电端子能够更容易地适应半导体模块中的热膨胀。优选地，连接元件由导电板制成。所述至少一个缩小部分能够形成为与导电板的厚度相比具有减小的厚度的区域。可以通过开槽、冲压或例如利用磨削来局部去除板材料等方式得到所述减小的厚度。所述电端子能够在高电流工作，因为能够使所述电端子在不弯曲的区域中很厚，而使弯曲区域中的材料很薄，以便局部改善机械柔韧性。
弹性部分可以通过不同轮廓的弯曲区域来实现。其轮廓能够可以是U形的，S形的，Z字形的，或甚至仅为圆形的轮廓。可以使用任何轮廓，只要该轮廓能够达到弹性效果即可。因此，所述电接触可以沿垂直线设置，但是在第一电接触与第二电接触之间也可能存在横向偏移。
所述缩小部分可以通过将导电板厚度减少至预定的量来实现，优选地，减少到至多为导电板厚度的50％，特别地为30％，更特别地为20％。甚至可能将所述至少一个缩小部分形成为通孔。如果数个缩小部分沿弯曲边缘以直线来布置，则实现了板的一种穿孔，由此给出良好的电特性，同时保持了与柔韧性结合的机械稳定性。为了提高电特性，所述缩小部分被限制在弯曲区域，也就是说，非弯曲部分具有板的厚度。在这种情况下，由于在板中较小横截面的这些区域内的高电流流动而在弯曲部分中产生的过热能够传导至板的更冷的非弯曲区域，该非弯曲区域具有较大横截面，因此能够在更大电流下工作。
附图说明
将在下文中参照附图来更加详细地描述本发明的主题，在附图中：
图1示出了现有技术中电端子的外形轮廓的视图；
图2示出了本发明第一实施例的外形轮廓的视图；
图3示出了本发明另一实施例的外形轮廓的细节；
图4示出了本发明另一实施例的外形轮廓的细节；
图5示出了本发明另一实施例的外形轮廓的细节；
图6示出了本发明另一实施例的细节的透视图；
图7示出了本发明另一实施例的细节的透视图；
图8示出了本发明另一实施例的细节的透视图；
图9示出了本发明另一实施例的外形轮廓的视图；
图10示出了本发明另一实施例的外形轮廓的视图；
图11示出了本发明另一实施例的透视图；
图12示出了本发明的半导体模块；和
图13示出了本发明另一实施例的视图。
图中使用的附图标记及其含义归纳在附图标记列表中。一般地，相同或功能相同的元件具有相同的附图标记。以下描述的实施例意在作为本发明的示例而不应作为对本发明的限制。
具体实施方式
图1中示出了根据现有技术的电端子。该电端子1由第一导电板41制成，包括与半导体芯片电接触的第一电接触2，和用于外部接触(例如至母线的接触)的第二电接触3。在电接触2、3之间设置有连接元件4，连接元件4包括具有至少一个弹性区域51的弹性部分5。图1中，弹性部分5由具有U形轮廓的弹性区域51构成。在弹性部分5和第二电接触3之间设置有线性部分43。对于增加电接触2、3之间的距离和在半导体模块中机械固定电端子1而言，线性部分43是必要的。
图2所示为本发明的电端子1的第一实施例。除了上述电端子1以外，图2中的电端子还包括至少一个在弯曲部分51中的缩小部分6。图2中所示缩小部分6具有与第一导电板41的厚度相比减小的厚度。图2中所示端子1由第一导电板41制成，尤其是由同一片制成。缩小部分6沿着所述弯折边缘形成机械衰减线。
如图13所示，作为上述弯曲区域51的替换或附加，弹性部分可以包括弯折52，弯折52典型地可通过磨削，剪切等来实现。典型地，所述弯折通过在形成为板的连接元件4中利用剪切或磨削形成至少一个长狭缝而形成，所述长狭缝可以为S形或其他适当的形状。在折弯的区域，板的宽度也减少了。因此，这种连接元件一般制成为二维元件，也就是说，在平面设计中；然而，所述弯折也可以在第三维向弯曲，也就是说，在突出于板平面的维向弯曲。第一和/或第二电接触2，3也可以弯曲，由此伸出平坦的连接元件4的平面。通过折弯，在整个弹性部分中连接元件的横截面较小了。在这种情况下，如上所述，缩小部分6沿着所述弯折边缘(亦即通过折弯所形成的弯曲)，以衰减线的形式形成了附加的机械衰减。
图3至图5显示了弯曲区域51的细节。在图3中，缩小部分6具有呈圆形轮廓的减小厚度61，也就是说，从缩小部分最小厚度至较大厚度的过渡是圆形的。可选择地，所述轮廓还可以为钝角形。图3中，示出的是所述缩小部分61设置在板41中板41被弯折的那侧，但所述缩小部分61当然还可以设置在外弯折侧。
图4和图5所示为其中仅有最小厚度处的过渡是圆形的轮廓，亦即，所述缩小部分的顶是圆形的，而较厚处厚度的增大是线性的。缩小部分6可以按照以下方式增加厚度：具有相互平行的狭缝侧壁(图4)的狭缝，由此形成一个具有减小厚度的小区域，或具有圆形峰顶的三角形轮廓，由此获得更好的机械柔性。缩小部分的圆顶有利于避免板在切开区域出现裂纹或断开。其他形成缩小，例如开槽、冲压、钻孔或磨削也能实现具有减小厚度的缩小部分。
图6显示了另一个实施例的细节，该实施例使用通孔62作为缩小部分6。在弯曲区域51中，通孔62沿弯折边缘设置，由此形成一种穿孔线，沿该穿孔线能轻易弯曲板41，且加工容易。如图7所示，通孔62也可以在板41中具有比另一侧更大的开口的一侧上，也就是说，沿厚度方向的轮廓不是矩形，而是向一侧增加。
图8中显示了本发明另一个实施例的细节。与连接元件4的非弯曲区域的宽度相比或与整个连接元件4的宽度相比，缩小部分具有减小的宽度63。
图9显示发明的另一电端子1，其中连接元件4包括每个都具有第一厚度的至少第一导电板41’、41”，以及具有第二厚度的第二导电板42。第二厚度比第一厚度任何一个都更薄，且第二板42包括弹性部分5。第一板41’、41”和第二板42通过熔接、焊接、粘接、螺纹连接、铆接或类似方式相互牢固地键合或者接合在一起。图9中，第一板41’包括第一电接触2，第一板41’键合至包括弹性部分5的第二导电板42，弹性部分5包括缩小部分6。另一个第一板41”包括第二电接触3和线性部分43。第二板42键合至另一个第一板41’，由此第二板42电连接两个第一板41’、41”。如图10所示，第一和第二板41’、41”、42可以在所有弯曲区域51中包括缩小部分6，但可选地，缩小部分6也可以仅设置在某些弯折区域51内，或如图9中所示不设置在任何一个弯折区域51内。
图11显示了本发明的另一个实施例。电端子1包括两个第一电接触2、2’，每个这种接触2、2’连接至每个都具有第一厚度的第一板41、4”’。在这些第一板41、41”’之间，设置了具有包括弯曲区域51的弹性部分5的第二板42，第二板42如上所述通过牢固键合而连接至第一板41、41”’。第二板42具有第二厚度，第二厚度比第一板41、41”’的第一厚度薄。通过这种设置，第一电接触2、2’相互并联电连接。也可以并联连接两个以上的第一电接触2、2’，在相邻两个第一板之间具有弹性部分5，且所述弹性部分5可以包括本申请中所描述的任何类型的缩小部分6。出于清晰的原因，在该图中第二电接触没有显示，但是其能够制作成两个单独的接触或一个公共电接触。
图12显示了根据本发明的半导体模块8，半导体模块8包括具有第一主侧面91的基板9，和壳体10，壳体10包围基板9且在第一主侧面91从基板9突出。壳体10内，基板9的第一主侧面91上设置有半导体芯片11，如上所述本发明的具有弹性部分5的电端子1通过第一电接触2接触至基板9，弹性部分5包括缩小部分6。第二电接触3从壳体8突出，用于电接触至母线。典型地，第二电接触3螺纹连接到母线。优选地，第一电接触2牢固地键合7至基板9，特别是通过熔焊或锡焊。在壳体10中可以设置另一端子，一个端子用于电接触该芯片或多个芯片的发射极电极，另一个端子用于电接触该芯片或多个芯片的集电极电极。典型地，位于基板9的相对侧的所述芯片电极，导线键合至连接到第一端子的导电层。在面向基板9的芯片一侧，该芯片连接至另一导电层，该导电层连接至第二端子且与其它导电层绝缘。
在一个优选实施例中，在壳体8中填充有绝缘弹性层12，由此基板9的第一主侧面91和半导体芯片11被所述绝缘弹性层12所覆盖。典型地，使用硅胶作为绝缘弹性层12。连接元件4的弹性部分5的弯曲区域51设置于所述绝缘弹性层12中，由此当模块8工作时，端子1能够补偿热膨胀。另外，弹性层12可以被绝缘的硬化热固塑性层13所覆盖，特别是环氧树脂层。连接元件4的线性部分43通过硬化层14，由此，端子1由硬化层13固定，且端子1的膨胀会发生在设置于弹性层12内的端子1的该部分。由于硬化热固塑性层13从基板9的相对侧覆盖模块8，且壳体10从模块8的横向侧面来保护它，因此整个模块8在机械上是十分稳定的布置。典型地，从壳体8突出的第二电接触3折弯，由此第二接触3平行于第一主侧面。这使得该端子实现易于电连接，特别是在具有将连接至母线的若干端子1的情况下。
附图标记列表：
1电端子
2，2’第一电接触
3第二电接触
4连接元件
41，41’，41”，41”’第一板
42第二板
43线性部分
5弹性部分
51弯曲区域
6缩小部分
61厚度减小形式的缩小部分
62通孔形式的缩小部分
63宽度减小的缩小部分
64圆形轮廓
7紧固的接合
8半导体模块
9基板
91第一主侧面
10壳体
11半导体芯片
12绝缘弹性层
13绝缘硬化层
Claims (21)
1.用于半导体模块(8)的电端子(1)，所述电端子(1)包括至少一个第一电接触(2，2’)、第二电接触(3)和连接元件(4)，所述连接元件(4)将所述至少一个第一电接触(2，2’)与所述第二电接触(3)电连接，所述连接元件(4)包括弹性部分(5)以及设置于所述第二电接触(3)和所述弹性部分(5)之间的线性部分(43)，所述弹性部分(5)包括多于一个弯曲区域(51)或折弯(52)，其特征在于，所述多于一个弯曲区域(51)或折弯(52)中的每一个包括缩小部分(6)，并且特征在于所述缩小部分(6)为衰减线。
2.根据权利要求1所述的电端子(1)，其特征在于，所述弹性部分(5)包括多于一个具有U形、Z字形或圆形轮廓的弯曲区域(51)。
3.根据权利要求2所述的电端子(1)，其特征在于，所述连接元件(4)包括第一导电板(41，41’，41”，41”’)。
4.根据权利要求3所述的电端子(1)，其特征在于，所述缩小部分(6)形成为与所述第一导电板(41，41’，41”，41”’)的厚度相比具有减小厚度的区域。
5.根据权利要求4所述的电端子(1)，其特征在于，所述缩小部分的厚度最多为所述第一导电板(41，41’，41”，41”’)厚度的50％。
6.根据权利要求4所述的电端子(1)，其特征在于，所述缩小部分的厚度为所述第一导电板(41，41’，41”，41”’)厚度的30％。
7.根据权利要求4所述的电端子(1)，其特征在于，所述缩小部分的厚度为所述第一导电板(41，41’，41”，41”’)厚度的20％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电端子(1)，其特征在于，所述缩小部分(6)形成为通孔(62)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的电端子(1)，其特征在于，具有减小厚度(61)的所述缩小部分具有至少部分圆形(64)或钝角形的轮廓。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的电端子(1)，其特征在于，所述缩小部分(6)形成为与整个连接元件(4)的平均宽度相比具有减小宽度的区域。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的电端子(1)，其特征在于，所述连接元件(4)形成为一片。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的电端子(1)，其特征在于，所述连接元件(4)包括至少一个具有第一厚度的第一导电板(41，41’，41”，41”’)和具有第二厚度的第二导电板(42)，所述第二厚度比所述第一厚度更薄，并且其特征在于，所述第二导电板(42)包括所述弹性部分(5)。
13.根据权利要求12所述的电端子(1)，其特征在于，所述至少一个第一导电板(41，41’，41”，41”’)和第二导电板(42)通过熔焊、锡焊或粘接互相牢固键合(7)在一起。
14.根据权利要求1至7中任一项所述的电端子(1)，其特征在于，所述电端子(1)包括至少两个第一电接触(2，2’)，所述两个第一电接触通过所述连接元件(4)并联电连接，并且其特征在于，在两个相邻第一电接触(2，2’)之间设置有具有多于一个缩小部分(6)的弹性部分(5)。
15.根据权利要求1至7中任一项所述的电端子(1)，其特征在于，在所述第二电接触(3)和所述线性部分(43)之间设置多于一个弯曲区域(51)或折弯(52)，并且其特征在于，所述多于一个弯曲区域(51)或折弯(52)中的每个包括缩小部分(6)。
16.一种半导体模块(8)，包括具有第一主侧面(91)的基板(9)、壳体(10)、半导体芯片(11)以及根据前述权利要求中任一项所述的电端子(1)，所述壳体(10)包围所述基板(9)且在所述第一主侧面(91)上从所述基板(9)突出，所述半导体芯片(11)设置在所述壳体(10)中在所述基板(9)的第一主侧面(91)上，其中至少一个第一电接触(2，2’)接触所述基板(9)且第二电接触(3)设置于所述壳体(10)之外。
17.根据权利要求16所述的半导体模块(8)，其特征在于，所述至少一个第一电接触(2，2’)通过熔焊或锡焊牢固地键合(7)至所述基板(9)。
18.根据权利要求16或17所述的半导体模块(8)，其特征在于，所述基板(9)的第一主侧面(91)和所述半导体芯片(11)被绝缘弹性层(12)覆盖，并且其特征在于，所述连接元件(4)的所述多于一个弯曲区域(51)或折弯(52)设置于所述绝缘弹性层(12)中。
19.根据权利要求18所述的半导体模块(8)，其特征在于，所述绝缘弹性层(12)是硅胶层。
20.根据权利要求18所述的半导体模块(8)，其特征在于，所述绝缘弹性层(12)被绝缘硬化热固塑性层(13)所覆盖，并且其特征在于，所述第二电接触(3)从所述绝缘硬化热固塑性层(13)中突出。
21.根据权利要求20所述的半导体模块(8)，其特征在于，所述绝缘硬化热固塑性层(13)是环氧树脂层。
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