CN101241887B - 具有接触弹簧的功率半导体模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功率半导体模块，包括一个基板；在该基板的主表面上设置的印制导线；至少一个以其第一主表面上设置在一个第一印制导线上的半导体组件；从印制导线或者一个半导体组件的第二主表面上的接触面出发的、构成为接触弹簧的接头元件。在此接触弹簧具有一个第一以及一个第二接触段并且相应的接触弹簧构成为面状的成型体，接触段具有一个弯头和与这个弯头正交的一个另外的凸形的弯曲部。

Description

具有接触弹簧的功率半导体模块
技术领域
本发明涉及一种紧凑的、使用压力接触技术的功率半导体模块，它具有由接触弹簧构成的接头元件。由DE19630173A1或者DE10306643A1已知这种类型的现代的功率半导体模块，其相对它的结构尺寸具有高的功率，这是本发明的功率半导体模块的出发点。
背景技术
DE 196 30 173A1公开一种用于直接安装在冷却体上的功率半导体模块，该功率半导体模块由一个壳体和一个电绝缘的基板组成，该基板本身由一种绝缘材料体构成，该绝缘材料体具有多个位于其上的彼此绝缘的金属连接线路以及位于其上的且与这些连接线路正确连接的功率半导体构成元件。与在壳体外部设置的印制电路板的外部电连接借助于至少部分地弹性构成的接头元件实现。
此外，功率半导体模块具有至少一个中心设置的用于螺纹连接的凹槽。这与一个压力段共同作用，该压力段设置在印制电路板的背对功率半导体模块的一侧上并且与之面状贴靠且是形状稳定的。这个压力触点接通同时完成两个任务：一方面保证接头元件和印制电路板可靠导电连接，另一方面保证模块和冷却体的导热连接，这两个连接是可逆的。
DE10306643A1公开了一种上述类型的带有特别设计的压力块的功率半导体模块。这里压力弹簧设计为双“Z”形状。这种压力弹簧例如构成为由面状的金属带制成的冲压弯曲成型体。
接触弹簧具有与印制电路板接触的第一接触段。此外，接触弹簧的面状的成型体在第一接触段的区域内具有一个弯头。用于与基板的印制导线触点接通的第二接触段不再具有另外的变形。这里接触点由从面状的成型体的在印制导线上伸出的端部构成。
上面提到的接触弹簧的已知设计缺点是，在运行期间位于接触位置区域的接触弹簧边缘有可能损坏对应接触件的相应接触位置，从而导致电接头的可靠性降低。原因在于，在功率半导体模块运行时功率半导体模块发热，并且由于不同的热膨胀系数，接触段和对应接触件的接触面会相互运动。这种接触段边缘的热膨胀运动还会导致功率半导体模块运行时的振动，从而损坏相应的对应接触件的接触面。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种弹簧压力接触方式的功率半导体模块，其具有构成面状的金属成型体的接触弹簧，其中为了改善接触的可靠性，进一步设计了接触弹簧的接触段。
根据权利要求1的特征的措施能够实现上述目的。优选的各实施方式在从属权利要求中描述。
本发明的出发点是已知类型的压力接触方式的功率半导体模块。这种可设置在冷却构件上的功率半导体模块具有一个基板，该基板具有设置在该基板的一个主表面上的印制导线。至少一个半导体组件设置在其中至少一个印制导线上。
此外，功率半导体模块具有接头元件，所述接头元件构成为优选在一个壳体内松动地固定的接触弹簧。接触弹簧因此构成一个印制导线或半导体组件的接触面至一个对应接触件、优选设置在功率半导体模块外部的印制电路板的接触面的连接。
此外，接触弹簧具有一个第一以及一个第二接触段，各自的接触弹簧设计为面状的金属成型体。接触段自身分别具有一个弯头和一个与这个弯头正交的另外的凸形的、远离对应接触件定向的弯曲部，由此构成这个接触段的球形的接触区域。
通过合适构成所述另外的弯曲部，能够完全避免或者至少减少接触段范围内的接触弹簧边缘与对应接触件的接触面的接触。这样能大幅度减少或者避免运行时对对应接触件的接触面的损伤。从而改善功率半导体模块运行时的可靠性。
附图说明
功率半导体模块的特别优选的进一步构成在对各实施例的相应描述中提及。本发明的方案此外借助图1至图3的实施例进一步阐述。
图1以三维图示出根据本发明的功率半导体模块的一个剖面图。
图2以两维图示出根据本发明的功率半导体模块的一个剖面图。
图3示出基于根据本发明的功率半导体模块的接触弹簧的设计细节。
具体实施方式
图1和图2以不同的视图示出本发明的功率半导体模块(1)的一个剖面图。这里示出一个用于压力触点接通的功率半导体模块(1)，它具有一个壳体(3′)、一个用于直接安装在冷却构件(4)上的基板(2)以及从内部引向外部的接头元件。接头元件设计为接触弹簧(5)。本发明并不局限于这种特定的功率半导体模块设计。例如，接触弹簧也可以作为在一个基板和一个设置在内部的印制电路板之间的连接元件。
壳体(3′)优选具有一个未示出的根据现有技术的、设置在中心的凹槽，用于将压力导入到接触弹簧上。借助这个凹槽和一个所配备的未示出的压力体能建立至接触弹簧(5)且优选也至壳体(3′)的压力。这个压力用于保证基板(2)和冷却构件(4)之间可靠的热传导连接。同样，这个压力用于保证接触弹簧(5)和相应的印制导线(20)或一个半导体元件的未示出的接触面之间的可靠的电连接。
基板(2)优选包括一个绝缘层(22)和设置在该绝缘层上的金属覆盖层，该金属覆盖层构成了功率半导体模块(1)的印制导线(20)。其它的基板方案同样也可以是优选的。基板(2)的边缘全面被上述的壳体(3′)包围并且与该壳体构成功率半导体模块(1)的侧面。
此外，壳体具有构成为导向部的竖筒(30′)，在所述竖筒内分别设置一个接头元件、即接触弹簧(5)。接触弹簧在这个竖筒内设置为可移动的，这样不会阻止压力导入。接触弹簧(5)具有一个设计为双“Z”形的基体。在接触弹簧(5)的第一个接触段(52，图2)的一端具有一个弯头(520，图2)。该弯头与壳体(3)的凹槽内的支座(32)一起用于在功率半导体模块(1)的制造过程中防止掉落，因为在此弹簧(5)先设置在壳体(3′)内，接着设置基板(2)用于安装连接。
接触弹簧(5)优选构成为面状的金属成型体，参见图3，其由使用冲压弯曲技术制造的金属带构成。根据本发明，接触弹簧(5)的第一及第二接触段(522，542，图2)具有一个弯头(520，540，图2)和与这个弯头正交的另外的一个凸形的弯曲部(522，542，图2)。
图3示出一个根据本发明的功率半导体模块(1)的接触弹簧(5)的设计细节。接触弹簧(5)优选设计为用冲压弯曲方法制造的面状的金属成型体。这里在接触弹簧(5)的双“Z”形状中形成接触弹簧(5)的提供弹簧功能的基体(50)。此外，两个接触段(52，54)在金属成型体的相应端部上构成有弯头(520，540)。这里特别有利的是，弯头的角度范围在120度到190度之间。
与这个弯头(520，540)正交，两个接触段(52，54)具有一个另外的弯曲部(522，542)。在此有利的是，弯曲部(522，542)的外边棱相对接触段(52，54)的中心的高度差(H)为接触弹簧的宽度(B)的2％至10％。例如当接触弹簧(5)的宽度(B)为2mm时，则外边棱凸形回缩40μm到200μm。
所述附加的弯曲部(522，542)有利地具有一个角度范围(524)，其大于所配备的弯头(520，540)的角度范围的一半，并围绕其中心对称延伸。同样特别是有利的是，弯曲部(522，542)设计为与接触位置、例如半导体组件(3)或者印制电路板(6)的接触面(30)或印制导线(20)的垂线成至少+/-20度的角度范围(526)。

Claims (8)

1.功率半导体模块(1)，包括一个基板(2)；在该基板的一个主表面上设置的印制导线(20)；至少一个以其第一主表面设置在一个第一印制导线上的半导体组件(3)；从印制导线(20)或者一个半导体组件的第二主表面上的接触面(30)出发的、构成为接触弹簧(5)的接头元件，其中接触弹簧(5)具有一个第一接触段(52)以及一个第二接触段(54)，并且相应的接触弹簧(5)构成为面状的成型体，所述第一接触段(52)以及第二接触段(54)分别具有一个弯头(520，540)和一个另外的凸形的弯曲部(522，542)，并且所述弯曲部(522，542)构成相应的接触段的球形的接触区域，从而能够至少减少接触段范围内的接触弹簧边缘与基板(2)的接触面的接触，并且功率半导体模块的壳体(3′)具有构成为导向部的竖筒(30′)，在所述竖筒内分别设置一个所述接触弹簧(5)。
2.按照权利要求1所述的功率半导体模块，其中接触弹簧(5)从基板(2)的印制导线(20)或者半导体组件(3)的接触面(30)向外引出。
3.按照权利要求1所述的功率半导体模块，其中接触弹簧(5)的面状的成型体由在冲压弯曲技术中制成的金属带构成。
4.按照权利要求1所述的功率半导体模块，其中接触弹簧(5)的基体设计为双“Z”形状。
5.按照权利要求1所述的功率半导体模块，其中弯曲部(522，542)的外边棱相对于接触段(52，54)的中心的高度差(H)是接触弹簧的宽度(B)的2％至10％。
6.按照权利要求1所述的功率半导体模块，其中弯头(520)的角度范围在120度至190度之间。
7.按照权利要求4所述的功率半导体模块，其中弯曲部(522，542)的角度范围(524)至少大于弯头(520，540)角度范围的一半。
8.按照权利要求1所述的功率半导体模块，其中所述弯曲部设计为与接触位置(6，20，30)的垂线成至少+/-20度的角度范围(526)。
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