CN101635288B - 具有功率半导体模块和连接装置的系统 - Google Patents

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Abstract

形成压力触点接通的系统，具有功率半导体模块和连接装置，其中，功率半导体模块具有壳体和第一接触元件以及配属于其的第一支承部。在此，第一接触元件由至少一个在自身内结构化并进而构成导体轨的第一层和至少一个绝缘层组成的交替层序列来构造且具有至少一个用于与连接装置触点接通的、从壳体内的布置于壳体外侧上的穿引部中出来伸展的第一接触区段。连接装置具有绝缘材料成型体、至少一个第二接触元件和配属于其的第二支承部，其中，配属于绝缘材料成型体的至少一个第二接触元件具有用于与第一接触元件第一接触区段触点接通的第二接触区段和用于与外部印刷电路板触点接通的第三接触区段。此外，至少一个接触区段相对于配属于其的支承部弹性构造。

Description

具有功率半导体模块和连接装置的系统
技术领域
本发明描述了一种形成压力触点接通(Druckkontaktierung)的系统，该系统具有紧凑的功率半导体模块，该功率半导体模块具有用于将功率半导体构件的负荷和控制连接部进行电连接的接触元件，并且所述系统具有连接装置，用于将接触元件与外部的印刷电路板连接。在此，下面应将负荷连接这一概念理解为在功率半导体模块的接触装置与外部的传导元件之间的连接，其中，由此负荷连接部例如在半桥电路中可以被理解为是中间回路的直流输入端以及交流输出端。
类似地，控制连接在下面被理解为是功率半导体模块的辅助或控制连接部与外部的控制连接元件的连接。此外，功率半导体模块的传感器连接也归在控制连接下面。
背景技术
功率半导体模块构成本发明的出发点，正如其例如在DE 10 2004025 609 A1或者DE 103 55 925 A1中所公知的。
所述第一个出版物公开了以螺栓压力形成触点接通的功率半导体模块。功率半导体模块与印刷电路板的负荷连接在此借助按照现有技术的螺栓连接实现。辅助或者控制连接部的控制连接在此构成为在弹簧接触元件与印刷电路板的导体轨区段之间的连接。根据本发明，至控制连接的压力传导通过将印刷电路板与负荷连接元件布置和旋紧来实现。所述的类型的功率半导体模块的构造方案特别适合于超过10安培的电流负荷。
DE 103 55 925 A1公开一种用于功率半导体构件的接触元件，该接触元件由带绝缘的中间层的第一导电箔片和第二导电箔片的箔片组件所组成。功率半导体构件与第一导电层借助超声波焊接持久可靠地电连接。功率半导体构件的模块内部的适配于电路的连接(功率半导体构件不仅包括负荷连接部而且包括控制连接部)在此被公开。然而，所述的出版物未公开用于外部连接的负荷和控制连接的细节。
DE 10 2006 078 013 A1公开了一种功率半导体模块，其带有壳体、衬底以及作为DE 103 55 925 A1公知的、作为箔片组件的接触元件，其中，箔片组件在各个限定的区段中穿过壳体中的引导区段到达壳体的外侧，以便在那里保证与外部的印刷电路板的负荷和控制连接部。在此不利的是，基于现有技术的负荷和控制连接部的触点接通不允许在机械应力负荷方面的或者在热膨胀方面的容差。
发明内容
本发明的任务在于，介绍一种形成压力触点接通的系统，该系统具有功率半导体模块，功率半导体模块具有构造为交替的层序列的接触元件，并且该系统具有用于与外部的印刷电路板导电地连接的连接装置，其中，该系统能够简单地制造，并具有在功率半导体模块与外部的印刷电路板之间的负荷和控制连接部的可靠的、随时可分开的触点接通并且该触点接通以能容忍机械应力负荷和/或热膨胀的方式构造。
本任务根据本发明通过权利要求1的特征的措施得以解决。优选的实施方式在从属权利要求中进行介绍。
本发明的设想由如下的系统出发，所述系统具有功率半导体模块和用于与外部的印刷电路板连接的连接装置。
在此，功率半导体模块具有壳体、至少一个带导体轨的衬底以及在该导体轨上适配于电路地布置的功率半导体构件。此外，功率半导体模块具有至少一个第一接触元件，其中，该第一接触元件由以至少一个第一导电层和至少一个绝缘层的交替的层序列所组成。该至少一个导电层在自身内进行结构化并且因此构成第二导体轨，该第二导体轨适配于电路地与功率半导体构件的负荷和控制连接面触点接通。
接触元件借助布置于壳体中的第一引导区段从功率半导体模块的内部出来引导至壳体的外侧并且从在壳体中的穿引部出来起在壳体的外侧上形成第一接触区段。此外，针对在形成压力触点接通时出现的、到接触元件的第一接触区段上的支承力，为接触元件在其第一接触区段上配属第一支承部。该支承部优选一体地由壳体材料所构成。
连接装置具有绝缘材料成型体和至少一个导电的第二接触元件，该第二接触元件有配属给它的第二支承部。将第二接触元件在第二和第三接触区段中从绝缘材料成型体的第一主体面引导穿过布置在绝缘材料成型体中的第二引导区段，到达绝缘材料成型体的第二主体面，并且在那里形成与外部印刷电路板的适配于电路的连接。在此，第二接触区段限定为直至第二接触元件进入绝缘材料成型体中为止的、朝向功率半导体模块的穿引部的区段。第三接触区段定义为从第二接触元件从绝缘材料成型体中的穿引部中出来起的、朝向外部的印刷电路板的区段。
第二接触元件的第三接触区段与外部印刷电路板的适配于电路的连接基于现有技术优选借助插入式钎焊装配来实现，然而同样也可以不受限制地借助表面钎焊装配来实现。
所述系统的压力触点接通优选借助在壳体与连接装置之间的螺栓连接、铆接连接或者卡扣连接实现。此外，外部的印刷电路板例如附加地可以借助螺栓连接或者卡扣连接与连接装置进行连接。由此，产生在功率半导体模块与连接装置之间力配合的、可靠的和可逆的电连接，该连接装置用于与外部印刷电路板触点接通。
根据本发明地，第一接触元件例如在其第一接触区段中弹性地构成。同样可选地或者附加地有利的是，第二接触元件在其第二接触区段内弹性地构成。在此，优选的是，为了保护接触元件抵抗由于压力触点接通和运行所出现的机械应力负荷和热量负荷，在各个接触区段与分别配属于各个接触节段的支承部之间布置有弹性的缓冲垫元件。
附图说明
借助图1至4的实施例对本发明的解决方案进行进一步阐述。
图1以截面图示出基于现有技术的系统以及以截面图示出某一区域的放大视图。
图2以截面图概要地示出根据本发明的系统的第一构造方案。
图3以截面图概要地示出根据本发明的系统的第二构造方案。
图4和5分别以截面图概要地示出根据本发明的、带有弹性构造的接触元件的系统的其它构造方案。
具体实施方式
图1示出根据现有技术的系统的构造方案，所述系统具有功率半导体模块1、连接装置2和外部印刷电路板7。出于结构清楚性的目的，还示出冷却体18。
功率半导体模块由壳体3组成，壳体3包围电绝缘的衬底10。衬底10又具有基体，基体优选是诸如氧化铝或者亚硝酸铝的绝缘陶瓷。在朝向功率半导体模块内部的第一主体面上，衬底10具有在自身内进行结构化的导体轨12。功率半导体构件14布置在衬底的导体轨12上并且适配于电路地借助第一接触元件6连接，第一接触元件6由交替的层序列所形成。该种在图1中以放大的概要图详细示出的层序列由分别在自身内进行结构化的并因此构成导体轨的第一导电层60和第二导电层64以及布置于第一导电层60与第二导电层64之间的绝缘层62所形成。在此，第一导电层60借助点焊连接602、606与功率半导体构件14适配于电路地进行触点接通。此外，将接触元件引导穿过壳体3中的引导区段34到达壳体3的外侧36，在那里接触元件构成有相应地构造的接触区段660、662，接触区段660、662用于与外部印刷电路板7进行负荷和控制触点接通72，该负荷和控制触点接通72借助钎焊连接来构成。
图2以截面图示出根据本发明的带有功率半导体模块的系统的第一构造方案的概要图，其中，与图1结构相同的元件不再额外介绍。
以截面图示出功率半导体模块1的左侧，功率半导体模块1带有已介绍的接触元件6，接触元件6从壳体的内部出来穿过壳体3内的第一引导区段34到达该壳体的外侧36并且在该外侧36上构成有呈弧形的并由此弹性构造的接触区段66。此外，为在壳体上的第一接触区段配属支承部，该支承部一体地由壳体的一部分构成。此外，在支承部与第一接触区段之间有弹性的缓冲垫元件4，缓冲垫元件4用于在压力触点接通时维持作用到第一接触元件上的弹簧力。
此外示出连接装置2，连接装置2具有绝缘材料成型体22和第二接触元件24，第二接触元件24在此呈带状地构造并且平行于绝缘材料成型体的第一主体面220地构造有用于与功率半导体模块1的接触元件6进行触点接通的第二接触区段240。此外，第二接触元件穿过绝缘材料成型体中的第二引导区段224到达第二主体面222并且在那里构成用于与外部印刷电路板7触点接通的第三接触区段242。
用于将连接装置2与功率半导体模块1进行力配合地连接的压力加载借助螺栓连接件来实现。在此，功率半导体模块的壳体3具有空置的、一体式构成的、用于接纳螺栓连接件8的第一材料区段38，所述第一材料区段38与壳体的外侧36对齐地构成。连接装置2同样具有空置的、一体式构成的第二材料区段26，第二材料区段26与连接装置的第一主体侧220对齐地构成并且相应地配属于第一材料区段38。两个材料区段具有相互对齐的间隙80，间隙80用于接纳螺栓连接件。此外，相应地配属的、在外部的印刷电路板7中的另一间隙70用于将印刷电路板装配在根据本发明的系统上。
图3以截面图示出根据本发明的系统的另一构造方案的概要图，其中，相同结构的元件也不再额外介绍。壳体3的外侧36在此同时形成配属于第一接触区段66a的支承部30，然而不具缓冲垫元件。连接装置的第一接触元件24a在此呈带状地构造并且在其第二接触区段呈弧形地以便因此弹性地构造，方法是：即，带状的接触元件的第二接触区段240a的端块244抵靠在所配属的第二支承部20a上并且第二接触区段的凸着的弯曲部在压力加载的情况下使得弹簧作用成为可能。
用于与功率半导体模块力配合地连接的压力加载借助卡扣连接来实现。在此，连接装置具有空置的、可运动地构成的材料区段28，材料区段28构成卡位装置280。相应地，功率半导体模块的壳体3具有空置的、刚性地构成的材料区段32，材料阶段32用作卡位支承部320。
图4示出根据本发明的系统的另一构造方案的概要图。在此，连接装置的第二接触元件24b以金属线来构成并且在其第二接触区段240b中呈钩形地构成，方法是：即，第二接触区段具有相对的双弯曲部，并且配属于该第二接触区段的第二支承部20b在此对朝向该第二支承部的弯曲部进行支撑。
图5以剖面图示出第二接触元件24c的另一构造方案，第二接触元件24c在此以金属线并呈螺旋弹簧式地通过相应的线圈构成并且在第一线圈上的第二接触区段240c通过配属于第二接触区段240c的支承部20c来支撑。

Claims (5)

1.形成压力触点接通的系统，具有功率半导体模块（1）和连接装置（2），其中，所述功率半导体模块具有壳体（3）和第一接触元件（6）以及配属于所述第一接触元件（6）的第一支承部（30），
其中，所述第一接触元件（6）由至少一个在自身内结构化的并且因此构成导体轨的导电层（60、64）和至少一个电绝缘的层（62）的交替层序列来构造并且具有至少一个用于与所述连接装置（2）触点接通的第一接触区段（66），所述第一接触区段（66）从所述壳体中的、布置在所述壳体的外侧（36）上的穿引部（34）中出来进行伸展，
其中，所述连接装置（2）具有绝缘材料成型体（22）、至少一个第二接触元件（24）和配属于所述第二接触元件（24）的第二支承部（20），
其中，配属于所述绝缘材料成型体（22）的所述至少一个第二接触元件具有用于与所述第一接触元件的所述第一接触区段进行触点接通的第二接触区段（240）和用于与外部的印刷电路板（7）进行触点接通的第三接触区段（242），以及其中，至少一个接触区段相对于配属于所述至少一个接触区段的支承部弹性地构造。
2.按权利要求1所述的系统，其中，在弹性地构造的所述第一接触元件（6）的所述第一接触区段（66）与配属于所述第一接触区段（66）的所述第一支承部（30）之间和/或在弹性地构造的所述第二接触元件（24）的所述第二接触区段（240）与配属于所述第二接触区段（240）的所述第二支承部（20）之间布置有弹性的缓冲垫元件（4）。
3.按权利要求1所述的系统，其中，将弹性地构成的所述第一接触区段或者第二接触区段呈弧形（66、240a）地、呈钩形（240b）地或者呈螺旋形（240c）地构造。
4.按权利要求1所述的系统，其中，所述连接装置（2）具有至少一个空置的区段（26），并且所述壳体（3）具有至少一个相应配属的、空置的区段（38），以及其中，这两个区段（26、38）具有相互对齐的间隙（80），用于穿引螺栓连接件（8）。
5.按权利要求1所述的系统，其中，所述连接装置（2）的所述绝缘材料成型体（22）具有空置的、能够运动的、带有卡位装置（280）的区段（28），并且所述壳体（3）具有空置的、带有配属于所述卡位装置（280）的卡位支承部（320）的区段（32），或者其中，所述壳体（3）具有空置的、带卡位装置（390）的、能够运动的区段（39），并且所述连接装置（2）的所述绝缘材料成型体（22）具有空置的、带有配属于所述壳体（3）的所述卡位装置（390）的卡位支承部（290）的区段（29）。
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