CN101983426B - 可移动导电体 - Google Patents

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Abstract

导电体(1)包括主电触点(2)和至少一个次电触点(3)和电连接第一和该至少一个次电触点(2、3)并且包括至少一个板状区域(41)的连接元件(4)。每个板状区域(41)包括具有至少一个第一和至少一个第二枢转部(452、452’、452”、462、462’、462”)的至少一个偏转部件(44)，其中每个偏转部件(44)的第一和第二枢转部(452、452’、452”、462、462’、462”)设置成使得每个次电触点(3)在偏转方向(43)上关于主电触点(2)是可移动的，而不形成剪切力。

Description

可移动导电体
技术领域
本发明涉及功率电子设备的领域，并且更具体地涉及根据权利要求1的序言的导电体、涉及根据权利要求15的电端子和涉及具有这样的导电体或电端子的半导体以及涉及根据权利要求16的半导体模块。
背景技术
作为IGBT(绝缘栅双极晶体管)功率模块的半导体功率模块的电端子将电流切换到几千安培。从模块的外部触点到芯片的电连接由叫作端子的金属导体提供，其具有用于外部触点的一个电触点，其固定在外壳处。图1示出现有技术的电端子。该电端子10包括主电触点(primary electrical contact)2和次电触点(secondary electrical contact)3以及电连接第一和次电触点2、3的连接元件4。该连接元件4设置在平面中并且它包括具有偏转部件44的板状区域41。该偏转部件44包括第一部分45、第二部分46和设置在第一和第二部分45、46之间的第三部分47。除充当第一铰链453(包括第一枢转部(pivot)452)的第一接头454外的第一部分45通过第一切口(cut)451与第三部分47分离。除充当第二铰链463(包括第二枢转部462)的第二接头464之外的第二部分46相应地通过第二切口461从第三部分47分离。第一和第二接头454、464具有与在这些454、464之间的第三部分47相比减小的横截面以便提高枢转部452、462的弯曲能力。通过该设置，电流路径5(图1中的虚线)从主电触点2通过第一部分45、第一接头454、第三部分47、第二接头464、第二部分46形成到次电触点3。端子10的顶部与模块外壳固定在一起使得主电触点2从外壳伸出来。次电触点3，其设置在半导体模块内，焊接到金属化处理的陶瓷衬底用于电接触半导体芯片。在具有许多并联连接IGBT的模块的情况下，这样的端子10包括两个这样的次电触点3(第一和第二次电触点31、32)，其通过公共第一部分45和第一接头454、第三部分47、第二接头464、第二部分46和对应的第一或第二次电触点31、32的镜像反转设置电连接到主电触点2。
在功率模块的运行期间，模块经历由于电流引起的温度变化，其导致端子的自加热(尤其在高电流或快速电流变化的情况下)，其特别在切换过程期间发生。这导致模块外壳的周期性膨胀。由此，主电触点2关于次电触点3移位并且力施加到端子10，其导致偏转部件44的膨胀或压缩。为了实现该移动，端子在第一和第二枢转部452、462处弯曲，由此在次电触点上形成法向力FN(由图1中的箭头示出)和剪切力FS。这些剪切力FS导致在次电触点和衬底之间的触点处的焊料变形并且最终导致模块失效。
为了保持低的端子10的温度上升，板状区域41的电阻必须是低的，其典型地由具有大的横截面的板实现。另一方面，为了当模块由温度变化膨胀时使高的力不在模块中出现，要求端子高的机械柔性，其典型地由具有小的宽度(即小的横截面)的板实现。
图2示出具有两个次电触点31、32(在其的每个中形成剪切力FS)的电端子10。这样的多个次电触点用于并行连接多个芯片。
发明内容
本发明的目的是提供具有提高的机械柔性和低电阻的导电体，在其中在温度变化的情况下的焊料变形减小或消除并且装置的寿命从而增加。
该目标通过根据权利要求1的导电体、根据权利要求15的电端子和根据权利要求16的具有这样的导电体或端子的半导体模块实现。
发明性的导电体包括主电触点和至少一个次电触点和电连接第一和至少一个次电触点并且包括至少一个板状区域的连接元件。每个板状区域包括具有至少一个第一和至少一个第二枢转部的至少一个偏转部件，其中每个偏转部件的第一和第二枢转部设置成使得每个次电触点在偏转方向上关于主电触点是可移动的，而不在偏转方向移动的情况下形成剪切力。
通过在偏转部件中的枢转部的发明性设置，没有剪切力施加到次电触点和半导体模块内部的衬底上的焊料层，该剪切力可以在运行期间导致在焊料层中的裂纹或甚至电连接的分离。
由于采用没有剪切力形成的这样的方式的枢转部定位，所有横截面特别是在枢转部处和枢转部之间的区域可以制成具有大的横截面，并且从而降低电阻而不降低导电体的机械柔性。
导电体可以采用在主和次电触点之间形成多个电流路径的这样的方式构造使得电阻降低并且在电流路径的每个中形成更少的热而导体仍具有良好的机械柔性。没有剪切力在主电触点和次电触点的任何触点之间形成，特别地没有剪切力在这些电流路径的任何路径中形成。
同样多个次电触点可以在一个导电体中构造并且这些次电触点可设置在相同的方向中或在不同的方向中，由此提高外壳内的芯片设置的几何可能性。
即使在一个电流路径中，多个偏转部件可以一个接一个地设置使得实现串联设置，从而提高机械柔性而仍保持电阻低。
此外，如果多个电流路径通向一个或多个次电触点，采用电流路径具有相同的电阻的这样的方式形成电流路径使得在功率模块中的电流分布更好地均衡是可能的。
这样的发明性的导电体可以用于在半导体模块内的两个电元件之间形成电连接或用于形成外部电触点。
另外优选的变化形式和实施例在附属的权利要求中公开。
附图说明
本发明的主旨将在下列正文中参照附图更详细地说明，其中：
图1示出具有一个次电触点和一个偏转部件的现有技术导电体；
图2示出具有两个次电触点的另一个现有技术导电体；
图3示出根据本发明的具有一个次电触点的导电体的第一实施例；
图4示出根据本发明的具有一个次电触点和子部分的导电体的另一个实施例；
图5示出根据本发明的具有关于主电触点在相同方向上可移动的两个次电触点的导电体的另一个实施例；
图6示出根据本发明的具有关于主电触点在不同方向上可移动的两个次电触点的导电体的另一个实施例；
图7示出根据本发明的具有两个次电触点(每个具有两个电流路径)的导电体的另一个实施例；
图8示出根据本发明的具有两个次电触点和不对称设置的第一电触点的导电体的另一个实施例；
图9示出根据本发明的具有不对称设置的第一电触点、两个次电触点和适应电阻的电流路径的导电体的另一个实施例；
图10示出根据本发明的具有不对称设置的第一电触点、一个次电触点和适应电阻的两个电流路径的导电体的另一个实施例。
在图中使用的标号和它们的含义在标号列表中总结。一般，相似或相似功能的部件给予相同的标号。描述的实施例意为示例并且不应限制本发明。
具体实施方式
图3示出发明性的导电体1，其包括主电触点2、次电触点3和电连接第一和次电触点2、3并且包括至少一个板状区域41的连接元件4。板状区域41包括具有第一和第二枢转部452、462(在图3中用绕着枢转部的圆环强调)的偏转部件44，第一和第二枢转部452、462设置使得次电触点3在偏转方向43上关于主电触点2是可移动的，而不形成剪切力。剪切力是垂直于偏转方向的力。导电体1可以压缩或拉长，因为导电体1在第一和第二枢转部452、462处弯曲。在图3中，导电体1包括设置在平面中的板状区域41。偏转部件44的第一和第二枢转部452、462设置使得次电触点3在位于该平面内的偏转方向43上关于主电触点2是可移动的。偏转部件44的第一和第二枢转部452、462设置在位于垂直于偏转方向43的虚拟连接线48上(在图3中由虚线示出)。
对于设置在平面中的板状区域41备选地，板状区域41可以具有一个或多个可以位于偏转部件44内的弯曲部分，使得第一、第二和/或第三部分45、46、47弯曲或它可以设置在板状区域41的任何其他部分中。
对于大多数应用，导电体1的电触点2、3弯曲至垂直于板状区域41的方向中使得电触点2、3位于垂直于偏转方向43和设置板状区域41的平面。此外，电触点2、3准备用来对设置在互相平行的两个平面中的导体建立电接触。
偏转部件44包括第一部分45、第二部分46和设置在第一和第二部分45、46之间的第三部分47。除充当第一部分45和第三部分47之间的第一铰链453的第一接头454之外的第一部分45通过第一切口451与第三部分47分离。第一铰链可以绕第一枢转部452(在图3中通过圆环强调)移动。除充当第二铰链(其包括第二枢转部462)的第二接头464之外的第二部分46通过对应的第二切口461从第三部分47分离。电流路径5从主电触点2通过第一部分45、第一接头454、第三部分47、第二接头462和第二部分46形成到次电触点3。这些切口可以通过例如冲压、射流切削(jet cutting)、蚀刻、腐蚀或铣削(milling)等任何适当方法做出。
第一部分45、第二部分46和第三部分47是刚性的，特别地与第一接头454和第二接头464相比，第一、第二和第三部分45、46、47是非常刚性的。从而偏转部件44的柔性通过接头获得。
在优选实施例中，电流路径5的第三部分47的最大横截面是所述电流路径5的第一和/或第二接头452、454、462、464的横截面的至少两倍，特别地是三倍。通过这样的几何设计，可以使电阻低而不失去柔性。
第一和/或第二切口451、461的宽度优选地对应于板状区域41的厚度的至多1.5倍，优选地不超过板状区域41的厚度。通过这样的宽度，偏转部件具有用于温度膨胀调节的高柔性。第一和/或第二切口451、461的长度在另一个优选的实施例中是该切口的宽度的至少两倍，特别地三倍。
在优选实施例中，偏转部件44形成在一件中，从而第一部分45、第一接头、第三部分47、第二接头464和第二部分46彼此一体式构成。
在图4至图10中示出另外的实施例。上文提到的关于偏转部件和它的子部分(例如第一部分、第二部分、第三部分、第一接头和第二接头)的刚性、柔性和尺寸的特征还可以应用于另外的实施例。
图4示出具有两组枢转部的发明性导电体1的另一个实施例，这些枢转部串联设置，两个枢转部452、462、452’、462’的每组设置在虚拟连接线48、48’上，连接线48、48’互相平行设置。对于该实施例，第三部分47包括第一子部分471、471’和第二子部分472、472’。如在图4中示出的导电体1包括第一部分45，其通过第一切口451从第三部分47的第一子部分471分离(除第一接头454外)。该第一子部分471通过第二切口461从第二子部分472分离(除充当包括第二枢转部462的第二铰链的第二接头464外)。该第二子部分472与另一个第一子部分471’在一件中形成，第一子部分471’再通过第一切口451’从另一个第二子部分472’分离(除充当包括第一枢转部452’的第一铰链的第一接头454’外)。该另一第二子部分472’通过另一个第二切口461’从第二部分46分离(除充当包括另一个第二枢转部462’的另一个第二铰链的另一个第二接头464’外)。第一和第二枢转部452、462设置在虚拟连接线48上并且其他的第一和第二枢转部452’、462’设置在另一个连接线48’上，连接线48、48’互相平行设置。在另一个实施例中，在两条连接线48、48’之间存在角度(未在图中示出)，然而该角度可以是任意适当的角度，但优选地，连接线48、48’之间的角度是小的并且它们相对于偏转方向43是大约90°。
图5示出具有两个次电触点的发明性导电体1的另一个实施例。在图中示出的是第一和第二次电触点31、32。第一次电触点31通过第一和第二枢转部452、462在第一平面内的第一偏转方向431上关于主电触点2是可移动的，而不形成剪切力。另外，第二次电触点32通过另一个第一和第二枢转部452”、462”在第二平面内的第二偏转方向432上关于主电触点2是可移动的，而不形成剪切力。在如在图5中示出的导体1中，第一偏转方向431和第二偏转方向432相同，即，第一和第二平面是相同的，但是备选地在第一和第二平面之间也可以存在有角度。
图6示出备选实施例，其中导电体1包括如图5描述的第一和第二次电触点31、32，其每个分别包括第一和第二接头452、462和452”、462”。每对接头设置在连接线48、48’上，然而连接线48、48’位于彼此垂直。90°角示出作为可能的角度的示例，但是连接线48、48’也可彼此设置成任何其他角度。
图7示出具有两个次电触点31、32(其每个包括形成到第一和第二次电触点31、32的第一和第二电流路径51、52)的发明性导电体1的另一个变化形式。形成第一次电触点31的第二电流路径52的第一切口451’至少部分形成到相同的(第一)次电触点31的第一电流路径51的第二切口461。虽然图7示出两个次电触点31、32，导电体1还可以仅包括一个次电触点3，具有通向一个次电触点3的两个电流路径51、52，其中第二电流路径52的第一切口451’至少部分形成第一电流路径51的第二切口461(例如，图7的右部)。
图8示出具有两个次电触点31、32和第一和第二电流路径51、52、第一和第二切口451、451”、461、461”和枢转部452、452”、462、462”的镜像反转设置的发明性导体1的另一个变化形式。在该实施例中，第一电触点2不对称地设置在连接元件4的一侧上。这样的设置由于几何原因(例如如果多个导电体必须设置在一个半导体模块中用于接触多个半导体芯片)和由于模块中的端子之间的绝缘原因可以是有利的。两个电流路径51、52的第一切口451、451”是一个连续的切口，虽然当然具有分开的切口将也是可能的。如在图8中示出的切口的镜像反转从而对称的设计是切口的最容易的几何设置。第二部分46、46’是一个公共的连续的但通向两个次电触点31、32的部分也是可能的。
然而，如果第一电触点2设置在连接元件4的一侧上，第一和第二电流路径51、52具有不同的长度和不同的电阻。对于其中出现高电流的应用，具有到一个或多个次电触点31、32的若干电流路径，其全部具有相同的或至少相似的电阻使得电流分布在功率模块中的部件之间均衡，这可以是优选的。
在图9中示出具有两个次电触点31、32的发明性导电体1。第一电流路径51比第二电流路径52长(因为在连接元件4的左侧上的第一电触点2的不对称设置)。为了使电流路径51、52的电阻彼此相等或至少适应彼此，第一电流路径51在它的第三部分47中具有比在较短第二电流路径52在它的第三部分47”中的横截面大的横截面。
在图10中示出具有导电体1的另一个优选实施例，该导电体包括第一和第二电流路径51、52通向其的一个次电触点3，如根据图9对于导体已经公开的，第一电流路径51比第二电流路径52长并且第一电流路径51的第三部分47具有比第二电流路径52的第三部分47”大的横截面。电流路径51、52两者都有一个公共的连续的第二部分46、46’，其通向次电触点3。
发明性导电体1可以在半导体功率模块中用作电端子用于提供外部电触点，即模块中的芯片到外部电触点之间的电连接。在备选实施例中，这样的导电体可以用于半导体模块内的内部电连接。如果半导体模块包括多个半导体芯片，它可以包括一个或多个这样的发明性电端子和/或内部导电体。
标号列表
1电元件                   10电端子
2主电触点                 3至少一个次电触点
31第一次电触点            32第二次电触点
4连接元件                 41至少一个板状区域
43偏转方向                431第一偏转方向
432第二偏转方向           44偏转部件
45至少一个第一部分        451、451’、第一切口
                          451”
452、452’、第一枢转部    454、454’、第一接头
452”                     454”
46至少一个第二部分        461、461’、第二切口
                          461”
462、462’、第二枢转部    464、464’、第二接头
462”                     464”
47、47’至少一个第三部分  471、471’第一子部分
472、472’第二子部分      48、48’、连接线
                          48”
5至少一个电流路径         51第一电流路径
52第二电流路径

Claims (17)

1.一种导电体(1)，包括主电触点(2)和至少一个次电触点(3)和电连接该主电触点和该至少一个次电触点(2、3)并且包括至少一个板状区域(41)的连接元件(4)，
每个板状区域(41)包括
具有至少一个第一和至少一个第二枢转部(452、452’、452”、462、462’、462”)的至少一个偏转部件(44)，
其中每个偏转部件(44)的第一和第二枢转部(452、452’、452”、462、462’、462”)设置成使得每个次电触点(3)在偏转方向(43)上关于所述主电触点(2)是可移动的而不形成剪切力，
其中至少一个电流路径(5)从所述主电触点(2)通过所述至少一个第一枢转部(452、452’、452”)和所述至少一个第二枢转部(462、462’、462”)形成到所述至少一个次电触点(3、31、32)，
特征在于，每个偏转部件(44)的第一和第二枢转部(452、452’、452”、462、462’、462”)设置在位于垂直于偏转方向(43)的至少一个连接线(48、48’、48”)上。
2.如权利要求1所述的导电体(1)，特征在于，每个至少一个板状区域(41)设置在平面中，并且在于每个偏转部件(44)的第一和第二枢转部(452、452’、452”、462、462’、462”)设置成使得所述主电触点(2)在位于所述平面内的偏转方向(43)上关于每个次电触点(3)是可移动的。
3.如权利要求1或2所述的导电体(1)，特征在于，至少一个板状区域(41)包括至少一个弯曲部分。
4.如权利要求1至2中任一项所述的导电体(1)，特征在于，
每个偏转部件(44)包括至少一个第一部分(45)，
至少一个第二部分(46)，以及
至少一个第三部分(47、47’)，其设置在第一和第二部分(45、46)之间，
除充当包括第一枢转部(452、452’、452”)的第一铰链的第一接头(454、454’、454”)外的第一部分(45)从第三部分(47、47’)分离，以及
除充当包括第二枢转部(462、462’、462”)的第二铰链的第二接头(464、464’、464”)外的第二部分(46)从第三部分(47、47’)分离，
至少一个电流路径(5)从所述主电触点(2)通过第一部分(45)、第一接头(454、454’、454”)、第三部分(47、47’)、第二接头(462、462’、462”)、第二部分(46)形成到所述次电触点(3)。
5.如权利要求4所述的导电体(1)，特征在于，所述第一部分(45)通过至少一个第一切口(451、451’、451”)从第三部分(47、47’)分离，和／或在于所述第二部分(46)通过至少一个第二切口(461、461’、461”)从第三部分(47、47’)分离。
6.如权利要求4所述的导电体(1)，特征在于，至少一个第三部分(47)包括至少两个第一和第二子部分(471、471’、472、472’)，其中
除第一接头(454)外的第一部分(45)从所述至少一个第三部分(47)的第一子部分(471)分离，
除充当包括第二枢转部(462)的第二铰链的第二接头(464)外，所述第一子部分(471)通过至少一个第二切口(461)从第二子部分(472)分离，所述第二子部分(472)与另一个第一子部分(471’)在一件中形成，该另一个第一子部分(471’)，除充当包括第一枢转部(452’)的第一铰链的第一接头(454’)外，通过至少一个第一切口(451’)从另一个第二子部分(472’)分离，并且在于所述另一个第二子部分(472’)，除第二接头(464’)外，通过第二切口(461’)从第二部分(46)分离。
7.如权利要求4所述的导电体(1)，特征在于
所述至少一个次电触点(3)包括第一和第二次电触点(31、32)，
所述第一次电触点(31)在平面内的第一偏转方向(431)上关于所述主电触点(2)是可移动的，而不形成剪切力，
所述第二次电触点(32)在平面内的第二偏转方向(432)上关于所述主电触点(2)是可移动的，而不形成剪切力，
并且在于所述第一偏转方向(431)与第二偏转方向(432)相同或在于所述第一偏转方向(431)与第二偏转方向(432)不同。
8.如权利要求4所述的导电体(1)，特征在于，包括第一电流路径(51)和第二电流路径(52)的至少两个电流路径(5)形成到所述至少一个次触点(3)，并且在于
用于形成所述第一电流路径(51)的第一切口(451)至少部分形成所述第二电流路径(52)的第二切口(461)。
9.如权利要求4所述的导电体(1)，特征在于
所述至少一个次电触点(3)包括第一和第二次电触点(31、32)，其在于
用于形成到所述第一次电触点(31)的电流路径(5)的第一切口(451’)与用于形成到所述第二次电触点(32)的电流路径(5)的第一切口(451”)一起形成连续切口，和／或用于形成到所述第一和第二次电触点(31、32)的所述电流路径(5)的第二部分(46)形成连续部分。
10.如权利要求4所述的导电体(1)，特征在于所述至少一个第一和／或第二切口(451、461)具有对应于所述板状区域(41)的厚度的至多1.5倍的宽度。
11.如权利要求4所述的导电体(1)，特征在于所述导电体(1)包括至少两个到一个次电触点(3)或到至少两个次电触点(3)的电流路径(5)，并且在于
所述至少一个第一和第二切口(451、461)和所述至少一个第一和第二接头(454、464)采用所述至少两个电流路径(5)具有相同电阻这样的方式形成。
12.如权利要求4所述的导电体(1)，特征在于所述导电体(1)包括至少两个到一个次电触点(3)或到至少两个次电触点(3)的电流路径(5)，并且在于
至少一个电流路径(3)比另一个电流路径(3)长并且较长的电流路径(3)在它的第三部分(47)中具有比较短电流路径(5)中的至少一个在它的第三部分(47)中的横截面大的横截面。
13.如权利要求4所述的导电体(1)，特征在于，电流路径(5)的第三部分(47)的最大横截面是所述电流路径(5)的第一和／或第二接头(454、464)的横截面的至少三倍。
14.如权利要求4所述的导电体(1)，特征在于第一和／或第二切口(451、461)的长度是所述切口的宽度的至少三倍。
15.一种用于提供半导体模块的外部电触点的电端子，所述电端子包括如权利要求1至14中任一项所述的导电体(1)。
16.一种具有如权利要求15所述的电端子的半导体模块，其中所述导电体(1)用于所述半导体模块的内部电连接。
17.一种具有如权利要求1至14中任一项所述的导电体(1)的半导体模块，其中所述导电体(1)用于所述半导体模块的内部电连接。
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