CN101996980B - 功率半导体模块和用于装配功率半导体模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率半导体模块和用于装配功率半导体模块的方法，该功率半导体模块具有基板(1)，放置在基板(1)上的、装备有功率半导体的至少一个功率半导体电路板(2)，布置在该功率半导体电路板上的、具有用于容纳接触弹簧(8)的第一凹进部(7a)的中间件，以及安设在中间件上的、具有控制电路的控制电路板(13)。为了减少装配中的次品，根据本发明而提出：中间件多件式地构成并且具有面向基板(1)的底部件(7)以及面向控制电路板(13)的顶部件(10)，其中，顶部件(10)具有用于固定控制电路板(13)的第一固定装置和用于固定在底部件(7)上的第二固定装置。

Description

功率半导体模块和用于装配功率半导体模块的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的功率半导体模块。本发明还涉及一种用于装配这种功率半导体模块的方法。 

背景技术

由DE 10 2007 006 212 A1公知一种功率半导体模块，在该功率半导体模块中，在基板上放置的是装备有功率半导体的功率半导体电路板。在此之上将弹性体垫和中间件堆叠起来，该中间件具有用于容纳接触弹簧的凹进部。将接触弹簧压向设置在功率半导体电路板上的接触面。接触弹簧的对置的端部从中间件内的凹进部伸出。其上例如可以装配具有控制电路的控制电路板。控制电路板与功率半导体电路板之间的电接触可以通过设置在控制电路板上的另外的接触面与接触弹簧取得的接触来实现。公知的功率半导体模块可以相对简单且快速地装配。由于设置有接触弹簧，具有优点的是，不需要制造焊接连接。 

在装配控制电路板时，该控制电路板逆着由弹性体垫和接触弹簧产生的力压向中间件的上侧并且随后例如借助于螺纹连接来固定。对此，必须将相对大的力施加到控制电路板上。在此会导致控制电路板损伤。这种损伤在视觉上并不总是可见的。该损伤通常在检查功率半导体模块的电功能性时才显现出来。对工作不正常的功率半导体模块的修理或者甚至剔出需要成本开支和时间开支。 

发明内容

本发明的任务是消除现有技术的缺点。尤其要指出一种功率半导体模块，该功率半导体模块能够以小的损伤率和/或次品率来制造。此外，还要指出一种用于制造这种功率半导体模块的可以尽可能简单地 执行的方法。 

该任务通过权利要求1和11所述的特征来解决。本发明的合乎目的的构造方式由权利要求2至10和12至18所述的特征得知。 

根据本发明的措施，在功率半导体模块中提出：中间件多件式地构成并且具有面向基板的底部件以及面向控制电路板的顶部件，其中，顶部件具有用于固定控制电路板的第一固定装置和用于固定在底部件上的第二固定装置。 

通过将中间件多件式地优选两件式地构成的方式，底部件能够逆着由弹性体垫产生的显著的力压向基板并且相对于基板被固定。与此无关地，控制单路板可以固定在顶部件上。由顶部件和控制电路板形成的装配单元是坚固的并且可以在没有损伤控制电路板的危险的情况下借助于设置在其上的第二固定装置装配在底部件上。为了对装配单元进行装配仅需要的是，克服由弹簧元件产生的力。该力与通过弹性体垫产生的力相比明显更小。所提出的功率半导体模块能够以特别低的修理率和/或次品率来制造。顶部件尤其通过如下方式来构造，即，使得在装配到底部件上时避免了将力直接施加到控制电路板上。 

底部件和顶部件关于其设置在其中的通孔和/或凹进部的主要部分相对应地构成。尤其是第一凹进部可以部分地在顶部件中并且部分地在底部件中形成。也就是说，接触弹簧不仅延伸到顶部件中的第一凹进部中而且延伸到底部件中的第一凹进部中。 

根据本发明的合乎目的的构造方式，第一固定装置具有用于固定螺钉的第二凹进部，该螺钉优选是自攻螺钉。这能够实现将控制电路板可松开地固定在顶部件上。当然，第一固定装置也可以不同地构成。在此，可以涉及设有卡锁弹簧的卡锁装置。 

具有优点的是，第二固定装置是卡锁装置。卡锁装置可以包括多个安设在顶部件上的卡锁舌，这些卡锁舌与设置在底部件上的卡锁凹进部相对应地构成。根据特别具有优点的构造方式，卡锁装置通过如下方式构成，即，使得由此在顶部件和底部件之间建立的卡锁连接不能无损坏地松开。借助所提出的卡锁装置可以将顶部件快速并且简单地通过施加合适的压力或者合适的力与底部件卡锁在一起。通过一次性建立的卡锁连接不能无损坏地松开的方式，可以立即识别不希望的操作，尤其是松开顶部件与底部件之间的连接。 

根据另一构造方式，在底部件中设置有第三凹进部，用于容纳部件，优选用于容纳圆柱形的电容器。第三凹进部合乎目的地圆柱形地实施并且基本上垂直于基板地延伸。在顶部件中可以设置有与第三凹进部相对应的第四凹进部，用于容纳部件。第四凹进部也合乎目的地圆柱体形地构成。可以分别有至少一个弹簧舌，优选两个弹簧舌，延伸到第四凹进部中。在装配状态中，借助弹簧舌将压力施加到容纳在第三凹进部和第四凹进部中的部件上，尤其是电容器上。由此，将部件以力配合的方式保持在由第三凹进部和第四凹进部形成的整个凹进部中。 

根据另一具有优点的构造方式，在功率半导体电路板与底部件之间以相叠地布置的方式布置有至少一个连接板、一个承载部件的连接电路板装置和一个弹性体垫。弹性体垫用于施加持续有效的力，借助该力将连接电路板装置例如压向连接板，用以建立电接触。同样地，连接板由此也可以与功率半导体电路板保持接触。除此之外，也可以通过底部件与弹性体垫的共同作用将功率半导体电路板在预受压(Vorspannung)情况下与基板保持贴靠。 

通过底部件在中间连接有弹性体垫的情况下在压力下与基板相连的方式，可以快速并且简单地制造另一装配单元，该装配单元可以与上面提及的由顶部件和控制电路板形成的装配单元相连。 

根据本发明的另外的措施，提出一种用于装配根据本发明的功率半导体模块的方法，该方法带有如下步骤： 

通过将控制电路板固定在顶部件上来制造第一装配单元， 

将至少一个功率半导体电路板布置在基板上， 

通过将底部件布置在功率半导体电路板之上并且将底部件固定在基板上来制造第二装配单元，以及 

以预先给定的力将第一装配单元压向第二装配单元，从而对容纳在第一凹进部中的接触弹簧进行压缩，并且在此期间将顶部件固定在底部件上。 

借助所提出的方法，可以安全并且可靠地避免控制电路板的损伤。用于装配第一装配单元所需的力可以直接施加到顶部件上。用于将顶部件装配在底部件上的力仅仅相应于通过将接触弹簧压在一起所需的反作用力。根据本发明，第二装配单元通过将底部件布置在功率半导体电路板之上并且将底部件固定在基板上来制造。为了制造第二装配单元，通常需要的是，将底部件逆着通过位于基板与底部件之间的弹性体垫形成的复位力压向基板。通过设置第一装配单元和第二装配单元现在不再需要还经由顶部件或者安设在该顶部件上的控制电路板引入用于制造第二装配单元所需的力。 

根据本发明而提出的方法的另一优点在于：在第一装配单元和第二装配单元连接之前就可以针对其无缺陷的电功能性彼此独立地对第一装配单元和第二装配单元进行检查。这能够实现在建立连接之前就已对有缺陷的装配单元进行可能必要的筛选。 

制造由控制电路板和顶部件组成的第一装配单元的另一优点在于：更好地保护控制电路板以免在到达装配位置的移送路径上受到损伤。 

根据本发明的一个具有优点的构造方式，底部件与基板螺纹连接。所提出的可松开的连接能够实现将底部件从基板上取下并且也许对有缺陷的功率半导体电路板进行必要的更换。 

类似地，控制电路板也可以借助于螺纹连接与顶部件可松开地相连。这也能够实现对控制电路板进行可能必要的更换。 

根据另一构造方式而设置：底部件与优选以不可脱失的方式容纳在第一凹进部中的接触弹簧一起布置在功率半导体电路板之上。借助这种预制的底部件可以进一步加速装配。

根据另一构造方式，在将底部件布置在功率半导体电路板上之前，以相叠地布置的方式布置有至少一个连接板、一个承载部件的连接电路板装置和一个弹性体垫，该部件优选是电容器。所提出的对功率半导体模块的另外的装配组件进行的互相堆叠能够实现特别简单的装配。为了制造第二装配单元，能够以预先给定的另外的力将底部件压向基板并且在此期间固定在该基板上。在此，尤其可以将弹性体垫压在一起。由此引起的压力迫使布置在底部件与基板之间的装配组件彼此相对，从而在所希望的接触点上建立装配组件之间的电接触。与为了将底部件装配在基板上所需的另外的力相比，为了将顶部件装配在底部件上所需的力合乎目的地小了10倍，优选小了50倍到100倍。借助根据本发明的方法因此能够以非常显著的方式减小用于将顶部件装配在底部件上的力。 

在将第一装配单元压向第二装配单元时，可以具有优点地借助于卡锁装置将顶部件与底部件卡锁在一起。这种连接的建立可以快速并且简单地执行。对此并不需要提供固定机构和/或工具。 

根据本方法的另一具有优点的构造方式，在将第一装配单元和第二装配单元连接起来之前就对第一装配单元和/或第二装配单元进行检 查。尤其是检查：装配单元是否满足在限定的测量点上的电气规范。由此，可以在装配时在提早的状态下避免装配可能有缺陷的装配单元。 

附图说明

下面结合附图详尽阐述本发明的实施例。其中： 

图1示出功率半导体模块的透视视图， 

图2示出根据图1的侧视图， 

图3示出根据图2中的剖线A-A的剖视图， 

图4示出控制电路板的透视视图， 

图5示出根据图4的侧视图， 

图6示出根据图5中的剖线A-A的剖视图， 

图7示出顶部件的透视俯视图， 

图8示出根据图7的底视图， 

图9示出底部件的透视俯视图，以及 

图10示出根据图9的底视图。 

具体实施方式

在图1至图3中所示的功率半导体模块中，装备有(在这里未示出的)功率半导体的功率半导体电路板2容纳在基板1上，该基板在这里以由铝制成的散热体的形式构造。用附图标记3来标记例如由塑料制成的装配框架，该装配框架在边缘上环绕功率半导体电路板2。用附图标记4来标记例如以金属条形式构造的连接板，该连接板将在这里构造为螺栓的连接元件5与连接电路板装置6的下侧电连接。连接电路板装置6由底部电路板组成，该底部电路板在中间连接有绝缘层的情况下与上部电路板相连。在上部电路板上安设有圆柱体形的电容器6a。用附图标记7来标记例如由注塑而成的塑料制成的底部件，在该底部件中设置有带有接触弹簧8的第一凹进部7a，该接触弹簧容纳在该第一凹进部中。此外，在底部件7中设置有第三凹进部9a，将电容器6a插入到该第三凹进部中。用附图标记10来标记顶部件，该顶部件同样可以由注塑而成的塑料制成，借助于卡锁舌11卡锁到底部件7上的与此相对应的卡锁凹 进部12中。控制电路板13被装配到顶部件10上，该控制电路板包括第一插口14a和第二插口14b，用于连接插头(在这里未示出)。用附图标记15来标记壳体，该壳体与基板1一起包围上述装置。 

位于底部件7的下侧与连接电路板装置6的上侧之间的是经压缩的弹性体垫16，该弹性体垫迫使连接电路板装置6抵着位于其下的条状连接板4。在连接板4的下侧上突起的触点由此同时被迫使抵着功率半导体电路板2。功率半导体电路板2通过所施加的压力又被迫使抵着基板1。在基板1、功率半导体电路板2、连接板4以及连接电路板装置6之间形成安全且可靠的电接触。 

图4至6示出带有插口14a和14b的控制电路板13，这些插口设置在该控制电路板上。用附图标记17来标记第一螺钉，这些第一螺钉用于固定在顶部件10上。 

图7和8示出顶部件10的透视视图。用附图标记18来标记第二凹进部，这些第二凹进部用于嵌接第一螺钉17以固定控制电路板13。弹簧舌19伸出到另外的第三凹进部9b中，借助这些弹簧舌来保持电容器6a。 

图9和10示出底部件7的透视视图。此外，底部件7具有在边缘上布置的第四凹进部20，为了将底部件7固定在基板1上，(在这里未示出的)第二螺钉可以穿过该第四凹进部。 

半导体模块的装配如下进行： 

为了制造第一装配单元，借助于第一螺钉17将控制电路板13与顶部件10相连。 

为了制造第二装配单元，首先将装配框架3放置到基板1上。然后，将功率半导体电路板2放入设置在装配框架3上的通孔中。紧接着，将 连接板4置于功率半导体电路板2上。在此，连接元件5穿过连接板4中的另外的通孔。将连接电路板装置6放置到连接板4上。对此，将弹性体垫16堆叠起来。最后，将底部件7置于弹性体垫16上，以使得装配到连接电路板装置6上的电容器6a延伸到底部件7内的第三凹进部9a中。紧接着，将底部件7压向基板1，从而弹性体垫16被压缩。在该状态中，底部件7借助于穿过第四凹进部20的(在这里未示出的)第二螺钉与基板1螺纹连接。 

将接触弹簧8容纳到第一凹进部7a中。这些接触弹簧突出于第一凹进部7a。设置在顶部件10中的另外的第一凹进部7b与在控制电路板13的下侧上的触点对齐。 

在另一装配步骤中，将第一装配单元安放到底部件7上，以使得从第一凹进部7a伸出的接触弹簧8嵌接到顶部件10上的另外的第一凹进部7b中。于是，顶部件10压向底部件7，直至卡锁舌11与底部件7上的卡锁凹进部12卡锁在一起。通过经压缩的接触弹簧8来建立控制电路板13与功率半导体电路板2之间的接触。在装配第一装配件时所需的力相应于用于压缩接触弹簧8所需的力。该力不太大。因此并且由于控制电路板13安设在顶部件10上，所以安全且可靠地避免了由于装配所需的力的作用而引起的控制电路板13的损伤。 

在最后的装配步骤中将壳体15与基板1相连。 

附图标记列表

1   基板 

2   功率半导体电路板 

3   装配框架 

4   连接板 

5   连接元件 

6   连接电路板装置 

6a  电容器 

7   底部件 

7a  第一凹进部 

7b  另外的第一凹进部 

8   接触弹簧 

9a  第三凹进部 

9b  另外的第三凹进部 

10  顶部件 

11  卡锁舌 

12  卡锁凹进部 

13  控制电路板 

14a 第一插口 

14b 第二插口 

15  壳体 

16  弹性体垫 

17  第一螺钉 

18  第二凹进部 

19  弹簧舌 

20  第四凹进部。 

Claims (21)

1.功率半导体模块，具有： 

基板(1)， 

放置在所述基板(1)上的、装备有功率半导体的至少一个功率半导体电路板(2)， 

布置在所述功率半导体电路板(2)上的、具有用于容纳接触弹簧(8)的第一凹进部(7a)的中间件，以及 

安设在所述中间件上的、具有控制电路的控制电路板(13)， 

其特征在于， 

所述中间件多件式地构成并且具有面向所述基板(1)的底部件(7)以及面向所述控制电路板(13)的顶部件(10)， 

其中，所述顶部件(10)具有用于固定所述控制电路板(13)的第一固定装置和用于固定在所述底部件(7)上的第二固定装置， 

在所述功率半导体电路板(2)与所述底部件(7)之间以相叠地布置的方式布置有至少一个连接板(4)、一个承载部件的连接电路板装置(6)和一个弹性体垫(16)。 

2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，所述第一凹进部(7a、7b)部分地在所述顶部件(10)中并且部分地在所述底部件(7)中形成。 

3.根据上述权利要求之一所述的功率半导体模块，其中，所述第一固定装置具有用于固定螺钉(17)的第二凹进部(18)。 

4.根据权利要求1至2之一所述的功率半导体模块，其中，所述第二固定装置是卡锁装置。 

5.根据权利要求4所述的功率半导体模块，其中，所述卡锁装置包括多个安设在所述顶部件(10)上的卡锁舌(11)，所述卡锁舌(11) 与设置在所述底部件(7)上的卡锁凹进部(12)相对应地构成。 

6.根据权利要求4所述的功率半导体模块，其中，所述卡锁装置通过如下方式构成，即，使得由此在所述顶部件(10)与所述底部件(7)之间建立的卡锁连接不能无损坏地松开。 

7.根据权利要求1至2之一所述的功率半导体模块，其中，在所述底部件(7)中设置有第三凹进部(9a)，用于容纳部件。 

8.根据权利要求7所述的功率半导体模块，其中，在所述顶部件(10)中设置有与所述第三凹进部(9a)相对应的、另外的第三凹进部(9b)，用于容纳所述部件。 

9.根据权利要求8所述的功率半导体模块，其中，分别有至少一个弹簧舌(19)延伸到所述另外的第三凹进部(9b)中。 

10.根据权利要求1至2之一所述的功率半导体模块，其中，在所述底部件(7)中设置有第三凹进部(9a)，用于容圆柱形的电容器(6a)。 

11.根据权利要求8所述的功率半导体模块，其中，分别有两个弹簧舌(19)延伸到所述另外的第三凹进部(9b)中。 

12.根据权利要求3所述的功率半导体模块，其中，所述螺钉(17)是自攻螺钉。 

13.用于装配根据上述权利要求之一所述的功率半导体模块的方法，具有如下步骤： 

通过将所述控制电路板(13)固定在所述顶部件(10)来制造第一装配单元， 

将所述至少一个功率半导体电路板(2)布置在所述基板(1)上， 

通过将所述底部件(7)布置在所述功率半导体电路板(2)之上并且将所述底部件(7)固定在所述基板(1)上来制造第二装配单元，以及 

以预先给定的力将所述第一装配单元压向所述第二装配单元，从而对容纳在所述第一凹进部(7a、7b)中的接触弹簧(8)进行压缩，并且在此期间将所述顶部件(10)固定在所述底部件(7)上， 

在将所述底部件(7)布置在所述功率半导体电路板(2)上之前，以相叠地布置的方式布置有至少一个连接板(4)、一个承载部件的连接电路板装置(6)和一个弹性体垫(16)。 

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述底部件(7)与所述基板(1)螺纹连接。 

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述控制电路板(13)与所述顶部件(10)螺纹连接。 

16.根据权利要求13至14之一所述的方法，其中，所述底部件(7)与容纳在所述第一凹进部(7a，7b)中的接触弹簧(8)一起布置在所述功率半导体电路板(2)之上，所述接触弹簧(8)容纳在所述第一凹进部(7a，7b)中的接触弹簧(8)。 

17.根据权利要求13至14之一所述的方法，其中，为了制造所述第二装配单元，以预先给定的另外的力将所述底部件(7)压向所述基板(1)并且在此期间固定在所述基板(1)上。 

18.根据权利要求13至14之一所述的方法，其中，第二固定装置是卡锁装置，在将所述第一装配单元压向所述第二装配单元时，借助于所述卡锁装置将所述顶部件(10)与所述底部件(7)卡锁在一起。 

19.根据权利要求13至14之一所述的方法，其中，在将所述第一装配单元和所述第二装配单元连接起来之前就对所述第一装配单元和/或所述第二装配单元进行检查。 

20.根据权利要求13至14之一所述的方法，其中，所述底部件(7)与容纳在所述第一凹进部(7a，7b)中的接触弹簧(8)一起布置在所述功率半导体电路板(2)之上，所述接触弹簧(8)以不可脱失的方式容纳在所述第一凹进部(7a，7b)中的接触弹簧(8)。 

21.根据权利要求13所述的方法，其中，所述部件是电容器。