CN102157457A - 具有部分带状负载接头元件的压力接触的功率半导体模块 - Google Patents

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Abstract

一种具有部分带状负载接头元件的压力接触的功率半导体模块，功率半导体模块具有至少一个基底、布置在基底上面的功率半导体器件、壳体和导向外部的负载接头元件和压力装置，基底在其面向功率半导体模块内部的第一主面上具有带负载电位的导电带。第一负载接头元件和至少一个另外的负载接头元件各自构成为具有带状区段和从带状区段伸出的触脚的金属成型体，相应的带状区段平行于基底表面并与基底表面相距开地布置，并且触脚从带状区段延伸至基底并与基底符合线路要求地接触连通。从至少一个第一带状区段到另一个相邻的带状区段的压力传递借助于压力传递装置在部分面积上进行，压力传递装置要么构成为压力中间件和/或者构成为带状区段自身的变形部。

Description

具有部分带状负载接头元件的压力接触的功率半导体模块
技术领域
本发明涉及一种压力接触结构(Druckkontaktausführung)的、用于布置在冷却部件上的功率半导体模块。像例如由DE 197 197 03 A1公知的功率半导体模块形成本发明的出发点。
背景技术
这种功率半导体模块按照普通的现有技术一般由壳体组成，该壳体带有至少一个布置在该壳体内的电绝缘的基底，优选用于直接安装在冷却部件上。基底从它那方面由绝缘材料体组成，该绝缘材料体带有多个处于该该绝缘材料体上面的、彼此绝缘的金属的导电带并且带有处于该绝缘材料体上面并与这些导电带符合线路要求地连接的功率半导体器件。此外，公知的功率半导体模块具有用于外部负载和辅助接头的接头元件以及布置在内部的连接元件。用于符合线路要求地内部连接功率半导体模块的这些连接元件通常构成为引线接合部。
同样公知的是压力接触连通的功率半导体模块，如在DE 10 2006 006 423 A1中公开的那样。依据该文献的功率半导体模块具有压力接触结构，用于功率半导体模块与冷却部件导热连接。在这种功率半导体模块内同样布置有至少一个带有功率半导体器件的基底。此外，功率半导体模块具有壳体和导向外部的负载和控制接头元件。基底，例如DCB(陶瓷覆铜板)基底，具有绝缘材料体，在该基底面向功率半导体模块内部的第一主面上布置有具有负载电位的导电带。
所公开的负载接头元件在这里各自构成为具有至少一个外部的接触装置、至少一个带状区段和从该带状区段伸出的触脚的金属成型体。相应的带状区段平行于基底表面并与该基底表面相距开地布置。触脚从带状区段延伸至基底并与该基底符合线路要求地接触连通。为了在单个负载接头元件之间电绝缘和传导压力，这些负载接头元件在各自的带状区段的区域内分别具有弹性的中间层。
最后，DE 10 2007 003 587 A1公开了一种上述类型的功率半导体模块，其中，压力体布置在压力装置与不直接相邻的另一负载接头元件之间。在这种情况下，该压力体的一部分穿过与压力装置直接相邻的负载接头元件并因此将压力从压力装置直接施加到该另一负载接头元件的压力接收部位上。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种同样是压力接触结构的功率半导体模块，其中，以简单的方式进一步改善将压力导入到至少一个负载接头元件上用于使至少一个负载接头元件与基底的导电带接触连通。
该目的依据本发明通过具有权利要求1特征的功率半导体模块得以实现。优选的实施方式在从属权利要求中予以说明。
本发明的思路从一种可以布置在冷却装置上的压力接触结构的功率半导体模块出发，该功率半导体模块具有至少一个基底、布置在该至少一个基底上面的功率半导体器件(例如具有反并联二极管的IGBT(绝缘栅双极型晶体管))、壳体和导向外部的负载和控制接头元件。基底自身为此具有绝缘材料体并且在该基底的面向功率半导体模块内部的第一主面上具有带负载电位的导电带。此外，基底优选还具有至少一个如下的导电带，该至少一个导电带具有用于控制功率半导体器件的控制电位。
该功率半导体模块的负载接头元件各自构成为具有接触装置、带状区段和多个从该带状区段伸出的触脚的金属成型体。相应的带状区段平行于基底表面并与该基底表面相距开地布置。从带状区段伸出的触脚延伸至基底并在那里符合线路要求地构成负载接头元件的触点。优选地，触脚为此在基底上与具有负载电位的配属的导电带接触连通，可供选择地，也直接与功率半导体器件接触连通。
依据本发明，从至少一个第一带状区段到另一个相邻的带状区段上的压力传递借助于压力传递装置在部分面积上
Figure BSA00000376196200031
进行，具有优点的是仅在带状区段的面积的最多五分之一部分上进行。这具有的优点是，可以将压力导入到那个面积区域上，那个面积区域以在压力方向上对齐的方式被分配有触脚。由此，也将压力有针对性地导入到带状区段的、对于触脚与基底之间的导电连接的接触可靠性所需的区域上。
为此，功率半导体模块的压力装置具有压力传递装置，该压力传递装置要么构成为压力中间件、构成为带状区段自身的变形部，要么构成为二者的组合。
具有优点地，带状区段的这种变形部构成为压印技术制造的如下变形部，该变形部具有在带状区段的第一侧上的凹陷部和在带状区段的对置的第二侧上的配属于该凹陷部的凸起部。
与此相对地，这种压力中间件具有优点地构成为塑料成型体，该压力中间件完全或者部分地覆盖第一带状区段的所配属的主面，并且在远离该主面的侧上具有至少一个压力体，该压力体在相邻的负载接头元件的带状区段上在部分面积上放置。同样可以优选的是，该压力中间件同时用于将两个相邻的带状区段隔离开，方法是：该压力中间件覆盖该第一带状区段直至第一带状区段边缘并且超出至少一个边缘。尤其在这种情况下结合所提及的变形部可以具有优点的是，压力中间件部分地布置在变形部的凹陷部内，由此实现机械固定，当然，这种机械固定并不局限于附加的隔离功能的情况。
附图说明
借助图1至5的实施例详细阐述本发明的解决方案。其中：
图1示出功率半导体模块的依据本发明的第一构造形式的剖面。
图2类似于图1地示出依据本发明的功率半导体模块的第二构造形式的主要元件。
图3类似于图1地示出依据本发明的功率半导体模块的第三构造形式的主要元件。
图4和图5以三维图示出按照图2的依据本发明的功率半导体模块的负载接头元件的两种构造形式。
具体实施方式
图1示出功率半导体模块1的依据本发明的第一构造形式的剖面。该功率半导体模块具有壳体3，该壳体带有可以与冷却部件2连接的框架式壳体部分30。框架式壳体部分30在这种情况下包括至少一个基底5。该基底又具有绝缘材料体52，优选是绝缘陶瓷，如氧化铝或者亚硝酸铝。
在面向功率半导体模块1内部的第一主面上，基底5具有自身结构化的金属涂层。该优选构造为铜涂层的金属涂层的单个区段在这种情况下构成功率半导体模块1的导电带54。基底5的第二主面依据现有技术具有非结构化的铜涂层50。
在基底5的导电带54上布置有例如像具有各自反并联的续流二极管的IGBT(insulated gate bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或者MOS-FET那样的可控的和/或者不受控制的功率半导体器件60。这些功率半导体器件符合线路要求地例如借助于引线接合部62与其他导电带54连接。
所需的不同电位的负载接头元件40、42、44用于在功率半导体模块1的基底5上外部连接电力电子电路。为此，负载接头元件40、42、44构成为金属成型体，这些金属成型体具有各一个平行于基底表面的带状区段402、422、442。带状区段402、422、442在这种情况下形成堆叠，其中，单个负载接头元件40、42、44的这些区段各自相对于彼此电绝缘。
多个触脚400、420、440分别从相应带状区段402、422、442延伸至基底5的符合线路要求地配属的导电带54。
用于使功率半导体模块1与冷却部件2热连接并且同时用于使负载接头元件40、42、44的触脚400、420、440与基底5的导电带54电接触连通的示意性示出的压力装置70除了负载接头元件40、42、44的所介绍的带状区段402、422、442之外，还具有用于形成压力的压力元件72。
该压力元件72依据现有技术可以实施为具有适当内置的金属芯和/或者其他加固结构的塑料成型体。同样优选的是，压力元件72同时充当功率半导体模块1的盖并因此充当壳体3的部分。在该压力元件72与负载接头元件40的在压力方向上的第一带状区段402之间布置有具有弹簧功能的、用于蓄压的垫元件74。
为了将压力从压力元件72经由蓄压器、所述堆叠中第一负载接头元件40的带状区段402传递到第二负载接头元件42的带状区段422上，在这些带状区段之间设置有压力传递装置，该压力传递装置构成为塑料成型体80形式的压力中间件，该压力中间件完全覆盖第二负载接头元件42的带状区段422的所配属的主面并超过边缘伸出，由此至少在带状区段402、422的区域内替代第一负载接头元件40与第二负载接头元件42之间的附加的电绝缘中间层。
压力中间件80面向第一带状区段402地具有两个压力体84，这些压力体构成为压力板条，其中，同样可以具有优点的是，多个旋转对称的压力球形节成排地布置。依据本发明，这些压力体84与第一带状区段402仅在部分面积上接触，其中，左侧的压力体与在压力方向上布置在其下面的触脚400、420、440几乎对齐地设置。左侧和右侧的压力体84基本上对称的布置有助于均匀地导入压力和传导压力(由第三负载接头元件44的带状区段442上面和上方的压力路径740示出)。
在第二与第三带状区段422、442之间为此设置有另一压力中间件80，该压力中间件在面积上，但不是在全部面积上放置在第三带状区段442上并且朝向第二带状区段422具有压力板条84，该压力板条从它那方面在压力方向上与第三负载接头元件44的触脚440对齐地布置，以便在此有针对性地导入压力。
象征性地表示这些压力路径的虚线用于形象地说明压力装置80、90内的压力关系和形象地说明这些压力关系沿三条压力路径700、720、740的传输。功率半导体模块1的依据本发明的构造形式的优点因此在于牢靠地导入压力和传导压力，以改善所有触脚400、420、440与基底5的导电带54的接触可靠性。
图2类似于图1地示出依据本发明的功率半导体模块1的第二构造形式的压力装置的主要元件。仅示出三个负载接头元件40、42、44的相应的带状区段402、422、442和相应的触脚400、420、440，而未示出用于使相应的带状区段电绝缘的必要装置。第一负载接头元件40的带状区段402具有带状区段402自身的两个变形部90作为压力传递装置。这些变形部在图平面的方向上各自构成为向上敞开的槽92，这些槽在与其对置的侧上具有配属的压力板条94。
第二负载接头元件42的带状区段422以类似方式具有这种槽92，这种槽具有在与其对置的侧上构成的、配属的压力板条94。在导入压力时，压力分布以相同的效果又沿依据图1的压力路径700、720、740实现。
图3类似于图1地示出依据本发明的功率半导体模块1的第三构造形式的压力装置的主要元件。仅示出三个负载接头元件40、42、44的相应的带状区段402、422、442和触脚400、420、440，而未示出用于使相应的带状区段电绝缘的必要装置。第二负载接头元件42的带状区段422具有带状区段自身的两个变形部90作为压力传递装置。这些变形部在图平面的方向上各自构成为向下敞开的槽92，这些槽在与其对置的侧上具有各自配属的压力板条94。左侧的变形部90在这种情况下类似于图2地布置，而第二变形部90则居中地在压力方向上与第三负载接头元件44的触脚440对齐地布置。
为了将压力从第二负载接头元件42朝向第三负载接头元件44传导，在该第二负载接头元件与第三负载接头元件之间布置有构成为塑料成型体80的压力中间件。该塑料成型体部分地布置在第二负载接头元件42的居中地布置的槽92内，以便将该塑料成型体固定在其位置上。在依据本发明的功率半导体模块1的这种构造形式中，仅需要在这里相对于现有技术地改进第二负载接头元件42的带状区段422，这是因为压力中间件80和带有变形部90的该负载接头元件的组合已经使压力导入和压力传导依据本发明地得到改善。
图4和图5以三维图示出按照图2的依据本发明的功率半导体模块1的示例性负载接头元件40的两种构造形式。该负载接头元件40具有用于外部电连接功率半导体模块1的接触装置404，在该负载接头元件的延续部中具有带状区段402和从该带状区段伸出的触脚400。依据图4和图5的两种构造形式在相应的带状区段内具有压印技术制造的变形部90a/b，这些变形部具有在带状区段的第一侧上的各一个凹陷部92a/b和在带状区段的对置的第二侧上的配属于该凹陷部的凸起部94a/b。
在图4中，这些变形部构成为带有在对置的侧上的所配属的压力板条94b的槽92b，而依据图5变形部则构成为旋转对称的凹陷部92a/凸起部94a。

Claims (10)

1.压力接触结构的功率半导体模块(1)，所述功率半导体模块具有至少一个基底(5)、布置在所述至少一个基底上面的功率半导体器件(60)、壳体(3)和导向外部的负载接头元件(40、42、44)并且具有压力装置(70)，其中，所述基底(5)在其面向所述功率半导体模块内部的第一主面上具有带负载电位的导电带(54)，
其中，第一负载接头元件(40)和至少一个另外的负载接头元件(42、44)各自构成为具有带状区段(402、422、442)和从所述带状区段伸出的触脚(400、420、440)的金属成型体，相应的所述带状区段(402、422、442)平行于基底表面并与所述基底表面相距开地布置，并且所述触脚(400、420、440)从所述带状区段(402、422、442)延伸至所述基底(5)并与所述基底符合线路要求地接触连通，以及
其中，从至少一个第一带状区段(402)到另一个相邻的带状区段(422)上的压力传递借助于压力传递装置(80、90)在部分面积上进行，并且所述压力传递装置(80、90)要么构成为压力中间件(80)和/或者构成为所述带状区段(402、422、442)自身的变形部(90)。
2.按权利要求1所述的功率半导体模块(1)，其中，
所述带状区段(402、422、442)的所述变形部(90)构成为压印技术制造的如下变形部(90)，所述变形部具有在所述带状区段(402、422、442)的第一侧上的凹陷部(92)和在所述带状区段(402、422、442)的对置的第二侧上的配属于所述凹陷部的凸起部(94)。
3.按权利要求1或2所述的功率半导体模块(1)，其中，
所述变形部(90)构成为旋转对称的凹陷部(92a)/凸起部(94a)或者构成为槽(92b)，所述槽在与其对置的侧上具有配属的压力板条(94b)。
4.按权利要求1所述的功率半导体模块(1)，其中，
所述压力中间件(80)构成为塑料成型体。
5.按权利要求2所述的功率半导体模块(1)，其中，
至少一个压力中间件(80)部分地布置在所述变形部(90)的凹陷部(92a/b)内。
6.按权利要求1所述的功率半导体模块(1)，其中，
至少一个压力中间件(80)完全或者部分地覆盖带状区段(402、422、442)的所配属的主面，并在远离所述主面的侧上具有至少一个压力体(84)。
7.按权利要求6所述的功率半导体模块(1)，其中，
所述压力体(84)构成为旋转对称的压力球形节或者构成为压力板条。
8.按权利要求6所述的功率半导体模块(1)，其中，
所述压力中间件(80)为了电绝缘而覆盖所述带状区段(402、422、442)的所配属的主面直至边缘并且超出至少一个边缘。
9.按权利要求1所述的功率半导体模块(1)，其中，
所述压力装置(70)构成为形成压力的压力件(72)和布置在所述压力件(72)与所述第一负载接头元件(40)之间的蓄压器(74)，优选构成为有持久弹性的垫元件。
10.按权利要求1所述的功率半导体模块(1)，其中，
在部分面积上的所述压力传递以如下方式构成，即，借助于所述压力传递装置(80、90)使压力基本在压力方向上对齐地导入到所述触脚(400、420、440)上。
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