CN102446866A - 带有基础模块和连接模块的功率半导体模块 - Google Patents

带有基础模块和连接模块的功率半导体模块 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种带有基础模块和连接模块的功率半导体模块以及一种用于制造该功率半导体模块的特征在于下列的方法步骤的所配属的方法，该功率半导体模块具有：电绝缘壳体、基础模块和连接模块。构造半导体组件，半导体组件分别具有第一导电元件、布置在导电元件上的至少一个功率半导体器件以及与第一导电元件导电接触的第一接触装置和与至少一个功率半导体器件导电接触的第二接触装置。通过将半导体组件借助至少一个绝缘装置电绝缘地布置在基板上来构造基础模块。布置并且电路适宜地连接该连接模块的至少一个连接装置与半导体组件的所配属的接触装置。根据本发明获得一种模块化构成的功率半导体模块和所属的简化的制造方法。

Description

带有基础模块和连接模块的功率半导体模块
技术领域
本发明描述了功率半导体模块，所述功率半导体模块电绝缘的壳体以及布置在其中地且电路适宜地连接的多个功率半导体器件。
背景技术
这种功率半导体模块例如由DE 102006034964B3所公知。该文献公开了带有两个串行连接的、优选构造为晶闸管的功率半导体器件的功率半导体模块，这些功率半导体器件电绝缘地布置在基板上。借助两个连接部元件，这些功率半导体器件与外部接触元件连接。连接元件一方面构造成功率半导体器件的内部的电连接，并且另一方面充当其它的外部接触元件。在这种情况下，接触元件与功率半导体器件的模块内部连接构造为力锁合的连接，并且为此每个功率半导体器件具有特有的压力装置。
对于这种功率半导体器件不利的是复杂的制造方法，在该制造方法中，大量单个部件必须一个接一个地连接到功率半导体模块。
发明内容
本发明基于如下任务，即，介绍一种模块化构成的功率半导体模块和所属的简化的制造方法，其中，预制的模块可以相对彼此地布置，并且额外地可以简单地实现功率半导体模块的各种内部电路变化方案。
该任务依据本发明通过依据权利要求1的功率半导体模块以及通过带有权利要求6的特征的方法来解决。优选的实施方式在各个从属权利要求中进行介绍。
本发明的出发点是构造一种功率半导体模块，该功率半导体模块具有：电绝缘的壳体、基板和用于电路适宜地在外部连接功率半导体模块的功率半导体器件的外部接触元件。在这种情况下，依据本发明的功率半导体模块除了壳体之外还具有两个基本的分模块，即，基础模块和连接模块，其中，基础模块本身作为主要部件具有至少两个半导体组件。用于功率半导体模块的所属的依据本发明的制造方法在下文中与功率半导体模块本身一起介绍。
在这种情况下，每个半导体组件都具有第一导电元件、至少一个布置在第一导电元件上的功率半导体器件以及一个用于接触第一导电元件的第一接触装置和一个或者各一个用于接触功率半导体器件的第二接触装置。由此，导电元件用于功率半导体器件的第一接触面的电连接，并且借助第一接触装置用于其在功率半导体模块内部的其它电连接。第二接触装置间接或者直接地与第二接触面连接，该第二接触面布置在与功率半导体器件的第一接触面对置的主面上。对于间接的接触而言，在这些接触面上、在这些接触面和第二接触元件之间可以还设置有额外的、优选扁平的导电元件。
在设计为矩形的功率半导体器件中有利的是，第一和第二连接装置构造为呈L形的金属体，该金属体具有在导电元件或者在功率半导体器件上的支脚，并且该支脚借助加压烧结技术相应地导电连接。
在功率半导体模块的依据本发明的制造方法的范畴中，这种半导体组件的构造形成了基本的方法步骤。在这种情况下优选的是，将所有在热方面的或在电方面被特别要求的连接构造为加压烧结连接。
半导体组件在制造方法的范畴中布置在基板上，其中，在基板和各个半导体组件的导电元件之间设置有共同的绝缘装置，或者给每个半导体组件设置一个绝缘装置。该绝缘装置用于针对基板的电绝缘，由此，该基板在应用功率半导体模块时可以持续地处在某个基本电位上。
在基板和必要时每个绝缘装置之间的优选可用的连接同样地可如同用于半导体组件的绝缘装置的连接那样构造为粘接。
可作为替代地或者额外优选地，此外基础模块具有基础壳体，该基础壳体框架式地构造，并且具有用于布置半导体组件或者半导体组件的部分的定位机构。这种定位机构可以例如在该制造方法的范畴中构造为引导元件，以及构造为用于半导体组件与基础壳体的插塞式止动连接的止动凸起部。
连接模块本身具有至少一个连接装置。该至少一个连接装置用于两个半导体组件的电路适宜的连接，准确地说是用于两个半导体组件的负载连接，而不是两个半导体组件的控制连接。在这种情况下，取决于待实现的电路变形方案，示例性地构造了在两个半导体组件的第一连接装置之间的或者第二连接装置之间的连接。同样可行的是，构造在不同的半导体组件的第一和第二连接装置之间的连接。
在这种情况下优选的是，至少一个连接元件构造为在多个额定弯曲部位中的每一个上变形的、三维的、扁平的金属成型体。在制造方法的范畴内，原有的还没有被三维变形的连接元件优选地借助焊接连接与所配属的接触装置导电连接。随后，通过连接装置的在合适的额定弯曲部位上逐步弯边和三维的构型构造在功率半导体模块内。
在这种情况下，可以优选地在中间步骤中布置功率半导体模块的盖子。在这种情况下优选的是，该盖子与基础壳体一起构造成功率半导体模块的壳体。
此外，可以优选地在布置和连接至少一个连接装置之前、之后或者同时再布置至少一个连接机构，并且电路适宜地与所配属的接触装置连接。
由此，可以在基础模块的相同设计方案中，仅通过改变的连接模块而不同地构造功率半导体模块的内部电路变化方案。
此外，外部接触元件构造有功率半导体模块的外部连接部元件。这些外部接触元件优选构造为螺栓容纳件，当然同样可以构造为弹簧接触件，以及构造为弹簧负载的插塞连接件。由此，连接机构与连接装置由如下区分，即，连接机构仅用于将接触装置与所配属的外部接触元件连接，而连接装置将半导体组件相互连接并且优选额外地与外部接触元件连接。
其中，至少两个要么是连接机构要么是连接装置的元件在布置和电路适宜地连接到所配属的接触装置时借助至少一个连接接片相互连接，并且将该连接接片在后续过程中移除或者拆开。
附图说明
本发明的任务借助依据图1至图3的实施例作进一步阐释。
图1以分解图示意性示出了依据本发明的功率半导体模块；
图2示意性示出了在结束制造方法后的依据图1的依据本发明的功率半导体模块；
图3示出了依据图1的功率半导体模块的基础模块的俯视图。
具体实施方式
图1以分解图示意性地示出了依据本发明的功率半导体模块1，并且由此明确地也示出了依据本发明的制造方法。彼此间隔地示出的是该功率半导体模块的带有基础壳体20的基础模块3、连接模块6和盖子62。在这里，该基础模块3具有通常由非常良好地导热的金属制成的基板10。在这里，在该基板10上并且朝向功率半导体模块1的内部设置有两个绝缘装置12。
在这些绝缘装置12上又设置有各一个半导体组件4a/b，由此，所述半导体组件与基板10电绝缘地布置在功率半导体模块1中。各个半导体组件4a/b由导电元件14a/b、在这里只有一个的功率半导体器件16以及第一和第二接触装置24a/b、26a/b组成。
功率半导体器件16或者说其第一接触面、准确的说是负载接触面，优选借助加压烧结连接与第一导电元件14a/b连接，而该第一导电元件同样优选借助加压烧结连接与第一接触装置24a/b连接。功率半导体器件16的第二接触面、同样是负载接触面又优选借助加压烧结连接与第二接触装置26a/b导电地连接。
特别在将功率半导体模块1设计为带有中等功率的二极管模块/晶闸管模块时优选的是，功率半导体器件16具有矩形的、片状的基础外形。然后在该设计方案中同样优选的是，第一和第二接触装置24a/b、26a/b构造为呈L形的金属体。为了确保或者提高载流能力，各个接触装置24a/b、26a/b可以具有多个该呈L形的金属成型体。
额外地，第一功率组件4a具有呈接触弹簧形式的辅助连接元件36，用于功率半导体器件16(在这里是晶闸管)的控制连接部的接触。此外，第二功率组件4b的功率半导体器件16在该功率半导体器件的背离基板的侧上具有第二导电元件160。其例如用于功率半导体器件16(在这里是二极管)和所配属的第二接触装置26b的机械的脱离。不言而喻地，也可以将功率半导体器件16的控制连接部类似于负载连接部地构造成与连接机构54、56或者连接装置40连接的金属体。
与基础模块3相间隔地显示出的是连接模块6，该连接模块本身具有连接装置40和两个连接机构54、56。这两个连接机构54、56在这里为了简化功率半导体模块1的制造方法而设置为利用连接接片58相连接，该连接接片在两个连接机构与所配属的接触装置26a、24b连接后被完全地移除。在注意必要的绝缘间距的情况下同样可能足够的是，仅切开连接接片58。这种连接接片58可以在制造过程范畴内在本质上设置为用于连接机构54、56的和/或连接装置40的任意连接。
连接装置40以及连接机构54、56构造为扁平的金属成型体，所述金属成型体具有朝着基础模块3的接触装置24a/b、26a/b的接触部位，进而构造有功率半导体模块1的在大多数情况下为多个的电路方案中的一个。在这种情况下，可参照图3可能额外必需地将两个半导体组件4a/b之一以180度扭转地设置，以便在简单连接的意义上改变这些半导体组件的接触装置24a/b、26a/b的位置。
此外，外部的接触元件140、154、156在这里设置为连接模块6的一部分，这些外部的接触元件用于功率半导体模块1的外部的电连接，并且在这里在合成材料体中被布置给功率半导体模块的盖子62。在这里，这些外部的接触元件140、154、156例如构造为螺纹连接的一部分。这些外部的接触元件140、154、156与所配属的第一和第二接触装置24a/b、26a/b电地间接地接触。为了构造外部螺纹连接，连接装置和连接机构具有相应的凹陷部400、540、560。
在功率半导体模块1的该设计方案中，通过作为基础模块3的其它部分的基础壳体20以及通过盖子62构造成电绝缘的壳体2。特别有利的是，基础壳体20与盖子62借助搭扣式止动连接200连接。当然，除了其它可行的设计方案之外可以有利地在基础壳体20和盖子62之间设置螺纹连接。
此外可以有利的是，基础壳体20具有定位机构202，以便将半导体组件4a/b位置适宜地布置和/或固定在基板10上。
由此，依据本发明的制造方法概括地具有如下的步骤：
·构造半导体组件4a/b；
·电绝缘地布置半导体组件4a/b，用于构造包括框架式的基础壳体20的基础模块3；
·布置和连接连接机构54、56和连接装置40；
·将连接机构54、56和连接装置40优选地仅在第一和第二额定弯曲部位402、404、542、544、562、564上弯边；
·在构造有完整的壳体2的情况下将盖子62布置在基础壳体20上；
·将连接机构54、56和连接装置40优选地在第三额定弯曲部位406、546、566上弯边。
图2示出了在制造后的依据图1的功率半导体模块1，其中，在这里已经移除了两个机械地相互连接的连接机构54、56的连接接片58，并且在基础壳体20和盖子62之间构造有搭扣式止动连接200。
此外显示出的是晶闸管的和二极管的通过连接装置40实现的串行电路。该电路的中间抽头通过外部接触元件140构造在功率半导体模块1中，该外部接触元件与连接装置40电接触。
图3示出了依据图1的功率半导体模块的基础模块3的俯视图。除了框架式的壳体20，以虚线示出了导电元件14a/b和功率半导体器件16。同样地示出的是各个半导体组件4a/b的第一和第二接触装置24a/b、26a/b。这些接触装置24a/b、26a/b由于上述原因而在这里构造为呈L形的金属体。同样地示出的是半导体组件4a的功率半导体器件的控制连接部的接触弹簧36的位置，以及外部接触元件140、154、156。
上方的箭头示出了借助于连接接片58联接的连接机构54、56的位置，而下方的箭头示出了连接装置40在布置该连接装置的时间点上的位置。

Claims (11)

1.功率半导体模块(1)，所述功率半导体模块具有：电绝缘的壳体(2)、基础模块(3)和连接模块(6)，其中，所述基础模块(3)具有基板(10)和通过至少一个绝缘装置(12)电绝缘地布置在所述基板上的半导体组件(4)，所述半导体组件分别具有第一导电元件(14a/b)、布置在所述第一导电元件上的至少一个功率半导体器件(16)以及第一接触装置(24a/b)和第二接触装置(26a/b)，所述第一接触装置用于接触并与所述第一导电元件(14a/b)导电接触，所述第二接触装置用于接触并与所述至少一个功率半导体器件(16)导电接触，并且其中，
所述连接模块(6)具有至少一个连接装置(40)，其中，所述至少一个连接装置(40)分别构成在半导体组件(4a)的接触装置(24a、26a)与另一个半导体组件(4b)的接触装置(24b、26b)之间的电接触。
2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，
所述连接模块(6)具有至少一个另外的连接机构(54、56)，所述至少一个另外的连接机构(54、56)电路适宜地与第一接触装置(24a/b)或者与第二接触装置(26a/b)连接。
3.根据权利要求1或2所述的功率半导体模块，其中，
所述至少一个连接装置(40)和所述至少一个连接机构(54、56)分别分配有外部接触元件(140、154、156)并且与所述外部接触元件导电地连接。
4.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，
所述基础模块(3)本身具有框架式的电绝缘的基础壳体(20)，并且所述基础壳体(20)具有用于所述半导体组件(4a/b)或者所述半导体组件的部分的定位机构(202)。
5.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其中，
至少一个连接元件(40)构造为在多个额定弯曲部位(402、404、406)中的每一个上变形的、三维的、扁平的金属成型体。
6.用于制造功率半导体模块(1)的方法，所述功率半导体模块具有：电绝缘的壳体(2)、基础模块(3)和连接模块(6)，其特征在于如下基本方法步骤：
·构造半导体组件(4a/b)，所述半导体组件分别具有：第一导电元件(14a/b)、布置在所述第一导电元件上的至少一个功率半导体器件(16)以及与所述第一导电元件(14a/b)导电接触的第一接触装置(24a/b)和与所述至少一个功率半导体器件(16)导电接触的第二接触装置(26a/b)；
·通过借助至少一个绝缘装置(12)将所述半导体组件(4a/b)电绝缘地布置在基板(10)上来构造所述基础模块(3)；
·布置并且电路适宜地连接所述连接模块(6)的所述至少一个连接装置(40)与所述半导体组件(4a/b)的所配属的接触装置(24b、26a)。
7.依据权利要求6所述的方法，其中，
借助焊接连接来制造在所述至少一个连接装置(40)和所配属的所述接触装置(24b、26a)之间的电路适宜的连接。
8.依据权利要求7所述的方法，其中，
在布置并且电路适宜地连接所述连接装置(40)与所配属的所述接触装置(24b、26a)之后，构造为扁平的金属成型体的所述连接装置(40)通过在合适的额定弯曲部位(402、404、406)上逐步地弯边而布置，进而三维地布置在所述功率半导体模块中。
9.依据权利要求6所述的方法，其中，
除了布置所述至少一个连接装置(40)外还布置至少一个连接机构(54、56)并且将所述至少一个连接机构电路适宜地与所配属的接触装置(24a、26b)连接。
10.依据权利要求6或9所述的方法，其中，
至少两个要么是连接机构(54、56)要么是连接装置(40)的元件在布置和电路适宜地连接到所配属的所述接触装置(24a/b、26a/b)时借助于至少一个连接接片(58)相互连接，并且将所述连接接片(58)在后续过程中移除或割断。
11.依据权利要求6所述的方法，其中，
所述半导体组件(4a/b)内的至少一个导电连接、但优选所有的导电连接构造为加压烧结连接。
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