CN102593089A - 用于电连接电子器件的连接系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于电连接电子器件的连接系统包括导电第一连接器、导电第二连接器和夹子元件，其中第一连接器可插入于第二连接器中。第一连接器或者第二连接器包括夹子元件可以插入于其中的第一开口。在插入状态下，夹子元件生成接触压力，第一连接器和第二连接器由于该接触压力而彼此相抵按压，使得保障在第一连接器与第二连接器之间的电接触。

Description

用于电连接电子器件的连接系统
技术领域
本发明涉及半导体模块。
背景技术
对于如例如在功率电子器件电路中使用的电子单元的电连接器之间的许多电连接，要求电连接器具有低电阻、高安培容量并且允许快速且简单的连接和断开。因此需要一种改进的连接系统和一种用于电连接器的改进方法。
发明内容
根据一个方面，一种用于电连接电子器件的连接系统包括导电第一连接器、导电第二连接器和夹子元件。第一连接器可插入于第二连接器中，第一连接器或者第二连接器包括第一开口，并且夹子元件被设计成插入于第一开口中以便生成接触压力，第一连接器和第二连接器由于该接触压力而彼此相抵按压，使得保障（safeguard）在第一连接器与第二连接器之间的电接触。
根据另一方面，一种功率半导体模块系统包括功率半导体模块、可电连接到功率半导体模块的电部件、导电第一连接器、导电第二连接器和夹子元件。第一连接器可插入于第二连接器中。夹子元件被设计成插入于第一或者第二连接器的第一开口中。如果夹子元件插入于第一开口中，则它生成接触压力，第一连接器和第二连接器由于该接触压力而彼此相抵按压，使得保障在第一连接器与第二连接器之间的电接触。第一连接器为功率半导体模块的部分而第二连接器为电部件的部分，或者第二连接器为功率半导体模块的部分而第一连接器为电部件的部分。
根据又一方面，在一种用于连接导电第一连接器和导电第二连接器的方法中，提供一种用于电连接电子器件的连接系统。该连接系统包括导电第一连接器、导电第二连接器和夹子元件。第一连接器可插入于第二连接器中。第一连接器或者第二连接器包括夹子元件插入于其中的第一开口。
根据再一方面，在一种用于电连接功率半导体模块和电部件的方法中，提供功率半导体模块系统。功率半导体模块系统包括功率半导体模块、可电连接到功率半导体模块的电部件、导电第一连接器、导电第二连接器和夹子元件。第一连接器可插入于第二连接器中。第一连接器或者第二连接器包括第一开口。第一连接器为功率半导体模块的部分而第二连接器为电部件的部分，或者第二连接器为功率半导体模块的部分而第一连接器为电部件的部分。将夹子元件插入于第一开口中，使得生成接触压力，第一连接器和第二连接器由于该接触压力而彼此相抵按压，使得保障在第一连接器与第二连接器之间的电接触。
本领域技术人员将在阅读以下具体实施方式时并且在查看附图时认识到附加特征和优点。
附图说明
可以参照以下附图和描述来更好地理解本发明。图中的部件未必按比例而是着重于图示本发明的原理。另外，在图中同样的参考标号表示对应的部分。在附图中：
图1A是功率半导体模块的透视图。
图1B是图1A的功率半导体模块的细节的放大图。
图2A是图1A的功率半导体模块在装配到印刷电路板之前的透视图。
图2B是图2A的功率半导体模块的细节的放大图，示出了压合接触每个具有夹子插入于其中的开口。
图3A是功率半导体模块在装配到印刷电路板之前的侧视图。
图3B是装配到印刷电路板的图3A的功率半导体模块的侧视图。
图4A是具有开口的功率半导体模块的压合连接器的横截面图。
图4B是图4A的压合连接器在夹子插入于开口中时的横截面图。
图5A是功率半导体模块的具有不止一个开口的多级压合连接器的横截面图。
图5B是图5A的多级压合连接器在夹子插入于每个开口中时的横截面图。
图6A是功率半导体模块的节段在带状线连接到功率半导体模块的连接器时的横截面图。
图6B是图6A的功率半导体模块的连接器之一在连接到相应带状线之前的横截面图。
图6C是图6B的连接器在插入于带状线的开口中时的横截面图。
图6D是图6C的布置在将锥形夹子插入于带状线的开口中之后的横截面图。
图7是在锥形夹子插入于带状线的开口中时在功率半导体模块的压合连接器与带状线之间的连接的横截面图，其中夹子包括部分地布置于带状线的开口以内的开口。
图8A是若干夹子元件装配到的抽取器件的底视图。
图8B是图8A的抽取器件的侧视图。
图8C-8E示出了功率半导体模块、又一器件和图8A的抽取器件的组装。
图8F-8G示出了图8E的布置的拆卸。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，参照如下附图，这些附图形成具体实施方式的部分并且在附图中通过图示而示出其中可以实施本发明的具体实施例。就这一点而言，参照描述的各图的定向来使用诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“前导”、“尾随”等的方向术语。由于实施例的部件可以定位于多个不同定向，所以方向术语用于图示目的而决非限制。要理解可以利用其它实施例并且可以进行结构或者逻辑改变而未脱离本发明的范围。以下具体实施方式因此不要解读为限制意义，并且本发明的范围由所附权利要求限定。要理解这里描述的各种示例性实施例的特征可以相互组合，除非另有明示。
现在参照图1，图示了具有基板40和外壳6的功率半导体模块100。外壳6具有电绝缘外壳框架61和可选外壳盖62。外壳框架61包围隐藏于外壳6以内的至少一个功率半导体芯片（例如MOSFET、IGBT、J-FET、二极管、闸流管）。基板40被配置为如下金属基板，该金属基板代表模块100的底部外壳壁。基板40可以从0.1mm厚变动至20mm厚并且表现低热阻以便允许朝着如下散热器（未示出）耗散至少一个功率半导体芯片产生的废热，该散热器可以附着到基板40的与至少一个功率半导体芯片背离的一侧。例如基板40可以由铜或者铝或者由具有铜或者铝中的至少一种的合金制成。基板40的覆盖区（footprint）基本上为具有圆形拐角的矩形。有与每个拐角接近的可以用于将基板40拧紧到散热器的开口41。
为了将功率半导体模块100电连接到任意外围器件，有插入于外壳框架31中的多个第一连接器1。备选地，第一连接器1中的一个、多个或者每个第一连接器可以经过外壳盖62延伸。例如第一连接器1可以由铜形成或者可以包括重量百分比至少为99.8%的铜。
在本示例中，第一连接器1被设计为压合连接器即如下连接器，这些连接器可以按入外围器件的电接触开口中，由此在每个第一连接器1与相应接触开口之间建立电连接。即使压合连接器1被设计为分叉压合连接器，但是也可以使用其它设计。
在图2A的示例中，图1A中所示的功率半导体模块100将电连接到印刷电路板200。出于该目的，如图2B的选择性放大中可见，印刷电路板200配备有形成于印刷电路板200的导体轨道22中的多个接触开口21。在本发明的意义上，每个导体轨道22与相应接触开口21一起形成将连接到第一连接器1之一的第二连接器2。功率半导体模块100可以简单地通过将第一连接器1按入相应开口21中来连接到印刷电路板200。进一步焊接或者熔接是可能的但是并非必需的。
也如从图2B可见，每个第一连接器1提供有如下开口11：在将功率半导体模块100装配到印刷电路板200之前，夹子元件3可以插入于该开口中。例如，夹子元件3可以形成为闭环。然而可以改为使用设计为开环的夹子元件3’。夹子元件3和夹子元件3’两者由于它的环形状而分别以孔隙（clearance）31和31’为特征。夹子元件3和3’生成如下接触压力，第一连接器1和第二连接器2由于该接触压力而彼此相抵按压，使得保障在第一连接器1与第二连接器2之间的紧密电接触。
图3A是另一功率半导体模块100在借助于螺丝5装配到印刷电路板200和散热器300之前的侧视图。功率半导体模块100在它的顶部侧上配备有如参照图1A、1B、2A和2B已经描述的设计为分叉压合连接器的多个第一连接器1。每个第一连接器1提供有环形夹子元件3插入于其中的开口11。通过将印刷电路板200、功率半导体模块100和散热器300拧紧在一起，每个第一连接器1按入印刷电路板200的印刷电路板轨道的对应开口21中。为了由此均匀分布由螺丝5生成的压力，可选推力片400可以布置于印刷电路板200与螺丝5之间。当第一连接器1按入开口21中时，预拉伸连接器1和插入于第一连接器1的开口11中的夹子元件3，使得夹子元件3生成用作如下接触压力的向后压力，第一连接器和第二连接器由于该接触压力而彼此相抵按压并且保障在第一连接器1与第二连接器2之间的电接触。
在图3A的视图中，开口21被隐藏，因此用虚线来表明。这同样适用于推力片400的螺丝通道401、印刷电路板200的螺丝通道201、功率半导体模块100的螺丝通道101和散热器300的螺纹孔301。可选地，导热膏可以布置于功率半导体模块100与散热器300之间。图3B示出了在组装状态下的图3A的部件。
图4A是功率半导体模块的压合连接器1的横截面图。压合连接器1提供有如下开口11：如图4B中所示，夹子元件3可以插入于该开口中。这样的连接器1可以用作如参照图1A、1B、2A、2B、3A和3C说明的第一连接器1。
图5A示出了设计为多级压合连接器（即连接器表现布置于不同级的不止一个压合接触区段）的压合连接器1的又一示例。相同连接器1的所有压合接触区段彼此电连接。然后，每个压合接触区段提供有开口21。在这一示例中，每个压合接触区段设计为分叉。如图5B中所示，夹子元件3可以插入于每个开口21中。
图6A是功率半导体模块100的如下节段的侧视图，该节段提供有两个第一连接器1。每个第一连接器1电连接到带状线2。出于这一目的，每个第一连接器1与锥形夹子元件3一起插入于相应带状线2的开口中。在图6B至6D中图示了将第一连接器1连接到相应带状线2的方式。如图6B的横截面图中可见，提供第一连接器1、带状线形式的第二连接器2和锥形夹子元件3。带状线2以如下开口21为特征，第一连接器1的一端可以插入于该开口中以便实现如图6C中所示的布置。然后在相同开口21中插入锥形夹子元件3，使得如图6D中所示，它生成如下接触压力，第一连接器1和第二连接器2由于该接触压力而彼此相抵按压，并且使得保障在第一连接器1与第二连接器2之间的紧密电接触。
为了进一步减少在第一连接器1与第二连接器2之间的电接触电阻，夹子元件3可以由导电材料制成。如果希望提高夹子元件3的弹性，则它可以提供有如图7中所示的孔隙31。在其中夹子元件3插入于第二连接器2的开口21中的状态下，夹子元件3的孔隙31可以至少部分地布置于第二连接器2的开口21内。
在许多应用中，电器件可以借助于如参照示例图6B、6C、6D或者7所示的若干连接（即需要多个夹子元件3）而连接到另一电器件。为了有助于组装和/或拆卸在这些器件之间的电连接，两个或者更多夹子元件3可以装配于共同载体500上，使得夹子元件3可以同时插入于第二连接器2的相应开口21中。图8A和图8B的对应横截面图图示了多个夹子元件3装配到其底部的这样的共同载体500的示例。
如从图8C和8D可见，功率半导体模块100的多个第一接触1可以插入于又一器件（例如带状线2）的电接触开口21中。随后，布置于共同载体500上的锥形夹子元件3可以同时插入于对应接触开口21中，从而导致图8E的布置。
为了拆卸图8E的布置，可转动杠杆501可以朝着带状线2和功率半导体模块100移动，由此与带状线2相抵拉紧（brace）。备选地，可以设计可转动杠杆501，使得它们在朝着功率半导体模块100转动时与功率半导体模块100相抵拉紧。以这一方式继续，如图8G中所示，从相应第一开口21抽取出夹子元件3并且带状线2可以从功率半导体模块100断开。任意其它器件而不是带状线2可以以相同方式连接到功率半导体模块100并且从功率半导体模块100断开。
前文参照在功率半导体模块100与印刷电路板200之间或者在功率半导体模块100与带状线2之间的电连接示例性地描述了不同连接系统。然而可以以相同方式连接任意其它器件。第一连接器1和第二连接器2的形状可以变化，只要实现所描述的生成如下接触压力的效果，第一连接器1和第二连接器2由于该接触压力而彼此相抵按压。
为了减少在第一连接器1与对应第二连接器2之间的电阻，夹子元件3可以导电。例如，夹子元件3可以在300K的温度具有少于12μΩ·cm或者少于3μΩ·cm或者少于2μΩ·cm的比电阻。
如根据上文示例清楚的那样，在第一连接器1与第二连接器2之间的连接可以摩擦锁定但是未形配锁定（form-locked）。备选地，这样的连接可以摩擦锁定并且形配锁定。另外，在第一连接器1与第二连接器2之间的电连接无需任何焊接、熔接或者粘接。
为了方便描述起见，使用诸如“之下”、“下面”、“下”、“之上”、“上”等的空间相对术语以说明一个元件相对于第二元件的定位。这些术语旨在除了与图中描绘的定向不同的定向之外还涵盖器件的不同定向。另外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用来描述各种元件、区域、节段等并且也并非旨在进行限制。同样的术语在整个描述中指代同样的元件。
如这里所用，术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是表明存在所述的元件或者特征但是并未排除附加元件或者特征的开放式术语。除非上下文另外清楚表明，冠词“一个”、“一种”和“该”旨在包括复数以及单数。
了解上述变化和应用范围，应当理解本发明不受前文描述限制也不受附图限制。作为替代，本发明仅由所附权利要求及其法律等效物限制。

Claims (25)

1.一种用于电连接电子器件的连接系统，所述连接系统包括导电第一连接器、导电第二连接器和夹子元件，其中：
所述第一连接器可插入于所述第二连接器中；
所述第一连接器或者所述第二连接器包括第一开口；
所述夹子元件被设计成插入于所述第一开口中并且在它的插入状态下生成接触压力，所述第一连接器和所述第二连接器由于所述接触压力而彼此相抵按压，使得保障在所述第一连接器与所述第二连接器之间的电接触。
2.如权利要求1所述的连接系统，其中所述夹子元件即使在其中所述第一连接器未插入于所述第二连接器中的状态下仍然以受捕获的方式可插入于所述第一开口中。
3.如权利要求1所述的连接系统，其中所述夹子元件是表现闭环形状或者开环形状的弹簧环。
4.如权利要求1所述的连接系统，其中所述夹子元件包括锥形节段。
5.如权利要求1所述的连接系统，其中所述夹子元件包括孔隙。
6.如权利要求5所述的连接系统，其中在当所述夹子元件插入于所述第一开口中使得它生成所述接触压力时的状态下，所述孔隙至少部分地布置于所述第一开口内。
7.如权利要求1所述的连接系统，其中所述第一连接器由铜形成或者包括重量百分比至少为99.8%的铜。
8.如权利要求1所述的连接系统，其中所述夹子元件为导电。
9.如权利要求1所述的连接系统，其中所述夹子元件在300K的温度具有少于12μΩ·cm或者少于3μΩ·cm或者少于2μΩ·cm的比电阻。
10.如权利要求1所述的连接系统，其中：
所述第一连接器插入于所述第二连接器中；
所述夹子元件插入于所述第一开口中并且生成所述接触压力，所述第一连接器和所述第二连接器由于所述接触压力而彼此相抵按压，使得保障在所述第一连接器与所述第二连接器之间的电接触。
11.如权利要求10所述的连接系统，其中所述第一连接器和所述第二连接器表现摩擦锁定但是未形配锁定的电连接。
12.一种功率半导体模块系统，包括功率半导体模块、可电连接到所述功率半导体模块的电部件、导电第一连接器、导电第二连接器和夹子元件，其中：
所述第一连接器可插入于所述第二连接器中；
所述第一连接器或者所述第二连接器包括第一开口；
所述夹子元件被设计成插入于所述第一开口中并且在它的插入状态下生成接触压力，所述第一连接器和所述第二连接器由于所述接触压力而彼此相抵按压，使得保障在所述第一连接器与所述第二连接器之间的电接触；
所述第一连接器为所述功率半导体模块的部分而所述第二连接器为所述电部件的部分，或者所述第二连接器为所述功率半导体模块的部分而所述第一连接器为所述电部件的部分。
13.如权利要求12所述的功率半导体模块系统，其中所述电部件为带状线或者印刷电路板。
14.如权利要求12所述的功率半导体模块系统，包括抽取器件，所述夹子元件装配到所述抽取器件并且所述抽取器件被设计成从所述第一开口抽取出所述夹子元件。
15.如权利要求14所述的功率半导体模块系统，其中所述抽取器件包括可转动杠杆，所述可转动杠杆被设计成如果所述杠杆朝着所述功率半导体模块转动则与所述电部件相抵或者与所述功率半导体模块相抵拉紧。
16.如权利要求12所述的功率半导体模块系统，其中所述夹子元件为导电。
17.一种功率半导体模块系统，包括：
功率半导体模块，具有导电连接器，所述导电连接器用于电连接所述功率半导体模块与另一电器件并且包括开口；以及
夹子元件，可插入或者插入于所述开口中。
18.一种用于连接导电第一连接器和导电第二连接器的方法，包括以下步骤：
提供用于电连接电子器件的连接系统，所述连接系统包括导电第一连接器、导电第二连接器和夹子元件，其中所述第一连接器可插入于所述第二连接器中，并且其中所述第一连接器或者所述第二连接器包括第一开口；
将所述夹子元件插入于所述第一开口中。
19.如权利要求18所述的方法，其中在将所述夹子元件插入于所述第一开口中的步骤之前所述第一连接器插入于所述第二连接器中。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述夹子元件是表现闭环形状或者开环形状的弹簧环。
21.如权利要求18所述的方法，其中在将所述夹子元件插入于所述第一开口中之后所述第一连接器插入于所述第二连接器中。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述夹子元件包括锥形节段。
23.如权利要求18所述的方法，其中所述夹子元件包括孔隙。
24.如权利要求18所述的方法，其中所述夹子元件为导电。
25.一种用于电连接功率半导体模块和电部件的方法，包括以下步骤：
提供功率半导体模块系统，所述功率半导体模块系统包括功率半导体模块、可电连接到所述功率半导体模块的电部件、导电第一连接器、导电第二连接器和夹子元件，其中：
      - 所述第一连接器可插入于所述第二连接器中；
      - 所述第一连接器或者所述第二连接器包括第一开口；
      - 所述第一连接器为所述功率半导体模块的部分而所述第二连接器为所述电部件的部分，或者所述第二连接器为所述功率半导体模块的部分而所述第一连接器为所述电部件的部分；
将所述夹子元件插入于所述第一开口中，使得生成接触压力，所述第一连接器和所述第二连接器由于所述接触压力而彼此相抵按压，使得保障在所述第一连接器与所述第二连接器之间的电接触。
CN201110446164.3A 2010-12-28 2011-12-28 用于电连接电子器件的连接系统 Active CN102593089B (zh)

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