CN107634042B - 功率电子开关装置及其功率半导体模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及功率电子开关装置及其功率半导体模块。该开关装置和功率半导体模块被配置为具有基底、布置在其上的功率半导体组件、以及负载连接装置，其中基底包含相互电绝缘印刷导体，其中优选地用于AC电势的负载连接装置包括至少两个局部连接装置，所述至少两个局部连接装置具有相互对应的接触表面，所述至少两个局部连接装置以压紧配合或实质性键合的方式并且在接触表面上以导电的方式来被互连，其中第一局部连接装置具有被压紧配合或实质性键合到基底的印刷导体的第一接触装置，并且其中第二局部连接装置具有用于负载连接装置的进一步连接——优选地为外部连接的第二接触装置。

Description

功率电子开关装置及其功率半导体模块
技术领域
本发明描述了一种功率电子开关装置，该功率电子开关装置具有至少一个基底以及布置在其上的至少一个功率半导体组件，并且具有用于功率半导体模块与所述开关装置的进一步的具体地外部连接的负载连接装置。
背景技术
具有至少一个基底的功率半导体模块的配置通常是现有技术中公知的。功率半导体组件被布置在其上并且被内部键合以例如通过引线键合来形成电路。对于外部连接，这种类型的功率半导体模块提供有多个负载连接装置，这多个负载连接装置常规地被配置为以导电的方式与基底相键合的平面金属模制品。这些负载连接装置进一步提供有用于功率半导体模块的外部连接的接触装置。
不利的是，在许多情况下，特别是就硬度而言，对于相应负载连接元件与基底接触的材料要求与管理外部连接的那些要求不同。例如，为了通过熔焊将负载连接元件键合到基底，需要比适于外部连接更低硬度的材料，外部连接通常被配置为螺纹连接。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的目的是公开一种功率电子开关装置以及一种功率半导体模块，其每一个具有最适合于相应要求的负载连接装置。
根据本发明，该目的是由具有相应权利要求所述的特征的功率电子开关装置以及具有如相应权利要求所述的特征的功率半导体模块实现的。在相关从属权利要求中描述了优选形式的实施例。
根据本发明的功率电子开关装置被配置为具有基底、布置在其上的功率半导体组件、以及负载连接装置，其中基底包含互相电绝缘印刷导体，其中优选地用于AC电势的负载连接装置包括至少两个局部连接装置，所述至少两个局部连接装置具有相互对应的接触表面，并且所述至少两个局部连接装置具有相互对应的接触表面以压紧配合或实质性键合的方式以及在接触表面上以导电的方式来被互连，其中第一局部连接装置具有被压紧配合或实质性键合到基底的印刷导体的第一接触装置，并且其中第二局部连接装置具有用于负载连接装置的进一步连接——优选地为外部连接的第二接触装置。
优选地，所述实质性键合的连接中的至少一种被配置为优选的常规粘合的、钎焊的、烧结的、或熔焊的接头，其中术语熔焊的接头还应被理解为包括激光熔焊的接头和激光辅助熔焊的接头。具体地说，如果施加激光辐射的表面具有会导致吸收激光辐射的至少10％，特别是至少25％的粗糙度，这是有利的。
同样优选的是如果所述压紧配合连接中的至少一种被配置为优选的常规钳接的、铆接的、夹紧的、或螺纹的连接。
按照维氏硬度标度，如果第一局部连接装置具有的硬度比第二局部连接装置的硬度低至少3级，优选地至少5级、优选地至少10级，但优选的不超过25级，则是特别有利的。应当理解的是维氏硬度是通过标准方法测定的以对其确定。具体地说，如果第一局部连接装置的硬度为30HV至60HV并且第二局部连接装置的硬度为50HV至90HV，则这是有利的。
有利地，第一或第二局部连接装置或这两者由铜或铝组成，或者由主要是由这两种金属中的一个构成的合金组成的，即比例超过80质量％。
此外，第一或第二局部连接装置或这两者可优选地包含用于定向电流传导或电流平衡的槽型凹陷部，具体地说，提供了多个基底的凹陷部。
根据本发明，功率半导体模块被配置为具有上述电子开关装置以及壳体，其中第二局部连接装置通过后者的布置有第二接触装置的凹陷部从壳体突出。
首先，如果功率半导体模块具有其上布置有基底并被壳体包围的基础板，这是优选的。第二，如果功率半导体模块被配置为布置在冷却系统上并且基底被壳体包围，这是优选的。
自然地，如果不排除本身，则可在相应功率电子开关装置或功率半导体模块中以复数形式提供以单数指定的特征，特别是基底和功率半导体组件以及负载连接装置。
应当理解的是，为了实现改进，本发明的各种配置可单独地或以可选的组合来执行。
具体地说，在不脱离本发明的范围的情况下，前述以及下文中所指定和描述的特征不仅能够以所指示的组合被采用，而且能够以其它组合或孤立地被采用，而与它们是在功率电子开关装置的上下文中指定还是在功率半导体模块的上下文中指定无关。
附图说明
为了阐明本发明，有利细节和特征从以下对图1至图4所示的示例性实施例的描述进行。
图1示出了根据本发明的开关装置的负载连接装置的三维分解图。
图2示出了根据本发明的开关装置及冷却系统上的其布置的分解图。
图3示出了根据本发明的第一功率半导体模块。
图4示出了根据本发明的第二功率半导体模块。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的开关装置的负载连接装置3的三维分解图。在这种情况下，该负载连接装置3是由两个局部连接装置30、40组成的，其中在不失一般性的情况下，第一局部连接装置30在这里提供有用于形成与基底的导电键合的三个第一接触装置36。在这种类型的基底上，布置了印刷导体，在该印刷导体上布置有至少一个功率半导体组件并且与其相连以形成电路。因此，与基底的接触应理解为包括与功能半导体组件间接或直接电接触。在为此目的第一接触装置与印刷导体没有任何接触的情况下，还可以存在与功率半导体组件的接触表面直接接触。
在这种情况下，第一局部连接装置30被配置为通过冲压弯曲技术所形成的具有材料厚度为4mm的表面涂层的铜模制件。第一局部连接装置30的铜具有50HV的维氏硬度。此外，第一局部连接装置30包括用于与第二局部连接装置40机械且导电键合的第一接触表面32。
在这种情况下，第二局部连接装置40被配置为通过冲压弯曲技术所形成的具有材料厚度为6mm的表面涂层的铜模制件。第二局部连接装置40的铜具有65HV的维氏硬度。此外，第二局部连接装置40包括用于与第一局部连接装置30的对应第一接触表面32机械且导电键合的第二接触表面42。
对于这两个局部连接装置30、40的连接34、44，这里表示了两个变型。首先，在第二接触表面42的平面区域中，第二局部连接装置40提供有金属销440，该金属销440穿过第一局部连接装置30中的对应凹陷部340，并且因而被配置为形成铆接连接。第二，同样地在接触表面32、42的平面区域中，第一和第二局部连接装置30、40包含其被配置为容纳螺纹连接的相互关联的凹陷部342、442。
此外，第二局部连接装置40具有用作负载连接装置的进一步连接的第二接触装置46，参看图3和图4。在这种情况下，第二接点装置46包含被配置为通孔的两个凹陷部460，用于使螺丝通过以形成螺纹连接。该配置常规地用于功率半导体模块的负载连接装置。
图2示出了根据本发明的开关装置1及冷却系统7上的布置的分解图。在这种情况下，开关装置1具有基本上是上述类型的具有三个印刷导体20的常规基底2，其中为了清楚起见没有示出功能半导体组件并且没有示出内部连接装置。在这种配置中，将基底2直接布置在冷却系统7上，在适用的情况下插入导热中间层。
负载连接装置3转而是由两个局部连接装置30、40组成的，其中第一局部连接装置30具有用于与基底2的三个印刷导体20导电键合的三个第一接触装置36。第一接触装置36通过熔焊连接而实质性键合到印刷导体20。第一局部连接装置30在其相反侧上还具有用于形成与第二局部连接装置40的对应第二接触表面42导电键合的第一接触表面32，该第一接触表面32在实施中是不可见的，但是为了阐明本发明而示出。
第二局部连接装置40具有弯曲边缘462以及与其相邻的具有凹陷部460的第二接触装置46的区域。根据功率半导体组件的布置，参看图3和图4，第二局部连接装置40远离该弯曲边缘462地倾斜。
在这种情况下，两个局部连接装置30、40在对应的接触表面30、42的区域中通过激光熔焊接头344、444以材料键合的方式机械互连。这些接触表面30、42同时用于在两个局部连接装置30、40之间形成导电键合34、44，并且从而电流在第一局部连接装置30的第一接触装置36与第二局部连接装置40的第二接触装置46之间流动。
此外，第一局部连接装置30具有T形凹陷部38，在这种情况下，该T形凹陷部38被布置在第一接触表面32的区域中以及中心第一接触装置36的上方，但这不是必须的。该凹陷部38的功能是电流传导，特别是在这种情况下从第一接触装置36到第二局部连接装置40的电流路径的中心延伸。在第一局部连接装置的不对称配置中，这种类型的插槽还可在单个第一接触装置的电流路径中执行电流平衡功能。第一局部连接装置30中的T形凹陷部38与第二局部连接装置40中的对应凹陷部48相关联，其中，这些凹陷部38、48以所述方式协作，并且确定来自或者去往中心第一接触装置的电流路径。
图3示出了根据本发明的第一功率半导体模块10，该第一功率半导体模块10在不失一般性地情况下具有通过钎焊连接而布置在基础板6上的三个基底20，以及同样布置在基础板6上并且包围基底2的壳体5。还示出了由下述两个局部连接装置30、40组成的负载连接装置3，所述两个局部连接装置30、40被基本上配置为如参考图2所描述的，但是不具有用于电流传导的槽型凹陷部。
在这种情况下，通过钎焊将第一局部连接装置30的三个第一接触装置36键合到基底2的印刷导体20。第二局部连接装置40通过壳体中的凹陷部50突出并且从此突出到布置了第二接触装置46的外部，在该表示中，第二接触装置46不沿着弯曲边缘462倾斜。
此外，为了阐明本发明，示出了实际中在视图中不可见的第一和第二局部连接装置30、40的对应接触表面32、42。在这些接触表面32、42上，再次通过激光熔焊344，配置了局部连接装置30、40之间的机械连接34并且由此的导电接触。
图4示出了根据本发明的第二功率半导体模块10，该第二功率半导体模块10基本上与图3中所示的相对应。作为区别，在这种情况下，第一接触装置36与基底2的印刷导体20之间的键合被分别配置为压力烧结连接。在这种情况下，两个局部连接装置30、40之间的连接34被配置为通过钳接接头346。然而，相应连接的基本功能不会由其配置改变。
该功率半导体模块10是无基础板模块，其中基底2常规地直接布置在冷却系统7上，其中插入薄的导热中间层，并且被壳体5包围。
此外，第二局部连接装置40在图3所示的其弯曲边缘462处倾斜，以便接触装置46在附图平面中定向在此。

Claims (9)

1.一种功率电子开关装置，所述功率电子开关装置具有基底、被布置在所述基底上的功率半导体组件、并且具有负载连接装置，
其中，所述基底包含相互电绝缘的印刷导体，
其中，所述负载连接装置包括至少两个局部连接装置，所述至少两个局部连接装置具有相互对应的接触表面，并且所述至少两个局部连接装置以压紧配合或实质性键合的方式并且在这些接触表面上以导电的方式来被互连，
其中，第一局部连接装置具有被压紧配合或实质性键合到所述基底的所述印刷导体的第一接触装置，并且
其中，第二局部连接装置具有用于负载连接装置的进一步连接的第二接触装置，
其中，按照维氏硬度标度，所述第一局部连接装置具有的硬度比所述第二局部连接装置的硬度低至少3级。
2.根据权利要求1所述的开关装置，其中，
所述实质性键合的连接中的至少一种被配置为粘合的、钎焊的、烧结的、或熔焊的接头。
3.根据权利要求1所述的开关装置，其中，
所述压紧配合的连接中的至少一种被配置为钳接的、铆接的、夹紧的、或螺纹的连接。
4.根据权利要求1所述的开关装置，其中，
所述第一局部连接装置具有30HV至60HV的硬度，并且
所述第二局部连接装置具有50HV至90HV的硬度。
5.根据权利要求1所述的开关装置，其中，
所述第一局部连接装置或第二局部连接装置或这两者是由铜或铝组成的，或者是由合金组成的，该合金主要是由这两种金属中的一个构成的。
6.根据权利要求1所述的开关装置，其中，
所述第一局部连接装置或第二局部连接装置或这两者包含用于定向电流传导或电流平衡的槽型凹陷部。
7.一种功率半导体模块，其具有根据权利要求1至6中的任一项所述的电子开关装置并且具有壳体，其中，
所述第二局部连接装置通过所述壳体中的被布置有所述第二接触装置的凹陷部突出。
8.根据权利要求7所述的功率半导体模块，其中，
所述功率半导体模块具有基础板并且被所述壳体包围，在所述基础板上布置有所述基底。
9.根据权利要求7所述的功率半导体模块，其中，
所述功率半导体模块被配置为布置在冷却系统上，并且所述基底被所述壳体包围。
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