CN110534493B - 具有塑料模制件和负载端子元件的模块和功率半导体器件 - Google Patents
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Abstract
公开了一种具有塑料模制件和负载端子元件的模块和功率半导体器件。模块构造有塑料模制件和多个负载端子元件，其中每个负载端子元件都构造为层状金属模制件，其具有以彼此相对的方式布置的第一主表面和第二主表面，具有以彼此相对的方式布置的第一副表面和第二副表面，其中副表面与主表面连接，且具有端子区段，其中塑料模制件构成多个通道(20)，且另外还构成基部组件、第一边缘组件和第二边缘组件和分离组件，其中在没有材料结合的情况下相应的负载端子元件的至少很大比例被布置在关联通道中，使得第一主表面和第二主表面以及第一副表面面向通道的内侧，且分离组件的相应高度比与分离组件相邻布置的、具有较小宽度的负载端子元件的宽度大。
Description
技术领域
本发明描述了一种模块，其具有塑料模制件和功率半导体器件的多个负载端子元件，其中每个相应的负载端子元件都被构造为层状金属模制件。按照现有技术的惯例，例如根据国际标准，这些负载端子元件需要包含最小的“电气间隙和爬电距离”，以便确保电气安全性。本发明还描述了一种功率半导体器件，其具有该类型的模块并具有功率电子开关器件。
背景技术
作为现有技术的示例，DE 10 2006 006 423 A1公开了一种具有压力接触设计的功率半导体模块，以及一种用于将该功率半导体模块组装在冷却组件上的关联生产过程。在这种情况下，负载端子元件被构造为金属模制件，其具有至少一个接触元件、带状区段和源自该带状区段的接触凸耳。相应的带状区段与基板表面平行布置，并且与基板表面构造有电气间隙。接触凸耳从该带状区段延伸到基板，并相应地接触基板。负载端子元件构成堆，其中弹性中间层被布置在相应带状区段的区域中的相应的邻近的负载端子元件之间。
作为来自现有技术的示例，DE 10 2006 027 481 A1公开了一种用于组装在冷却组件上的功率半导体模块，其具有基板、至少两个布置在其上的功率半导体元件、外壳以及向外布线的负载和控制端子元件。该基板包括绝缘主体，其中在该绝缘主体的面向功率半导体模块内部的第一主侧上布置有承载负载电位的印刷导体。负载端子元件被分别构造为金属模制件，其具有外部接触器件、带状区段和源自该带状区段的内部接触器件。内部接触器件从带状区段延伸到基板，并相应地接触该基板。此外，除了所述外部接触器件和所述内部接触器件的区域之外，负载端子元件被完全包围在绝缘材料中，因此所述负载端子元件相互电绝缘。
发明内容
在上述情况下，本发明的目的是，公开一种用于功率半导体器件的多个负载端子元件的相互电绝缘的模块，以及这种功率半导体器件本身，其中相对于现有技术，简化了组装。
根据本发明，通过具有以下特性的模块来实现该目的。
根据本发明的模块构造有塑料模制件和功率半导体器件的多个负载端子元件，其中每个负载端子元件都被构造为层状金属模制件，其具有以彼此相反的方式布置的第一主表面和第二主表面，并且具有以彼此相反的方式布置的第一副表面和第二副表面，其中所述副表面连接主表面，并切所述负载端子元件具有第一端子区段，其中塑料模制件构成多个通道20，并且所述负载端子元件另外还具有基部组件、第一边缘组件和第二边缘组件以及分离组件，其中，在没有材料结合的情况下，相应的负载端子元件的很大比例被布置在关联通道中，使得第一主表面和第二主表面以及第一副表面面向通道的内侧，并且，其中分离组件的相应高度比与该分离组件相邻布置的、具有较小宽度的负载端子元件的宽度大。
负载端子元件能够意图并被构造成承载DC电势或AC电势，并且能够意图用于功率半导体器件，该功率半导体器件优选是被构造为两电平、三电平或多电平电流转换器。
术语“高度”应被理解为从通道的基部测量的高度。术语“宽度”应被理解为两个副表面之间的最大相应延伸。
替代地，能够优选的是，塑料模制件由来自如下材料组中的材料构成，所述材料组包括特别是肖氏A硬度在30和90之间，优选在55和70之间的弹性体，优选硅橡胶，特别地热稳定的硅橡胶。
作为另一种替选，也能够优选的是，塑料模制件由来自如下材料组中的材料构成，所述材料组包括聚烯烃，特别是改性PTFE，优选填充PTFE，特别是硅酸盐填充PTFE。
特别有利的是，分离组件的相应高度至少和与其相邻地布置的具有更大宽度的负载端子元件的宽度一样大。
还优选的是，负载端子元件的主要区段包括整个负载端子元件的长度的至少40％，优选是包括至少60％，并且特别优选是包括至少80％。
有利的是，如果边缘组件或分离组件中的一个或两者包括第一舌部，该第一舌部覆盖所述负载端子元件中的一个负载端子元件的第二副表面的一个区段，并且优选地也覆盖邻近的边缘组件或另一分离组件。当然，多个边缘组件或分离组件也能够包括该类型的舌部。
另外优选的是，如果所述负载端子元件中的一个负载端子元件包括第二舌部，该第二舌部覆盖其它所述负载端子元件中的一个负载端子元件的第二副表面的一个区段，并且优选地也覆盖邻近的边缘组件或另一分离组件，其中第一舌部被布置在所述其它负载端子元件和该第二舌部之间。当然，多个其它负载端子元件也能够由第一舌部和第二舌部所覆盖。
特别有利的是，如果边缘组件或分离组件中的一个或两者包括止挡装置，该止挡装置被构造成限制在负载端子元件的关联通道内布置的该负载端子元件离开所述通道的任何移动，即限制远离基部组件的任何移动。当然，不只一个边缘组件或不只一个分离组件也能够包括对应的止挡装置。
另外，所述负载端子元件中的一个负载端子元件能够包括偏置件，该偏置件优选是布置在通道中。
根据本发明，通过具有以下特性的功率半导体器件来进一步满足上述目的。
根据本发明的功率半导体器件由具有塑料模制件和多个负载端子元件的上述模块以及功率电子电路构成，其中所述模块被布置在功率半导体器件的外壳或冷却装置的定位器中。
冷却装置优选是被构造为空气冷却装置或流体冷却装置。
也能够优选的是，功率电子开关器件被构造为具有专用外壳的功率半导体模块。替代地，该开关器件也能够是更复杂的半导体系统的子模块。
当然，除了非明确排除或本身排除，或与本发明的概念相反之外，否则以单数形式指定的任何特征或特征组(例如相应的端子区段，特别是分离组件)在根据本发明的模块中或在功率半导体器件中都能够以复数形式存在。
应理解的是，本发明的各种构造，无论它们是与模块关联描述还是与功率半导体器件关联描述，都能够单独地或以任何期望的组合来执行，以便实现改进。具体地，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征以及下文中指示和描述的特征不仅能够被应用于所指示的组合中，而且能够被应用于其它组合中或被单独应用。
附图说明
对本发明、有利细节和特性的进一步说明从本发明的示例性实施例的以下描述或者其相应的元件进行，所述示例性实施例在图1至7中示意性地表示。
图1示出了根据本发明的第一模块。
图2示出了根据本发明的第二模块。
图3和4示出了根据本发明的在配合有各种组件的情况下的第三模块。
图5示出了根据本发明的第四模块的塑料模制件。
图6和7示出了根据本发明的第四模块。
图8示出了根据本发明的功率半导体器件，其具有根据本发明的第四模块。
具体实施方式
图1以横截面图示出了根据本发明的第一模块1。示出塑料模制件2，其由硅橡胶构成，更具体地是由交联液体硅橡胶或LSR构成。在该构造中，塑料模制件2形成三个通道20，其中第一边缘组件24和第二边缘组件26从基部组件220的两侧垂直地向上凸出，并且在这些边缘组件24、26之间，两个分离组件28同样垂直地向上凸出到相同高度280。高度280是在通道20的内侧200上、从基部组件220到边缘组件24、26或分离组件28的端部测量的。以纯示例性方式，并且在不失一般性情况下，第二边缘组件26还包括呈模制凸耳32形式的止挡装置。因此，凸耳32凸出到通道20的内部中。
在每个通道20中，布置有根据现有技术的常规材料的负载端子元件4，其被构造为层状金属模制件，该金属模制件具有以彼此相反的方式布置的第一主表面420和第二主表面422。该金属模制件还包括以彼此相反的方式布置的第一副表面440和第二副表面442，其中这些副表面分别连接所述主表面。因此，负载端子元件4具有矩形横截面。
每个负载端子元件4都被布置在相关通道20中，并且在其中沒有在材料上结合。主表面420、422分别面向边缘组件24、26或分离组件28，而第一副表面440面向基部组件220。因此，相应的负载端子元件4在三侧上面向通道20的内侧200。第二边缘组件26上的凸耳32提供了布置在负载端子元件4的关联通道20中的形状配合附接。替代地，但另外地，负载端子元件4也能够被摩擦锁定在相应的关联通道中，其中在塑料模制件2的制造中，通道20被构造成与负载端子元件4从第一副表面420到第二副表面422的延伸部分相比宽度稍窄。
在根据本发明的模块1的该第一构造中，所有负载端子元件4都具有相同宽度480(即，在副表面440、442之间的相同延伸)。同样地，根据本发明，每个分离组件28的相应的高度280都比两个邻近的负载端子元件4的宽度480大。
图2示出了根据本发明的第二模块1，其中塑料模制件2和负载端子元件4的基本构造与图1中所示的基本构造相同。作为区别，中心负载端子元件4具有较小宽度480。根据本发明，在这种情况下，左侧分离组件28的高度280比是与其邻近的具有较小宽度的中心负载端子元件4的宽度480大。此外，在这种情况下，左侧分离组件28的高度280甚至比具有更大宽度480的右侧负载端子元件4的宽度480大。该构造优于最低要求。
图3和4示出了根据本发明的在配合有各种组件的情况下的第三模块1。在图3中，仅表示三个负载端子元件4中的两个负载端子元件4，所述两个负载端子元件对应于在模块1完成之前(即，在关联通道20中布置所有负载端子元件4之前)的制造步骤。在图4中，缺失的右侧负载端子元件4就位，并被示出。
与图3中所示的塑料模制件相比，处于该构造的塑料模制件2包括呈第一舌部30形式的进一步发展。虽然该第一舌部30与第一分离组件28一体地形成，但是在该构造中，该第一舌部30被构成宽度小于第一分离组件28。在塑料模制件2的生产中，处于该构造的第一舌部30与右侧分离组件28对准。由于塑料模制件2的材料成分，第一舌部30是柔性的，并且第一舌部30因此被设计成弯曲的。
通过右侧负载端子元件4的布置(该右侧负载端子元件4又包括第二舌部50)，塑料模制件2的第一舌部30弯曲，并因此覆盖在左侧与第一舌部30相邻布置的、包括其第二副表面442的负载端子元件4，以及该区域中的整个塑料模制件2，即第一边缘组件24和左侧分离组件28。也能够通过参考图5和6观察第一舌部30和第二舌部50的基本功能。
图5示出了根据本发明的第四模块的塑料模制件2的三维视图。在这种情况下，塑料模制件2包括三个通道20，虽然所述三个通道20具有不同的长度，但是高度相等。具体地，中心通道20的轮廓包括直角弯头。原则上，通过硅橡胶的塑料模制件2的构造，通道20的轮廓能够以高度柔性的方式被构造。
进一步表示的是两个第一舌部30，它们与图3中所示的那些舌部相类似。这里，这些第一舌部30再次与关联的分离组件28一体地形成，并且只要没有在通道20中布置负载端子元件，这些第一舌部30就与所述关联的分离组件28对齐。
图6和7示出了根据本发明的该第四模块。图6示出了三维视图，其与图5中所示的三维视图相类似，而图7示出了沿图6中的截面线A-A截取的截面图。
图6示出了布置在塑料模制件2的关联通道20中的三个负载端子元件4。如上所述，这些负载端子元件4被构造为层状金属模制件，其具有两个主表面和两个副表面，并且在这种情况下，这些负载端子元件4分别为包括端子区段46，端子区段46被构造为螺钉开口。每个负载端子元件4的第二舌部50都分别用作另一端子区段。
塑料模制件2的相应的第一舌部30被分配到相应的第二舌部50，第二舌部50覆盖另一负载端子元件4的第二副表面，以便提供必要的电绝缘。相应的第一舌部30被构造成与关联的第二舌部50相比，宽度更宽。因此，该布置的尺寸实际上类似于分离部件的高度相对于负载端子元件的宽度的尺寸。换句话说，第一舌部30比第二舌部50宽，并且分别凸出超过第二舌部50的两侧。此外，通过图7中的表示进一步阐明了该构造。
相应的负载端子元件4的长度的很大一部分(在这种情况下是超过80％)被布置在塑料模制件2的关联通道20中。所有三个负载端子元件4还包括直角偏置件48，其被布置在关联通道20的弯曲处。
图8以三维截面图示出了根据本发明的具有根据本发明的第四模块1的功率半导体器件8。示出了功率半导体器件8的具有两个定位器800、802的流体冷却装置80。在一个定位器800中，布置了上述模块1，而在另一定位器802(但此处未示出)中布置了三电平功率电子开关器件。每个负载端子元件4的第二舌部50都接触该开关器件的三个DC电压端子——正极端子、中性点端子和负极端子。
为了清楚起见，这里已经省略了AC电压端子和其它组件的表示。
在这种情况下，在图6中的平面B-B处表示模块1的截面图。
Claims (13)
1.一种具有塑料模制件(2)和功率半导体器件的多个负载端子元件(4)的模块(1)，其中每个负载端子元件(4)都被构造为层状金属模制件，所述金属模制件具有以彼此相反的方式布置的第一主表面(420)和第二主表面(422)，并且具有以彼此相反的方式布置的第一副表面(440)和第二副表面(442)，其中所述副表面连接所述主表面(420、422)，并且所述金属模制件具有端子区段(46)，
其中所述塑料模制件(2)构成多个通道(20)，并且另外还构成基部组件(22)、第一边缘组件(24)和第二边缘组件(26)，以及分离组件(28)，
其中，在没有材料结合的情况下，至少很大比例的相应的负载端子元件(4)被布置在关联的通道(20)中，使得所述第一主表面(420)和第二主表面(422)以及所述第一副表面(440)面向所述通道(20)的内侧(200)，并且
其中所述分离组件(28)的相应高度(280)比与所述分离组件(28)相邻布置的、具有较小宽度的所述负载端子元件(4)的宽度(480)大。
2.根据权利要求1所述的模块，其中，
所述塑料模制件(2)由来自如下材料组中的材料构成，所述材料组包括特别地肖氏A硬度在30和90之间，优选在55和70之间的弹性体，优选地硅橡胶，特别地热稳定的硅橡胶。
3.根据权利要求1所述的模块，其中，
所述塑料模制件(2)由来自由如下材料组中的材料构成，所述材料组包括聚烯烃，特别是改性PTFE，优选是填充PTFE，特别是硅酸盐填充PTFE。
4.根据权利要求1-3中的一项所述的模块，其中，所述分离组件(28)的相应高度(280)至少和与所述分离组件(28)相邻地布置的、具有较大宽度的所述负载端子元件(4)的宽度(480)一样大。
5.根据权利要求1-3中的一项所述的模块，其中，所述负载端子元件(4)的主要区段包括整个负载端子元件(4)的长度的至少40％，优选至少60％，并且特别优选地至少80％。
6.根据权利要求1-3中的一项所述的模块，其中，所述边缘组件(24、26)或所述分离组件(28)中的一个包括第一舌部(30)，所述第一舌部(30)覆盖所述负载端子元件(4)中的一个负载端子元件(4)的第二副表面(442)的一个区段，并且优选地也覆盖邻近的边缘组件(24、26)或另一个分离组件(28)。
7.根据权利要求6所述的模块，其中，
所述负载端子元件(4)中的一个负载端子元件(4)包括第二舌部(50)，所述第二舌部(50)覆盖其它负载端子元件(4)中的一个负载端子元件(4)的第二副表面(442)的一个区段，并且优选地也覆盖邻近的边缘组件(24、26)或另一个分离组件(28)，并且其中所述第一舌部(30)被布置在所述其它负载端子元件(4)和所述第二舌部(50)之间。
8.根据权利要求1-3中的一项所述的模块，其中，所述边缘组件(24、26)或所述分离组件(28)中的一个包括止挡装置(32)，所述止挡装置(32)被构造成限制在负载端子元件(4)的关联通道(20)内布置的所述负载端子元件(4)远离所述基部组件(22)离开所述通道(20)的任何移动。
9.根据权利要求1-3中的一项所述的模块，其中，所述负载端子元件(4)中的一个负载端子元件(4)包括偏置件(48)。
10.根据权利要求9所述的模块，其中，所述偏置件(48)被布置在通道(20)中。
11.一种功率半导体器件(8)，所述功率半导体器件(8)具有根据前述权利要求中的一项所述的具有塑料模制件(2)和多个负载端子元件(4)的模块(1)，并且具有功率电子开关器件，其中所述模块(1)被布置在所述功率半导体器件(8)的外壳或冷却装置(80)的定位器(800)中。
12.根据权利要求11所述的功率半导体器件，其中，所述冷却装置(80)被构造为空气冷却装置或流体冷却装置。
13.根据权利要求10或11所述的功率半导体器件，其中所述功率电子开关器件被构造为具有专用外壳的功率半导体模块。
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