CN115799877A - 压入式接触元件、功率半导体组件和功率半导体模块 - Google Patents

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Abstract

提出了一种功率半导体模块和一种功率半导体组件，均具有压入式接触元件，该压入式接触元件具有压入部分、连接部分、补偿部分、支脚部分和阻挡部分，其中补偿部分被配置为弹性的并且被设计为在压入部分在纵向方向上纵向移动时被压缩，其中所述支脚部分被设计为以材料接合的方式布置在基板的导体轨道上，并且其中所述阻挡部分被设计为通过阻挡表面被支撑在阻挡相对表面上并且界定所述压入部分在朝向所述支脚部分的方向上的纵向移动，其中所述阻挡相对表面布置在基板的绝缘材料体上或布置在基板的导体轨道上。

Description

压入式接触元件、功率半导体组件和功率半导体模块
技术领域
本发明描述了一种压入式接触元件，其具有压入部分、连接部分、补偿部分、支脚部分和阻挡部分。本发明还描述了功率半导体组件和功率半导体模块，他们均具有至少一个这种的压入式接触元件。
DE 10 200 8 007 310 A1公开了一种用于传输电流和/或电信号的电压入式接触件，特别是压入式销接触件，其具有压入部分和安装部分，其经由释放部分机械地耦联到彼此，并且释放部分具有补偿区域和止动区域，其中补偿区域允许压入部分和安装部分的耦合相对移动，并且止动区域阻止压入部分和安装部分朝向彼此的移动。
根据现有技术的知识，本发明基于以下目的：提出压入式接触元件的替代配置，并且同样地，提出均具有至少一个这种的压入式接触元件的功率半导体组件和功率半导体模块，其中减少了制造压入式接触元件的工作量。
发明内容
根据本发明，该目的通过压入式接触元件实现，该压入式接触元件具有压入部分、连接部分、补偿部分、支脚部分和阻挡部分，其中补偿部分被配置为弹性的并且被设计为在压入部分沿压入式接触元件的纵向方向朝向支脚部分纵向移动时被压缩，并因此减小其纵向范围，其中所述支脚部分被设计为以材料接合的方式布置在基板的导体轨道上，并且其中所述阻挡部分被设计为通过阻挡表面被支撑在阻挡相对表面上并且从而界定压入部分在朝向支脚部分的方向上的纵向移动，其中阻挡相对表面布置在基板的绝缘材料体上或布置在基板的导体轨道上，特别是布置在所述支脚部分也布置在其上的导体轨道上。
在此对于本发明至关重要的决定性因素是压入式接触件本身不具有阻挡相对表面。
术语“纵向方向”在此和在下文应理解为这样的方向：其与压入部分被压入到相应开口内的方向相反，例如作为印刷电路板或其他导电元件的一部分，诸如连接导轨。因此纵向方向对应于负的压入方向。
有利的是，连接部分具有第一主表面和平行于第一主表面布置的主表面，每个主表面均具有平面设计。
此外，有利的是，补偿部分具有一个或多个弯曲，优选地弯曲相互邻接。特别地，有利的是，补偿部分具有S形设计。
在这种情况下，优选的是，补偿部分的第一弯曲的第一弯曲部分在法线方向上突出超过第一主表面。此外，优选的是，补偿部分的第二弯曲的第二弯曲部分在法线方向上突出超过第二主表面。
整个压入式接触元件有利地设置为通过冲压工艺由平坦金属片材或平坦金属条带形成。
有利的是，阻挡部分被设计为销的形式并且阻挡表面布置在阻挡部分的位于纵向方向上的端部上。纵向方向在此优选地形成阻挡表面的表面法线。
特别地，优选的是，阻挡部分被设计为两个阻挡段并且补偿部分或其一部分布置在两个阻挡段之间，或者优选的是，补偿部分被设计为两个补偿段并且阻挡部分或其一部分布置在两个补偿段之间。
根据本发明，上述目的还通过一种功率半导体组件实现，该功率半导体组件具有基板和布置在所述基板的绝缘材料体上的导体轨道以及上述压入式接触元件，该压入式接触元件通过其支脚部分以材料接合的方式布置在导体轨道之一的一部分上，其中阻挡部分被设计和设置为在压入部分沿纵向方向朝向支脚部分移动时通过其阻挡表面被支撑在阻挡相对表面上，并且因此界定压入部分在纵向方向上朝向支脚部分的纵向移动，其中阻挡相对表面布置在基板的绝缘材料体上或布置在基板的导体轨道上，特别是布置在支脚部分本身也布置在其上的导体轨道上。
在此优选的是，基板被设计为具有绝缘陶瓷材料，作为导体轨道的载体或作为刚性印刷电路板或作为柔性印刷电路板。
根据本发明，上述目的同样地通过功率半导体模块来实现，功率半导体模块具有壳体、被所述壳体包围的基板、布置在所述基板的绝缘材料体上的导体轨道，以及上述压入式接触件，该压入式接触件通过其支脚部分以材料接合的方式布置在基板的导体轨道之一的一部分上，其中所述阻挡部分被设计和设置为在所述压入部分在所述支脚部分的方向上移动时通过其阻挡表面被支撑在阻挡相对表面上并且因此界定所述压入部分在纵向方向上朝向所述支脚部分的纵向移动，其中所述阻挡相对表面布置在所述基板的绝缘材料体上或布置在所述基板的导体轨道上，特别是布置在所述支脚部分也布置在其上的导体轨道上。
可能优选的是，壳体具有引导装置，特别是轴，其中连接部分至少部分地布置在该引导装置中并且使得其可在纵向方向上移动。
可能有利的是，压入式接触元件的补偿部分布置在通道中。
不言而喻的是，在每种情况下以单数形式提及的特征，特别是支脚部分，也可以以复数形式存在，除非这被明确排除或本身排除或与本发明的构思相矛盾。同样地，并且甚至优选地，压入式接触元件可以复数个存在于功率半导体组件上或功率半导体模块中。
不言而喻的是，本发明的各种配置，无论它们是否在压入式接触元件或功率半导体组件或功率半导体模块的描述的上下文中公开，都可以单独实现或以任何期望的组合实现，以便实现改进。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，上文和下文提及和解释的特征不仅可以以所指示的组合实现，而且可以以其他组合或单独实现。
附图说明
在图1至图7中示意性地示出的本发明的示例性实施例或其相应部分的以下描述中揭示了本发明的进一步解释、有利的细节和特征。
图1以示意图示出了本发明的压入式接触元件的各种视图。
图2至图4示出了本发明的压入式接触元件的第一配置。
图5至图8示出了本发明的压入式接触元件的另外的配置。
具体实施方式
在示意图中，图1示出了本发明的压入式接触元件的各种视图，该压入式接触元件在z方向上具有纵向范围100，该z方向同时对应于压入方向。图1b示出了从y方向的平面图，而图1a示出了沿线A-A的截面以及该截面在x方向上的平面图。图1c示出了沿线B-B的相应截面，并且同样地示出了该截面在x方向上的平面图。
本发明的压入式接触元件1具有压入部分2和在负z方向上与该压入部分2邻接的连接部分3，该压入部分2优选地在本领域中是常规的，该连接部分3将压入部分2连接到补偿部分4。支脚部分5邻接该补偿部分4，其中补偿部分和支脚部分5直接合并到彼此内。在正x方向和负x方向上，压入式接触元件1均具有另外的阻挡段60、62，其中两个阻挡段60、62一起形成阻挡部分6。阻挡段60、62均通过凹部从补偿部分4分离。
补偿部分4本身被配置为弹性的，特别是在纵向方向上并且因此也在z方向上。为此目的，它具有S形设计，具有合并到彼此的两个弯曲40、42。作为这种配置的结果，补偿部分4被设计为在压入部分2沿压入式接触元件1的纵向方向(即负z方向)朝向支脚部分5纵向移动时被压缩，并因此减小其在补偿部分4中的纵向范围100。
支脚部分5被设计为采用材料接合的方式以支脚表面500布置在基板7的导体轨道70上，在这方面，参考图3和图4。该材料接合的连接可以通过焊接连接形成，即在支脚部分5和导体轨道之间没有布置附加的连接装置。替代地，材料接合的连接可以形成为焊接或烧结连接，其中连接装置则位于支脚部分5和导体轨道之间。在下面将描述的应用中，相应的材料接合的连接决定了纵向范围的可能减小。
阻挡部分6基本上设计为通过阻挡表面600被支撑在阻挡相对表面700上，参考图4，并且因此界定压入部分2在支脚部分5的方向上的纵向移动。该阻挡相对表面700可以基本上布置在基板7的绝缘材料体72上或布置在基板7的导体轨道70上。这种配置还影响在应用中纵向范围的可能减小。
在这里所示的压入式接触元件1的配置中，相应的阻挡表面600从支脚表面500以z方向上的偏移560沿z方向向后设置。如果该支脚表面500现在直接布置在导体轨道上并通过上述焊接连接与导体轨道连接，则偏移560精确地对应于纵向范围100的可能减小。
对于使用连接装置将支脚表面500布置在导体轨道上，如果阻挡相对表面直接形成在导体轨道上，则实现纵向范围100的更大可能的减小。
相对于基板的绝缘体，导体轨道通常在z方向上从其突出，这在阻挡相对表面布置在绝缘材料体上的情况下同样导致纵向范围100的更大可能的减小。
为了确定尺寸，特别是偏移560，这些差异意味着必须考虑压入式接触元件1与基板的连接的配置以及阻挡相对表面的位置。另一方面，压入式接触元件1的这种配置(其中阻挡相对表面不是压入式接触元件1本身的整体部分)的优点在于，压入式接触元件1的生产，特别是在冲压和弯曲过程的情况下，涉及比现有技术更少的工作量。
图2至图4示出了本发明的压入式接触元件1的第一配置，更确切地说是压入式接触元件1的一部分，并且图3和图4示出了在基板7上的压入式接触元件1的布置，作为功率半导体组件或功率半导体模块的一部分。
所示的压入式接触元件1具有基本上与根据图1的结构类似的结构。它具有压入部分2(未示出)和连接部分3，压入部分2具有本领域内常规的设计，连接部分3在负z方向上与压入部分2邻接，连接部分3具有第一主表面30和平行于第一主表面30布置的第二主表面32，第一主表面30和第二主表面32均具有平面设计，并且其法线方向在正y方向或负y方向上延伸。
补偿部分4则邻接连接部分3。支脚部分5直接邻接所述补偿部分，其中支脚部分至少在其端部处被设计为比补偿部分4更宽。支脚部分5被设计为使其支脚表面500以材料接合的方式布置在基板7的导体轨道70上。这种材料接合的连接可以如上所述形成。在图3和图4中示出了没有明确连接装置的材料接合连接，但不限制一般性。
补偿部分4本身被配置为弹性的。为此目的，它具有S形设计，其具有两个弯曲40、42，这两个弯曲40、42合并到彼此内，即彼此邻接。第一弯曲40的第一弯曲部分44在此在法线方向上突出超过第一主表面30，而第二弯曲42的第二弯曲部分46在法线方向上突出超过第二主表面32。作为这种配置的结果，补偿部分4被设计为在压入部分2沿压入式接触元件1的纵向方向(在此是负z方向)朝向支脚部分5纵向移动时被压缩，并且因此减小其纵向范围100，参考图1。
根据本发明，压入式接触元件1具有另一阻挡部分6。这被设计为两个阻挡段60、62，其中补偿部分4几乎完全布置在两个阻挡段60、62之间。阻挡部分6(两个阻挡段60、62)均被设计为销的形式。两个阻挡段60、62在其端部上具有阻挡表面600，阻挡表面600位于纵向方向上并且因此面向基板。相应的阻挡表面600平行于相关联的阻挡相对表面700定向。
详细示出的根据图3和图4的本发明的功率半导体组件被设计为功率半导体模块的一部分。它具有基板7和多个压入式接触元件1，其中通过示例的方式仅示出了一个。在不限制一般性的情况下，基板7本身在此具有刚性绝缘材料体72和其上的多个导体轨道70，其中同样地，仅示出了一个导体轨道70。压入式接触元件1通过其支脚部分5以材料接合的方式布置在这些导体轨道70之一的一部分上，并且以材料接合的方式与其连接。
在压入式接触元件1的纵向方向上不施加力的情况下，相应的阻挡段60、62的阻挡表面600与导体轨道70的表面和形成于此的阻挡相对表面间隔开。阻挡相对表面700因此基本上是导体轨道70的表面部分。然而，还可以在导体轨道70上布置另外的金属化部分，导体轨道70的表面则形成阻挡相对表面。这种金属化部分例如可以是焊料层或烧结金属层，特别是如果支脚部分5与导体轨道70的材料接合连接也形成为焊接或烧结连接。
与基板7的相应相关联的阻挡相对表面700协作，阻挡部分6或两个阻挡段60、62在此用于，在压入部分2沿纵向方向朝向支脚部分5或基板7移动时，特别是在压入过程的情况下，通过它们相应的阻挡表面600被支撑在相关联的阻挡相对表面700上，并且因此界定压入部分2在纵向方向上的纵向移动。一旦相应的阻挡表面600平坦地抵靠相关联的阻挡相对表面700，就实现了该界定。
图5至图8示出了本发明的压入式接触元件1的另外的配置。在不同情况下，仅示出了连接部分3的一部分，其均由补偿部分4邻接，并且与补偿部分4邻接的是支脚部分5。压入部分本身未示出，因为它基本上可以具有任何期望的配置。
图5中示出了设计为两个补偿段的补偿部分4。这两个补偿段均形成有弯曲，其中第一补偿段的第一弯曲的第一弯曲部分44在法线方向上突出超过连接部分3的第一主表面30。因此，第二补偿段的第二弯曲的第二弯曲部分46在法线方向上突出超过连接部分3的第二主表面32。两个弯曲都直接终止于相应的支脚部分5内，因此支脚部分5直接邻接相应的补偿段。
两个弯曲彼此相邻地布置并且在y方向上从彼此间隔开。销状阻挡部分6布置在两个补偿段之间。因此，压入式接触元件1的这种配置具有非常紧凑的设计。此外，在不同情况下，当压入部分在纵向方向上朝向支脚部分5纵向移动时，相同的力在负x和正y方向上作用在压入式接触元件1上。不言而喻的是，阻挡部分6具有以上述方式起作用的阻挡表面600。
图6示出了压入式接触元件1的另一变型，其中压入部分的图示被省略。在该配置中，连接部分3在纵向方向(即负z方向)上直接合并到阻挡部分6内。补偿部分5在负y方向上从包括连接部分3和阻挡部分6的单元突出，具有S形设计并且在其端部处直接具有支脚部分5。
图7示出了压入式接触元件1的另一变型，其中压入部分的图示被省略。该配置类似于根据图5的配置。然而，两个补偿段在这里不具有S形设计。相反，两个补偿段围绕中心阻挡部分6缠绕并且此外被扭曲。
图8以两个视图示出了在不同情况下的压入式接触元件1的另一变型，其中压入部分的图示被省略。在该配置中，连接部分3合并到补偿部分4，其中阻挡部分6也形成在该合并点处。这是这样形成的：作为用于整个压入式接触元件1的起始材料的平坦金属条带在所述合并点处被分成三个区域，这些区域在x方向上彼此相邻地布置。然后，两个外部区域在弯曲过程之后形成补偿部分4，而中心区域形成阻挡部分6。阻挡部分6在此也以舌状件的方式被冲压出。
在两个外部区域的进一步进展中再次成为一个区域的补偿部分4的横截面在该区域中具有比在前一区域中更小的横截面。
类似的在上述冲压和弯曲过程中形成的支脚部分5邻接补偿部分4。该支脚部分配置成，如在x方向上看到的那样，该支脚部分5的两个部分与阻挡部分6齐平。

Claims (18)

1.一种压入式接触元件(1)，其特征在于，其具有压入部分(2)、连接部分(3)、补偿部分(4)、支脚部分(5)和阻挡部分(6)，其中补偿部分(4)配置为弹性的并且设计为在压入部分沿压入式接触元件(1)的纵向方向朝向支脚部分(5)纵向移动时被压缩，并因此减小其纵向范围(100)，其中支脚部分(5)设计为以材料接合的方式布置在基板(7)的导体轨道(70)上，并且其中阻挡部分(6)设计为通过阻挡表面(600)被支撑在阻挡相对表面(700)上并且界定压入部分(2)在朝向支脚部分(5)的方向上的纵向移动，其中阻挡相对表面(700)布置在基板(7)的绝缘材料体(72)上或布置在基板(7)的导体轨道(70)上。
2.根据权利要求1所述的压入式接触元件，其特征在于，连接部分(3)具有第一主表面(30)和平行于第一主表面(30)布置的第二主表面(32)，第一主表面(30)和第二主表面(32)均具有平面设计。
3.根据权利要求1或2所述的压入式接触元件，其特征在于，补偿部分(4)具有一个或多个弯曲(40，42)。
4.根据权利要求3所述的压入式接触元件，其特征在于，补偿部分(4)具有S形设计。
5.根据权利要求2所述的压入式接触元件，其特征在于，补偿部分(4)的第一弯曲(40)的第一弯曲部分(44)在法线方向上突出超过第一主表面(30)。
6.根据权利要求2所述的压入式接触元件，其特征在于，补偿部分(4)的第二弯曲(42)的第二弯曲部分(46)在法线方向上突出超过第二主表面(32)。
7.根据权利要求1或2所述的压入式接触元件，其特征在于，整个压入式接触元件(1)通过冲压工艺由平坦金属片材或平坦金属条带形成。
8.根据权利要求1或2所述的压入式接触元件，其特征在于，阻挡部分(6)设计为销的形式，并且阻挡表面(600)布置于阻挡部分(6)位于纵向方向上的端部。
9.根据权利要求1或2所述的压入式接触元件，其特征在于，阻挡部分(6)设计为两个阻挡段(60、62)，并且补偿部分(4)或其一部分布置在两个阻挡段(60、62)之间，或者其中补偿部分(4)设计为两个补偿段，并且阻挡部分(6)或其一部分布置在两个补偿段之间。
10.根据权利要求1所述的压入式接触元件，其特征在于，阻挡相对表面(700)布置在支脚部分(5)也布置在其上的导体轨道(70)上。
11.根据权利要求3所述的压入式接触元件，其特征在于，所述弯曲是相互邻接的。
12.一种功率半导体组件，其特征在于，其具有基板(7)和布置在所述基板的绝缘材料体(72)上的导体轨道(70)以及根据权利要求1至11之一所述的压入式接触元件(1)，压入式接触元件(1)以材料接合的方式布置在基板(7)的这些导体轨道(70)中之一的一部分上，其中阻挡部分(6)设计和设置为，在压入部分(2)沿纵向方向朝向支脚部分(5)移动时，通过其阻挡表面(600)被支撑在阻挡相对表面(700)上，并且因此界定压入部分(2)在纵向方向上朝向支脚部分(5)的纵向移动，其中阻挡相对表面(700)布置在基板(7)的绝缘材料体(72)上或布置在基板(7)的导体轨道(70)之一上。
13.根据权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，基板设计有绝缘陶瓷材料作为导体轨道的载体或作为刚性印刷电路板或作为柔性印刷电路板。
14.根据权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，阻挡相对表面(700)布置在支脚部分(5)也布置在其上的导体轨道(70)上。
15.一种功率半导体模块，其特征在于，其具有壳体、由所述壳体包围的基板(7)、布置在所述基板的绝缘材料体(72)上的导体轨道(70)和根据权利要求1至11之一所述的压入式接触元件(1)，该压入式接触元件(1)通过其支脚部分(5)以材料接合的方式布置在基板(7)的导体轨道(70)中之一的一部分上，其中阻挡部分(6)设计和设置为，在压入部分(2)沿纵向方向朝向支脚部分(5)移动时，通过其阻挡表面(600)被支撑在阻挡相对表面(700)上，并且因此界定压入部分在纵向方向上朝向支脚部分的纵向移动，其中阻挡相对表面(700)布置在基板(7)的绝缘材料体(72)上或布置在基板(7)的导体轨道(70)之一上。
16.根据权利要求15所述的功率半导体模块，其特征在于，壳体具有引导装置，连接部分(3)至少部分地布置在引导装置中并且使得其能够在纵向方向上移动。
17.根据权利要求15所述的功率半导体模块，其特征在于，阻挡相对表面(700)布置在支脚部分(5)也布置在其上的导体轨道(70)上。
18.根据权利要求16所述的功率半导体模块，其特征在于，壳体的引导装置是轴。
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