CN1787210A - 具有辅助接线的功率半导体模块 - Google Patents

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Abstract

一种功率半导体模块、最好是一个圆盘单元，具有一个设置在外壳内部的功率半导体元件。该圆盘单元具有两个负载接头和至少一个辅助接线，其中该辅助接线从功率半导体元件出发并且终止于一个配属的外部连接元件。该辅助接线的外部的连接元件穿过外壳并且在内部构成为销形金属成形件。该辅助接线由一个在功率半导体元件的辅助连接触点处的接触装置、一个导电连接元件和一个部分地构成为夹紧圆片的接触元件构成，其中该夹紧圆片设置在外部的连接元件的销形金属成形件上。

Description

具有辅助接线的功率半导体模块
技术领域
本发明涉及一种功率半导体模块，它具有一个设置在其中的功率半导体元件的辅助连接触点与一个外部的连接元件的可靠的内部连接。
背景技术
已知不同的功率半导体模块结构，例如具有一个带有许多设置在其上的功率半导体元件的基底和一个包围这些元件的塑料外壳。这种功率半导体模块也部分地具有金属的底板。同样已知具有紧密封装的外壳的圆盘单元，并且在其内部大多只有一个唯一的半导体元件。所建议的结构对于所有形式的功率半导体模块都是适用的，但特别是对于圆盘单元具有特殊的优点。
因此本发明也以圆盘单元为例进行描述，它如同早就已知的现有技术一样并且多种多样地制成。这种圆盘单元例如在DE 101 32 169 A1中已知由一个圆柱形的绝缘材料体作为外壳。在其中设置至少一个功率半导体元件，例如一个功率二极管、一个功率晶体管或者一个功率半导体闸流管。在这里本发明主要涉及那些在其内部具有可控功率半导体元件的圆盘单元。
因此对于辅助接线主要理解为功率半导体元件的控制接头的连接。但是同样也包括用于组合在功率半导体模块中的传感器的控制接头和接头。
圆盘单元的辅助接线按照现有技术设计成一个用于使辅助接线与功率半导体元件的辅助连接触点、一个连接元件和一个用于与一个外部的连接元件的接触元件、通常是外壳的一个穿透触点接触装置连接的接触装置。
用于使辅助接线与功率半导体元件的辅助连接触点连接的接触装置或者构成为材料融合的连接、大多为钎焊连接，或者构成为材料平齐的连接、大多为压力触点接通。钎焊连接通常是不利的，它们与其它连接技术相比具有最低的持久性。已知压力触点接通连接的许多变型，其中一个较新的变型在未初步公开的DE 10 2004 050 588中公开。
从这种接触装置出发，辅助接线大多由一个电绝缘的金属丝元件组成，它钎焊或者熔焊在连接元件上。在此，所述焊接连接具有较长持久性的优点。所有已知的材料平齐(stoffbuendig)的解决方案都具有缺陷，通过其加工使圆盘单元的内部、特别是其中一个紧密相邻的负载连接触点的内部被污染并因此影响持久性。钎焊连接也存在缺陷，对于外部接头通过建立一个钎焊连接使内部的钎焊连接脱开。
对于具有一个基底的功率半导体模块，同样必需使辅助接线从功率半导体元件或者基底的印制导线出发构成为可靠的且持久的电连接。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种功率半导体模块、最好是圆盘单元，它具有一用于功率半导体元件和/或基底的辅助接线的外部连接元件，它能够实现一个可靠且持久的电连接并且它允许通过简单的装配。
这个目的按照本发明通过权利要求1特征的措施得以实现。在从属权利要求中描述优选的实施例。
按照本发明的功率半导体模块具有一个外壳、至少一个设置在外壳内部中的功率半导体元件以及至少两个负载接头和至少一个辅助接线。特别优选的是，在一个构成为圆盘单元的功率半导体模块中，其外壳与外部的连接元件严密密封地构成。
所述功率半导体模块还具有至少一个从功率半导体元件、最好从其控制连接触点出发的辅助接线。也可以选择的是，这个辅助接线从一个基底出发。各辅助接线终止在一个从属的外部的连接元件上，其中各外部的连接元件穿过外壳。在外壳内部这个连接元件在此构成为销形的金属成形件。
所述辅助接线本身通过一个在功率半导体元件的辅助连接触点上或基底的一个相应的连接触点上的接触装置构成，借助一个导电的连接元件继续导引并且终止于一个部分地构成为夹紧圆片的接触元件上。在此，该夹紧圆片设置在外部的连接元件的销形金属成形件上。
所述接触元件最好构成为金属成形件，它具有一个压接接头，用于与最好为构成电绝缘的金属丝元件的连接元件挤压连接。该夹紧圆片构成为一个外部的圆环，它具有许多、最好三个或五个外露的夹紧唇。
优选在功率半导体元件的辅助连接触点上的接触装置构成为一个用于固定一个接触销的塑料成形件，并且构成为一个用于使接触销与功率半导体元件的辅助连接触点压力触点接通地连接的弹簧元件。
附图说明
下面借助于附图1至3的实施例详细地描述本发明的思想。附图中：
图1示出一个圆盘单元的三维立体图，
图2示出这个圆盘单元的中心截面图，
图3示出按照本发明的接触元件，用于连接辅助接线与一个外部的连接元件。
具体实施方式
图1示出向一个按照本发明的功率半导体模块、在这里为圆盘单元的内部看的视图。示出一个陶瓷外壳300，在其中设置一个功率半导体元件200，在这里是一个功率晶体管。该功率晶体管200具有一个布置在中心的辅助连接触点，在这里为控制接头触点。其余的表面作为负载触点，在这里为阴极触点。在这里未示出其向外的负载接头，但是基本对应于现有技术，也具有一个空隙用于设置辅助接线100。
所述辅助接线100本身由一个接触装置140、一个导电的连接元件120和一个部分地构成为夹紧圆片114的接触元件110构成。在此所述连接元件构成为一个具有一个连接着的金属丝元件122的接触销124。该接触销通过接触装置140固定和导引。这个接触装置140由一个塑料成形件144和一个弹簧元件142构成。该接触销124这样构成，使得在圆盘单元装配后将压力施加到接触装置140上，这个接触装置使接触销124顶压到功率半导体元件200的辅助连接触点上并由此使辅助接线100可靠且持久地电接通。
所述辅助接线100的第二端部构成接触元件110。这个接触元件构成为一个具有一个压接接头112的金属成形件。由此金属丝元件120通过一个挤压连接电连接。该接触元件110还具有一个夹紧圆片114，它设置在一个外部的连接元件的一个销形金属成形件上。
图2示出一个穿过按照图1的圆盘单元的中心的横截面。同样示出圆柱形的外壳300，其外表面由于电安全性的原因波浪形地构成。该外壳300具有一个外部的连接元件310。这个连接元件在外壳300内部构成为销形金属成形件。阳极的主连接元件190在这里构成为金属的圆柱体，在其上设置另一金属圆盘，最好由钼制成，在此是功率半导体元件200。
用于使功率半导体元件200的辅助连接触点与外部的连接元件310连接的辅助接线100又由接触装置140、导电连接元件120和接触元件110构成。在这里同样示出接触元件110布置在外部的连接元件310的销形金属成形件上。
通过按照本发明的辅助接线100的这种结构，这个辅助接线在外部的连接元件310的区域内只非常少地伸进圆盘单元的内腔中并由此能够有足够的空间用于未示出的阴极负载连接元件。通过这个负载连接元件使接触装置140的塑料成形件142向功率半导体元件200的方向顶压。由此通过弹簧元件144将压力施加到接触销124上，由此使接触销可靠且持久地与功率半导体元件200的辅助连接触点电连接。
所述辅助接线100对于上述结构也可以选择地从一个基底出发，它构成为一个在外壳内部的辅助电路板。这个基底具有至少一个金属的表面，它与半导体元件的控制接头通过金属丝接合连接导电地连接。
图3不仅以俯视图而且以三维视图示出按照本发明的接触元件110该接触元件110是辅助接线100的连接件，它具有一个外部的连接元件310。该接触元件110构成为一个金属成形件，它具有一个压接接头112用于与构成为金属丝元件的连接元件120夹紧连接并具有一个夹紧圆片114。该夹紧圆片包括一个外部的环118，它最好具有三个或者在这里未示出的五个、外露的夹紧唇116。该夹紧圆片114的中心空隙的直径最好小于外部的连接元件(310，参见图1)的销形金属成形件的直径0.1mm至0.5mm。
特别优选的是，所述夹紧唇116从由外部的圆环118构成的平面开始向着功率半导体模块的内部方向预弯曲。在此已经证实特别有利的是，所述夹紧唇与该平面的角度的正切小于外部连接元件310的销形成形件的材料与夹紧圆片114的材料之间的滑动摩擦系数。所述弯曲的角度范围位于这个极限角与半极限角之间。由此简化了在外部连接元件310的销形金属成形件上的装配并可靠地防止滑脱。

Claims (5)

1.一种功率半导体模块，具有一个外壳(300)、至少一个设置在外壳(300)内部的功率半导体元件(200)、至少两个负载接头(190)和至少一个辅助接线(100)，其中所述至少一个辅助接线(100)从功率半导体元件(200)和/或一个基底出发并且终止于一个配属的外部连接元件(310)，所述至少一个辅助接线(100)的至少一个外部的连接元件(310)穿过外壳(300)并且在内部构成为销形金属成形件，并且所述辅助接线(100)由一个在功率半导体元件(200)或基底的辅助连接触点处的接触装置(140)、一个导电的连接元件(120)和一个部分地构成为夹紧圆片(114)的接触元件(110)构成，其中所述夹紧圆片(114)设置在外部的连接元件(310)的销形金属成形件上。
2.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述接触元件(110)构成为一个金属成形件，该金属成形件具有一个压接接头(112)，用于与构成为金属丝元件(122)的连接元件(120)夹紧连接，并且具有夹紧圆片(114)，该夹紧圆片构成为一个外部的环(118)，该环具有许多外露的夹紧唇(116)。
3.如权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述夹紧唇(116)从由外部的环(118)构成的平面开始向功率半导体模块内部的方向预弯曲。
4.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，在功率半导体元件(200)的辅助连接触点处的所述接触装置(140)具有一个用于固定一个接触销(124)的塑料成形件和一个用于使接触销(124)与功率半导体元件(200)的辅助连接触点压力触点接通地连接的弹簧元件。
5.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体模块构成为圆盘单元，其外壳(300)与外部的连接元件(310)严密密封地构成，并且所述基底构成为一个在外壳内部的辅助电路板。
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