CN203839372U - 功率半导体模块和接触组件 - Google Patents
功率半导体模块和接触组件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203839372U CN203839372U CN201420056905.6U CN201420056905U CN203839372U CN 203839372 U CN203839372 U CN 203839372U CN 201420056905 U CN201420056905 U CN 201420056905U CN 203839372 U CN203839372 U CN 203839372U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- connecting plate
- contact
- power semiconductor
- plane
- switch element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 54
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims abstract description 38
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 5
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 4
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 3
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 2
- -1 polyethylene terephthalate forms Polymers 0.000 claims description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
- H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种功率半导体模块和接触组件。功率半导体模块包括平行于基平面布置的数量N的功率半导体-开关元件，其具有一定数量的开关元件-触点，包括控制触点、第一功率触点和第二功率触点；接触组件包括：第一连接板，其导电地与N个功率半导体-开关元件的第一开关元件-触点相连接；第二连接板，其导电地m个功率半导体-开关元件的第二开关元件-触点相连接，连接板中的每个具有用于接触开关元件-触点的大量触点、用于外部接触功率半导体-开关元件的至少一个接头和用于将触点与接头电连接的分配平面，第一连接板的分配平面平行于第二连接板的分配平面延伸，第一连接板在分配平面的区域中具有塑料包罩，第二连接板固定在塑料包罩处。
Description
技术领域
本发明涉及功率电子学的领域。其涉及一种根据独立权利要求的前序部分的功率半导体模块以及接触组件。
背景技术
为了快速且无损失地接通电流在能量、转换和传输技术中通常使用功率晶体管、尤其带有绝缘的门的双极晶体管(IGBT)。为了能够接通(尤其以1kA和在这之上的数量级的)高电流，在此电气并联大量单独的功率晶体管。在此常常将功率晶体管联合成模块，这此外使在安装和更换时能够简化操作、允许限定的且优化的冷却、用于一系列安全方面等。在模块内在此常常由大量功率晶体管的部分量(Teilmenge)形成构件组或子模块。
在模块方面通常希望，其能够尽可能快地接通或切断电流。尤其在电压控制的功率晶体管(在其中借助于施加在第一功率电极与控制电极之间的控制电压可控制在第一功率电极与第二功率电极之间的电流)中，此外通过感应效应使这困难。
在此施加在单独的功率晶体管的第一功率电极与控制电极之间的控制-额定电压(其例如通过经由控制开关电路(Steuerschaltkreis)与功率晶体管电连接的控制单元来产生)被在至第一功率电极的导线(Zuleitung)的由控制开关电路和功率开关电路划分的截段中的自感叠加，使得在第一功率电极与控制电极之间实际产生与控制-额定电压偏离的控制电压。
除了自感之外，此外由于所谓的互感性由通过其余功率晶体管的时间上可变的电流实现感应影响。为了将后一效应保持得尽可能小，在已知的模块中在最大可能的路段上彼此尽可能靠近地常常导引有从控制单元至每个功率晶体管(或者至少对于每个子模块)的功率电极和控制电极的导线。为了该目的使功率晶体管的第一功率电极对于每个子模块被单独的参考导线(在IGBT的情况中通常称为辅助发射器接头)电接触，这在制造技术上意味着附加的耗费。
为了减少制造技术上的耗费，作为一个或多个导线或作为其部分常常设置有连接板，其优选地宽面平行地来引导。
连接板的平行引导在此可以以不同的方式来实现。两个连接板例如可借助于在功率半导体模块内的一个或多个连结部位、尤其例如借助于焊接部位来保持用于电接触。有利地也可在模块壳体处或在其中设置多个连结部位。然而在此风险在于，在两个连接板之间的间距在未导引的部位处不足够精确地来限定，这可导致未限定的感应特性。在不利的情况中、尤其在出现模块加速时甚至两个连接板可接触，这可导致短路且因此导致在模块处、在其电气上的或结构上的周围处的巨大损坏。
发明内容
因此本发明的目的是说明一种功率半导体模块和一种用于功率半导体模块的接触组件，其不具有上述缺点。
该目的和另外的目的通过带有独立权利要求的特征的功率半导体模块以及用于功率半导体模块的接触组件来实现。
本发明的另外的有利的设计方案在从属权利要求中来说明。
一种根据本发明的功率半导体模块包括：平行于基平面布置的数量N的功率半导体-开关元件，其中的每个具有一定数量的开关元件-触点，其包括控制触点、第一功率触点和第二功率触点，其中，借助于施加在控制触点与第一功率触点之间的控制电压可控制在功率触点之间的电流；用于接触开关元件-触点的接触组件，其包括第一连接板(其导电地与N个功率半导体-开关元件的第一开关元件-触点相连接)、第二连接板(其导电地与N个功率半导体-开关元件的包含m≤N个功率半导体-开关元件的第一部分量的第二开关元件-触点相连接)，其中，连接板中的每个具有用于接触开关元件-触点的大量触点、用于外部接触功率半导体-开关元件的至少一个接头和用于将触点与接头电连接的分配平面，并且其中，第一连接板的分配平面平行于第二连接板的分配平面延伸，并且其中，第一连接板在分配平面的区域中具有塑料包罩(Kunststoffummantelung)，并且第二连接板固定在塑料包罩处。
在根据本发明的功率半导体模块的一优选的改进方案中连接板中的每个包括触点平面和接头平面，其中，大量触点在触点平面中形成而该至少一个接头设置在接头平面中。优选地，触点平面和接头平面彼此平行地延伸。
在根据本发明的功率半导体模块的另一优选的改进方案中此外对于连接板中的每个在触点平面与接头平面之间形成分配平面；并且优选地平行于触点平面或接头平面延伸。
一种根据本发明的用于功率半导体模块的接触组件，该功率半导体模块包括平行于基平面布置的数量N的功率半导体-开关元件，其中的每个具有一定数量的开关元件-触点，其包括控制触点、第一功率触点和第二功率触点，其中，借助于施加在控制触点与功率触点之间的控制电压可控制在功率触点之间的电流；为了接触开关元件-触点包括第一连接板(其导电地与N个功率半导体-开关元件的第一开关元件-触点相连接)、第二连接板(其导电地与N个功率半导体-开关元件的包含m≤N个功率半导体-开关元件的第一部分量的第二开关元件-触点相连接)，其中，连接板中的每个具有用于接触开关元件-触点的大量触点、用于外部接触功率半导体-开关元件的至少一个接头和用于将触点与接头电连接的分配平面，其中，第一连接板的分配平面平行于第二连接板的分配平面延伸，并且其中，第一连接板在分配平面的区域中具有塑料包罩，并且第二连接板固定在塑料包罩处。
在根据本发明的接触组件的一优选的改进方案中连接板中的每个包括触点平面和接头平面，其中，大量触点设置在触点平面中而该至少一个接头设置在接头平面中。优选地，触点平面或接头平面彼此平行地延伸。
在根据本发明的接触组件的另一优选的改进方案中此外对于连接板中的每个在触点平面与接头平面之间形成分配平面；并且优选地平行于触点平面和/或接头平面延伸。
根据本发明的接触组件使能够简单地、快速地且成本有利地制造根据本发明的功率半导体模块。接触组件可独立于功率半导体-开关元件的尤其在基板上的组件来制造并且接下来在一步骤中被置于其上。在此，连接板优选地设计成使得其触点精确地处于相应的开关元件-触点上，从而可简单地且快速地、优选地从上面将它们相互钎焊或焊接。此外，根据本发明的接触组件确保不同的连接板的安全的且可靠的相互的电绝缘。
在本发明的另一有利的改进方案中这三个连接板中的一个或多个分别由合适地成型的板坯(Blechzuschnitt)制成，板坯优选地借助于冲压或激光切割来产生。优选地，接头平面、连接平面和触点平面通过使平的板坯弯曲成形(Zurechtbiegen)来形成。由此，触点的位置在空间上被预设成使得其可同时与所有与相应的连接板相关联的开关元件-触点导电地连接，优选地不出现另外的变形和/或张紧。
在本发明的另一有利的改进方案中这三个连接板中的一个或多个分别包括成型的多个板坯，其尤其借助于铆接、钎焊或焊接导电地相互连接。
有利地，连接板也可与另外的连接元件导电地相连接、尤其与接触螺栓或接触轨道，其例如可用于接触开关元件-触点或作为外部接头。
换言之，本发明在于如此来实现至少两个导体、尤其连接板的平行引导，即利用塑料来注塑包封(umspritzen)第一导体并且通过单独的连接技术将一个或多个导体连结到在此形成的塑料体处。在此优选地可设置成来注塑包封门板(Gateblech)并且借助于超声铆接将发射器板固定在通过注塑包封所形成的塑料体处。该方法的优点也是，门板全面绝缘并且通过与在发射极-电势上的接合线(Bonddraht)接触可防止短路。
本发明的该和另外的目的、优点和特征由本发明的优选实施例的接下来的详细说明结合附图可见。
附图说明
图1显示带有根据本发明的接触组件的根据本发明的功率半导体模块的优选的实施例的图示。
图2显示图1中的根据本发明的接触组件或根据本发明的功率半导体模块的第一连接板。
图3显示图1中的根据本发明的接触组件或根据本发明的功率半导体模块的第二连接板。
图4显示图1中的根据本发明的接触组件或根据本发明的功率半导体模块的第三连接板。
图5显示图1中的连接板的电路图。
图6显示图1中的接触组件和功率半导体模块的侧视图。
图7显示图1中的第一和第二连接板的图示。
图8显示图1中的第一组子模块2的接触的等效电路图。
图9显示用于根据本发明的功率半导体模块的根据本发明的接触组件的另一优选的实施例的图示。
原则上，相同的附图标记表示相同的部件。在等效电路图中相应于其余附图中的实体部件的元件借助于置于括号中的附图标记来表示。
具体实施方式
图1显示带有根据本发明的接触组件的根据本发明的功率半导体模块的优选的实施例的图示。在限定基平面S的基板1上数量N个子模块2(在本情况中6个子模块2、也就是说N=6)以p=3组每组q=2个子模块并排布置，子模块2用作功率半导体-开关元件。数值在此例如可理解成，对于N、p和q可出现其它值。每个子模块2在本示例中包括5个IGBT，其电气并联。在此，每个IGBT包括作为第一功率电极的发射器电极221、作为第二功率电极的收集器电极和作为控制电极的门电极222。每个子模块2的五个IGBT在此安装在电路板21上，电路板21例如涉及所谓的“先进金属铜焊”基质(AMB基质)，其包括陶瓷的基体(金属化部施加在其上)，其中，在基部与金属化部之间设置有硬焊料。备选地也可考虑使用所谓的“直接铜结合”基质(DCB-基质)。发射器电极221经由在图1中未示出的接合线与在电路板的上侧上的第一金属化区域(在其上形成第一功率触点)相连接。以类似的方式门电极经由在图1中未示出的接合线与在电路板的上侧上的第二金属化区域(在其上另外形成控制触点)导电地相连接。最后，所有收集器电极置于在电路板21的上侧上的第三金属化区域上并且与其导电地相连接并且因此电气并联。第三金属化区域的子区域用作第二功率触点。
每个电路板21或每个子模块2的控制触点及第一功率触点(和门电极222以及发射器电极221与它们一起)经由接触组件分别与功率半导体模块的第一接头211和第二接头321相连接。接头用于外部接触功率半导体模块并且分别在连接板处形成。
在此，第一连接板(其以下也被称为门板31)具有与子模块2的数量相应的数量N个第一触点313(其导电地与子模块2的控制触点相连接)以及作为门接头311的第一接头。在子模块2的控制触点与第一触点313之间在此优选地分别设置有在附图中未示出的电阻、尤其门电阻器。
图2a显示门板31的透视性的图示，图2b以俯视图显示图2a中的门板31；图2c显示图2a中的门板31的侧视图。门板31在其门接头311与第一触点313之间形成大量导电路径(Leitungspfad)。在子模块的每个组与门接头311之间在此与每组数量q个子模块2相应形成q=2个门-导电路径3141、3142，其在图2b中示例性地对于子模块2的第一组(在图1中在左侧上下相叠地布置的两个子模块2)示出。门板此外具有大量第一孔315，其意义和功能下面另外来阐述。在图2b中为了清晰性起见在门-导电路径3141、3142的区域中放弃示出第一孔315的一部分。
第二连接板32同样具有数量N=6个第二触点323，其导电地与子模块2的第一功率触点相连接。
图3a显示第二连接板(其以下也被称为发射器板32)的透视性的图示。图3b以俯视图显示图3a中的发射器板32；图3c显示图3a中的发射器板32的侧视图。在作为第二接头的发射器接头321旁边，发射器板32此外具有以辅助发射器接头322的形式的附加的接头作为参考接头，其出于操控的目的向外引导参考电势。其在辅助发射器板32"(其借助于三个铆接部324导电地安装在主发射器板32'处)处形成。发射器板32此外包括另外的第二接头321'，其使功率半导体模块的可靠接触成为可能且允许在模块及其导线内电流密度的更均匀的分配。在子模块的每个组与辅助发射器接头322之间在此以与在先前的段落中所说明的门-导电路径3141、3142类似的方式形成q=2个辅助发射器-导电路径3241、3242。图3b对于与在图2中相同的子模块2的第一组示例性地显示辅助发射器-导电路径3241、3242。
接触组件此外包括三个第三连接板的组件，其实施为收集器板33且在图4a中以透视性的图示示出。图4a以俯视图显示图4a中的收集器板33；图4c显示图3a中的收集器板33的侧视图。收集器板33中的每个具有用于各两个子模块2的第二功率触点的电接触的n=2个第三触点33以及作为第三接头的收集器接头331。
如由图2c、3c和4c可见，连接板中的每个在功能及尺寸方面具有彼此平行地延伸的三个平面：带有大量触点的触点平面K、带有至少一个接头的接头平面A、以及在触点平面与接头平面之间形成的用于将触点与接头电连接的分配平面V1、V2或V3。
如此外由图2c可见，门板31在平面的、在分配平面V1中且平行于其延伸的区域中具有塑料包罩5。其优选地借助于注塑方法被施加到门板31上。优选地设置在门板31中的第一孔315在此确保塑料包罩5在门板31处的固定的且可靠的保持。在塑料包罩5的上侧处形成多个销(Zapfen)51。销在此布置成使得发射器板32可被这样安放或插到门板31上，即销51部分地伸过在发射器板32中形成的第二孔325。所安放的或插上的发射器板32然后可优选地借助于超声铆接(英语“ultrasonic riveting”)被与塑料包罩5并且因此与门板41固定地且以精确限定的相互的空间位置相连接。第二孔325因此用作定位和/或固定孔。销51在此优选地设置在第一孔315的至少一个第一部分上。
图2d显示带有喷注的塑料包罩5的门板31的透视性的图示。在通向子模块的相邻的组的两个门板区域之间，分别设置有塑料接片52。其负责液态的塑料于在注塑方法中所使用的注塑模中的更均匀的且完全的分配。
在垂直于基平面S的方向上分配平面V1、V2和V3的间距优选地尽可能小地来选择，其中，应注意在发射器板32的分配平面V2与收集器板33的分配平面V3之间的第一间距a1必须大到足以避免尤其在子模块2的闭锁状态中的电击穿。出于该目的，第一间距优选地被选择成略大于击穿间距D(其对于在标准条件(例如在海平面上的大气压力、室温)下功率半导体模块的标称电压得出)，优选地在范围1.1D<a1<1.5D中。在发射器板32的分配平面V2与门板31的分配平面V1之间的第二间距a2优选地被选择成等于或略小于第一或第二连接板的厚度dB，也就是说0.5dB<a2<dB，其中，典型地来选择0.1mm<a2<1.5mm、优选地0.8mm<a2<l.5mm。
连接板本身具有在0.5mm与3.0mm之间、优选地在0.8与1.5mm之间的厚度。
在门板31的分配平面V1中导电路径3141、3142在此从在第一接头311之下的第一区域B1延伸至在第一触点313之上的第二区域B2，如由图2b可见。在此，导电路径3141、3142的第一部段S1由共同的第一门板截段(其邻接到第一接头311处或包围它)形成。而导电路径3141、3142的邻接到第一部段S1处的第二部段由单独的第二门板截段形成，其在空间上彼此分离地延伸且邻接到不同的第一触点313处或包围它们。彼此邻接的板截段在此可由相互导电地连接的、然而初始分离的部分-板坯组装而成；然而有利地也可构造在一体的板坯处。
辅助发射器-导电路径3241、3242以与在之前的段落中所说明的门-导电路径3141、3142类似的方式在发射器板32的分配平面V2中形成。
图4示例性地以门板31为例显示连接板的电路图。如可见的那样，在分配平面V1中形成有在门板31的接头311与N=6个第一触点313之间的电气分配。优选地在每个连接板31、32、33、61、62的分配平面V1、V2、V3中形成有在相应的连接板的第一接头311、第二接头321或第三接头331与触点313、323、333之间的电气分配。
图6显示图1中的接触组件和功率半导体模块的侧视图。出于清晰性原因放弃示出塑料包罩5。如可由图6得悉，门板31的分配平面V1邻近于基平面S布置在基平面S之上；发射器板32的分配平面V2在与基平面的相对的侧面上邻近门板31的分配平面V1；并且收集器板33的分配平面V3邻近发射器板32的分配平面V2。
图7a在与在图1中的功率半导体模块中相同的相对位置中显示门板31和发射器板32的透视性的图示。图7b以俯视图显示图7a中的这两个板，图7c从下面、也就是说从基板1这里观察。如由图7b和7c可见，门-导电路径3141、3142的第二部段延伸成使得其被处于其上的在发射器板的分配平面V2中的第一发射器板截段至少大致完全遮盖，由此实现对感应的耦入作用(Einkoppelungseffekt)特别有效的屏蔽。门-导电路径3141、3142的第一部段S1在第一区域R1中同样被处于其上的在发射器板的分配平面V2中的第二发射器板截段至少大致完全遮盖。而在第二区域R2中导电路径3141、3142的第一部段S1不被在分配平面V2中的任何发射器板截段遮盖。
通过在第二区域R2中第一部段S1的上述走向，形成耦入回环(Einkoppelungsschlaufe)4，其位于在发射器板32中在其接头平面A与其分配平面V2之间的过渡部附近。概念附近在此和以下被理解成距离d，其小于功率半导体模块的长度IM或宽度bM、或者子模块2的长度ITM或宽度bTM，其中，对于r=IM、b=ITM和/或b=ITM优选地适用r/20<d<r/5、最优选地r/20<d<r/10。
对于子模块2中间的和右边的组以与上面所说明的类似的方式来形成第二或第三耦入回环4'和4"。在此，耦入回环4、4'和4"包围不一样大的面积，以考虑互感的不同的量和符号和因此尤其子模块2的对于每个组不同的相邻的组的感应耦入的不同的量和符号。
图8显示图1中的子模块2的第一组的接触的等效电路图。
在接入或接通(Durchlaessigschalten)(其通过在门接头311与辅助发射器接头322之间施加正的控制-额定电压来引起)功率半导体模块和因此各个子模块2的IGBT时，导致在各个IGBT的发射器电极与收集器电极之间、且因此尤其在第二连接板32的第二接头321、321'和321"与第二触点323之间迅速升高的接通电流。通过该接通电流在耦入回环4、4'、4"中感应电压脉冲，其整流控制-额定电压并且相对于发射器电势进一步提高在门电极处施加的控制电势，由此加速接通。
与前述说明不同，子模块也可不同于带有6个并联的IGBT来构建。由此例如可考虑带有单独的或其它数量并联的功率晶体管、尤其IGBT的子模块。也可考虑带有一个或多个并联或串联的二极管的子模块。尤其在设计为或设计用于应用在桥或半桥电路中的功率半导体模块有利地也可应用带有第一数量并联的功率晶体管和第二(不同或相同)数量反并联的二极管尤其作为保护二极管(英语"freewheeling-"、"snubber-"或"flyback-"二极管)的子模块。代替在电路板21上所构建的子模块也可使用其它功率半导体-开关元件，亦即不仅包括以子模块的形式而且包括普遍合适地联接的分散的和/或集成的功率半导体元件。也可考虑带有不同的功率半导体-开关元件的功率半导体模块。尤其此外被功率半导体模块包围的子模块的仅一部分可借助于如之前所说明的接触组件来接触，也就是说对于在功率半导体模块中的子模块的总数M可适用M＞N。
除了发射器板之外，一个或多个收集器板33有利地也可固定在塑料包罩5处。为了该目的，优选地可在塑料包罩5处设置有附加的、更长的销，使得收集器板33借助于设置在其处的、在附图中未示出的第三孔以与发射器板33类似的方式可被安放或插到门板31上。在此有利地在门板32处设置有尤其构造为塑料包罩5的部分的间隔件，以便以限定的间距保持收集器板33，从而优选地维持在发射器板32的分配平面V2与收集器板33的分配平面V3之间的第一间距a1。
在先前所说明的实施例中发射器板32不仅具有发射器接头321作为外部的发射器侧的功率接头而且具有辅助发射器接头322作为参考接头。接触组件因此表示电路块，其包括收集器电路、发射器电路、辅助收集器电路、辅助发射器电路和门电路。备选地，第二连接板有利地也可仅具有参考接头，其中，在功率半导体模块中在子模块2的第一功率触点与单独的外部的发射器侧的功率接头之间构造有单独的导线，例如以第四连接板的形式。备选地，优选地也可仅控制电路(其由门电路和辅助发射器电路构成)通过根据本发明平行地来引导的第一和第二连接板来实现；其中，至子模块2的第一和第二功率触点的导线以其它方式、例如以布线的形式来构造。
图9显示用于根据本发明的功率半导体模块的根据本发明的接触组件的另一优选的实施例的图示。
在此，第一连接板实施为用于经由触点613与两个分别与功率半导体模块的多个功率半导体-开关元件的发射器电极相连接的第一功率触点导电地连接的发射器板61。第二连接板实施为用于经由触点623与两个分别与功率半导体模块的多个功率半导体-开关元件的收集器电极相连接的第二功率触点导电地连接的收集器板62。第二连接板以与先前所说明的实施例类似的方式固定在第一连接板的塑料包罩5'处，其设置在发射器板61的优选地平面的区域中。发射器板61的分配平面V1'在此平行于收集器板62的分配平面V2'伸延。第一和第二连接板因此形成负载端子块(Lastterminalblock)，其优选地被这样安装在功率半导体模块处，即发射器板61的分配平面V1'垂直于基平面取向。塑料包罩5'在此同时承担在发射器板61与收集器板62之间的绝缘功能，尤其在这不通过硅胶等实现的区域中。
优选地在第一连接板的塑料包罩处此外固定有在图9中未示出的第三连接板，其实施为门板。优选地在发射器板61处又设置有在图9中未示出的辅助发射器接头作为参考接头。
在根据本发明的功率半导体模块的另一优选的实施例中，第一连接板实施为收集器板而第二连接板实施为发射器板，其中，第二连接板以与先前所说明的实施例类似的方式固定在第一连接板的塑料包罩处，其设置在收集器板的优选平面的区域中。在此优选地在发射器板处又设置有辅助发射器接头作为参考接头。第一和第二连接板因此又形成负载端子块。塑料包罩在此同时承担在收集器板与发射器板之间的绝缘功能，尤其在这不通过硅胶等实现的区域中。优选地，在第一连接板的塑料包罩处此外固定有第三连接板，其实施为门板。
根据前述说明，第二和必要时第三连接板优选地借助于超声铆接来铆接在第一连接板的塑料包罩处。备选地，在所有前述实施例中固定然而也可借助于粘接、夹紧或者搭扣(Schnappverschluss)或者不同方式或方法的组合来实现。
在全部前述实施例中对于塑料包罩优选地应用热塑性塑料、优选地聚酰胺或聚酯、尤其聚对苯二甲酸丁二脂或聚对苯二甲酸乙二酯。其优选地尤其借助于重量含量在20与40%之间的玻璃纤维来纤维强化。优选地还将相同的热塑性塑料用于模块壳体的其它塑料成分和/或元件、尤其用于壳体壁。
在前述说明中平面、尤其连接板的接头平面、分配平面或者触点平面优选地也可被理解成带有厚度dE的层或覆层，其中，对于相应的连接板的厚度dB，dE<15dB、优选地dE<5dB、优选地dE<2dB。在两个相邻的层或覆层之间的间距在该情况中定义为其两个中心平面的间距。
即使本发明以上参考特定的实施形式来描述和说明，其也不限于这些实施形式。而是可在权利要求的保护范围和等效范围内进行细节的不同修改，而不由此偏离本发明。
Claims (30)
1. 一种功率半导体模块，其包括：
a)平行于基平面(S)布置的数量N的功率半导体-开关元件(2)，
-其中的每个具有一定数量的开关元件-触点，其包括：
-控制触点，
-第一功率触点以及
-第二功率触点，
-其中，借助于在控制触点与第一功率触点之间施加的控制电压能够控制在所述功率触点之间的电流，
b)用于接触所述开关元件-触点的接触组件，其包括：
-第一连接板(31, 32, 33, 61, 62)，其导电地与N个所述功率半导体-开关元件的第一开关元件-触点相连接，
-第二连接板(31, 32, 33, 61, 62)，其导电地与N个所述功率半导体-开关元件的包含m≤N个功率半导体-开关元件的第一部分量的第二开关元件-触点相连接，
-其中，所述连接板(31, 32, 33, 61, 62)中的每个具有
-用于接触开关元件-触点的大量触点(313, 323, 333)，
-用于外部接触所述功率半导体-开关元件(2)的至少一个接头(311,321,331)以及
-用于将所述触点与所述接头(311, 321, 331)电连接的分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)，并且其中
-所述第一连接板(31, 32, 33, 61, 62)的分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)平行于所述第二连接板(31, 32, 33, 61, 62)的分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)延伸，
-所述第一连接板(31, 32, 33, 61, 62)在所述分配平面的区域中具有塑料包罩(5, 5')，并且
-所述第二连接板(31, 32, 33, 61, 62)固定在所述塑料包罩(5,5')处。
2. 根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述连接板(31, 32, 33, 61, 62)中的每个包括：
-触点平面(K)和接头平面(A)，其中，大量所述触点设置在所述触点平面(K)中而至少一个所述接头(311, 321, 331)设置在所述接头平面(A)中。
3. 根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，对于所述连接板(31, 32, 33, 61, 62)中的每个，所述分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)形成在触点平面与接头平面之间。
4. 根据权利要求1、2或3所述的功率半导体模块，其特征在于，所述接触组件包括第三连接板(31, 32, 33, 61, 62)，其导电地与N个所述功率半导体-开关元件的包含n≤N个功率半导体-开关元件的至少一个第二部分量的第三开关元件-触点相连接。
5. 根据权利要求4所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第三连接板(31, 32, 33, 61, 62)具有：
-带有用于与开关元件-触点接触的触点(313, 323, 333)的触点平面(K)，
-带有用于外部接触所述功率半导体-开关元件(2)的至少一个接头(311,321,331)的接头平面(A)以及
-在触点平面与接头平面之间形成的用于将所述触点与所述接头(311, 321, 331)电连接的分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)，并且
-其中，所述第三连接板(31, 32, 33, 61, 62)的分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)平行于所述第一连接板(31, 32, 33, 61, 62)的分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)延伸。
6. 根据权利要求4或5所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第三连接板(31, 32, 33, 61, 62)固定在所述塑料包罩(5, 5')处。
7. 根据权利要求4至6中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第三连接板(31, 32, 33, 61, 62)导电地与N个所述功率半导体-开关元件的包含n≤N个功率半导体-开关元件的第二部分量的第二功率触点相连接。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，
a)所述第一连接板导电地与N个所述功率半导体-开关元件的控制触点相连接，并且
b)所述第二连接板导电地N个所述功率半导体-开关元件的包含m≤N个功率半导体-开关元件的部分量的第一功率触点相连接；以及
c)在所述第二连接板处作为附加的接头设置有参考接头，尤其用于在所述功率半导体-开关元件的第一功率触点与控制触点之间施加控制-额定电压。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第二连接板(32)包括参考接头-板(32")，其借助于导电的连接、优选地铆接或焊接来安装在所述第二连接板(32)处，并且其中，所述参考接头(322)在所述参考接头-板(32")处形成，并且其中，所述参考接头-板(32")优选地在所述第二连接板(32)的一个或多个第二触点附近安装在所述第二连接板(32)处。
10. 根据权利要求1至6中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第一连接板(31, 32, 33, 61, 62)导电地与N个所述功率半导体-开关元件的第一功率触点相连接，而所述第二连接板与N个所述功率半导体-开关元件的包含n≤N个功率半导体-开关元件的第二部分量的第二功率触点相连接。
11. 根据权利要求10所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第一连接板(31, 32, 33, 61, 62)包括参考接头(322)作为附加接头，尤其用于在所述功率半导体-开关元件的第一功率触点与控制触点之间施加控制-额定电压。
12. 根据权利要求1至6中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第一连接板(31, 32, 33, 61, 62)导电地与N个所述功率半导体-开关元件的第二功率触点相连接，而所述第二连接板与N个所述功率半导体-开关元件的包含n≤N个功率半导体-开关元件的第二部分量的第一功率触点相连接。
13. 根据权利要求10、11或12以及权利要求4至6中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第三连接板(31, 32, 33, 61, 62)与N个所述功率半导体-开关元件的包含n≤N个功率半导体-开关元件的第二部分量的控制触点相连接。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第二连接板(31, 32, 33, 61, 62)和/或所述第三连接板(31, 32, 33, 61, 62)借助于超声铆接来固定在所述塑料包罩(5, 5')处。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述塑料包罩(5, 5')由聚酯、尤其聚对苯二甲酸丁二脂或聚对苯二甲酸乙二酯形成并且优选地纤维强化、尤其玻璃纤维强化。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述塑料包罩(5, 5')借助于注塑来形成。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，用于减少热膨胀的元件、尤其玻璃小球注入所述塑料包罩(5, 5')中。
18. 根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第一连接板、第二连接板和第三连接板(31, 32, 33)布置成使得其分配平面(V1, V2, V3)平行于所述基平面(S)延伸。
19. 根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，
a)所述第一连接板(31)的分配平面(V1, V2, V3)邻近于所述基平面布置在所述基平面(S)之上，
b)所述第二连接板(32)的分配平面(V1, V2, V3)在与所述基平面(S)相对的侧面上邻近所述第一连接板(31)的分配平面(V1, V2, V3)，并且
c)所述第三连接板(33)的分配平面(V1, V2, V3)邻近所述第二连接板(32)的分配平面(V1, V2, V3)。
20. 根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体-开关元件的至少一个部分量包括大量功率晶体管、尤其IGBT，其布置在印刷电路板、优选地活性金属铜焊基质上并且电气并联。
21. 根据权利要求7或8所述的功率半导体模块，其特征在于，由所述第一连接板和第二连接板在接头或参考接头与第一或第二触点之间、优选地在相应的所述连接板的分配平面(V1, V2)中形成N个导电路径。
22. 根据权利要求21所述的功率半导体模块，其特征在于，对于每个连接板由多个板截段形成N个所述导电路径。
23. 根据权利要求22或23所述的功率半导体模块，其特征在于，用于所述第一连接板和第二连接板的N个所述导电路径的第一部段(S1)分别由共同的、优选地邻近于相应的所述连接板的接头或参考接头的第一或第二板截段来形成。
24. 根据权利要求21至23中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，用于所述第一连接板(31)的N个所述导电路径的第一部段(S1)在第一区域(R1)中被所述第二连接板(32)在其分配平面(V2)中遮盖而在第二区域(R2)中不被第二连接板(32)在其分配平面(V2)中遮盖。
25. 根据权利要求21至24中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，
a)所述第一连接板的N个导电路径的第二部段由所述第一连接板(31)的单独的第三板截段来形成，
b)所述第二连接板(32)的N个导电路径的第二部段由所述第二连接板的单独的第四板截段来形成，
c)对于i = 1, ... ,N在第三区域(R3)中所述第一连接板(31)的导电路径在所述第二连接板(32)的导电路径之下延伸。
26. 根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体模块包括平行于所述基平面布置的另外的功率半导体-开关元件，并且所述第一连接板和第二连接板具有另外的第一或第二触点，其与所述第一连接板或第二连接板的接头导电地相连接并且接触另外的所述功率半导体-开关元件的控制触点或第一功率触点。
27. 根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述功率半导体模块包括第二类型的平行于所述基平面布置的另外的功率半导体-开关元件。
28. 一种用于功率半导体模块的接触组件，所述功率半导体模块包括：
a)平行于基平面(S)布置的数量N的功率半导体-开关元件(2)，
-其中的每个具有一定数量的开元元件-触点，其包括：
-控制触点
-第一功率触点和
-第二功率触点，
-其中，借助于施加在控制触点与第一功率触点之间的控制电压能够控制在所述功率触点之间的电流，
b)其中，用于接触所述开关元件-触点的接触组件包括：
-第一连接板(31, 32, 33, 61, 62)，其导电地能够与N个所述功率半导体-开关元件的第一开关元件-触点连接；第二连接板(31, 32, 33, 61, 62)，其导电地能够与N个所述功率半导体-开关元件的包含n≤N个功率半导体-开关元件的部分量的第二开关元件-触点连接，并且其中
c)所述连接板(31, 32, 33, 61, 62)中的每个具有：
-用于接触开关元件-触点的大量触点(313, 323, 333)，
-用于外部接触所述功率半导体-开关元件(2)的至少一个接头(311, 321, 331)和
-用于将所述触点与所述接头(311, 321, 331)电连接的分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)，并且其中
-所述第一连接板(31, 32, 33, 61, 62)的分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)平行于所述第二连接板(31, 32, 33, 61, 62)的分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)并且平行于所述第二连接板(31, 32, 33, 61, 62)的分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)延伸，
-所述第一连接板(31, 32, 33, 61, 62)在所述分配平面的区域中具有塑料包罩(5, 5')，并且
-所述第二连接板(31, 32, 33, 61, 62)固定在所述塑料包罩(5, 5')处。
29. 根据权利要求28所述的接触组件，其特征在于，所述连接板(31, 32, 33, 61, 62)中的每个包括：
-触点平面和接头平面(A)，其中，大量所述触点设置在所述触点平面(K)中而至少一个所述接头(311, 321, 331)设置在所述接头平面(A)中。
30. 根据权利要求29所述的接触组件，其特征在于，对于所述连接板(31, 32, 33, 61, 62)中的每个，所述分配平面(V1, V1', V2, V2', V3)形成在触点平面与接头平面之间。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EPPCT/EP2013/058894 | 2013-04-29 | ||
| EP2013058894 | 2013-04-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203839372U true CN203839372U (zh) | 2014-09-17 |
Family
ID=48326290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420056905.6U Expired - Lifetime CN203839372U (zh) | 2013-04-29 | 2014-01-29 | 功率半导体模块和接触组件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203839372U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109600053A (zh) * | 2017-10-02 | 2019-04-09 | 株式会社丰田自动织机 | 变换器装置 |
| CN111033734A (zh) * | 2017-06-06 | 2020-04-17 | 宝马股份公司 | 功率转换器模块及其制造方法 |
-
2014
- 2014-01-29 CN CN201420056905.6U patent/CN203839372U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111033734A (zh) * | 2017-06-06 | 2020-04-17 | 宝马股份公司 | 功率转换器模块及其制造方法 |
| CN111033734B (zh) * | 2017-06-06 | 2023-09-15 | 宝马股份公司 | 功率转换器模块及其制造方法 |
| CN109600053A (zh) * | 2017-10-02 | 2019-04-09 | 株式会社丰田自动织机 | 变换器装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11018109B2 (en) | Power semiconductor module with low gate path inductance | |
| KR102327809B1 (ko) | 다층 버스 보드 | |
| US11596077B2 (en) | Method for producing a semiconductor module arrangement | |
| CN104517909A (zh) | 带有印制电路板的半导体模块及其制造方法 | |
| KR20170002589A (ko) | 모터 차량들을 위한 회로 배치 및 회로 배치의 이용 | |
| CN110945646B (zh) | 半导体构件和用于制造半导体构件的方法 | |
| CN102790043A (zh) | 功率半导体 | |
| CN109997223A (zh) | 功率半导体模块 | |
| TW202110289A (zh) | 功率模組 | |
| CN203839372U (zh) | 功率半导体模块和接触组件 | |
| CN113161309A (zh) | 载板及其适用的功率模块 | |
| US10699987B2 (en) | SMD package with flat contacts to prevent bottleneck | |
| US10109603B2 (en) | Semiconductor device | |
| EP3654373B1 (en) | Multi-chip-package | |
| EP3673507B1 (de) | Energiespeicheranordnung und fahrzeug mit energiespeicheranordnung | |
| US20230146272A1 (en) | Semiconductor apparatus | |
| CN215266735U (zh) | 接线端子及电力电子设备 | |
| US11935807B2 (en) | Plurality of dies electrically connected to a printed circuit board by a clip | |
| US11652473B2 (en) | Power modules having an integrated clamp circuit and process thereof | |
| US11658151B2 (en) | Semiconductor device | |
| DE202013105809U1 (de) | Leistungshalbleitermodul und Kontaktierungsanordnung | |
| CN106898600B (zh) | 半导体模块 | |
| US12021323B2 (en) | Semiconductor module | |
| CN118016630B (zh) | 一种集成式半导体电路 | |
| EP3790047B1 (en) | Multi-chip-package |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180604 Address after: Baden, Switzerland Patentee after: ABB Switzerland Co.,Ltd. Address before: Zurich Patentee before: ABB TECHNOLOGY Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210607 Address after: Baden, Switzerland Patentee after: ABB grid Switzerland AG Address before: Baden, Switzerland Patentee before: ABB Switzerland Co.,Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Swiss Baden Patentee after: Hitachi energy Switzerland AG Address before: Swiss Baden Patentee before: ABB grid Switzerland AG |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140917 |