CN205984960U - 功率半导体模块装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种功率半导体模块装置，具有半导体组件(1)和两个散热器(3，7)，以及具有将半导体组件(1)固定地定位在散热器(3，7)处的至少一个紧固件，其中，半导体组件(1)具有带有第一热接触面的下侧面(2)，并且其中，第一散热器(3)具有带有第二热接触面的上侧面(5)，并且其中，半导体组件(1)具有带有第三热接触面的上侧面，并且其中，第二散热器(7)具有带有第四热接触面的下侧面。本实用新型的特征在于，紧固件设计为夹紧螺栓(11)，该夹紧螺栓安置在第一弹性元件单元(12)中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种功率半导体模块装置，具有半导体组件和两个散热器，以及具有将半导体组件固定地定位在散热器处的至少一个紧固件，其中，半导体组件具有带有第一热接触面的下侧面，并且其中，第一散热器具有带有第二热接触面的上侧面，并且其中，半导体组件具有带有第三热接触面的上侧面，并且其中，第二散热器具有带有第四热接触面的下侧面。
背景技术
为了通过电负载控制电流，常常使用交流电调节器或三相电流调节器。在交流电调节器中，电的功率部分组件位于两个馈电线路中的一个中。在三相电流调节器中，电的功率部分组件位于三个馈电线路中的两个中又或者全部三个中。电的功率部分组件通常由反并联连接的半导体组件构成。
由半导体元件以及由不同的如盘、板或类似物的平的组件构成的组合被称作半导体组件，所述组件在半导体元件的两个侧面中的一个上与其接触。半导体元件能够例如是晶闸管、反向阻断绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或类似物。在平的组件和半导体之间、以及在平的组件彼此之间的接触能够是材料配合的和/或力配合的。
在电流控制器中，在半导体组件中产生电的功率损耗，其加热半导体组件，并且在没有相应的散热的情况下会导致过热引起的半导体组件的损坏。半导体组件的散热能够经由两个平的侧面中的一个或也经由两个平的侧面实现。经由两个平的侧面的散热也被称作双侧散热，并且相对于仅经由一个平的侧面的散热具有的优点是，在功率半导体的相同的温度升高的情况下，能够大约导出双倍数量的电损耗。因此，双侧散热比单侧散热允许半导体组件的约两倍的效用。在双侧散热中，半导体组件经由两个平的侧面排出在散热器处的热量，该散热器通常由实心的材料、优选铝或铜构成。散热器能够附加地配备有用于扩大表面的、例如是散热片的装置，以便改进在周围的散热。此外，散热体和散热器的概念的使用意义相同。
半导体组件的功率优化的热传递和由此的尽可能少的发热随后能够实现，当在半导体组件和散热器之间实现更小的接触热阻时。在此，在半导体组件上施加机械的压力，其中，散热器设有相应的构造的装置。在此要考虑的是，接触热阻随着压力增加而降低，这导致了追求高的压力。这样施加压力因此与半导体组件的高的机械的压力负载相连。为了避免机械的损伤，同时也为了保证在接触面中均匀的热传递，机械的压力必须尽可能均匀地施加在两个半导体组件上。这导致了，接触面必须平整地实施在半导体组件处和散热器处。
因为半导体组件由厚度不同的多个平的元件构成，且该厚度常常具有不可避免的公差，半导体组件的总厚度也同样地具有公差。如果由相应的实心材料构成的散热器具有相应的最小的可塑性，则由于两个半导体组件的厚度不同而很难或不可能同时对两个半导体组件施加均匀的压力。由于该原因，在两个散热器的一个中常常配置机械的阻尼部，例如装配凹槽。替选地，两个散热器中的一个两件式地实施，其中，两个部分随后与灵活的连接部、例如扁铜接头互相导电地连接，因为通常散热器也用于将电流传导给半导体组件。
对此，从DE 100 22 341 B4中已知一种电功率模块，其具有两个电的反向并联连接的半导体元件并且具有至少一个用于排出半导体元件的损耗热量的散热器。此外，该电功率模块具有两个电的并且导热的轨道，在轨道之间，两个半导体元件经由压力接触夹紧。
从E 10 2006 045 696 B3中已知一种电功率模块，其具有两个电反向并联连接的半导体元件并且具有至少两个导电的轨道，在轨道之间，半导体元件经由压力接触夹紧。电功率模块提出，在位于与两个半导体元件接触的区域之间的中间区域中的至少一个轨道具有两个第一凹槽，其从轨道的彼此对置的侧在到相应另外的侧的方向上直到经过两侧之间的中心地延伸，其中凹槽如下地互相布置，即轨道的剩余部分在凹槽之间形成接片。
从已知解决方案的现有技术出发的缺点在于，这些解决方案需要很高的构造耗费。
实用新型内容
因此，本实用新型的目的在于提出一种功率半导体模块装置，其提供一种很简单的构造。
根据本实用新型，该目的通过功率半导体模块装置实现。
根据本实用新型，该目的通过一种功率半导体模块装置实现，其具有半导体组件和两个散热器，以及具有将半导体组件固定地定位在散热器处的至少一个紧固件，其中，半导体组件具有带有第一热接触面的下侧面，并且其中，第一散热器具有带有第二热接触面的上侧面，并且其中，半导体组件具有带有第三热接触面的上侧面，并且其中，第二散热器具有带有第四热接触面的下侧面。本实用新型的特征在于，紧固件设计为夹紧螺栓(11)，夹紧螺栓安置在第一弹性元件单元(12)中。
根据本实用新型，使用夹紧螺栓和弹性元件单元，以便同时且均匀地给两个半导体组件施加压力。弹性元件单元能够是具有相应的弹性常数的合适的软的压板。其也能够由硬的压板和以堆叠的弹性垫圈形式的弹簧组组成。同样地，由软的压板和弹簧组构成的组合也是可行的。力和由此在两个半导体组件上的压力能够利用认知弹性元件单元的弹性常数和夹紧螺栓的螺距而通过固定数量的旋转以及部件、无需另外的辅助工具就进行施加。
与此相反，在迄今为止的解决方案中需要高耗费的生产工具，以实现各个弹簧组的相同的应力。在此设置的单元的生产是简单的，并且利用少耗费的生产工具就能实现，同样地，半导体组件的更换在维修情况中也能够简单地进行。
在此提出的解决方案的特征在于非常简单的夹紧装置，其使用明显更少的材料成本。此外，生产过程非常简单，并且借助于少量的生产投资就能实现。制造能够因此成本节约地实现。
此外，关于要求的在半导体组件上平均的压力施加必须没有限制。维修理念，如在如今常常要求的那样，能够因此同样简单地进行。由于半导体组件的平均的压力施加，总的功率半导体组件的提高的稳健性提高了设备的寿命，并因此减少了故障，故障的排除会产生成本。
根据本实用新型的理念的改进方案能够在于，第一弹性元件单元以弹性垫圈的形式设计。在此提出，夹紧螺栓首先通过弹性垫圈，随后通过垫片进入隔离套，并且通过第二弹性元件单元引导，在其穿过第二散热器之前，到达半导体组件和第一散热器。
在根据本实用新型的理念的另外的改进方案中能够提出，夹紧螺栓通过隔离套引导。隔离套对于压力施加的机械的任务不是必要的。其以如下的方式仅仅保证了电的功能，即其通过导电的夹紧螺栓避免了两个主要导体组件的短路。
在根据本实用新型的另外的理念的特定设计方案中能够提出，夹紧螺栓通过第二弹性元件单元引导。第二弹性元件单元能够具有平的压力面，其对于半导体组件在中心放置。由此实现在平均的压力分布上将中心的力引入到半导体组件的接触面处。
在根据本实用新型的理念的另外特定的改进方案中能够提出，第二弹性元件单元设计为压板。力和因此在两个半导体组件上的压力能够利用认知弹性元件单元的弹性常数和夹紧螺栓的螺距而通过固定数量的旋转以及部件、无需另外的辅助工具就进行施加。弹性结构因此两件式地配置，并且能够基于弹性常数适配相应的功率半导体模块装置。
在本实用新型的另外的理念的特定设计方案中能够提出，压板设计为U形，并且具有两个支臂和一个过渡区域，其中，夹紧螺栓由压板的过渡区域引导。压板的这种特定的配置实现了具有小的结构高度的功率半导体模块装置。
在根据本实用新型的理念的另外特定的改进方案中能够提出，压板的过渡区域布置在第二散热器内部的凹部中。该布置导致功率半导体模块装置的小的结构高度。
在根据本实用新型的理念的另外特定的改进方案中能够提出，第二散热器具有两个散热元件，其通过接片互相连接。第二散热器优选地设有双接片，以便能够在两个半导体组件的结构高度方面补偿公差，无需阻碍平均的压力分布。
根据本实用新型的功率半导体模块装置具有带有下侧面的半导体组件，其作为第一热接触面。在半导体组件的下侧面处布置有优选具有散热片的第一散热器和上侧面，其作为第二热接触面。半导体组件的第一热接触面位于第一散热器的第二热接触面处。围绕半导体组件能够构造壳体框架。在壳体框架上方布置有第二散热器，其优选具有两个散热元件，其经由至少一个接片、优选双接片互相连接，其中，半导体组件具有带有第三热接触面的上侧面，并且其中，第二散热器具有带有第四热接触面的下侧面。由半导体组件、壳体框架和两个散热器构成的布置通过夹紧装置位置固定地互相固定。夹紧装置具有夹紧螺栓，其由第一弹性元件单元、例如弹性垫圈引导。此外，夹紧螺栓能够通过垫片、隔离套和第二弹性元件单元引导。第二弹性元件单元在此能够设计为压板。如此装备的夹紧螺栓通过第二散热器和半导体组件旋入到第一散热器中。
附图说明
本实用新型另外的优点和实施方式接下来根据实施例以及依据附图详细地阐述。
在此示意性地示出：
图1以分解图示出根据本实用新型的功率半导体模块装置；
图2以立体图示出根据图1在组装状态下的根据本实用新型的功率半导体模块装置；
图3以截面图示出根据图1和图2的、根据本实用新型的功率半导体模块装置；
图4以立体图示出第一散热器的实施例；
图5以立体图示出第二散热器的实施例；
图6以俯视图示出根据图5的散热器；
图7以立体图示出第二弹性元件单元。
具体实施方式
图1示出了根据本实用新型的功率半导体模块装置。根据本实用新型的功率半导体模块装置具有带有下侧面2的半导体组件1，下侧面作为第一热接触面。在半导体组件1的下侧面2处布置有第一散热器3，其优选具有散热片4和上侧面5，上侧面作为第二热接触面。半导体组件1的第一热接触面位于第一散热器3的第二热接触面处。围绕半导体组件1能够构造壳体框架6。在壳体框架6的上方布置有第二散热器7，其优选具有两个散热元件8，9，其经由至少一个接片10、优选双接片互相连接，其中，半导体组件(1)具有带有第三热接触面的上侧面(2a)，并且其中，第二散热器(7)具有带有第四热接触面的下侧面(7a)。这种由半导体组件1、壳体框架6和两个散热器3，7构成的布置通过夹紧装置而位置固定地彼此固定。
夹紧装置具有夹紧螺栓11，其通过第一弹性元件单元12、例如弹性垫圈来引导。此外，夹紧螺栓11能够通过垫片13、隔离套14和第二弹性元件单元15引导。第二弹性元件单元15在此能够设计为压板。如此装备的夹紧螺栓11通过第二散热器7和半导体组件1旋入到第一散热器3中。
图2和图3示出了在组装状态下的根据本实用新型的功率半导体模块装置。图2和图3示出了夹紧螺栓11，其通过第一弹性元件单元12、例如弹性垫圈引导。此外，夹紧螺栓11能够通过垫片13、隔离套14和以压板的形式的第二弹性元件单元15来引导。如此装备的夹紧螺栓11通过第二散热器7和半导体组件1旋入到第一散热器3中。
图4示出了第一散热器3的实施例。第一散热器3能够设有散热片4，并且优选具有两个铣出的平面区域，其对应于第二热接触或上侧面5，并且接纳半导体元件，并且固定在其位置上。
图5示出了第二散热器7的实施例。第二散热器7优选具有两个方形构造的散热元件8，9，其经由接片、尤其是双接片互相连接。
图6以俯视图示出了具有接片10的散热器7。
在图7中以压板的形式示出了用于第二弹性元件单元15的实施例。压板优选构造为方形的，并且优选地在中心具有通孔16。
根据本实用新型的功率半导体模块装置的特征在于，能够确保半导体组件的平均的压力施加，其中，夹紧装置具有简单的操作，并且能够利用小的材料成本实现。由于半导体组件的平均的压力施加，总的功率半导体模块装置的提高的稳健性提高了设备的寿命，并因此减少了设备故障，其中，在根据本实用新型的功率半导体模块装置中的维护能够简单地实施。有利的是特别两件式实施的弹性概念，其具有优选以弹性垫圈的形式的第一弹性元件单元和优选以压板形式的第二弹性元件单元。该弹性概念的特征通过变化性得出，其实现了对相应的期望的条件的适配。
附图标记列表
1 半导体组件
2 下侧面
2a 上侧面
3 第一散热器
4 散热片
5 上侧面
6 壳体框架
7 第二散热器
7a 下侧面
8 散热元件
9 散热元件
10 接片
11 夹紧螺栓
12 第一弹性元件单元
13 垫片
14 隔离套
15 第二弹性元件单元
16 通孔
Claims (10)
1.一种功率半导体模块装置，具有半导体组件(1)、第一散热器(3)和第二散热器(7)，以及具有将所述半导体组件(1)固定地定位在所述第一散热器(3)处和所述第二散热器(7)处的至少一个紧固件，其中，所述半导体组件(1)具有带有第一热接触面的下侧面(2)，并且其中，所述第一散热器(3)具有带有第二热接触面的上侧面(5)，并且其中，所述半导体组件(1)具有带有第三热接触面的上侧面(2a)，并且其中，所述第二散热器(7)具有带有第四热接触面的下侧面(7a)，其特征在于，所述紧固件设计为夹紧螺栓(11)，所述夹紧螺栓安置在第一弹性元件单元(12)中。
2.根据权利要求1所述的功率半导体模块装置，其特征在于，所述第一弹性元件单元(12)以弹性垫圈的形式设计。
3.根据权利要求1所述的功率半导体模块装置，其特征在于，所述夹紧螺栓(11)由隔离套引导。
4.根据权利要求2所述的功率半导体模块装置，其特征在于，所述夹紧螺栓(11)由隔离套引导。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率半导体模块装置，其特征在于，所述夹紧螺栓(11)由第二弹性元件单元(15)引导。
6.根据权利要求5所述的功率半导体模块装置，其特征在于，所述第二弹性元件单元(15)设计为压板。
7.根据权利要求6所述的功率半导体模块装置，其特征在于，所述压板设计为U形，并且具有两个支臂和一个过渡区域，其中，所述夹紧螺栓(11)由所述压板的所述过渡区域引导。
8.根据权利要求7所述的功率半导体模块装置，其特征在于，所述压板的所述过渡区域布置在所述第二散热器(7)内部的凹部中。
9.根据权利要求2至4中任一项所述的功率半导体模块装置，其特征在于，所述第二散热器(7)具有两个散热元件(8，9)，所述散热元件经由至少一个接片(10)互相连接。
10.根据权利要求8所述的功率半导体模块装置，其特征在于，所述第二散热器(7)具有两个散热元件(8，9)，所述散热元件经由至少一个接片(10)互相连接。
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