功率半导体模块及其布置制造技术

根据本实用新型专利技术的功率半导体模块构造为具有压力施加体，功率半导体模块具有电路载体，该电路载体构造有第一导体轨道、设置在其上的功率半导体组件以及内部连接装置，功率半导体模块具有壳体，该壳体构造有布置在其中的引导装置，以及连接元件。在这种情况下，连接元件被实施为螺栓，所述螺栓具有第一端部区段和第二端部区段以及在它们之间形成的中间区段，其中第一端部区段搁置于电路载体上并且与其导电连接，其中第二端部区段通过切除部从壳体突出，并且其中所述连接元件布置在所分配的引导装置内。压力施加体在此具有刚性的第一部分主体和弹性的第二部分主体，其中第二部分主体在壳体的方向上从第一部分主体伸出。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体模块及其布置
本技术描述了一种具有压力施加体的功率半导体模块，功率半导体模块具有电路载体，该电路载体构造有第一导体轨道、设置在其上的功率半导体组件并且具有内部连接装置。功率半导体模块还具有壳体，该壳体具有布置在其中的引导装置，特别是用于连接元件的引导装置，该连接元件用于将电路载体连接到外部连接装置，特别是用于将电路载体连接到具有负载电流导体轨道的外部电路板。此外，功率半导体模块具有用于向电路载体施加压力的压力施加体。在具有该功率半导体模块的布置中，压力体用于实现电路载体到冷却装置的热连接和机械连接。
技术介绍
现有技术，例如在DE19630173A1中公开并且基本上在图8中示出的现有技术，公开了一种由半导体组件和无源电子组件构成的功率模块，在所有负载连接和控制连接与定制电路板或其类似的外部连接元件压力接触的情况下，该功率模块允许通过螺钉简单地安装在冷却装置上并且从其无破坏地移除。为此目的，模块的壳体5设置有压力接触弹簧68，所述压力接触弹簧68对于所有电连接以及为了均匀的压力分布的目的而具有有利的松弛特性。为了测试的目的并且在使用期间，通过夹持到至少一个附接元件、压力施加体，该模块以功能上能够操作的方式配置在压力元件和散热器之间。这种配置的缺陷是已知的压力接触弹簧68的受限的载流能力，该能力在现有技术中相应地为大约10A。
技术实现思路
在获知这些规定条件的情况下，本技术的目的是提出一种功率半导体模块，该功率半导体模块具有连接元件的显著更高的载流能力以及类似的灵活性和紧凑性。根据本技术，功率半导体模块构造为具有压力施加体，功率半导体模块具有电路载体，该电路载体构造有第一导体轨道、设置在其上的功率半导体组件以及内部连接装置，功率半导体模块具有壳体，该壳体构造有布置在其中的引导装置，以及连接元件。连接元件被实施为螺栓，所述螺栓具有第一端部区段和第二端部区段以及在它们之间形成的中间区段，其中第一端部区段搁置于电路载体上并且与其导电连接，其中第二端部区段通过切除部从壳体突出，并且其中所述连接元件布置在所分配的引导装置内。压力施加体在此具有刚性的第一部分主体和弹性的第二部分主体，刚性的第一部分主体优选由第一绝缘材料构成，弹性的第二部分主体优选由第二绝缘材料构成，其中第二部分主体在壳体的方向上从第一部分主体伸出。压力施加体和壳体优选地被实施为两个部件。因此，根据其第二部分主体在壳体的方向上从第一部分主体伸出的特征显然仅在正确使用的情况下才能满足。功率半导体模块以如此的方式构成以使得第二部分主体在背离壳体的一侧向电路板施加压力，优选以平面方式向电路板施加压力，在正确使用功率半导体模块的情况下，该电路板布置在压力施加体和带有连接元件的壳体之间，因此也布置在第二部分主体和第二端部区段之间。换言之，功率半导体模块以如此的方式实施以使得在正确使用的情况下，电路板布置在第二部分主体和第二端部区段之间。第二部分主体因此被设计成在所分配的连接元件的方向上施加压力，优选以平面方式施加压力，其中压力纵向地施加到连接元件中。作为连接元件的具有最小横截面积的部分，中间区段优选具有在0.5mm2至10mm2之间、特别是在0.75mm2至5mm2之间的横截面积。在此，2.5mm2的横截面积对于大约100A的载流能力是足够的。优选地，连接元件的至少一个端部区段具有接触面，该接触面具有以平面或凸形方式实施的表面形状。在这种情况下，该接触面可具有结构化的表面，优选具有同心的环形结构。该结构的拓扑构造优选具有在5μm至50μm之间、优选在10μm至25μm之间的高度差，以及具有在75μm至500μm之间、优选在150μm至250μm之间的结构之间的距离。具体地，优选的是，连接元件的端部区段中的至少一个、特别是第二端部区段实施为蘑菇形。优选的是，连接元件由铜或主要包含铜的合金构成，主要包含铜也就是说具有大于50％的铜质量，并且连接元件还优选具有由银或主要包含银的合金制成的表面涂层。在一种有利的实施方式中，引导装置被设计成以如此的方式夹持所分配的连接元件使得防止其脱落，其中引导装置具有至少一个、特别是三个具有夹持面的夹持装置，所述夹持装置将连接元件在其中间区段处夹持。压力施加体的第一部分主体优选具有切除部，第二部分主体从该切除部中伸出。具体地，在这种情况下，压力施加体的第一部分主体由耐高温的热塑性材料制成，特别是由聚苯硫醚制成，特别是具有金属增强结构。第二部分主体优选由硅橡胶构成，特别是由液体硅树脂制成。特别优选的是，压力施加体以如此的方式设计以使得在正确使用的情况下第二部分主体与引导装置齐平或基本齐平地布置。在功率半导体模块的进一步优选的实施方式中，在另一个引导装置中构造压力传递元件，该压力传递元件构造成基本上与连接元件相同，但是由电绝缘材料制成。该压力传递元件则专门用于形成机械接触，但不用于形成电接触。根据本技术的布置被实施为上述功率半导体模块，其具有冷却装置、具有电路板并且具有用于压力连接这些组件的夹持装置，其中电路载体与冷却装置压力接触，也就是说以摩擦锁定的方式、并且因此以导热方式连接，并且其中连接元件的第二端部区段以机械和导电以及压力接触的方式连接，也就是说进而以摩擦锁定的方式连接到电路板的第二导体轨道。在此尤其优选的是，压力施加体的第二部分主体与引导装置齐平地或基本上齐平地布置。压力接触的机械连接在此也被理解为直接的径直连接，诸如具有中间层的连接、特别是具有导热的薄中间层的连接。该布置的特别有利的实施例体现为压力施加体、电路板、壳体和电路载体分别具有连续的切除部，并且冷却装置具有带内螺纹的切除部，其中实施为螺钉的夹持装置延伸通过压力施加体、电路板、壳体和电路载体中的切除部并且拧紧到内螺纹，其结果是压力施加到压力施加体，并且经由第二部分主体施加到电路板上，并且从后者即电路板施加到连接元件的与电路板直接机械和电接触的第二端部区段，并且从连接元件的第一端部区段施加到电路载体，该电路载体直接与其机械和电接触，并施加到冷却装置上。基本上而言，其它常规的夹持装置也可以是布置的一部分，所述其它常规的夹持装置被实施为螺钉或夹持螺栓并且不需要在电路载体中的连续切除部，而是布置在设置于壳体外侧的切除部中。该装置的另一特别有利的实施例体现为，压力施加体、电路板、壳体以及电路载体和冷却装置通过至少两个夹持弹簧夹持，夹持弹簧包夹压力施加体、电路板和带有电路载体的壳体并被支撑在冷却装置中，其结果是压力施加到压力施加体上并且经由第二部分主体施加到电路板上，并且从后者即电路板施加到连接元件的与电路板直接机械和电接触的第二端部区段，并且从其第一端部区段施加到与其直接机械和电接触的电路载体，并且施加到冷却装置上。当然，在本身不被排除的情况下，在根据本技术的功率半导体模块中被描述为单数的特征也可以存在多个。例如，所描述的功率半导体组件可以是至少一个功率半导体组件，其中由此也可以理解成布置在电路载体的一个或多个第一导体轨道上的多个功率半导体组件。同样，连接元件和压力施加体的所分配的第二部分主体也可以存在多个。当然，本技术的各种实施方式可以单独地或者以本身不被排除的任何期望的组合实现，以便实现改进。具体地，在上文和下文中描述和解释的特本文档来自技高网...

【技术保护点】
功率半导体模块，其特征在于，功率半导体模块具有压力施加体(1)，功率半导体模块具有电路载体(2)，该电路载体(2)构造有第一导体轨道(22)、设置在其上的功率半导体组件(3)以及内部连接装置(4)，功率半导体模块具有壳体(5)，该壳体(5)构造有布置在其中的引导装置(50)以及连接元件(6)，其中连接元件(6)被实施为螺栓，所述螺栓具有第一端部区段(60)和第二端部区段(62)以及在第一端部区段和第二端部区段之间形成的中间区段(64)，其中第一端部区段(60)搁置于电路载体(2)上并且与该电路载体导电连接，以及其中第二端部区段(62)通过切除部从壳体(5)突出；其中所述连接元件(6)布置在所分配的引导装置(50)内；以及其中所述压力施加体(1)具有刚性的第一部分主体(10)和弹性的第二部分主体(12)，其中第二部分主体(12)在壳体(5)的方向上从第一部分主体(10)伸出并且被设计成当电路板(7)布置在压力施加体(1)和带有连接元件(6)的壳体(5)之间并且因此也布置在第二部分主体(12)和连接元件(6)的第二端部区段(62)之间时将压力(14)施加到电路板(7)。

【技术特征摘要】
2016.02.01 DE 102016101724.8;2016.10.14 DE 10201611.功率半导体模块，其特征在于，功率半导体模块具有压力施加体(1)，功率半导体模块具有电路载体(2)，该电路载体(2)构造有第一导体轨道(22)、设置在其上的功率半导体组件(3)以及内部连接装置(4)，功率半导体模块具有壳体(5)，该壳体(5)构造有布置在其中的引导装置(50)以及连接元件(6)，其中连接元件(6)被实施为螺栓，所述螺栓具有第一端部区段(60)和第二端部区段(62)以及在第一端部区段和第二端部区段之间形成的中间区段(64)，其中第一端部区段(60)搁置于电路载体(2)上并且与该电路载体导电连接，以及其中第二端部区段(62)通过切除部从壳体(5)突出；其中所述连接元件(6)布置在所分配的引导装置(50)内；以及其中所述压力施加体(1)具有刚性的第一部分主体(10)和弹性的第二部分主体(12)，其中第二部分主体(12)在壳体(5)的方向上从第一部分主体(10)伸出并且被设计成当电路板(7)布置在压力施加体(1)和带有连接元件(6)的壳体(5)之间并且因此也布置在第二部分主体(12)和连接元件(6)的第二端部区段(62)之间时将压力(14)施加到电路板(7)。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，连接元件(6)的中间区段(64)具有在0.5mm2至10mm2之间的横截面积。3.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，连接元件(6)的中间区段(64)具有在0.75mm2至5mm2之间的横截面积。4.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，连接元件(6)的至少一个端部区段(60，62)具有接触面(600，620)，该接触面(600，620)具有以平面或凸形方式实施的表面形状。5.根据权利要求4所述的功率半导体模块，其特征在于，接触面(600，620)具有结构化的表面。6.根据权利要求5所述的功率半导体模块，其特征在于，所述接触面(600，620)的所述结构化的表面具有同心的环形结构(622)。7.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，连接元件(6)的端部区段(60，62)中的至少一个实施为蘑菇形。8.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，连接元件(6)由铜或主要包含铜的合金构成。9.根据权利要求8所述的功率半导体模块，其特征在于，连接元件(6)具有由银或主要包含银的合金制成的表面涂层。10.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，引导装置(50)被设计成夹持所分配的连接元件(6)以使得防止其脱落，其中引导装置(50)具有至少一个具有夹持面(54)的夹持装置(52)，所述夹持装置(52)将连接元件(6)在其中间区段(64)处夹持。11.根据权利要求10所述的功率半导体模块，其特征在于，引导装置(50)具有三个具有夹持面(54)的夹持装置(52)。12.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·格布尔，C·芬内布施，
申请(专利权)人：赛米控电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：德国,DE