用于多个压紧接触式半导体器件的改良型盘形单元制造技术

本发明专利技术涉及一种盘形单元(1)，其作用是借助产生夹紧力(F)的夹紧装置(4、13)，使多个半导体器件实现压紧接触，所述盘形单元包括：壳体(2、3、7、8)；至少一个安装在壳体中的第一类型的第一半导体器件(6)；至少一个安装在壳体中的第二类型(不同于第一类型)的第二半导体器件(5)；其中壳体(2、3、7、8)至少包含一块覆盖第一半导体器件(6)和第二半导体器件(5)的、与夹紧力(F)基本垂直的金属压板(2)，用于夹紧第一和第二半导体器件，夹紧力(F)以局部限制的方式(9)施加到压板(2)上，以便通过压板(2)夹紧第一半导体器件(6)和第二半导体器件(5)，其中第一半导体器件(6)设置在夹紧力(F)的局部作用区(9)下方，第二半导体器件(5)至少部分设置在局部作用区(9)之外。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及一种用于多个半导体器件(尤其是多个功率半导体器件)的盘形单元。这些盘形单元一般用于容纳和安装至少一个半导体器件，并通常与一个散热体存在导热接触。上述盘形单元的主要功能是：对半导体器件进行密封，并同时借助半导体器件的压紧接触(从外部)实现电连接和热连接。已知盘形单元主要包括一壳体和至少一个半导体器件。这种盘形单元可以从市场上买到。除此之外还存在容纳有多个半导体器件的盘形单元，这些半导体器件在几何尺寸方面具有相同类型。此种设计没有什么缺陷，因为当结构类型一致时器件的机械负荷极限相同。如果多个器件由于几何尺寸不同而存在不同的承荷能力，则这些器件的夹紧就会出现问题。尽管单纯将半导体器件安装到壳体内部时一般不存在问题，但如果最终买主为了实现电接触和热接触对盘形单元进行夹紧，机械强度最弱的器件就可能在夹紧时出现轻微损坏。到目前为止，因为负荷极限不同，类型不同的半导体器件必须事先在单独的盘形单元中夹紧，以便能够为每种器件单独调节夹紧作用，以允许器件具有不同机械负荷极限。这种设计具有以下缺点：部件数量增加、盘形单元结构体积变大、设计和/或可能需要的夹紧作用的具体调节相对复杂。为此，一般组件包括具有夹紧装置的盘形单元，比如拉紧螺栓或者压紧螺栓机构，其作用是固定半导体器件并使本专利技术所述的多个半导体器件实现电和热的压力接触。鉴于功率半导体电子器件中在热交变负荷方面出现的问题，人们为了实现耐高电压和耐大电流器件的接触连接开发了这种压力接触。作为大功率变流器核心器件的高压晶闸管，就属于上述耐高电压半导体器件。尤其对于这些系统来说，器件可靠性要求很高。因为器件带有相对较脆的半导体材料层，所以始终面临着因压力接触所致机械过载而损坏的危险。在这种情形中，电子器件接触区和导电触点之间机械接触、电接触和热接触的产生和保持，同样主要靠机械力实现。这种设计具有以下优点：通过对机械力进行相应调节(比如借助夹紧装置或者弹簧装置)，可以充分考虑与这种机械固定相关的机械公差所导致热交变负荷。
技术实现思路
鉴于以上所述缺点，本专利技术的任务是：提供一种用于多个半导体器件的盘形单元和一种由盘形单元组成的组件(带有夹紧装置)，其中可在采用不同半导体器件的情况下实现高集成密度，减少部件数量并减少所需盘形单元数量，缩小结构空间，可通过简单方式调节夹紧作用和/或更充分考虑器件的不同机械负荷极限。根据本专利技术，上述任务通过具有根据权利要求1所述特征的盘形单元完成。从属权利要求包含本专利技术其它的、特别有利的实施例。需要说明的是：权利要求中列出的各个特征可以通过技术上合理的任意方式相互组合，从而产生本专利技术的其它实施例。说明书，尤其是结合附图对本专利技术进行了额外的特征描述和详细解释。本专利技术涉及一种用于多个半导体器件的盘形单元。本专利技术所指盘形单元包含一壳体。优选地，所述壳体带有采用不导电材料(比如陶瓷)制成的侧壁。侧壁的形状(比如)为环形。优选地，所述半导体器件以密封形式容纳在壳体内部。进一步地，所述盘形单元包含至少一个容纳在壳体中的第一类型的第一半导体器件以及至少一个容纳在壳体中的第二类型的第二半导体器件。术语“盘形单元”定义了一种由壳体和多个半导体器件(以下简称为“器件”)组成的单元。优选地，即使盘形单元没有夹紧和/或固定在散热体上，器件也能以防丢失形式容纳在壳体中。术语“不同类型”应做广义解释，可以指不同的外部尺寸和/或几何形状，也可以指外部尺寸相同时存在层结构方面的差别，还可以指压紧接触时采用不同接触力。优选地，其至少为不同类型的机械负荷极限(平行于夹紧方向)方面的差别。根据本专利技术，所述壳体包括至少一块金属压板，所述金属压板覆盖第一半导体器件和第二半导体器件且与夹紧力基本垂直，用于夹紧第一和第二半导体器件。在这种情形中，所述压板配置为，夹紧力以局部限制的方式施加到压板上，以便通过压板夹紧第一半导体器件和第二半导体器件，其中所述第一半导体器件设置在夹紧力的局部作用区下方，所述第二半导体器件至少部分(即一部分至全部)(优选全部)设置在局部作用区之外。本专利技术还涉及一种由上述盘形单元和夹紧装置组成的组件，夹紧装置的作用是：第一和第二半导体器件在夹紧装置所产生夹紧力的作用下被夹紧，并使第一和第二半导体器件实现电接触。夹紧力可以(比如)通过弹簧或者螺栓、优选通过拉紧螺栓或者压紧螺栓结构产生。在一个实施例中，第一和第二类型的器件被夹紧在上述压板和承受压力的配合板之间，其中所述配合板可以(比如)全面贴靠在散热体上。根据优选实施例，第一和第二类型的器件被夹紧在根据本专利技术配置的两块压板之间。优选地，压板和配合板配置为，或者设置高度调整盘件，使得配合板和压板在夹紧之前的合拢期间，与第一半导体器件和第二半导体器件同时接触。换句话说，作用区之外的压板凸起提供力作用线的分解。第一半导体器件设置在夹紧力的力作用线上，而设置在压板凸起部分下方的第二半导体器件位于通过压板分支的力作用线上。优选地，圆形金属压板起到弹性悬臂梁的作用，并缓冲施加在第二半导体器件上的作用力。相对于第一半导体器件，第二半导体器件承受的接触力和机械应力得以降低。这种设计可以(比如)用于以下目的：将接触电阻与夹紧力关联性较小的半导体器件，作为第二半导体器件设置在分支后的力作用线上。优选地，第二半导体器件采用以下类型：它在夹紧方向上的机械负荷极限，小于第一半导体器件的相应负荷极限。根据本专利技术，第二半导体器件位于分支后的力作用线区域内。第一和第二器件之间的负荷极限差别，可能源于通常垂直于夹紧力的半导体层的不同厚度。根据本专利技术所述盘形单元设计，即使在第一器件承受最大夹紧力时，也能确保第二器件所承受负荷得到“缓冲”，从而能够在因第一器件夹紧力而产生最大应力的情况下，确保第二器件上的应力较低。这样就可以将机械承荷能力较小的器件和具有较高机械承荷能力的器件搭配在一个盘形单元中。尤其是，给定相应的设置，即如果第二器件为机械承荷能力与第一器件相同或者较小的器件，可以确保夹紧第一器件而不存在第二器件遭受机械损坏的危险。因此，可以在第一器件承受最大负荷(出于电接触和热接触原因而力求实现)的情况下，可靠防止第二半导体器件遭到损坏。优选地，所述压板贴靠在半导体器件的相应接触面上，以便同时用于半导体器件的直接电接触和热接触。根据本专利技术的另一个实施例，第一半导体器件的至少一个接触面、至少在未夹紧状态下不处于全面贴放状态。换句话说，半导体器件与贴靠它的配合件、比如根据本专利技术所述的压板或者承受压力的配合板形成一个空腔。通过这一措施，第一半导体器件可以在夹紧作用下产生形状改变，随着夹紧力的提高，半导体器件接触面通过器件的弹性或者塑性变形得以增大。这样半导体器件就可以“缓冲”夹紧力。因此，由于存在第一半导体器件的反作用力，可以更好调节第二半导体器件的夹紧作用。优选地，上述结构可以通过半导体器件侧面的弯曲形接触面实现。优选地，由半导体材料(比如硅)构成的第一半导体器件外层具有背向接触面弯曲的表面。根据本专利技术的另一个实施例，第一半导体器件(即整个层结构)在未夹紧状态下以弯曲方式配置。根据本专利技术的另一个实施例，在未夹紧状态下接触面和相关配合面之间的最大净距离位于5μm至150μm范围内，优选位于10μm至100μm范围内。术语“净距离”是指本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盘形单元(1)，用于借助产生夹紧力(F)的夹紧装置(4、13)，使多个半导体器件实现压紧接触，所述盘形单元包括：壳体(2、3、7、8)；至少一个安装在所述壳体中的第一类型的第一半导体器件(6)；至少一个安装在所述壳体中的第二类型的第二半导体器件(5)，所述第二类型与第一类型不同；其中所述壳体(2、3、7、8)包括至少一块金属压板(2)，所述至少一块金属压板(2)覆盖第一半导体器件(6)和第二半导体器件(5)，且与夹紧力(F)基本垂直，用于夹紧第一半导体器件和第二半导体器件，其中所述压板(2)配置为，所述夹紧力(F)以局部限制的方式(9)施加到压板(2)上，以便通过所述压板(2)夹紧第一半导体器件(6)和第二半导体器件(5)，其中所述第一半导体器件(6)设置在夹紧力(F)的局部作用区(9)下方，所述第二半导体器件(5)至少部分设置在局部作用区(9)之外。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.26 DE 102014102493.11.一种盘形单元(1)，用于借助产生夹紧力(F)的夹紧装置(4、13)，使多个半导体器件实现压紧接触，所述盘形单元包括：壳体(2、3、7、8)；至少一个安装在所述壳体中的第一类型的第一半导体器件(6)；至少一个安装在所述壳体中的第二类型的第二半导体器件(5)，所述第二类型与第一类型不同；其中所述壳体(2、3、7、8)包括至少一块金属压板(2)，所述至少一块金属压板(2)覆盖第一半导体器件(6)和第二半导体器件(5)，且与夹紧力(F)基本垂直，用于夹紧第一半导体器件和第二半导体器件，其中所述压板(2)配置为，所述夹紧力(F)以局部限制的方式(9)施加到压板(2)上，以便通过所述压板(2)夹紧第一半导体器件(6)和第二半导体器件(5)，其中所述第一半导体器件(6)设置在夹紧力(F)的局部作用区(9)下方，所述第二半导体器件(5)至少部分设置在局部作用区(9)之外。2.根据权利要求1所述的用于多个半导体器件的盘形单元(1)，其中所述第一半导体器件(6)的至少一个接触面(15、15')至少在未夹紧状态下不全面贴靠在比如压板(2)的相关配合面上。3.根据前述权利要求所述的用于多个半导体器件的盘形单元(1)，其中所述第一半导体器件(6)在未夹紧状态下以弯曲的方式配置。4.根据前述两个权利要求之一所述的用于多个半导体器件的盘形单元(1)，其中在未夹紧状态下接触面和相关配合面之间的最大净距离位于5μm至150μm、优选10μm至100μm的范围内。5.根据前述权利要求之一所述的用于多个半导体器件的盘形单元(1)，其中所述接触面(15、15')通过第一半导体器件(6)的半导体材料层(10)限定。6.根据前述权利要求之一所述的用于多个半导体器件的盘形单元(1)，其中所述夹紧力在压板(2)上的局部限制作用区(9)，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·申克，J·普日比拉，R·巴特尔梅斯，J·多恩，
申请(专利权)人：英飞凌科技有限两合公司，西门子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE