电气器件以及电气装置制造方法及图纸

本公开涉及电气器件以及电气装置。提供一种电气器件，包括：其上形成了功率半导体元件的半导体基板，在该基板的表面上布置功率半导体元件的控制电极和第一电流电极；印刷电路板，其上布置有驱动功率半导体元件的驱动模块，驱动模块包括至少一个第一开关元件，第一开关元件包括控制端子和电流端子；第一导电块，置于所述基板和印刷电路板之间，提供到第一电流电极的电连接；一个或多个连接件，与第一导电块电隔离地穿过第一导电块并连接到控制电极的一部分，连接件与相应的第一开关元件关联；一个或多个第一弹簧部件，置于对应的连接件和与对应的连接件关联的第一开关元件之间，使第一开关元件的第一电流端子通过连接件电连接到控制电极的一部分。

Electrical devices and devices

The present disclosure relates to electrical devices and devices. An electrical device is provided, including a semiconductor substrate on which a power semiconductor element is formed, a control electrode and a first current electrode of the power semiconductor element are arranged on the surface of the semiconductor substrate, a driving module of the driving power semiconductor element is arranged on a printed circuit board, and the driving module includes at least one first switching element, and the first switching element includes a control terminal. A first conductive block is placed between the substrate and the printed circuit board to provide an electrical connection to the first current electrode; one or more connectors pass through the first conductive block electrically isolated from the first conductive block and are connected to a part of the control electrode; the connector is associated with the corresponding first switching element; and one or more first spring components are placed in the corresponding connector. Between the first switching element associated with the corresponding connector, the first current terminal of the first switching element is electrically connected to a part of the control electrode through the connector.

【技术实现步骤摘要】
电气器件以及电气装置
本公开涉及包括功率元件的电气器件以及包括该电气器件的电气装置。
技术介绍
面对电力电子技术的快速发展，用户对功率半导体器件(这里也简称作半导体器件或功率器件)提出了关断期间换流速度快、关断可靠性高、散热性能好等要求。功率半导体器件的封装件结构对于半导体器件与外部电路之间的良好电连接尤为关键，特别是针对适用于高电压大电流环境中的功率半导体器件。随着半导体技术的不断发展，对于衡量功率半导体器件性能的关键指标，诸如关断电流能力或换流速度，提出了更高的要求。而关断电流能力或换流速度很大程度上受到半导体器件内部的换流回路中存在的杂散电感的影响。如果该杂散电感过大，可能会导致关断过程中半导体器件中的部分单元没有完全换流，从而导致关断过程失败。一般来说，功率半导体器件往往与导通模块和/或关断模块协作。导通模块和/或关断模块可以用于或者辅助用于导通和关断功率半导体器件。在现有技术中，在功率半导体器件中，通常将功率半导体元件(有时也称为器件晶片、器件芯片或器件管芯)置于单独的封装件(也称管壳)内，而将驱动模块(导通模块和/或关断模块)置于管壳封装件以外。这种布置会使得换流回路的面积较大，进而导致换流回路中的杂散电感较大。另外，在封装时或封装后，半导体器件的部件受到的机械压力可能远大于驱动模块中的电路元件能够承受的压力，容易造成电路元件的损坏。因此，现有技术中存在对改善的包括功率元件的电气器件以及电气装置的需要。
技术实现思路
为了减轻或者消除部分或者全部上述问题及其他问题，本申请的专利技术人对半导体器件的封装结构进行了长时间苦心钻研，提出了如在此申请中公开的电气器件以及电气装置。根据本公开的电气器件具有紧凑的结构，可以有效地减小换流回路面积，降低换流回路的杂散电感。根据本公开的电气器件以及电气装置可以提高换流速度，增大关断电流能力，提高关断的可靠性。根据本公开的电气器件可以通过压接或者压力配合来制备或组装，通过压力来保证部件之间的可靠接触，减少接触电阻，从而改善了部件之间的耦接。根据本公开的电气器件，提高了连接的可靠性和冗余性，降低了故障概率。另外，根据本公开的电气器件以及电气装置可以保证大的压力不会对导通模块和/或关断模块中的电路元件造成损坏。根据本公开的电气器件以及电气装置还可以提供良好的散热性能。根据本公开的一个方面，提供了一种电气器件，其包括其上形成了功率半导体元件的半导体基板，其中在所述半导体基板的一个表面上布置有所述功率半导体元件的控制电极和第一电流电极；印刷电路板，其上布置有用于驱动所述功率半导体元件的驱动模块，所述驱动模块包括至少一个第一开关元件，每个第一开关元件包括控制端子和电流端子；第一导电块，设置于所述基板和所述印刷电路板之间，用于提供到所述第一电流电极的电连接；一个或多个连接件，每个连接件与所述第一导电块电隔离地穿过所述第一导电块并连接到所述控制电极的一部分，并且每个连接件与相应的第一开关元件相关联，以及一个或多个第一弹簧部件，每个第一弹簧部件置于对应的连接件和与所述对应的连接件相关联的第一开关元件之间，以使得每个第一开关元件的电流端子中的第一电流端子通过所述连接件电连接到所述控制电极的一部分。根据本公开的一个实施例，所述控制电极在半导体基板上成环形布置。根据本公开的一个实施例，所述至少一个第一开关元件以环形布置分布在所述印刷电路板上。根据本公开的一个实施例，每个第一开关元件包括作为电流端子的漏极端子、源极端子和作为控制端子的栅极端子，其中所述第一电流端子是第一开关元件的漏极端子，所述第一开关元件的漏极端子和栅极端子耦接到所述印刷电路板。根据本公开的一个实施例，所述第一弹簧部件是弹簧。根据本公开的一个实施例，所述第一导电块包括穿透其的第一开口，所述第一开口适于将相应的连接件、相应的第一开关元件以及相应的第一弹簧部件容纳于其中。根据本公开的一个实施例，所述连接件具有突出的第一部分以及具有凹陷的第二部分，所述第一部分的横向尺寸小于所述第二部分的横向尺寸，其中相应的第一开关元件以及相应的第一弹簧部件容纳于所述第二部分中，所述凹陷包括布置在凹陷边缘处并且向所述印刷电路板延伸的侧臂。根据本公开的一个实施例，所述电气器件还包括布置在所述连接件与所述第一导电块之间的使两者彼此绝缘的绝缘件。根据本公开的一个实施例，所述关断模块还包括附接到所述印刷电路板的电容器。根据本公开的一个实施例，所述电气器件还包括：一个或多个第二开关元件，所述第二开关元件与所述第一开关元件置于所述印刷电路板的相同表面上，以及一个或多个第二弹簧部件，每个第二弹簧部件设置在对应的第二开关元件与第一导电块之间，以使得第二开关元件通过所述第一导电块与所述功率半导体元件的第一电流电极电连接。根据本公开的一个实施例，所述多个第二开关元件以环形布置分布在所述印刷电路板上，沿所述环形的径向方向，在至少部分第一开关元件的两侧分别对称地布置一个第二开关元件。根据本公开的一个实施例，第二弹簧部件是弹簧。根据本公开的一个实施例，在所述第一导电块中设置有用于冷却的通道。根据本公开的一个实施例，所述第一开关元件和所述第二开关元件包括DirectFet。根据本公开的一个实施例，所述功率半导体元件包括门极换流晶闸管(GCT)、门极可关断晶闸管(GTO)。根据本公开的一个实施例，所述电气器件还包括：将所述印刷电路板连接到外部的同轴电缆。根据本公开的一个实施例，所述电气器件还包括：第二导电块，与所述印刷电路板耦接；第三导电块，与所述功率半导体元件的被布置在所述半导体基板的另一表面上的第二电流电极耦接；以及封装外壳，其与所述第二导电块和所述第三导电块共同包封所述功率半导体元件和所述驱动模块。本公开还提供了一种电气装置，其包括上述任意方面或实施例所述的电气器件。附图说明附图构成本说明书的一部分，其描述了本公开的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理，在附图中：图1是示出了根据本公开一个实施例的电气器件的电路示意图；图2是示出了根据本公开一个实施例的电气器件的电路示意图；图3是示出了根据本申请一个实施例的电气器件的结构示意图；图4是图3中所示的虚线部分的示意性的放大视图；图5示出了根据本申请一个实施例的电气器件中的功率半导体元件的门极；图6示出了图3所示的电气器件中以环形布置的开关元件的示意图；图7示出了图3所示的电气器件中连接件以及绝缘件的示意图；图8示出了根据本申请另一个实施例的电气器件的结构示意图；图9示出了根据本申请一个实施例的电气器件中设置的用于冷却的通道的示意图。具体实施方式下面将参考附图详细描述本公开的各种示例性实施例。但应理解，对各种实施例的描述仅仅是说明性的，在任何意义上都不是对本申请所要求保护的专利技术的限制。除非另有具体说明或者上下文或其原理明示或者暗示，在示例性实施例中的组件和步骤的相对布置、表达式和数值等不作为对本申请所要保护的专利技术的限制。本文中所用的术语，仅仅是为了描述特定的实施例，而不意图限制本公开。除非上下文明确地另外指出，本文中所用的单数形式的“一”和“所述”意图同样包括复数形式。还要理解的是，“包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气器件，包括：在其上形成了功率半导体元件的半导体基板，其中在所述半导体基板的一个表面上布置有所述功率半导体元件的控制电极和第一电流电极；印刷电路板，其上布置有用于驱动所述功率半导体元件的驱动模块，所述驱动模块包括至少一个第一开关元件，每个第一开关元件包括控制端子和电流端子；第一导电块，设置于所述半导体基板和所述印刷电路板之间，用于提供到所述第一电流电极的电连接；一个或多个连接件，每个连接件与所述第一导电块电隔离地穿过所述第一导电块并连接到所述控制电极的一部分，并且每个连接件与相应的第一开关元件相关联；以及一个或多个第一弹簧部件，每个第一弹簧部件置于与其对应的连接件和与所述对应的连接件相关联的第一开关元件之间，以使得每个第一开关元件的电流端子中的第一电流端子通过所述连接件电连接到所述控制电极的一部分。

【技术特征摘要】
1.一种电气器件，包括：在其上形成了功率半导体元件的半导体基板，其中在所述半导体基板的一个表面上布置有所述功率半导体元件的控制电极和第一电流电极；印刷电路板，其上布置有用于驱动所述功率半导体元件的驱动模块，所述驱动模块包括至少一个第一开关元件，每个第一开关元件包括控制端子和电流端子；第一导电块，设置于所述半导体基板和所述印刷电路板之间，用于提供到所述第一电流电极的电连接；一个或多个连接件，每个连接件与所述第一导电块电隔离地穿过所述第一导电块并连接到所述控制电极的一部分，并且每个连接件与相应的第一开关元件相关联；以及一个或多个第一弹簧部件，每个第一弹簧部件置于与其对应的连接件和与所述对应的连接件相关联的第一开关元件之间，以使得每个第一开关元件的电流端子中的第一电流端子通过所述连接件电连接到所述控制电极的一部分。2.根据权利要求1所述的电气器件，其中所述控制电极在半导体基板上成环形布置。3.根据权利要求1所述的电气器件，其中所述至少一个第一开关元件以环形布置分布在所述印刷电路板上。4.根据权利要求1所述的电气器件，其中每个第一开关元件包括作为电流端子的漏极端子和源极端子以及作为控制端子的栅极端子，其中所述第一电流端子是第一开关元件的漏极端子，所述第一开关元件的漏极端子和栅极端子耦接到所述印刷电路板。5.根据权利要求1所述的电气器件，其中所述第一弹簧部件是弹簧。6.根据权利要求1所述的电气器件，其中所述第一导电块包括穿透其的第一开口，所述第一开口适于将相应的连接件、相应的第一开关元件以及相应的第一弹簧部件容纳于其中。7.根据权利要求1所述的电气器件，其中所述连接件具有突出的第一部分以及具有凹陷的第二部分，所述第一部分的横向尺寸小于所述第二部分的横向尺寸，其中相应的第一开关元件以及相应的第一弹簧部件容纳于所述第二部分中，所述凹陷...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈政宇，曾嵘，余占清，庄池杰，吕纲，刘佳鹏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11