与功率半导体模块形成压力接触的结构制造技术

本发明专利技术描述了一种与非常紧凑的功率半导体模块形成压力接触的结构。此结构由一个电路板、一个功率半导体模块和一个冷却装置组成。功率半导体模块具有框架形绝缘塑料外壳和一个带孔的盖板。外壳的第二盖板由基板构成，具有至少一根导电条和至少一个设置在其上并形成电路连接的功率半导体元件。功率半导体模块还具有接触弹簧，它们穿过盖板的孔来连接基板和电路板。功率半导体模块的外壳在电路板方向和／或在冷却装置方向上具有凸出部，它们穿过相应的孔，并与电路板和／或冷却装置形成可逆或不可逆的连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术描述了一种与非常紧凑的功率半导体模块形成压力接触的结构。DE 19630173C2或DE 19924993C2公开了这种相对于其结构尺寸具有高功率的功率半导体模块的现代结构，这种功率半导体模块正是本专利技术的出发点。
技术介绍
DE19630173C2公开了一种用于直接安装在冷却装置上的功率半导体模块，它由一个外壳和一个电绝缘的基板构成，基板由其上具有多根相互绝缘的金属导电条的绝缘材料体和位于绝缘材料体上并与这些导电条形成电路连接的功率半导体元件组成。与外壳外部的电路板的导电条的外部电气连接借助于接触弹簧来实现。功率半导体模块还具有至少一个中心孔，用于实现与冷却体的螺钉连接。此孔与电路板背对功率半导体模块一侧上设置的并且在此侧面上平放的形状固定的压块一起用于模块的压力接触。这种压力接触同时满足两项任务一方面实现连接件与电路板可靠的电接触，另一方面实现模块与冷却体的热接触，这里两个接触都是可逆的。现有技术下功率半导体模块的缺点在于，已知的压块不允许在电路板被其遮盖的部分上设置其它元件，如电阻、电容或集成电路等。此外存在至少一个用于实现螺钉连接的孔也是具有缺点的。它限制了功率半导体模块内部用于有效元件的面积。例如DE 19924993C2公开了一种功率半导体模块，其中功率半导体模块与电路板之间的连接由焊脚实现。这些焊脚被用作功率半导体元件在功率模块内部与电路板上的导电条之间电气连接的控制连接件和负载连接件。此功率半导体模块从而可以直接与电路板连接，也可以像DE 19924993所公开的那样借助一个适配电路板与电路板连接。在功率半导体模块与冷却体之间的热接触借助于螺钉连接与电接触无关地形成。这种功率半导体模块结构的缺点在于，为了将模块集成到一个安装结构中需要两种不同的连接工艺(螺钉连接和焊接，它们必须在多个工序中进行)。一个主要的缺点在于，不能保证在长的使用期内焊接连接的接触可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于给出一种由一块电路板、一个功率半导体模块和一个冷却装置组成的结构，此结构可以简单而廉价地生产，并具有非常高的紧凑性。上述任务由权利要求1所述的结构完成，特殊的设计在从属权利要求中给出。本专利技术的思路出发点在于功率半导体模块直接安装在冷却体上，其中功率半导体模块具有一个框式的绝缘塑料外壳。此外该塑料外壳具有一个最好与外壳形成一个整体相连接的第一盖板。第二盖板由一基板构成，此基板由一个绝缘层和至少一个设置在其上的金属层构成，此金属层面对着功率半导体模块。此金属层可在其中进行构造，从而形成至少一根功率半导体模块的导电条。在这些/这个导电条上设置至少一个功率半导体元件，并且此元件与其它导电条和/或另一个功率半导体元件形成电路连接。外壳的第一盖板具有多个孔。连接件穿过这些孔，以使功率半导体的导电条与设置在第一盖板上面的电路板的导电条触点形成电连接。此电路板由一个绝缘基板构成，并最好具有两根设置在基板上或基板中的导电条，电路板实现了功率半导体模块的电连接，并最好承载用于控制功率半导体模块的其它元件。在第二盖板上，即基板背对功率半导体模块内部的一侧上设置一个最好为有源的冷却体。有源冷却体—例如其上设置有鼓风机的冷却体—相对于无源的冷却体—例如一个空气冷却器—具有紧凑的结构形状这一重要优点。不仅用于功率半导体模块的负载连接的连接件，而且用于功率半导体模块的控制连接的连接件都是至少部分弹性构造的连接导体。这些连接导体形成连接条与外壳外部的电路板和其上设置的外部导电条之间的电连接。连接导体与电路板的外部导电条之间可靠的电接触借助于下面将要说明的用于形成压力接触的结构得到。在本专利技术的结构设计中功率半导体模块的外壳在电路板方向上和/或在冷却装置方向上具有凸出部，用于结构中的各个部件的相互固定。在第一种结构设计中这些凸出部伸入到电路板的孔中，在第二种结构设计中这些凸出部伸入到冷却装置的孔中。在第一种结构设计中这种连接影响功率半导体元件与电路板的连接，用于形成压力接触。原则上两种固定方式是可能的，一种是可逆的，其中各个部件无需高的费用就可以再次分开；一种是不可逆的，其中各个部件如此相互连接，只有用昂贵的费用才可能分开它们。一种可能的可逆连接设计是咬合—卡锁连接。此时外壳的凸出部具有止动销，而电路板和/或冷却装置具有相应的支座。一种可能的不可逆连接是将凸出部设计为栓钉。这种栓钉穿过电路板和/或冷却装置上的对应孔，并且在其末端例如通过超声作用或热作用被变形，使得它们形成一个铆钉，它支撑在相应的支座上。最好功率半导体模块与电路板的连接和与冷却装置的连接以相同方式形成。在根据本专利技术的另一结构设计中—此设计也可与前述设计相结合—冷却装置具有凸出部。这些凸出部伸入功率半导体模块和/或电路板的孔中，并与其形成上述类型的可逆或不可逆的连接。上述具有一个电路板、一个功率半导体模块和一个有源冷却装置的结构的另一个具有优点的实施例具有至少一个用于有源冷却装置与电路板导电条之间电气连接的连接件。这里此连接件是功率半导体模块外壳的一部分。此连接件具有一个插接触点，用于与有源冷却装置，最好与其上安装的鼓风机电气连接。此插接触点与弹性接触件相连接，并且此接触件与电路板上导电条的相应接触面相连接。本专利技术上述结构设计的优点在于，它一方面具有功率半导体元件的基板与电路板之间的电连接为压力接触的优点，即相对于焊接具有更长的使用寿命，另一方面此结构具有紧凑的构造，在紧凑度上至少和焊接方式的连接相当。附图说明下面结合图1至3借助于实施例详细说明本专利技术。图1示出本专利技术结构的一个剖面。图2示出本专利技术结构的第一个三维分解视图。图3示出本专利技术结构的第二个三维分解视图。图4示出另一个本专利技术结构的一个剖面。具体实施例方式图1示出本专利技术结构的一个剖面。所示结构由一个电路板100，一个功率半导体模块200和一个冷却装置300组成。电路板100具有一个绝缘体110，以及排列在绝缘体上和/或绝缘体内的导电条112。这些导电条承载多个信号，例如功率半导体模块200的负载信号、控制信号和辅助信号。功率半导体模块200具有一个框架式的外壳210，外壳带有集成为一体的盖板212。外壳210的第二个盖板由基板230构成。此基板由一个绝缘体234，最好是工业陶瓷、如氧化铝或亚硝酸铝，和此绝缘体两侧上的金属层232，236构成。这里金属层借助于已知的DCB方法涂覆在绝缘体234上。最好是朝向外壳内部的金属层232被进行构造，形成相互绝缘的导电条。这些导电条承载着功率半导体元件240，如IGBT或MOS-FET，它们通过焊接设置在其上。功率半导体元件240与其它导电条或其它功率半导体元件的其它电路连接通过导线熔接242来实现。用于基片230的导电条232与由电路板100上的导电条112构成的外部引线之间的电气连接的连接元件借助于接触弹簧250实现。借助于下面将要说明的引入压力方法，这些接触弹簧250被施加压力，从而形成可靠的电气连接。所示结构还具有一个冷却装置300a。它是有源的冷却装置300a，由一个冷却体310和一个直接连接于冷却体的不可调鼓风机(320)构成。此有源冷却装置的优点是小而紧凑。根据使用目的也可以用一个无源冷却装置代替有源的冷却装置。在无鼓风机的无源冷却装置情况下水冷的本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有一个电路板（１００）、一个功率半导体模块（２００）和一个冷却装置（３００）的压接结构，其中电路板（１００）具有绝缘体（１１０），在绝缘体上和／或绝缘体内设置有导电条（１１２），其中功率半导体模块（２００）具有一个框架形绝缘塑料外壳（２１０），所述外壳具有带有孔（２１４）的第一个盖板（２１２），一个构成外壳（２１０）的第二个盖板的基板（２３０）具有至少一根导电条（２３２）和至少一个设置在其上并形成电路连接的功率半导体元件（２４０），以及接触弹簧（２５０），这些接触弹簧伸入到外壳（２１０）的孔（２１４）中，用于在基板（２３０）的导电条（２３２）与电路板（１００）上的导电条（１１２）的触点（１１４）之间形成连接，并且冷却装置（３００）是有源或无源的，其中功率半导体模块（２００）的外壳（２１０）在电路板（１００）的方向上和／或在冷却装置（３００）的方向上具有凸出部（２２０），并且／或者冷却装置（３００）具有凸出部（３３０），其中外壳的凸出部穿过电路板（１００）和／或冷却装置（３００）的孔（１２０，３１２，３２２），其中冷却装置（３００）的凸出部（３３０）穿过外壳（２００）和／或电路板（１００）的孔（２１６），并从而在电路板（１００）、外壳（２００）和／或冷却装置（３００）之间形成可逆的连接（２２０ａ）或不可逆的连接（２２０ｂ）。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：莱纳波普，马可莱德霍尔，克里斯蒂格布尔，托马斯施托克迈尔，
申请(专利权)人：塞米克朗电子有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]