專利名稱：具有帶多個(gè)同樣構(gòu)造導(dǎo)體跡線組的基底的功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明介紹了一種半導(dǎo)體模塊，所述半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)基底、布置在所述基底的導(dǎo)體跡線上的半導(dǎo)體元件和電路適宜的連接裝置。根據(jù)一般公知的現(xiàn)有技術(shù)，這種功率半導(dǎo)體模塊具有多個(gè)不同的電路拓?fù)?。最廣泛公知的是帶有兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)或整流電路的半橋電路電路，所述整流電路具有功率二極管和/或功率晶閘管。
背景技術(shù)：
由還未發(fā)表的DE 10 2009 037 257 Al示例性地公知這種功率半導(dǎo)體模塊。該功率半導(dǎo)體模塊具有底板和布置在所述底板上的多個(gè)基底，其中，為了電路適宜地布置功率半導(dǎo)體器件，在每個(gè)基底上設(shè)置導(dǎo)體跡線。此外，所述功率半導(dǎo)體模塊具有負(fù)載連接元件，所述負(fù)載連接元件與基底接觸并且具有外部連接裝置。這些負(fù)載連接元件以如下方式構(gòu)造，即，這些元件彼此緊鄰地分布在基本區(qū)段上，以便使不期望的寄生電感保持得盡可能小。此外，例如由DE 10 2006 006 425 Al公知的是，功率半導(dǎo)體模塊無(wú)底板地構(gòu)造成，并且通過(guò)加壓裝置與基底導(dǎo)電地連接。此外，帶狀構(gòu)造的負(fù)載連接元件具有單獨(dú)的接觸引腳，所述接觸引腳傳過(guò)殼體的缺口穿伸到基底。同樣在這個(gè)設(shè)計(jì)方案中，負(fù)載連接元件在基本區(qū)段彼此平行且緊鄰地布置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于如下任務(wù)，S卩，設(shè)想一種功率半導(dǎo)體模塊，所述功率半導(dǎo)體模塊在緊湊的結(jié)構(gòu)中使得有效率地散熱到冷卻裝置成為可能，并且具有有效率的、以低寄生電感造成的內(nèi)部電流導(dǎo)通。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過(guò)帶有權(quán)利要求1的特征的功率半導(dǎo)體模塊來(lái)解決。優(yōu)選的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中介紹。根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)基底，所述基底用于直接布置在冷卻裝置上或用于布置在優(yōu)選金屬的底板上?；讟?gòu)造了功率半導(dǎo)體模塊的功率電子電路的電路載體。優(yōu)選的是，基底由合成材料殼體覆蓋，該合成材料殼體也包圍功率半導(dǎo)體模塊的其它內(nèi)部組件，并且對(duì)接觸電絕緣?；妆旧韮?yōu)選以如下方式構(gòu)造，S卩，所述基底的背離功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的一側(cè)與內(nèi)部電路電絕緣并且僅用于將熱引走到冷卻裝置。對(duì)于該設(shè)計(jì)方案而言，特別優(yōu)選兩側(cè)銅包覆的基底，其中，面向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的銅覆層在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)化，并且這樣構(gòu)造成電路的導(dǎo)體跡線。外部的銅覆層主要用于有效率的散熱，并且由此構(gòu)造功率半導(dǎo)體模塊的外側(cè)(多為底面)。根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊在至少一個(gè)基底上具有多個(gè)圍繞基底的中點(diǎn)同心布置的導(dǎo)體跡線組。在這種情況下，導(dǎo)體跡線組理解為至少兩個(gè)用于引導(dǎo)不同電勢(shì)的導(dǎo)體跡線的布置。
在共同的導(dǎo)體跡線組的不同電勢(shì)的這些導(dǎo)體跡線中的至少兩個(gè)上分別設(shè)置有至少一個(gè)功率半導(dǎo)體器件。例如，在半橋電路的情況下，兩個(gè)導(dǎo)體跡線設(shè)有不同符號(hào)的直流電壓電勢(shì)，且另一個(gè)導(dǎo)體跡線設(shè)有交變電壓電勢(shì)。第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)優(yōu)選地由雙極的功率晶體管和功率二極管的反并聯(lián)連接電路構(gòu)造，在這種情況下，在導(dǎo)體跡線上布置有正的直流電壓電勢(shì)，第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)布置在帶有交變電勢(shì)的導(dǎo)體跡線上。用于構(gòu)造半橋電路的電路適宜的連接借助模塊內(nèi)部的例如設(shè)計(jì)為打線接合連接的連接裝置構(gòu)造。作為備選地，顯然也可設(shè)置其它功率半導(dǎo)體器件如晶閘管或場(chǎng)效應(yīng)管，由此幾乎可以實(shí)現(xiàn)任意的其它電路拓?fù)?。此外?yōu)選的是，基底呈盤形地構(gòu)造有呈圓形的底面，并且導(dǎo)體跡線組構(gòu)成基底的扇形。在這種情況下尤其優(yōu)選的是，設(shè)置有恰好三個(gè)、二的低倍數(shù)、或者恰好五個(gè)扇形。通過(guò)該設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了功率半導(dǎo)體模塊的特別緊湊的構(gòu)造。此外有利的是，所有的導(dǎo)體跡線組同樣方式地以相同的幾何設(shè)計(jì)方案構(gòu)造，并且彼此偏轉(zhuǎn)地布置。對(duì)此，例如是扇形的導(dǎo)體跡線也就是導(dǎo)體跡線組，功率半導(dǎo)體器件布置在其上，構(gòu)造為在徑向上彼此跟隨的扇形段。在這種情況下，每個(gè)扇形段的功率半導(dǎo)體器件都特別有效地得到冷卻。此外，功率半導(dǎo)體模塊具有配屬于基底電勢(shì)的負(fù)載連接元件，所述負(fù)載連接元件分別具有基體和至少一個(gè)接觸元件。至少兩個(gè)、優(yōu)選是正的和負(fù)的直流電壓電勢(shì)的那些負(fù)載連接元件的基體相對(duì)彼此且相對(duì)基底的中點(diǎn)同心地布置。此外優(yōu)選的是，每一個(gè)基體圓柱對(duì)稱地構(gòu)造，優(yōu)選構(gòu)造為空心圓柱。通過(guò)在近鄰的基體中的內(nèi)部電流導(dǎo)通，通過(guò)電流(例如在半橋的換向階段期間)產(chǎn)生的寄生電感特別小。此外，這實(shí)現(xiàn)了高載流能力的有效率的電流導(dǎo)通。優(yōu)選的是，至少一個(gè)接觸元件與基體一件式地構(gòu)造，并且負(fù)載連接元件電傳導(dǎo)地與所配屬的導(dǎo)體跡線或與至少一個(gè)布置在導(dǎo)體跡線上的功率半導(dǎo)體器件連接。優(yōu)選地，每個(gè)負(fù)載連接元件具有外部連接裝置，所述外部連接裝置由負(fù)載連接元件的一部分本身以及接觸裝置例如以螺紋連接方式組成。此外有利的是，基底具有中心缺口。當(dāng)負(fù)載連接元件，具體而言是所述負(fù)載連接元件的接觸元件，力鎖合地(kraftschlilssig)與基底的或功率半導(dǎo)體器件的至少一個(gè)接觸面連接時(shí)，這是非常有利的。在這種情況下，借助于加壓裝置的穿過(guò)中心缺口到達(dá)的導(dǎo)入壓力的裝置而可行的是，將壓力導(dǎo)入到負(fù)載連接元件上，進(jìn)而導(dǎo)入到所述負(fù)載聯(lián)接元件的對(duì)稱于中點(diǎn)的力鎖合的接觸上。作為對(duì)于負(fù)載連接元件與基底的導(dǎo)體跡線的或與布置在這樣的導(dǎo)體跡線上的功率半導(dǎo)體器件的力鎖合連接的備選，材料鎖合的(stoffschlUssig)連接例如借助于釬焊或加壓燒結(jié)可能同樣是有利的。


對(duì)本發(fā)明的解決方案根據(jù)圖1至圖4中的實(shí)施例作進(jìn)一步闡釋。圖1示意性地示出半橋電路。圖2以俯視圖示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的第一設(shè)計(jì)方案。圖3以俯視圖示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的第二設(shè)計(jì)方案。
圖4以橫截面示出該第二設(shè)計(jì)方案。
具體實(shí)施例方式圖1示意性地示出具有第一和第二功率開(kāi)關(guān)12、22的半橋電路，其中，所述功率開(kāi)關(guān)構(gòu)造為帶有反并聯(lián)連接的二極管12b、22b的雙極的晶體管12a、22a。不言而喻地，也能代替一個(gè)晶體管地設(shè)置多個(gè)并聯(lián)連接的晶體管。以上同樣也適用于二極管。在所述電路拓?fù)渲校谝还β书_(kāi)關(guān)12接在正的直流電壓電勢(shì)和交變電勢(shì)(電路輸出)之間。第二功率開(kāi)關(guān) 22接在交變電勢(shì)和負(fù)的直流電壓電勢(shì)之間。圖2以俯視圖示出根據(jù)本發(fā)明的帶有半橋電路的電路拓?fù)涞墓β拾雽?dǎo)體模塊 1(參見(jiàn)圖1)的第一設(shè)計(jì)方案。此處，功率半導(dǎo)體模塊1具有基底2，所述基底具有5個(gè)由點(diǎn)狀虛線簡(jiǎn)示出的導(dǎo)體跡線組4，其中，當(dāng)然不是在每一個(gè)導(dǎo)體跡線組中示出所有細(xì)節(jié)。在這種情況下，基底2構(gòu)造為呈盤形的工業(yè)陶瓷，在所述工業(yè)陶瓷上導(dǎo)體跡線組4 的導(dǎo)體跡線10、20、30構(gòu)造為銅覆層。每一個(gè)導(dǎo)體跡線組4構(gòu)成扇形，其中五個(gè)扇形中的每一個(gè)原則上相同，也就是說(shuō)以相同的幾何設(shè)計(jì)方案構(gòu)造。五個(gè)扇形彼此偏轉(zhuǎn)地布置，并由此構(gòu)造成完整的圓。每一個(gè)導(dǎo)體跡線組4本身由三個(gè)不同電勢(shì)的導(dǎo)體跡線10、20、30組成，其中，在導(dǎo)體跡線組4的直接連到基底2的中點(diǎn)處的第一扇形段41中，布置有這樣的帶有正的直流電壓電勢(shì)的導(dǎo)體跡線10。在徑向上跟隨在后的扇形段42中布置有帶有交變電勢(shì)的導(dǎo)體跡線 20，而側(cè)向于在徑向上彼此跟隨的兩個(gè)扇形段41、42地在另一個(gè)扇形段43中布置有帶有負(fù)的直流電壓電勢(shì)的導(dǎo)體跡線。在兩個(gè)并聯(lián)連接的雙極的功率晶體管12a的設(shè)計(jì)方案中，在帶有正的直流電壓電勢(shì)的導(dǎo)體跡線10上布置有第一功率開(kāi)關(guān)12 (參見(jiàn)圖1)和與所述第一功率開(kāi)關(guān)反并聯(lián)連接的功率二極管12b。在與第一相同的設(shè)計(jì)方案中，在帶有交變電勢(shì)的導(dǎo)體跡線20上布置有第二功率開(kāi)關(guān)22 (參見(jiàn)圖1)。為了電路適宜地將功率半導(dǎo)體器件lh/b、2^i/b互連接接或與導(dǎo)體跡線20連接，存在多個(gè)打線接合連接84作為模塊內(nèi)部連接裝置，所述金屬接合連接僅簡(jiǎn)要示出。為了獲得對(duì)稱的電流分布，此處完全有利的是，導(dǎo)體跡線組4的相應(yīng)第二功率開(kāi)關(guān)22不僅在所述導(dǎo)體跡線組內(nèi)部連接，而且也與相鄰的導(dǎo)體跡線組的帶有負(fù)的直流電壓電勢(shì)的導(dǎo)體跡線連接。由此，基底2圍繞通過(guò)所述基底中點(diǎn)的直線圓柱對(duì)稱地構(gòu)造。這種設(shè)計(jì)方案尤其適用于設(shè)置負(fù)載連接元件50、60、70，所述負(fù)載連接元件同心地圍繞基底2的中點(diǎn)布置。對(duì)此，所述負(fù)載連接元件50、60、70分別具有構(gòu)造為空心圓柱的基體52、62、72。各個(gè)空心圓柱的位置通過(guò)點(diǎn)劃線14、24、34示出。此外，所述負(fù)載連接元件50、60、70中的每一個(gè)具有至少一個(gè)接觸元件討、64、74，所述接觸元件與所配屬的導(dǎo)體跡線10、20、30的所配屬的接觸面16、26、36導(dǎo)電地連接。圖3以俯視圖和與圖2類似的表現(xiàn)方式示出了根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊1的第二設(shè)計(jì)方案，而圖4以橫截面示出了該第二設(shè)計(jì)方案。所述功率半導(dǎo)體模塊1又具有呈盤形的基底2，所述基底具有圓形的底面。正方形的或者呈矩形的底面也是完全可以設(shè)想的。
在這個(gè)設(shè)計(jì)方案中，基底2具有六個(gè)構(gòu)造為扇形的導(dǎo)體跡線組4，如通過(guò)點(diǎn)狀虛線所簡(jiǎn)示出的那樣。這些導(dǎo)體跡線組4中的每一個(gè)由兩個(gè)在徑向上彼此跟隨的、帶有近似相等面積的扇形段41、42組成，由此，功率半導(dǎo)體器件12a/b、22a/b的呈廢熱形式的功耗也相應(yīng)地分布到相同的面積上，并且被排走到可布置在基底2的下側(cè)上的冷卻裝置中。此外，銅覆層8也用在基底2的背離功率半導(dǎo)體模塊1內(nèi)部的一側(cè)上，該基底此外由呈盤形的工業(yè)陶瓷6例如氧化鋁構(gòu)成。在基底2的朝向功率半導(dǎo)體模塊1內(nèi)部的一側(cè)上同樣設(shè)置有然而其本身是結(jié)構(gòu)化的銅覆層，所述銅覆層構(gòu)造成導(dǎo)體跡線10、20、30。六個(gè)導(dǎo)體跡線組4中的每一個(gè)在其原則上的幾何設(shè)計(jì)方案中是一致的，但它們分別相對(duì)彼此偏轉(zhuǎn)60°地構(gòu)造，并且布置在呈盤形的基底2上。此處，每個(gè)導(dǎo)體跡線組4僅由一個(gè)帶有正的直流電壓電勢(shì)且一個(gè)帶有交變電壓電勢(shì)的兩個(gè)導(dǎo)體跡線10、20構(gòu)成，其中，在這兩個(gè)導(dǎo)體跡線上布置有各一個(gè)構(gòu)造有兩個(gè)雙極晶體管1加、2加和功率二極管12b、22b的功率開(kāi)關(guān)12、22(參見(jiàn)圖1)。功率半導(dǎo)體器件 lh/b、2h/b的電路適宜的連接例如又借助打線接合連接84進(jìn)行，其中，顯然也可以設(shè)置其它的內(nèi)部連接裝置并且可能是有利的。負(fù)載連接元件50、60、70原則上與根據(jù)圖2所示的那樣相同地構(gòu)造，并且具有構(gòu)造為空心圓柱的基體52、62、72，所述基體朝向基底2地分別具有至少一個(gè)接觸元件M、64、 74。配屬于正的直流電勢(shì)和交流電勢(shì)的負(fù)載連接元件50、60分別具有多個(gè)接觸裝置52、62， 所述接觸裝置與所配屬的導(dǎo)體跡線10、20的接觸面16、26電傳導(dǎo)地連接。配屬于負(fù)的直流電勢(shì)的負(fù)載連接元件70同樣具有多個(gè)接觸裝置72，然而這些接觸裝置分別與布置在帶有交變電壓電勢(shì)的導(dǎo)體跡線20上的功率半導(dǎo)體器件22a/b的接觸面38電傳導(dǎo)地連接。對(duì)此，功率半導(dǎo)體器件22a/b能具有特別適合地設(shè)計(jì)的表面，例如呈特別厚的接觸金屬層形式的表面。配屬于直流電壓電勢(shì)的負(fù)載連接元件50、70的基體52、72同心地圍繞基底2的中點(diǎn)并且彼此緊鄰地布置。為了能構(gòu)造這種緊鄰的布置，此處兩個(gè)所述負(fù)載連接元件50、70 的接觸裝置52、72被彎折，其中，所述彎折接近基底2地設(shè)置，以便總體上將在負(fù)載連接元件50、70之間的電流流過(guò)的面積進(jìn)而寄生電感保持得小。此處，配屬于交變電壓電勢(shì)的負(fù)載連接元件60的接觸元件62不構(gòu)造有這種彎折。各個(gè)構(gòu)造為空心圓柱的基體52、62、72的高度原則上在較寬范圍內(nèi)是任意的，并且在大多數(shù)有利的情況下相比基底2的半徑明顯更小。此外，各個(gè)負(fù)載連接元件50、60、70具有外部連接裝置56、66、76，此處，這些外部
連接裝置例如構(gòu)造為與基體52、62、72 —件式連接的、平行于基底2設(shè)置的區(qū)段。這些區(qū)段分別具有用于實(shí)現(xiàn)將螺釘與螺釘接納部連接的缺口，這些螺釘接納部例如可布置在未示出的殼體內(nèi)。不言而喻地，可作為備選而設(shè)置其它連接變型方案。負(fù)載連接元件50、60、70的接觸裝置52、62、72的電傳導(dǎo)的連接可與導(dǎo)體跡線10、 20的接觸面16 J6或與功率半導(dǎo)體器件22a/b的接觸面38借助材料鎖合的方法構(gòu)造。在所示出的設(shè)計(jì)方案中這種連接借助力鎖合的方法構(gòu)造。對(duì)此，功率半導(dǎo)體模塊具有加壓裝置80，所述加壓裝置將壓力朝著基底2的方向?qū)氲截?fù)載連接元件50、60、70上。此外，基底2具有中心缺口 82，加壓裝置80的產(chǎn)生壓力的裝置穿過(guò)該中心缺口 82 并夠到底板或冷卻裝置。
權(quán)利要求
1.功率半導(dǎo)體模塊(1)，所述功率半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)基底(2)和至少兩個(gè)負(fù)載連接元件(50、60、70)，所述基底具有多個(gè)同心地圍繞所述基底的中點(diǎn)布置的導(dǎo)體跡線組 G)，其中，每個(gè)導(dǎo)體跡線組(4)設(shè)置有不同電勢(shì)的至少兩個(gè)導(dǎo)體跡線(10、20、30)，并且在不同電勢(shì)的至少兩個(gè)導(dǎo)體跡線(10、20)上分別設(shè)置有至少一個(gè)功率半導(dǎo)體器件(lh/b、 2h/b)，所述負(fù)載連接元件分別具有基體(52、62、7幻和至少一個(gè)接觸元件64、64、74)，其中，所述基體(52、62、7幻相對(duì)彼此且相對(duì)于所述基底( 的中點(diǎn)同心地以及彼此緊鄰地布置，并且其中，各自至少一個(gè)接觸元件(52、62、72)處在與所配屬的導(dǎo)體跡線(10、20、30)的接觸面(16J6、36)或者與至少一個(gè)布置在導(dǎo)體跡線00)上的功率半導(dǎo)體器件Oh、22b) 的接觸面(38)的導(dǎo)電接觸中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，每個(gè)導(dǎo)體跡線組(4)設(shè)置有恰好三個(gè)導(dǎo)體跡線(10、20、30)，一個(gè)帶有正的電勢(shì)、一個(gè)帶有負(fù)的電勢(shì)且一個(gè)帶有交變的電勢(shì)，并且在這種情況下，在帶有正的直流電壓電勢(shì)的那個(gè)導(dǎo)體跡線(10)上和在帶有交變的電勢(shì)的那個(gè)導(dǎo)體跡線00)上設(shè)置有所述功率半導(dǎo)體器件(12a/b、22a/b)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，所述至少一個(gè)所述功率半導(dǎo)體器件構(gòu)造為晶閘管、二極管、場(chǎng)效應(yīng)管，或構(gòu)造為由雙極晶體管(12a、22a)和反并聯(lián)連接的二極管(12b、22b)構(gòu)成的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，至少一個(gè)負(fù)載連接元件(50、60、70)的所述基體(52、62、7幻構(gòu)造為帶有與其一件式連接的接觸元件(52、62、72)的空心圓柱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，配屬于正的和負(fù)的電勢(shì)的所述負(fù)載連接元件(50、70)的所述基體(52、7幻彼此緊鄰地且彼此電絕緣地布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，所述負(fù)載連接元件(50、60、70)額外地具有外部的連接裝置(56、66、76)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，所述基底(2)呈盤形地構(gòu)造，并且所述導(dǎo)體跡線組(4)設(shè)計(jì)為扇形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，所有導(dǎo)體跡線組(4)相同方式地以同樣的幾何設(shè)計(jì)方案構(gòu)造，并且相對(duì)彼此偏轉(zhuǎn)地布置
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，所述基底⑵具有中心缺口(82)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，所述負(fù)載連接元件與所述基底或所述功率半導(dǎo)體器件力鎖合地連接，并且借助于加壓裝置(80)的穿過(guò)所述中心缺口(80)的產(chǎn)生壓力的裝置將壓力導(dǎo)入到所述負(fù)載連接元件 (50,60,70)上，用于使所述負(fù)載連接元件與所述接觸面(16、26、36、38)力鎖合地接觸。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及一種具有帶多個(gè)同樣構(gòu)造導(dǎo)體跡線組的基底的功率半導(dǎo)體模塊，帶有基底和至少兩個(gè)負(fù)載連接元件，該基底具有多個(gè)圍繞基底的中點(diǎn)同心布置的導(dǎo)體跡線組。每個(gè)導(dǎo)體跡線組設(shè)置有不同電勢(shì)的至少兩個(gè)導(dǎo)體跡線，并且在這些導(dǎo)體跡線中的至少兩個(gè)上分別設(shè)置有功率半導(dǎo)體器件。負(fù)載連接元件分別具有基體和至少一個(gè)接觸元件，其中，基體相對(duì)彼此且相對(duì)于基底的中點(diǎn)同心地以及彼此緊鄰地布置。此外，各接觸元件處在與所配屬的導(dǎo)體跡線的接觸面的或者與至少一個(gè)布置在導(dǎo)體跡線上的功率半導(dǎo)體器件的接觸面的導(dǎo)電接觸中。
文檔編號(hào)H01L25/18GK102456635SQ201110345308
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者克里斯蒂安·約布爾 申請(qǐng)人:賽米控電子股份有限公司