本發(fā)明描述了一種功率半導(dǎo)體模塊，其包括多個子模塊，優(yōu)選為相同類型的子模塊，其還包括適于與子模塊熱壓力接觸的壓力裝置，以及一種布置，其包括這樣的功率半導(dǎo)體模塊并包括底板或包括冷卻裝置。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在DE 10 2013 104 949 B3中，公開了一種開關(guān)裝置，其包括基材、功率半導(dǎo)體組件、連接裝置、負(fù)載端子裝置和壓力裝置。在這種情況下，基材具有電絕緣導(dǎo)體軌道，其中功率半導(dǎo)體組件布置在導(dǎo)體軌道上。連接裝置被實施為膜復(fù)合體，其包括導(dǎo)電膜和電絕緣膜，并具有第一主表面和第二主表面。所述開關(guān)裝置從而在內(nèi)部以符合電路的方式連接。壓力裝置具有壓力主體，所述壓力主體具有第一切除部，布置有從所述第一切除部突出的壓力元件，其中壓力元件按壓到膜復(fù)合體的第二主表面的部段上，并且在這種情況下，所述部段布置在功率半導(dǎo)體組件的沿著垂直于功率半導(dǎo)體組件的方向突出的區(qū)域內(nèi)。

此外，DE 10 2013 104 950 B3公開了壓力接觸實施例的功率半導(dǎo)體模塊，其包括功率電子開關(guān)裝置、殼體、引向外側(cè)的第一負(fù)載端子元件，并且包括第一壓力裝置。在這種情況下，如上所述的開關(guān)裝置被實施為具有內(nèi)部第二負(fù)載端子裝置。此外，第一負(fù)載端子裝置以符合極性的方式直接電連接到第二負(fù)載端子裝置的布置在壓力主體頂側(cè)上的負(fù)載接觸位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在有關(guān)所引用的現(xiàn)有技術(shù)的知識基礎(chǔ)上，本發(fā)明的目的是提出一種功率半導(dǎo)體模塊，其中其子模塊可熱有效地鏈接，并提出一種布置，其包括具有熱有效地鏈接的這種功率半導(dǎo)體模塊。

根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊是壓力接觸實施例類型的，其實施為包括多個功率電子子模塊，包括殼體，包括引向外側(cè)的端子元件，并且包括第一壓力裝置，其中所述相應(yīng)的功率電子子模塊具有：基材，所述基材具有布置在其上的功率半導(dǎo)體組件；內(nèi)部連接裝置；和具有壓力引入表面的第二壓力裝置，其中所述第一壓力裝置被實施為扁平的金屬成型主體，其優(yōu)選由彈簧鋼制成，具有多個凹入的彈性地作用的壓力凸耳，每個壓力凸耳具有壓力接觸位置，用于直接或間接地將壓力引入到相應(yīng)的第二壓力裝置的所分配的壓力引入表面上。

根據(jù)本發(fā)明的布置包括根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊和可被實施為冷卻裝置的底板。

不言而喻的是，除非本身被排除在外，否則以單數(shù)提及的特征可在根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)以復(fù)數(shù)存在。

優(yōu)選的是，子模塊的連接裝置被實施為膜復(fù)合體，其包括導(dǎo)電膜和電絕緣膜，從而形成面向基材的第一主表面以及與所述第一主表面相反的第二主表面，其中所述功率半導(dǎo)體模塊通過連接裝置在內(nèi)部以符合電路的方式連接。

有利的是，子模塊的第二壓力裝置具有壓力主體，該壓力主體具有第一切除部，布置有從所述第一切除部在功率半導(dǎo)體組件的方向上突出的第一壓力元件，并且其中壓力元件按壓到所述連接裝置的第二主表面的部段上，并且在這種情況下，所述部段布置在功率半導(dǎo)體組件的沿著垂直于功率半導(dǎo)體組件的方向突出的區(qū)域內(nèi)。

可特別優(yōu)選的是，功率半導(dǎo)體模塊的扁平金屬成型主體由多個堆疊的部分金屬成型主體構(gòu)成。在這種情況下，可進(jìn)一步優(yōu)選的是，相鄰于子模塊布置的第一部分金屬成型主體具有凹部，以及進(jìn)一步遠(yuǎn)離子模塊的第二金屬成型主體具有與所述凹部對準(zhǔn)的壓力凸耳。此外，可有利的是，相鄰于子模塊布置的第一部分金屬成型主體具有第一部分凸耳，以及進(jìn)一步遠(yuǎn)離子模塊布置的第二部分金屬成型主體具有與所述第一部分凸耳對準(zhǔn)的第二部分凸耳，其中在部分凸耳的情況下壓縮力累加地相互作用。

在功率半導(dǎo)體模塊的一個優(yōu)選實施例中，壓力介導(dǎo)主體布置在第一壓力裝置的凸耳的壓力接觸位置和第二壓力裝置的壓力引入表面之間。在這種情況下，多個壓力介導(dǎo)主體可通過分組裝置機械地連接到彼此，其中所述分組裝置優(yōu)選地被實施為撓性的分組裝置。此外，可有利的是，印刷電路板布置在第一壓力裝置和第二壓力裝置之間以及壓力介導(dǎo)主體優(yōu)選延伸通過印刷電路板的所分配凹部。

從原則上而言，有利的是，功率半導(dǎo)體模塊的端子元件延伸通過殼體并且設(shè)計成在壓力技術(shù)方面借助于第一壓力裝置的壓力凸耳間接或直接按壓到端子元件上而導(dǎo)電地連接到基材或連接裝置。

如果導(dǎo)熱膏，優(yōu)選含有作為組分的氮化硼的導(dǎo)熱膏，布置在功率半導(dǎo)體模塊的相應(yīng)基材和底板或冷卻裝置之間則可得到優(yōu)選的布置。在這種情況下，導(dǎo)熱膏可具有為5μm至50μm，優(yōu)選5μm至15μm的厚度。

在一種有利的布置中，壓力引入裝置優(yōu)選地被實施為螺釘連接，其相對于底板或相對于所述冷卻裝置將壓力施加到第一壓力裝置上，并且在這種情況下，壓力經(jīng)由壓力凸耳及其壓力接觸位置直接地或經(jīng)由壓力介導(dǎo)主體間接地施加到第二壓力裝置的壓力引入表面上以及進(jìn)一步施加到功率半導(dǎo)體組件上，以便將基材在與其垂直的方向上按壓到底板或冷卻裝置上。

不言而喻的是，本發(fā)明的不同構(gòu)造可以單獨的方式或以任意組合的方式來實現(xiàn)以便獲得改進(jìn)。具體地，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，在此處和下文所提及和解釋說明的特征不僅可以所示的組合方式使用，而且可以其它組合方式使用，或單獨使用。

附圖說明

本發(fā)明的進(jìn)一步的闡明、有利細(xì)節(jié)和特征從如圖1至圖6中所示的根據(jù)本發(fā)明布置的示例性實施例或其部分的以下描述是顯明的。

圖1以分解視圖示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊和冷卻裝置的第一構(gòu)造。

圖2至圖5在每種情況下示出根據(jù)本發(fā)明布置的構(gòu)造。

圖6以三維分解視圖示出根據(jù)本發(fā)明布置的另一構(gòu)造。

具體實施方式

圖1以分解視圖示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊10的第一構(gòu)造，其包括子模塊100和冷卻裝置14，它們一起形成根據(jù)本發(fā)明的布置1。

該圖示出從原則上而言在本領(lǐng)域內(nèi)作為常規(guī)實施的子模塊的基材2，并且包括絕緣材料主體20和導(dǎo)體軌道22，導(dǎo)體軌道22布置在絕緣材料主體20上并且彼此電絕緣，子模塊的所述導(dǎo)體軌道具有不同電位，特別是負(fù)載電位，并且還具有輔助電位，特別是開關(guān)和測量電位。在此處具體說明具有負(fù)載電位諸如是典型的半橋式拓?fù)涞娜齻€導(dǎo)體軌道22。

相應(yīng)的功率半導(dǎo)體組件24布置在兩個導(dǎo)體軌道22上，該功率半導(dǎo)體組件可如本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的那樣被實施為功率二極管或被實施為開關(guān)，例如被實施為MOS-FET或IGBT。功率半導(dǎo)體組件24如本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的那樣導(dǎo)電地連接到導(dǎo)體軌道22，優(yōu)選通過燒結(jié)連接進(jìn)行連接。

子模塊100的內(nèi)部連接通過連接裝置3形成，所述連接裝置3由膜復(fù)合體制成，所述膜復(fù)合體具有交替的導(dǎo)電膜30、34和電絕緣膜32。在此，膜復(fù)合體正好具有兩個導(dǎo)電膜和布置在其間的一個絕緣膜。在這種情況下，膜復(fù)合體3的面對基材2的表面形成第一主表面300，而相反的表面形成第二主表面340。具體地，連接裝置3的導(dǎo)電膜30、34具有固有的結(jié)構(gòu)，因此形成彼此電絕緣的導(dǎo)體軌道部段。所述導(dǎo)體軌道部段具體地將相應(yīng)的功率半導(dǎo)體組件24、更確切地是其在背離基材2的一側(cè)上的接觸區(qū)域，連接到基材的導(dǎo)體軌道22。在一個優(yōu)選的構(gòu)造中，導(dǎo)體軌道部段通過燒結(jié)連接粘結(jié)地連接到所述接觸區(qū)域。不言而喻的是，功率半導(dǎo)體組件24之間以及基材2的導(dǎo)體軌道22之間的連接也可以相同的方式形成。

附加地示出連接裝置的背離基材2的那個表面的涂層36。所述涂層36在一方面可被實施為灌封，或在另一方面被實施為附加的膜，并具體用于防潮保護(hù)。所述涂層36在此屬于連接單元3本身，使得涂層的表面從而形成連接裝置3的表面340。

對于外部電氣鏈路而言，子模塊100具有負(fù)載和輔助端子元件4，在此只示出一個輔助端子元件44。所述輔助端子元件44純粹通過示例的方式被實施為壓配合接觸件，其通過接觸腳而粘結(jié)地連接到基材2的導(dǎo)體軌道22。從原則上而言，連接裝置3本身的部分也可被實施為負(fù)載或輔助端子元件。負(fù)載端子元件(未示出)此外可如本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的那樣實施。

該圖還示出第二壓力裝置5的絕緣材料主體50，所述絕緣材料主體在此完全由壓力主體54構(gòu)成，所述壓力主體54在其面向基材的一側(cè)上具有切除部546以及布置在所述切除部546中并稍微突出的壓力元件56。所述壓力元件設(shè)置成在壓力已經(jīng)施加到壓力主體54上之后按壓到連接裝置3的第二表面340的部段342上。所述部段342分別與下方布置的功率半導(dǎo)體組件24對準(zhǔn)。壓力主體54被具體實施為剛性的，以便能夠?qū)⒁氲狡渖系膲毫鶆虻貍鬟f到壓力元件56。為此目的以及針對在功率半導(dǎo)體模塊的操作過程中熱負(fù)載的背景狀況，壓力主體54由耐高溫的熱塑性材料、特別是聚苯硫醚構(gòu)成。壓力元件56在操作期間必須能夠施加大致恒定的壓力并且在這種情況下特別是在不同的溫度下施加大致恒定的壓力。為此目的，壓力元件56由硅橡膠構(gòu)成，特別是由所謂的液體硅膠，也被稱為液體硅橡膠(LSR，Liquid Silicone Rubber)構(gòu)成，其具有20至70、優(yōu)選55至65的肖氏A硬度。這通過雙組分注塑成型方法布置在壓力主體54內(nèi)。

在沒有負(fù)載的狀態(tài)下，即在壓力主體54上從而在第二壓力裝置5上沒有壓力的狀態(tài)下，所述壓力主體以及因此特別還有壓力元件56通過布置的功率半導(dǎo)體組件24并通過連接裝置3與基材2間隔開。

該圖還示出功率半導(dǎo)體模塊10的殼體8，其不必完全覆蓋子模塊100和第一壓力裝置6。后者(即第一壓力裝置6)被實施為扁平的金屬成型主體62，優(yōu)選由彈簧鋼板構(gòu)成，具有多個彈性地作用的壓力凸耳620，其優(yōu)選以U形方式凹入，并且每一個壓力凸耳620具有壓力接觸位置622，所述壓力接觸位置622用于將壓力直接引入到第二壓力裝置5的以及更精確地其壓力主體54的所分配的壓力引入表面500上。

這種功率半導(dǎo)體模塊10如本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的那樣布置在冷卻裝置14上，其中導(dǎo)熱膏140進(jìn)而如本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的那樣設(shè)置在基材2和冷卻裝置14之間。

圖2至圖5分別示出根據(jù)本發(fā)明布置的構(gòu)造。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的布置，其在原理上類似于根據(jù)圖1所示的布置，并且從原則上而言具有相同的功能。這種布置具有簡單的底板12，而不是冷卻裝置。此外，絕緣材料主體5還具有在壓力主體54旁邊的主體52。

在這種情況下，絕緣材料主體50被實施為與主體52和壓力主體54是一體的，所述主體52通過粘合劑連接而連接到基材2的邊緣26，所述壓力主體54布置成相對于主體52是可移動的并因此也相對于基材2是可移動的。為了形成可移動的布置，絕緣材料主體50具有兩個中間主體58，在此被實施為凸耳。所述凸耳具有S形的路徑，其允許壓力主體54相對于主體52移動，特別是在垂直于基材2的方向上相對于主體52移動。

壓力主體54還具有扁平的金屬主體540，其在此以不限制一般性的方式布置在背離基材2一側(cè)處的另一切除部內(nèi)。所述扁平的金屬成型主體540首先用于壓力主體54的穩(wěn)定性，以及附加地具有適于第一壓力裝置6的壓力凸耳620的壓力接觸位置622的牢固的壓力引入表面500。對于剩下部分而言，所述第一壓力裝置6以與根據(jù)圖1所示的那樣類似地實施。

示出一個輔助端子元件42，并且有利的是還有另外的輔助端子元件(未示出)和負(fù)載端子元件(也未示出)布置在絕緣材料主體50的主體52的切除部524內(nèi)，并且如果合適的話也以固定在其位置下的方式或可移動但被束縛的方式被安裝在該處。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的布置，其在原理上類似于根據(jù)圖1和圖2所示的那些布置，并且從原則上而言具有相同的功能。附加地或備選地，在此示出負(fù)載端子元件40，而不是輔助端子元件。所述負(fù)載端子元件40朝向外側(cè)突出通過功率半導(dǎo)體模塊10的殼體8并且在外部可在該處進(jìn)行接觸。在功率半導(dǎo)體模塊的內(nèi)部，負(fù)載端子元件40突出通過子模塊100的絕緣材料主體50的主體52的切除部524到達(dá)基材2。在該處負(fù)載端子元件40接觸導(dǎo)體軌道22；它也可替代地接觸連接裝置3的導(dǎo)體軌道。

負(fù)載端子元件40與導(dǎo)體軌道22的導(dǎo)電接觸在此被實施為力鎖定接觸，對于其形成而言，第一壓力裝置6具有按壓到所述負(fù)載端子元件40上的彈性地作用的壓力凸耳640。在此壓力介導(dǎo)主體(此處未示出)可優(yōu)選布置在壓力凸耳640和負(fù)載端子元件40之間，所述壓力介導(dǎo)主體形成負(fù)載端子元件和壓力凸耳之間的電絕緣。

第一壓力裝置6在此以兩部分式(bipartite)的方式實施，其具有兩個金屬成型主體。該壓力裝置的第一部分金屬成型主體62以在原理上與根據(jù)圖1和圖2所示相同的方式實施，但彈性地作用的壓力凸耳620不直接按壓到第二壓力裝置5的壓力引入表面上，而是通過壓力介導(dǎo)主體7按壓到第二壓力裝置5的壓力引入表面上，該壓力介導(dǎo)主體7以簡單的方式實施為剛性塑料主體。

第一壓力裝置6的第二部分金屬成型主體64用于將上述壓力引入到負(fù)載端子元件24上。所述第二部分金屬成型主體64還具有凹部642，第一部分成型主體62的壓力凸耳620延伸通過該凹部以便將壓力引入到第二壓力裝置5上。在該構(gòu)造中，第一壓力裝置6的第一部分金屬成型主體62和第二部分金屬成型主體64形成堆疊，其中第一部分成型主體62在第二部分成型主體64背離基材2的一側(cè)支承在第二部分成型主體64上。從原則上而言，在堆疊中的順序也可以顛倒，這樣則可能不需要第一部分的壓力凸耳延伸通過其的第二部分成型主體的切除部。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的布置，其在原理上類似于根據(jù)圖1至圖3所示的那些布置，并且從原則上而言具有相同的功能。該圖示出布置在子模塊100和第一壓力裝置6之間的附加的驅(qū)動電路板9。后者(即第一壓力裝置6)在此以導(dǎo)電和力鎖定的方式連接到子模塊100的輔助端子元件42，其被實施為接觸彈簧并通過示例的方式形成功率半導(dǎo)體組件24的控制端子。

在這種構(gòu)造中，驅(qū)動電路板9具有切除部92，壓力介導(dǎo)主體7布置在該切除部中并將第一壓力裝置6的壓力凸耳620的壓力傳遞到第二壓力裝置5。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的布置，其在原理上非常類似于根據(jù)圖3所示的那些布置，并且從原則上而言具有相同的功能。與此相反，在此第一壓力裝置6的第二部分金屬成型主體64以如此的方式實施以使得它具有相對于第一部分金屬成型主體的壓力凸耳620強制鎖定的另一個壓力凸耳650，其中兩個壓力凸耳累加地相互作用，即兩個凸耳的壓縮力加起來以便形成共同的壓縮力。

圖6以三維分解視圖示出根據(jù)本發(fā)明的布置1的另一構(gòu)造。該布置包括被實施為液體冷卻裝置的冷卻裝置16。三個子模塊100布置在所述冷卻裝置16上，所述子模塊在原理上對應(yīng)于根據(jù)圖4所示的子模塊。第二壓力裝置5在該圖中可見，這些第二壓力裝置具有絕緣材料主體50，該絕緣材料主體包括主體52和壓力主體54。壓力元件56在該圖中不可見。壓力主體54還具有已經(jīng)描述的扁平金屬主體540，具有所述的功能。同樣示出用于引導(dǎo)輔助端子元件42和負(fù)載端子元件40通過的在主體52上的切除部524。

輔助端子元件42在此被實施為接觸彈簧，而負(fù)載端子元件40被實施為扁平金屬成型主體，其突出通過功率半導(dǎo)體模塊的殼體8并具有用于外部接觸的切除部。外殼8本身在此以類似框架的方式實施。

進(jìn)一步示出用于驅(qū)動子模塊100的功率半導(dǎo)體組件的驅(qū)動電路板9。所述驅(qū)動電路板9布置在子模塊100的正上方，其中其輔助端子元件42將子模塊的基材連接到所述驅(qū)動電路板9。

驅(qū)動電路板9具有切除部92，壓力介導(dǎo)主體7延伸通過該切除部。壓力介導(dǎo)主體7通過分組裝置70連接到彼此。在這種情況下，所述分組裝置70以如此的方式實施以使得各個壓力介導(dǎo)主體7可在必要的范圍內(nèi)彼此獨立地移動。

壓力介導(dǎo)主體7中的一些用于將壓力從第一壓力裝置6的凸耳620傳遞到第二壓力裝置5。另外的壓力介導(dǎo)主體7用于將壓力從凸耳630傳遞到負(fù)載端子元件40，以便其力鎖定連接到基材之一的所分配的導(dǎo)體軌道。

為了將壓力引入到第一壓力裝置6，示出多個壓力引入裝置60，在此被實施為相對于冷卻裝置16的螺釘連接。作為該壓力引入的結(jié)果，壓力施加到第一壓力裝置6上，其壓力經(jīng)由壓力凸耳620、經(jīng)由壓力介導(dǎo)主體7、經(jīng)由第二壓力裝置5和連接裝置3施加到功率半導(dǎo)體元件24上，以便將所述功率半導(dǎo)體組件從而將基材2在與其垂直的方向上按壓到冷卻裝置16上，從而使得它們在該處進(jìn)行熱接觸。