本實用新型描述了一種具有壓力施加體的功率半導(dǎo)體模塊，功率半導(dǎo)體模塊具有電路載體，該電路載體構(gòu)造有第一導(dǎo)體軌道、設(shè)置在其上的功率半導(dǎo)體組件并且具有內(nèi)部連接裝置。功率半導(dǎo)體模塊還具有殼體，該殼體具有布置在其中的引導(dǎo)裝置，特別是用于連接元件的引導(dǎo)裝置，該連接元件用于將電路載體連接到外部連接裝置，特別是用于將電路載體連接到具有負(fù)載電流導(dǎo)體軌道的外部電路板。此外，功率半導(dǎo)體模塊具有用于向電路載體施加壓力的壓力施加體。在具有該功率半導(dǎo)體模塊的布置中，壓力體用于實現(xiàn)電路載體到冷卻裝置的熱連接和機械連接。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)，例如在DE 196 30 173 A1中公開并且基本上在圖8中示出的現(xiàn)有技術(shù)，公開了一種由半導(dǎo)體組件和無源電子組件構(gòu)成的功率模塊，在所有負(fù)載連接和控制連接與定制電路板或其類似的外部連接元件壓力接觸的情況下，該功率模塊允許通過螺釘簡單地安裝在冷卻裝置上并且從其無破壞地移除。為此目的，模塊的殼體5設(shè)置有壓力接觸彈簧68，所述壓力接觸彈簧68對于所有電連接以及為了均勻的壓力分布的目的而具有有利的松弛特性。為了測試的目的并且在使用期間，通過夾持到至少一個附接元件、壓力施加體，該模塊以功能上能夠操作的方式配置在壓力元件和散熱器之間。這種配置的缺陷是已知的壓力接觸彈簧68的受限的載流能力，該能力在現(xiàn)有技術(shù)中相應(yīng)地為大約10A。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在獲知這些規(guī)定條件的情況下，本實用新型的目的是提出一種功率半導(dǎo)體模塊，該功率半導(dǎo)體模塊具有連接元件的顯著更高的載流能力以及類似的靈活性和緊湊性。

根據(jù)本實用新型，功率半導(dǎo)體模塊構(gòu)造為具有壓力施加體，功率半導(dǎo)體模塊具有電路載體，該電路載體構(gòu)造有第一導(dǎo)體軌道、設(shè)置在其上的功率半導(dǎo)體組件以及內(nèi)部連接裝置，功率半導(dǎo)體模塊具有殼體，該殼體構(gòu)造有布置在其中的引導(dǎo)裝置，以及連接元件。連接元件被實施為螺栓，所述螺栓具有第一端部區(qū)段和第二端部區(qū)段以及在它們之間形成的中間區(qū)段，其中第一端部區(qū)段擱置于電路載體上并且與其導(dǎo)電連接，其中第二端部區(qū)段通過切除部從殼體突出，并且其中所述連接元件布置在所分配的引導(dǎo)裝置內(nèi)。壓力施加體在此具有剛性的第一部分主體和彈性的第二部分主體，剛性的第一部分主體優(yōu)選由第一絕緣材料構(gòu)成，彈性的第二部分主體優(yōu)選由第二絕緣材料構(gòu)成，其中第二部分主體在殼體的方向上從第一部分主體伸出。壓力施加體和殼體優(yōu)選地被實施為兩個部件。因此，根據(jù)其第二部分主體在殼體的方向上從第一部分主體伸出的特征顯然僅在正確使用的情況下才能滿足。功率半導(dǎo)體模塊以如此的方式構(gòu)成以使得第二部分主體在背離殼體的一側(cè)向電路板施加壓力，優(yōu)選以平面方式向電路板施加壓力，在正確使用功率半導(dǎo)體模塊的情況下，該電路板布置在壓力施加體和帶有連接元件的殼體之間，因此也布置在第二部分主體和第二端部區(qū)段之間。換言之，功率半導(dǎo)體模塊以如此的方式實施以使得在正確使用的情況下，電路板布置在第二部分主體和第二端部區(qū)段之間。第二部分主體因此被設(shè)計成在所分配的連接元件的方向上施加壓力，優(yōu)選以平面方式施加壓力，其中壓力縱向地施加到連接元件中。

作為連接元件的具有最小橫截面積的部分，中間區(qū)段優(yōu)選具有在0.5mm²至10mm²之間、特別是在0.75mm²至5mm²之間的橫截面積。在此，2.5mm²的橫截面積對于大約100A的載流能力是足夠的。

優(yōu)選地，連接元件的至少一個端部區(qū)段具有接觸面，該接觸面具有以平面或凸形方式實施的表面形狀。在這種情況下，該接觸面可具有結(jié)構(gòu)化的表面，優(yōu)選具有同心的環(huán)形結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的拓?fù)錁?gòu)造優(yōu)選具有在5μm至50μm之間、優(yōu)選在10μm至25μm之間的高度差，以及具有在75μm至500μm之間、優(yōu)選在150μm至250μm之間的結(jié)構(gòu)之間的距離。

具體地，優(yōu)選的是，連接元件的端部區(qū)段中的至少一個、特別是第二端部區(qū)段實施為蘑菇形。

優(yōu)選的是，連接元件由銅或主要包含銅的合金構(gòu)成，主要包含銅也就是說具有大于50％的銅質(zhì)量，并且連接元件還優(yōu)選具有由銀或主要包含銀的合金制成的表面涂層。

在一種有利的實施方式中，引導(dǎo)裝置被設(shè)計成以如此的方式夾持所分配的連接元件使得防止其脫落，其中引導(dǎo)裝置具有至少一個、特別是三個具有夾持面的夾持裝置，所述夾持裝置將連接元件在其中間區(qū)段處夾持。

壓力施加體的第一部分主體優(yōu)選具有切除部，第二部分主體從該切除部中伸出。具體地，在這種情況下，壓力施加體的第一部分主體由耐高溫的熱塑性材料制成，特別是由聚苯硫醚制成，特別是具有金屬增強結(jié)構(gòu)。第二部分主體優(yōu)選由硅橡膠構(gòu)成，特別是由液體硅樹脂制成。

特別優(yōu)選的是，壓力施加體以如此的方式設(shè)計以使得在正確使用的情況下第二部分主體與引導(dǎo)裝置齊平或基本齊平地布置。

在功率半導(dǎo)體模塊的進一步優(yōu)選的實施方式中，在另一個引導(dǎo)裝置中構(gòu)造壓力傳遞元件，該壓力傳遞元件構(gòu)造成基本上與連接元件相同，但是由電絕緣材料制成。該壓力傳遞元件則專門用于形成機械接觸，但不用于形成電接觸。

根據(jù)本實用新型的布置被實施為上述功率半導(dǎo)體模塊，其具有冷卻裝置、具有電路板并且具有用于壓力連接這些組件的夾持裝置，其中電路載體與冷卻裝置壓力接觸，也就是說以摩擦鎖定的方式、并且因此以導(dǎo)熱方式連接，并且其中連接元件的第二端部區(qū)段以機械和導(dǎo)電以及壓力接觸的方式連接，也就是說進而以摩擦鎖定的方式連接到電路板的第二導(dǎo)體軌道。在此尤其優(yōu)選的是，壓力施加體的第二部分主體與引導(dǎo)裝置齊平地或基本上齊平地布置。

壓力接觸的機械連接在此也被理解為直接的徑直連接，諸如具有中間層的連接、特別是具有導(dǎo)熱的薄中間層的連接。

該布置的特別有利的實施例體現(xiàn)為壓力施加體、電路板、殼體和電路載體分別具有連續(xù)的切除部，并且冷卻裝置具有帶內(nèi)螺紋的切除部，其中實施為螺釘?shù)膴A持裝置延伸通過壓力施加體、電路板、殼體和電路載體中的切除部并且擰緊到內(nèi)螺紋，其結(jié)果是壓力施加到壓力施加體，并且經(jīng)由第二部分主體施加到電路板上，并且從后者即電路板施加到連接元件的與電路板直接機械和電接觸的第二端部區(qū)段，并且從連接元件的第一端部區(qū)段施加到電路載體，該電路載體直接與其機械和電接觸，并施加到冷卻裝置上。

基本上而言，其它常規(guī)的夾持裝置也可以是布置的一部分，所述其它常規(guī)的夾持裝置被實施為螺釘或夾持螺栓并且不需要在電路載體中的連續(xù)切除部，而是布置在設(shè)置于殼體外側(cè)的切除部中。

該裝置的另一特別有利的實施例體現(xiàn)為，壓力施加體、電路板、殼體以及電路載體和冷卻裝置通過至少兩個夾持彈簧夾持，夾持彈簧包夾壓力施加體、電路板和帶有電路載體的殼體并被支撐在冷卻裝置中，其結(jié)果是壓力施加到壓力施加體上并且經(jīng)由第二部分主體施加到電路板上，并且從后者即電路板施加到連接元件的與電路板直接機械和電接觸的第二端部區(qū)段，并且從其第一端部區(qū)段施加到與其直接機械和電接觸的電路載體，并且施加到冷卻裝置上。

當(dāng)然，在本身不被排除的情況下，在根據(jù)本實用新型的功率半導(dǎo)體模塊中被描述為單數(shù)的特征也可以存在多個。例如，所描述的功率半導(dǎo)體組件可以是至少一個功率半導(dǎo)體組件，其中由此也可以理解成布置在電路載體的一個或多個第一導(dǎo)體軌道上的多個功率半導(dǎo)體組件。同樣，連接元件和壓力施加體的所分配的第二部分主體也可以存在多個。

當(dāng)然，本實用新型的各種實施方式可以單獨地或者以本身不被排除的任何期望的組合實現(xiàn)，以便實現(xiàn)改進。具體地，在上文和下文中描述和解釋的特征不僅可以按所公開的組合使用，而且可以按其它組合使用或單獨使用，而并不脫離本實用新型的范圍，而不管所述特征是在功率半導(dǎo)體模塊還是布置的范圍內(nèi)描述。

附圖說明

本實用新型的進一步細(xì)節(jié)和有利的細(xì)節(jié)和特征可在以下對在圖1至圖8或其相應(yīng)部分中示意性示出的本實用新型的示例性實施例的描述中找到。

圖1示出根據(jù)本實用新型在第一布置中的根據(jù)本實用新型的功率半導(dǎo)體模塊的第一實施例；

圖2示出根據(jù)本實用新型在第二布置中的根據(jù)本實用新型的功率半導(dǎo)體模塊的第二實施例；

圖3示出連接元件的端部區(qū)段的接觸面；

圖4示出根據(jù)本實用新型的第二布置的夾持裝置；

圖5示出根據(jù)本實用新型的功率半導(dǎo)體模塊的壓力施加體；

圖6示出根據(jù)本實用新型的功率半導(dǎo)體模塊的橫截面；

圖7示出根據(jù)本實用新型的布置的三維視圖；以及

圖8示出根據(jù)上文所述現(xiàn)有技術(shù)的功率半導(dǎo)體模塊。

具體實施方式

圖1以分解圖示出根據(jù)本實用新型在第一布置中的根據(jù)本實用新型的功率半導(dǎo)體模塊的第一實施例。該布置在此具有以下組件：夾持裝置8、功率半導(dǎo)體模塊的壓力施加體1、電路板7、其中布置有電路載體2的功率半導(dǎo)體模塊的殼體5，和冷卻裝置9。電路板7在此布置在殼體5和壓力施加體1之間。

冷卻裝置9被實施為具有帶內(nèi)螺紋的切除部96的空氣冷卻裝置。功率半導(dǎo)體模塊的殼體5在此以杯狀方式構(gòu)成并且朝向冷卻裝置9覆蓋電路載體2。殼體5具有兩個引導(dǎo)裝置50，在此在這些引導(dǎo)裝置中分別布置有連接元件6。

電路載體2具有襯底20，襯底20具有彼此分離的電勢的導(dǎo)體軌道22。功率半導(dǎo)體組件3布置在這些導(dǎo)體軌道22上并且通過它們的第一接觸面以導(dǎo)電的方式與相應(yīng)地分配的導(dǎo)體軌道22連接。內(nèi)部連接裝置4在此構(gòu)造為多個常規(guī)的引線接合連接40，其在每種情況下將功率半導(dǎo)體組件3的第二接觸面分別通過適當(dāng)?shù)碾娐愤B接到第一導(dǎo)體軌道22或者連接到其它功率半導(dǎo)體組件的第二接觸面(未示出)。

連接元件6分別構(gòu)成為螺栓，其具有第一端部區(qū)段60和第二端部區(qū)段62和在它們之間構(gòu)成的中間區(qū)段64。在此示出的螺栓以其整體被實施為具有3mm²橫截面積的圓柱體或中空圓柱體并且由銅構(gòu)成并具有由銀制成的表面涂層。在此以平面方式構(gòu)造的第一端部區(qū)段60在此具有連接元件6的接觸區(qū)域600，用于與電路載體2連接，更精確地與電路載體的接觸面連接，其中后者即電路載體的接觸面如所示且優(yōu)選的是第一導(dǎo)體軌道22的一部分或者是功率半導(dǎo)體組件3的第二接觸面的一部分。布置在分配的引導(dǎo)裝置50中的相應(yīng)連接元件6通過切除部52從殼體5突出，其結(jié)果是，連接元件6的也具有平面設(shè)計的第二端部區(qū)段62形成功率半導(dǎo)體模塊的外部接觸裝置，特別是通過其接觸面620形成功率半導(dǎo)體模塊的外部接觸裝置。引導(dǎo)裝置50在一般性不受限制的情況下在此實施為與殼體5一體地構(gòu)成。同樣地，引導(dǎo)裝置50一直延伸到殼體5的外側(cè)并且延伸到在該處的切除部52。

第二端部區(qū)段62，更確切地說是其接觸面620，被設(shè)計成與第二導(dǎo)體軌道72(電路板7的導(dǎo)體軌道)機械和電接觸。該第二導(dǎo)體軌道72在此設(shè)計成將功率半導(dǎo)體模塊連接到負(fù)載電勢和輔助電勢，諸如控制電勢或傳感器電勢。

還示出了功率半導(dǎo)體模塊的壓力施加體1。后者即壓力施加體具有由第一絕緣材料構(gòu)成的剛性的第一部分主體10和在殼體5的方向從其伸出并且由第二絕緣材料構(gòu)成的第二部分主體12。第一部分主體10在此由聚苯硫醚(polyphenylene sulphide)構(gòu)成，并且必要時還具有附加的金屬加強結(jié)構(gòu)，該附加的金屬加強結(jié)構(gòu)注塑成型到第一部分主體內(nèi)或布置在為此目的設(shè)置的切除部中，參考圖7。第二部分主體12由硅橡膠彈性地構(gòu)成，硅橡膠在此可以是交聯(lián)的液體硅橡膠或者可以是交聯(lián)的固體硅橡膠。以常規(guī)方式，這些第二部分主體12布置在第一部分主體10中的切除部120中并從其伸出。第二部分主體12與引導(dǎo)裝置50齊平地布置并且因此也與連接元件6齊平地布置。

夾持裝置8在此實施為單個螺釘80，其延伸通過彼此齊平的在壓力施加體1中的切除部16、在電路板7中的切除部76、在殼體5中的切除部56以及在所帶有的電路載體2中的切除部26并且也齊平地接合在冷卻裝置9的切除部96中。通過借助于該夾持裝置8的壓力施加，實現(xiàn)指定組件的壓力連接。在這種情況下，壓力施加體1的第二部分主體12將殼體5的引導(dǎo)裝置50齊平地按壓到電路板7上，更精確地而言，按壓到其背離殼體5的一側(cè)并且在分配給相應(yīng)部分主體12的連接元件6的方向上。在這種情況下，部分主體12也可以分配給多個連接元件6。電路板7將壓力14傳遞到連接元件6的第二端部區(qū)段62，其結(jié)果是第二端部區(qū)段62和電路板7的第二導(dǎo)體軌道72之間實現(xiàn)壓力接觸的(即摩擦鎖定的)機械連接以及還有導(dǎo)電連接，其中第二導(dǎo)體軌道72布置在電路板7的面向殼體的一側(cè)。

相應(yīng)的連接元件6用于在電路板7的第二導(dǎo)體軌道72和電路載體2之間傳導(dǎo)電流。為此目的，在連接元件6的第一端部區(qū)段60和電路載體2的分配的接觸面之間借助于夾持裝置8也形成壓力接觸的(即摩擦鎖定的)機械連接以及還有導(dǎo)電連接。

此外，電路載體2借助于連接元件6通過力的機械傳遞被按壓到冷卻裝置9上，其結(jié)果是所述電路載體2和冷卻裝置9以摩擦鎖定的方式機械連接。結(jié)果，實現(xiàn)電路載體2以及因此功率半導(dǎo)體組件3到冷卻裝置9的突出的熱耦合。在根據(jù)本實用新型的布置中，功率半導(dǎo)體模塊的連接元件6具有形成兩個電觸點和一個熱觸點的三重優(yōu)點。

如果為了進一步改善電路載體2和冷卻裝置9之間的熱接觸而另外需要，附加的壓力傳遞元件也可以布置在另外的引導(dǎo)裝置50中，并且壓力通過夾持裝置8可施加到所述壓力傳遞元件。這些壓力傳遞元件在其形狀上等同于連接元件6，但是其由電絕緣材料形成。術(shù)語“相同的形狀”具體應(yīng)理解為基本相同或非常相似的幾何形狀。由于通過壓力施加體1的第二部分主體12柔性地施加壓力，因此在此不需要連接元件6和壓力施加元件具有相同的熱膨脹系數(shù)。

圖2示出在根據(jù)本實用新型的第二布置中的根據(jù)本實用新型的功率半導(dǎo)體模塊的第二實施例，其中為了清楚起見，壓力施加體1和電路板7被示出為與相鄰的組件稍微間隔開。

除了用于螺釘穿過的切除部之外，壓力施加體1以與根據(jù)第一實施例在功能和材料上相同的方式實施。這同樣適用于電路板7和殼體5。

在該實施例中，電路載體2具有作為內(nèi)部連接裝置4的由導(dǎo)電膜和電絕緣膜制成的常規(guī)膜堆疊件(film stack)42，其自身被結(jié)構(gòu)化并具有通孔。連接元件6和如果合適的話另外存在的壓力施加體在此以導(dǎo)電方式連接到連接裝置4或電路載體2的第一導(dǎo)體軌道22。

連接元件6的相應(yīng)的第二端部區(qū)段62在此以構(gòu)造為蘑菇形，以便降低損壞電路板7的第二導(dǎo)體軌道72的接觸面的風(fēng)險。此外，第二端部區(qū)段62具有同心環(huán)狀結(jié)構(gòu)622，其在圖3中示出并且抵消在電路板7的平面中由熱負(fù)載引起的可能的運動。連接元件6的第一端部區(qū)段60在此以平面方式而不具備結(jié)構(gòu)的方式實施而不限制一般性，因為電路載體的接觸面以更堅固的方式實施，因此不存在損壞的風(fēng)險。因此，第一端部區(qū)段的選擇取決于電路載體的實施方式。

冷卻裝置9進而構(gòu)造為空氣冷卻裝置。在電路載體2和冷卻裝置9之間布置有薄的、膏狀并且導(dǎo)熱的物質(zhì)90。

圖4示出夾持裝置8，其實施為根據(jù)本實用新型的第二布置的夾持彈簧82。為此目的，冷卻裝置9具有用于支撐夾持彈簧82的切除部92。夾持彈簧82本身圍繞壓力施加體1、電路板7和帶有電路載體2的殼體5。除了所述的不同的壓力施加之外，作用原理與第一布置的作用原理相同。

圖5示出根據(jù)本實用新型的功率半導(dǎo)體模塊的壓力施加體1，其在材料上和功能上以圖1所示方式實施。該壓力施加體1具有剛性的第一部分主體10，該第一部分主體具有用于引導(dǎo)夾持裝置8的兩個切除部16，其中夾持裝置8優(yōu)選實施為螺釘80。還示出具有位于其中的切除部120的六個拱頂部100，參考圖1，第一部分主體10的切除部120布置在拱頂部100中，相應(yīng)的第二部分主體12布置在上述切除部120中并沿著殼體的方向從切除部120突出。如上所述，該部分主體12設(shè)計成在電路板7上施加壓力14，電路板7可以根據(jù)圖7相對于功率半導(dǎo)體模塊布置，其中該電路板7布置在壓力施加體1和帶有連接元件6的殼體5之間，因此也布置在第二部分主體12和連接元件6的第二端部區(qū)段62之間。

圖6示出根據(jù)本實用新型的功率半導(dǎo)體模塊的橫截面，其中沒有壓力施加體。殼體5具有六個軸狀引導(dǎo)裝置50，其為了連接元件6的布置而設(shè)置。這些引導(dǎo)裝置50在此具有正方形橫截面，而連接元件6(其中僅示出一個)是圓柱形的并因此具有圓形橫截面。作為該實施例的結(jié)果，為了固定連接元件6以防止脫落，如果有一個夾持裝置52設(shè)置有夾持面54就已足夠。當(dāng)然，在根據(jù)本實用新型的布置的范圍內(nèi)，在此施加的夾持力不足以阻礙連接元件6的功能。

基本上而言，在圓柱形連接元件6的情況下，引導(dǎo)裝置也可以具有圓滑的橫截面、特別是圓形的橫截面。然而，在這種情況下，優(yōu)選地設(shè)置三個以星形布置并且具有夾持面的夾持裝置，分別用于防止連接元件脫落。

杯形殼體5還具有上文已經(jīng)相對于圖1描述的電路載體2以及兩個切除部56，這兩個切除部與在圖5中以示例方式示出的壓力施加體中的切除部齊平，用于布置實施為螺釘?shù)膴A持裝置。

圖7以三維視圖示出根據(jù)本實用新型的第一布置而沒有冷卻裝置。壓力施加體1示出為具有第一部分主體10和金屬加強結(jié)構(gòu)，該金屬加強結(jié)構(gòu)在此被實施為布置在第一部分主體10中的切除部中的平坦金屬板102。螺釘80作為夾持裝置延伸通過該金屬板102并且因此也延伸通過第一部分主體10中的切除部16。

參考圖1，該螺釘80進一步延伸通過電路板7和殼體5以及電路載體(未示出)中的切除部。