專利名稱：包括至少兩個功率半導體開關的半導體電源模塊和電路裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功率電子學領域。
本發(fā)明從按照相應獨立權利要求的前序部分的電路裝置或從半導體電源模塊出發(fā)。
歐洲專利申請EP-A2-0417747已描述了這種電路裝置或這種半導體電源模塊。
在那種情況下，電路裝置包括至少兩個功率半導體開關模塊，該模塊有一個封裝盒，兩個主接頭和兩個選通接頭。就此構成該常用功率半導體模塊。
通常一個模塊包括能將其組合形成一邏輯功能部件的若干半導體元件。實例為整流器，包含正反向并聯(lián)的二極管或整體相位組件的專用開關。這種模塊(晶體閘流管，晶體三極管IGBT，二極管模塊)當前普遍用于1200V和幾百安培的功率范圍并主要用于工業(yè)傳動設備。
為獲得所需性能通常將一種類型的若干元件并聯(lián)連接在一個模塊中。這樣，例如，每個150A，1200V的IGBT半橋模塊按每個開關功能而言，可包含六個并聯(lián)連接的IGBT和兩個并聯(lián)連接的逆并聯(lián)二極管。
目前，由于模塊不能以任何所需大小構成故上限對模塊性能產生影響(特別是有關載流量)。困難在于種種可靠性問題極大地增大了總體尺寸，加之大量元件的并聯(lián)連接，使其變得更加困難。
此外，隨著模塊尺寸日益增大，使其失去了顯著特點之一，即模塊性(modularity)，也就是說，增大電功率不是通過采用更大元部件而是通過并聯(lián)連接盡可能更多相似的元件來實現(xiàn)。為這些緣故，模塊不受限制的可并聯(lián)的連接性則是一個理想特征。
遺憾的是，對模塊可并聯(lián)的連接性是要加以限制的。因為各模塊的所有的電氣參數決不會完全相同，故模塊的正向，反向和開關性能可能不同。在并聯(lián)連接情況下，這可導致各模塊的振蕩或過載直至它們被破壞。在本文開頭提到的公布的專利申請試圖通過利用電極的特殊配置竭力減小轉換電路的電感來抵消該作用。
然而，該方法并未考慮由于參數不同引起的上述種種問題。通常，該問題是通過對關健參數予選待并聯(lián)連接的模塊來解決的。因此，這使后來在應用中要更換一個并聯(lián)電路中的一塊模塊變得實際上是不可能的了。另一可能性是這些模塊不運用至盡其額定特性(“下降”)。
就稱之為集成或智能模塊(集成功率模塊，IPM)的一種新類別模塊而言，在該模塊中可包括諸如待轉換元部件的觸發(fā)，用于識別故障(例如電源的超溫度，過電流，低電壓)的邏輯和觸發(fā)信號和故障信號的電氣隔離等附加功能。
在那些并聯(lián)連接需要高功率的并聯(lián)模塊情況下，除上述問題以外還有所述觸發(fā)，故障檢測和故障處理等等不能同時精確地起作用的問題。
因此，例如，為無電位(potential-free)傳輸觸發(fā)信號所用的并裝在模塊中的光波導的接收機電源電壓的稍許變動均可能導致傳播時間延遲幾百nsec，這對這種模塊的并聯(lián)連接具有不可忽視的有害影響。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種新穎的電路裝置和一種功率半導體模塊，其中在并聯(lián)連接情況下可避免上述諸問題。具體地說，本發(fā)明旨在使該功率半導體模塊可不經過予選和不降低全額定性能情況下可同其他模塊進行并聯(lián)連接。
該目的是在本文開頭所述那種模塊或電路裝置中借助相應獨立權利要求的特性來達到的。
所以本發(fā)明的實質在于功率半導體模塊除有選通連接和主連接以外，還有許多信號接線，這些接線在將多個模塊并聯(lián)連接時是相互連接的。再者，僅僅一個可自由選擇的功率半導體模塊被連接到控制裝置。
若根據本發(fā)明將多個模塊并聯(lián)連接時，則會導致由連到控制裝置的那個模塊驅動公共信號總線。因此所述那個模塊即充當主模塊，而其它模塊則充當從動模塊。
最好，選通接線和控制裝置間的連接以無電位方式進行，特別是，采用光波導。此外，可將這些模塊安裝在散熱器(heat sink)上。
此外，在選通接線與信號接線之間可設置承擔所需信號匹配的一接口。所述接口可僅在主模塊情況下或在所有并聯(lián)連接模塊情況下設置。
其他例舉的實施例由相應從屬權利要求顯現(xiàn)。
按本發(fā)明結構的優(yōu)點，特別是按本發(fā)明的多個模塊能在不經過予選或減額(derating)情況下加以并聯(lián)連接，因為主模塊控制著其他模塊，從而消除了本文開頭所述的種種問題。而且，必須要制造的僅為一種類型的模塊同時必須提供的僅為一種無電位連接。這就大大降低了用戶的生產成本。還能有效地降低保養(yǎng)費，因為，首先，由主模塊控制的全部模塊的均勻負載延長了使用壽命，其次，可毫無困難地更換并聯(lián)連接中的有故障模塊。
通過參考結合附圖所作的下列詳細說明，將會更好理解本發(fā)明更全面的應用及其許多附帶優(yōu)點，唯一附圖(

圖1)表示按本發(fā)明的四個功率半導體模塊的并聯(lián)連接。
現(xiàn)參照附圖，圖1示出一個按本發(fā)明的功率半導體模塊(1)的結構。這可為任一種功率半導體模塊，例如，GTO，晶體閘流管，IGBT或二極管模塊。
模塊(1)總是包括一外殼(2)，該外殼，例如，有兩個主接頭(connection)(3.1，3.2)，至少一個選通接頭(5.1，5.2)和若干信號接頭(4.1-4.4)。選通接頭包括(例如)，用于傳導離開該模塊的信號的第一接頭和用于導通到該模塊的信號的第二接頭。該模塊屬于(具體說)無電位設計并可(例如)通過光波導(8)連接到一個控制裝置(圖中未示)。最好，該功率半導體模塊(1)被安裝在(例如)其內有流過冷卻劑的一個散熱器(6)上。在此情況下，散熱器(6)上設置有冷卻劑接頭(7.1，7.2)。按照一個最佳結構的改型，該液體接頭(7.1和7.2)和光波導接頭(5.1和5.2)設置在同一側面上。
按照本發(fā)明，該功率半導體模塊(1)還有若干(圖中示出四個)信號接頭(4.1-4.4)。該信號接頭可包括，例如-用于觸發(fā)開關的第一路徑，-用于故障信號的第二路徑，-用于該功率半導體模塊計時的第三路徑，和-可連接開關的柵極的第四路徑。
若將按本發(fā)明的多個模塊(1)并聯(lián)連接，則會產生具有，例如，以上諸信號的一條信號總線。最好將信號接頭(4.1-4.4)都設置在外殼的單獨的側面上。
此外，可在該功率半導體模塊(1)中裝有一接口，該接口將來自控制裝置并通過光波導傳送的信號變換為適用于該信號總線的信號。因此該信號接頭(4.1-4.4)按信號方向(signalwise)被連接到選通接頭(5.1，5.2)。
在僅僅是連到控制裝置的那個模塊(1)配置一接口的情況下，該裝置變得尤為廉價。
若將多個按本發(fā)明的功率半導體模塊(1)加以并聯(lián)連接，則將產生如下所述電路裝置。
-僅僅一個，可自由選擇的功率半導體模塊(1)通過選通接頭(5.1，5.2)連到一控制裝置，-可按信號方向被連到選通接頭(5.1，5.2)的若干信號接頭(4.1-4.4)被互連和形成一信號總線。
由于僅僅一塊模塊被連到控制裝置，該模塊起到一個主模塊作用，其他模塊隨從它。這樣，就有可能避免由多個模塊并聯(lián)連接所迂到的和本文開頭提及的問題。
總之，本發(fā)明提供了一種在包含并聯(lián)連接模塊的電路結構中能毫無困難地被用于達到最大功率的功率半導體模塊。
雖然，從上述教導的觀點出發(fā)對本發(fā)明作出諸多改型和變動是可能的。因此除了在此詳述的以外，本發(fā)明還可在所附權利要求書的范圍內加以實施。
權利要求
1.一種包括至少兩個功率半導體模塊的電路裝置，每個模塊包括a)一外殼，至少兩個主連接件，和能連到一控制裝置的至少一個選通連接件，借助該選通連接件，該功率半導體模塊能被觸發(fā)和被監(jiān)控，其中b)僅僅一個可自由選擇的功率半導體模塊通過選通連接件連接到所述控制裝置，c)設置可按信號方向連接到選通連接件的若干信號連接件，和d)該功率半導體模塊的相應信號連接件被互連。
2.如權利要求1的電路裝置，其特征在于所述選通連接件包括為將信號引導到模塊而設置的第一連接件和用于將信號導離模塊的第二連接件，這些連接件，尤其被設計成光波導連接件并能通過光波導連接到控制裝置。
3.如權利要求2的電路裝置，其特征在于所述主連接件被置于外殼的第一側，所述信號連接件被置于外殼的第二側，所述光波導連接件置于外殼的第三側。
4.如權利要求3的電路裝置，其特征在于a)所述外殼安裝在一散熱器上，b)一種冷卻劑流過該散熱器，c)冷卻劑入口和出口設在外殼的第三側面上。
5.如1-4中任一權利要求所述的電路裝置，其特征在于所述信號連接件具體包括-用于觸發(fā)功率半導體模塊的開關的第一路徑;-用于功率半導體模塊的故障信號的第二路徑;-用于功率半導體模塊計時的第三路徑;和-借助它可連接功率半導體模塊之開關的所有柵極的第四路徑。
6.如1-5中任一權利要求所述的電路裝置，其特征在于在每一模塊中選通連接件與信號連接件之間設有一接口。
7.如1-5任一權利要求所述的電路裝置，其特征在于僅在連接到所述控制裝置的那個模塊中設置選通接件與信號連接件之間的接口。
8.一種功率半導體模塊，包括a)有至少兩個主連接件和可連接到一控制裝置的至少一個選通連接件的外殼，該功率半導體模塊能通過該選通連接件被觸發(fā)和被監(jiān)控，其中b)設置有能按信號方向連接到所述選通連接件的若干信號連接件。
9.如權利要求8所述的功率半導體模塊，其特征在于所述主連接件被置于外殼的第一側面上，所述信號連接件置于外殼的第二側面上，和所述選通連接件置于外殼的第三側面上。
10.如權利要求9所述的功率半導體模塊，其特征在于a)所述外殼安裝在一散熱器上，b)一種冷卻劑流過該散熱器，c)冷卻劑入口和出口設置在外殼的第三側面上。
11.如權利要求10的功率半導體模塊，其特征在于所述信號連接件具體包括-用于觸發(fā)功率半導體模塊的開關的第一路徑;-用于功率半導體模塊的故障信號的第二路徑;-用于功率半導體模塊計時的第三路徑;和-可借以連接功率半導體模塊開關的所有柵極的第四路徑。
12.如權利要求11的功率半導體模塊，其特征在于所述選通連接件和信號連接件之間設有一接口。
全文摘要
一種電路裝置和一種功率半導體模塊，其中電路裝置包括多個并聯(lián)連接的功率半導體模塊，而其中只有一個主模塊被連接到一控制器。其他模塊作為從模塊并通過信號總線從主模塊抽取觸發(fā)所需信號。為此，功率半導體模塊有許多互連的信號接頭。該信號接頭可按信號位置例如經接口連到選通接頭。按本發(fā)明的功率半導體模塊提供的電路裝置，其多個模塊能無限制地加以并聯(lián)連接直至達到最大性能要求。
文檔編號H01L25/18GK1110833SQ95100600
公開日1995年10月25日 申請日期1995年2月20日 優(yōu)先權日1994年2月21日
發(fā)明者T·施托克邁耶, U·蒂曼 申請人:Abb管理有限公司