半導(dǎo)體組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及半導(dǎo)體組件，并且更特別地，涉及包括緊壓包裝模塊的半導(dǎo)體組件。
【背景技術(shù)】
[0002]許多不同類型的電力轉(zhuǎn)換器利用緊壓包裝模塊，因?yàn)橐子谠跈C(jī)械疊堆的幫助下對它們進(jìn)行連續(xù)連接，其中連續(xù)地提供不止一個模塊。使緊壓包裝模塊安裝在冷卻器或壓力板之間，并且對那個疊堆施加壓力，以確保單獨(dú)的緊壓包裝模塊之間有恰當(dāng)?shù)碾娊佑|和熱接觸。對于HVDC轉(zhuǎn)換器，可將高達(dá)20個模塊連續(xù)連接成一個疊堆，而且完整的轉(zhuǎn)換器可能需要超過一百個疊堆。這意味著需要大量重型且有時昂貴的機(jī)械部件來建立那些疊堆。
[0003]圖1中公開了現(xiàn)有技術(shù)的緊壓包裝疊堆的示例。如在此圖中看到的那樣，標(biāo)準(zhǔn)疊堆包括兩個或更多個桿，它們圍繞疊堆均等地分布。在疊堆的各個端部中的一個端部處提供兩個軛(yoke)，以封閉疊堆。此外，在疊堆的頂部上提供彈簧套件，以對其提供壓力。在一些緊壓疊堆包裝中，省略這個彈簧套件，而且改為提供特殊的軛，該軛允許使用其固有的機(jī)械彈力作為彈簧力。
[0004]在美國專利申請公布US 2010/0133676 Al中公開了緊壓包裝疊堆的另一個示例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種具有簡化的機(jī)械設(shè)計(jì)的緊壓包裝疊堆。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體組件，其包括:疊堆，其包括半導(dǎo)體模塊和冷卻器，其中，半導(dǎo)體模塊設(shè)置成與冷卻器接觸，疊堆具有第一側(cè)和第二側(cè)；適于對疊堆施加力的夾持組件；半導(dǎo)體組件的特征在于，疊堆設(shè)有在第一側(cè)和第二側(cè)之間的貫通孔，而且夾持組件的一部分延伸通過疊堆的貫通孔，其中，延伸通過疊堆的貫通孔的夾持組件的部分包括構(gòu)造成導(dǎo)電的導(dǎo)電部分。從而，提供緊湊的機(jī)械布置，同時獲得改進(jìn)的電氣屬性，諸如較低的電感和較均勻的電流分配。
[0007]在實(shí)施例中，提供單個母線條。從而，使部件的數(shù)量且從而重量保持最低。
[0008]在實(shí)施例中，提供絕緣元件，以使導(dǎo)電母線條與半導(dǎo)體模塊電絕緣開。照這樣，可借助于母線條來接觸疊堆的端部部分。
[0009]在實(shí)施例中，在疊堆的中心處提供貫通孔。這確保對疊堆施加的力均勻分布，并且減少用于堆疊的機(jī)械部件，這又會降低組裝的復(fù)雜性和成本。
[0010]在實(shí)施例中，半導(dǎo)體模塊大體是扁平的，并且具有第一平坦側(cè)和相對的第二平坦偵U。這使得能夠有可靠地電連接和熱連接到相鄰冷卻器上的緊湊設(shè)計(jì)。這在第一和第二平坦側(cè)充當(dāng)模塊功率連接件時特別有利。
[0011]在實(shí)施例中，冷卻器布置成使得半導(dǎo)體模塊(20a)的側(cè)部的基本整個區(qū)域都與冷卻器接觸。從而確保半導(dǎo)體模塊側(cè)部的整個區(qū)域上有良好的電連接和熱連接。
[0012]在實(shí)施例中，冷卻器是導(dǎo)電的，使得它可用來連接到半導(dǎo)體模塊上。
[0013]在實(shí)施例中，半導(dǎo)體模塊和冷卻器是圓形。這提供占地面積小的設(shè)計(jì)，而且還改進(jìn)模塊中的電磁耦合的均勻性。
[0014]在實(shí)施例中，夾持組件包括適于對疊堆的第一側(cè)施加力的第一夾持元件和適于對疊堆的第二側(cè)施加力的第二夾持元件。照這樣，可提供半導(dǎo)體組件作為用于在后面連接到電氣裝備件上的單獨(dú)部件。
[0015]在實(shí)施例中，半導(dǎo)體組件包括電氣裝備件，優(yōu)選電容器，其中，母線條在第一端部分處電連接到疊堆的第一側(cè)上，并且在第二端部分處電連接和機(jī)械地連接到該電氣裝備件的第一極上。通過將夾持組件結(jié)合到該電氣裝備件中，實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計(jì)，而且使導(dǎo)電路徑的長度保持最小，從而改進(jìn)組件的電氣屬性。
[0016]在實(shí)施例中，疊堆包括多個半導(dǎo)體模塊和多個冷卻器，其中，在兩個冷卻器提供之間各個半導(dǎo)體模塊。照這樣，一個疊堆中可包括大量半導(dǎo)體模塊。
[0017]在實(shí)施例中，疊堆包括兩個半導(dǎo)體模塊和三個冷卻器，其中，提供連接件優(yōu)選是為了電連接到三個冷卻器的中心第二冷卻器上。然后疊堆自行用作例如變極器中的相腳。在這種情況下，半導(dǎo)體模塊包括高電壓半導(dǎo)體，諸如隔離柵雙極晶體管。
【附圖說明】
[0018]現(xiàn)在參照附圖以示例的方式來描述本發(fā)明，其中:
圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的緊壓包裝疊堆，
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的呈緊壓包裝疊堆的形式的半導(dǎo)體組件的截面圖，
圖3顯示包括在圖2的半導(dǎo)體組件中的半導(dǎo)體模塊的橫截面俯視圖，
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的呈緊壓包裝疊堆的形式的半導(dǎo)體組件的第二實(shí)施例的側(cè)視圖，圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的呈緊壓包裝疊堆的形式的半導(dǎo)體組件的第三實(shí)施例的部分地截開的側(cè)視圖，
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的呈緊壓包裝疊堆的形式的半導(dǎo)體組件的第四實(shí)施例的截面圖，半導(dǎo)體組件安裝到呈電容器的形式的電氣裝備件上，
圖7顯示圖6的電容器的分解透視圖，以及圖8顯示組裝之后的圖7的電容器。
【具體實(shí)施方式】
[0019]在下面，將給出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體組件的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述。
[0020]已經(jīng)在【背景技術(shù)】部分論述了圖1，所以在本文不進(jìn)一步涉及圖1。
[0021]圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體組件(大體標(biāo)為10)的截面圖。這個半導(dǎo)體組件是緊壓包裝疊堆的簡單形式，它包括正好一個半導(dǎo)體模塊20a和冷卻器30a，它們貼靠彼此，即，彼此直接進(jìn)行物理接觸或接合。這個半導(dǎo)體模塊20a大體是扁平的，并且具有第一平坦側(cè)22和相對的第二平坦側(cè)24。參照圖3，顯示圓形半導(dǎo)體模塊20a的橫截面圖，在半導(dǎo)體模塊中在第一側(cè)22和第二側(cè)24之間提供中心貫通孔26。在模塊中提供多個半導(dǎo)體28，諸如隔離柵雙極晶體管(IGBT)，而且它們電連接到半導(dǎo)體模塊的第一平坦側(cè)22和第二平坦側(cè)24上，而且這些側(cè)部因此充當(dāng)模塊功率連接件。
[0022]再次參照圖2，冷卻器30a具有第一平坦側(cè)32和與第一平坦側(cè)32相對的第二平坦側(cè)34，第二平坦側(cè)34貼靠或接合半導(dǎo)體模塊20a的第一側(cè)。冷卻器30a設(shè)有在相對的平坦側(cè)之間的中心貫通孔36，孔與半導(dǎo)體模塊20a的貫通孔26對齊。冷卻器具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，并且因而優(yōu)選的是冷卻器由導(dǎo)電性良好的材料(諸如銅或鋁)制成，而且優(yōu)選的是在冷卻器內(nèi)部提供用于冷卻劑(未顯示)(諸如水)的通道。冷卻器30a是圓形，其直徑等于或超過半導(dǎo)體模塊20a的直徑，以便確保在半導(dǎo)體模塊20a的整個第一側(cè)22上在半導(dǎo)體模塊20a和冷卻器30a之間有導(dǎo)電和導(dǎo)熱。
[0023]半導(dǎo)體模塊20a和冷卻器30a共同形成疊堆，其大體標(biāo)為38。
[0024]夾持組件(大體標(biāo)為40)適于對疊堆38施加力F，在這種情況下，沿朝向半導(dǎo)體模塊20a的方向?qū)鋮s器30a的第一側(cè)32施加力F，其中，冷卻器30a充當(dāng)軛。因而，夾持組件40延伸通過半導(dǎo)體模塊20a的貫通孔26和冷卻器30a的貫通孔36。延伸通過貫通孔26、36的部分是導(dǎo)電母線條42，導(dǎo)電母線條42具有第一螺紋端部部分42a以及與第一端部分42a相對的第二端部分42b，呈螺母44a的形式的夾持元件旋到第一螺紋端部部分42a上。導(dǎo)電母線條可為鋁桿或者備選地設(shè)有鋁套的中心鋼桿。雖然這個實(shí)施例包括呈母線條形式的導(dǎo)電部分，但延伸通過貫通孔的導(dǎo)電部分可體現(xiàn)為許多不同的形式，諸如條或帶，導(dǎo)電部分在逆變器、變電站、蓄電池組或任何其它電氣設(shè)備內(nèi)導(dǎo)電。
[0025]假設(shè)半導(dǎo)體模塊20a的第二側(cè)24支托在固定平面(在圖中以虛線顯示)上。這個固定平面可為另一個冷卻器、額外的軛或者電氣裝備件的表面，如將在下面描述的那樣。因而，當(dāng)螺母44a上緊時，將對軛或冷卻器30a施加向下力F。由于軛或冷卻器30a是剛性的，所以這個力將傳遞到半導(dǎo)體模塊20a上。由于半導(dǎo)體模塊20a因?yàn)楣潭ㄆ矫?半導(dǎo)體模塊20a的第二側(cè)24貼靠固定平面)的原因而不會屈服，所以半導(dǎo)體模塊20a和冷卻器30a將擠壓成彼此緊密接觸，從而確保它們之間有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。
[0026]現(xiàn)在將參照圖4來描述半導(dǎo)體組件的第二實(shí)施例。在這個實(shí)施例中，在疊堆中提供多個(即，四個)半導(dǎo)體模塊20a、20b、20c、20d。相應(yīng)地，提供多個冷卻器，即，五個冷卻器30a、30b、30c、30d、30e，使得各個半導(dǎo)體模塊20a_d設(shè)置在兩個冷卻器30a_e之間。這意味著半導(dǎo)體模塊20a_d和冷卻器30a_e在疊堆38中交錯布置，疊堆38具有圖中的顯示第一上端和相對的第二下端。
[0027]夾持組件40包括具有第一上部螺紋端部分42a和第二下部螺紋端部分42b的條42。呈第一螺母44a的形式的第一夾持元件旋到條的第一端部分42a上，并且呈第二螺母44b的形式的第二夾持元件旋到條的第二端部分42b上。
[0028]彈簧套件46布置在第一螺母44a和第一最上部冷卻器30a之間，如圖中顯示的那樣。顯示了彈簧套件由多個盤形彈簧組建而成，但將認(rèn)識到的是，可提供其它形式的彈簧。
[0029]在彈簧套件46和第一冷卻器30a之間提供第一軛絕緣元件48a，以便在它們之間提供電絕緣。相應(yīng)地，在第二螺母44b和最下部冷卻器30e之間提供第二軛絕緣元件，以便在它們之間提供電絕緣。
[0030]提供連接件(在圖中未顯示)是為了電連接到半導(dǎo)體模塊20a_d上，以及可選地電連接到一個或多個冷卻器30a_e上。
[0031]半導(dǎo)體組件10在這個實(shí)施例中借助于夾持組件40而保持在一起，而不像圖2中顯示的實(shí)施例那樣依賴于任何固定平面。這意味著這個半導(dǎo)體組件可以可釋放地安裝到電氣裝備件上，諸如電容器或變壓器。
[0032]現(xiàn)在將參照圖5來描述半導(dǎo)體組件的第三實(shí)施例。在這個實(shí)施例中，在疊堆38中提供多個(即，兩個)半導(dǎo)體模塊20a、20b。相應(yīng)地，提供多個冷卻器，即，三個冷卻器30a、30b、30c，使得各個半導(dǎo)體模塊20a、20b設(shè)置在兩個冷卻器30a_c之間。這意味著在這個實(shí)施例中半導(dǎo)體模塊20a、20b和冷卻器30a-c在疊堆38中也交錯地布置，疊堆38具有圖中顯示的第一上端和相對的第二下端。
[0033]夾持組件40包括具有上部螺紋端部分42a的條42。條42的下端部分42b附連到電氣裝備件上，諸如電容器。呈螺母44a的形式的夾持元件旋到條的上端部分42a上。
[0034]類似于圖4中顯示的一個的彈簧套件46布置在第一螺母44a和第一最上部冷卻器30a之間，如圖中顯示的那樣。彈簧套件46直接對第一最上部冷卻器30a施加力，在這個實(shí)施例中，第一最上部冷卻器30a起軛的作用。在這個實(shí)施例中省略了圖4中顯示的軛絕緣元件。
[0035]在這個實(shí)施例中，在以截面顯示成疊堆的冷卻器和半導(dǎo)體模塊的情況下，提供絕緣元件50是為了使中心條42與半導(dǎo)體模塊20a、20b電絕緣開。絕緣元件50還使負(fù)的DC連接件或端子“-DC”和正的DC連接件或端子“+DC”彼此電絕緣開。但是，絕緣元件50不會一直延伸到彈簧套件46，這意味著第一最上部冷卻器30a與條42處于電連接。這意味著由于條42 (在這種情