功率半導(dǎo)體模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的序言所述的功率半導(dǎo)體模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]這種類型的功率半導(dǎo)體模塊是從DE 196 44 009 Al獲悉的。
[0003]其它功率半導(dǎo)體模塊也是同樣從現(xiàn)有技術(shù)，例如EP O 989 611 A2、US 6426561、EP I 403 923 Al或WO 2012/107482 A2中獲悉并描述的。這些模塊用于例如功率轉(zhuǎn)換器裝置，以用于高壓直流輸送。功率半導(dǎo)體模塊在操作期間通常最少載有超過(guò)500V和超過(guò)IKA的負(fù)載。當(dāng)在用于高壓直流輸送的功率轉(zhuǎn)換器裝置中采用功率半導(dǎo)體模塊時(shí)，功率半導(dǎo)體模塊是串聯(lián)的，從而取得所需的閉鎖電壓。
[0004]在100至1000個(gè)之間的功率半導(dǎo)體模塊通常被串聯(lián)起來(lái)。
[0005]此外，這種類型的功率半導(dǎo)體模塊還用于靜態(tài)VAR補(bǔ)償器。
[0006]在已知的功率半導(dǎo)體模塊的情況下，已經(jīng)證明考慮到磁場(chǎng)產(chǎn)生流過(guò)功率半導(dǎo)體模塊的電流，所以設(shè)置在功率半導(dǎo)體模塊中的功率半導(dǎo)體構(gòu)件是非均勻加載的。這可能尤其導(dǎo)致單個(gè)功率半導(dǎo)體構(gòu)件的過(guò)載。功率半導(dǎo)體構(gòu)件的過(guò)載導(dǎo)致其中設(shè)置有過(guò)載功率半導(dǎo)體構(gòu)件的模塊發(fā)生故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的是規(guī)定一種功率半導(dǎo)體模塊，其中功率半導(dǎo)體構(gòu)件盡可能均勻地加載。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的通過(guò)權(quán)利要求1所申明的功率半導(dǎo)體模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中規(guī)定了本發(fā)明的有利的衍生變型。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊包括第一主電極、第二主電極和控制端子。此外，功率半導(dǎo)體模塊包括設(shè)置在第一主電極和第二主電極之間的可控功率半導(dǎo)體構(gòu)件，其中各個(gè)可控功率半導(dǎo)體構(gòu)件具有第一電極、第二電極和控制電極，并且各個(gè)可控功率半導(dǎo)體構(gòu)件的第一電極電連接在第一主電極上，各個(gè)可控功率半導(dǎo)體構(gòu)件的第二電極電連接在第二主電極上，并且各個(gè)可控功率半導(dǎo)體構(gòu)件的控制電極電連接在控制端子上。根據(jù)本發(fā)明，功率半導(dǎo)體模塊的特征在于，至少某些可控功率半導(dǎo)體構(gòu)件設(shè)置成多個(gè)環(huán)形組件，其中相應(yīng)環(huán)形組件的可控功率半導(dǎo)體構(gòu)件至少大致沿著相應(yīng)環(huán)形組件的第一圓形線進(jìn)行設(shè)置，并且相應(yīng)環(huán)形組件的控制導(dǎo)體軌道設(shè)置在第一主電極上，其中相應(yīng)環(huán)形組件的控制導(dǎo)體軌道至少大致沿著相應(yīng)環(huán)形組件的第二圓形線延伸，并且相應(yīng)環(huán)形組件的第二圓形線相對(duì)于相應(yīng)環(huán)形組件的第一圓形線同心地且在其外部延伸，其中相應(yīng)環(huán)形組件的各個(gè)可控功率半導(dǎo)體構(gòu)件的控制電極通過(guò)電連接件而連接到相應(yīng)環(huán)形組件的控制導(dǎo)體軌道上，并且相應(yīng)環(huán)形組件的控制導(dǎo)體軌道通過(guò)另一電連接件而連接到控制端子上。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，功率半導(dǎo)體構(gòu)件設(shè)置成多個(gè)環(huán)形組件。由于環(huán)形組件或者由于可控功率半導(dǎo)體構(gòu)件至少大致沿著圓形線的布置，所以在操作期間，相應(yīng)環(huán)形組件的功率半導(dǎo)體構(gòu)件基本暴露于相同或至少相似的磁場(chǎng)下。此外，相應(yīng)環(huán)形組件的控制導(dǎo)體軌道至少大致沿著第二圓形線而延伸，其中第二圓形線相對(duì)于第一圓形線同心地且在其外部延伸。因此，在各個(gè)具有控制端子、相應(yīng)功率半導(dǎo)體構(gòu)件的控制電極、相應(yīng)功率半導(dǎo)體構(gòu)件的第二電極和第二主電極的導(dǎo)體環(huán)路中，至少大致相似的磁場(chǎng)耦合到各個(gè)導(dǎo)體環(huán)路中，由此相應(yīng)環(huán)形組件的功率半導(dǎo)體構(gòu)件的切換行為至少大致相同地受到磁場(chǎng)的影響。
[0011]同位于第一圓形線內(nèi)的第二圓形線相比，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例導(dǎo)致了各個(gè)功率半導(dǎo)體構(gòu)件由于磁場(chǎng)而引起的延時(shí)切換行為，磁場(chǎng)耦合在上面所限定的導(dǎo)體環(huán)路中。這對(duì)于尤其功率半導(dǎo)體模塊的短路行為具有有利的影響。
[0012]由于多個(gè)環(huán)形組件，最佳的空間利用成為可能，實(shí)現(xiàn)了高的功率密度。
[0013]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一圓形線由第一多邊形來(lái)逼近，并且相關(guān)聯(lián)的第二圓形線由第二多邊形來(lái)逼近，第二多邊形具有與第一多邊形相同數(shù)量的頂點(diǎn)，其中第一多邊形的頂點(diǎn)與第二多邊形的頂點(diǎn)是對(duì)準(zhǔn)的。
[0014]這個(gè)實(shí)施例尤其可實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體模塊的經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)，其中相對(duì)于圓形對(duì)稱的偏差證明對(duì)于切換行為具有很小的影響。
[0015]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，功率半導(dǎo)體模塊具有有源組件，其中各個(gè)有源組件具有導(dǎo)電的承板，并且有源組件的承板一起形成了第一主電極。此外，各個(gè)環(huán)形組件被有源組件分成環(huán)形節(jié)段，其中環(huán)形節(jié)段的有源功率半導(dǎo)體構(gòu)件設(shè)置在承板中，并且導(dǎo)體軌道相應(yīng)環(huán)形組件的控制被細(xì)分成環(huán)形組件的控制導(dǎo)體軌道節(jié)段，其中相應(yīng)環(huán)形節(jié)段的各個(gè)功率半導(dǎo)體構(gòu)件的控制電極連接在相應(yīng)環(huán)形節(jié)段的控制導(dǎo)體軌道節(jié)段上。
[0016]這個(gè)功率半導(dǎo)體模塊的實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)，因?yàn)榻M件可進(jìn)行生產(chǎn)和測(cè)試。起作用的組件可組合起來(lái)，以形成功率半導(dǎo)體模塊。
[0017]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，環(huán)形組件不會(huì)重疊。換句話說(shuō)，環(huán)形組件沒(méi)有重疊。
[0018]這個(gè)實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)極具成本效率的生產(chǎn)。
[0019]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所有有源功率半導(dǎo)體構(gòu)件設(shè)置成環(huán)形組件或多個(gè)環(huán)形組件。
[0020]這個(gè)功率半導(dǎo)體模塊的實(shí)施例使得優(yōu)化所有功率半導(dǎo)體構(gòu)件的切換行為成為可會(huì)K。
[0021]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，功率半導(dǎo)體模塊的有源組件全部具有相同的構(gòu)造。
[0022]這個(gè)實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。
[0023]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，導(dǎo)電的觸頭元件設(shè)置在功率半導(dǎo)體模塊的第二主電極和各個(gè)可控功率半導(dǎo)體構(gòu)件之間，所述觸頭元件將第二主電極連接到功率半導(dǎo)體構(gòu)件的第二電極上，其中觸頭元件和功率半導(dǎo)體構(gòu)件限定了電流傳輸方向，其相對(duì)于第一主電極至少是大致直角。
[0024]功率半導(dǎo)體模塊的這個(gè)實(shí)施例使得以相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可堆疊的模塊成為可會(huì)K。
[0025]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的可與所有其它實(shí)施例組合起來(lái)的另一實(shí)施例，第一主電極平行于第二主電極。
[0026]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，各個(gè)觸頭元件構(gòu)造成壓觸頭。
[0027]這個(gè)實(shí)施例使得以極度簡(jiǎn)單的方式通過(guò)壓力實(shí)現(xiàn)電接觸成為可能，其中用于產(chǎn)生電接觸的焊料或其它電連接層可被省去。此外，這個(gè)實(shí)施例使得補(bǔ)償功率半導(dǎo)體構(gòu)件和觸頭元件的不同結(jié)構(gòu)高度成為可能。不同的結(jié)構(gòu)高度由生產(chǎn)來(lái)控制。此外，這個(gè)實(shí)施例通過(guò)按壓觸頭的彈簧行程可實(shí)現(xiàn)第一主電極相對(duì)于第二主電極的自適應(yīng)對(duì)準(zhǔn)。
[0028]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，進(jìn)一步的電連接件至少基本平行于電流傳輸方向而延伸。
[0029]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，功率半導(dǎo)體模塊具有由絕緣材料構(gòu)成的框架，有源組件插入到所述框架中。
[0030]通過(guò)這個(gè)實(shí)施例，功率半導(dǎo)體模塊可由有源組件經(jīng)濟(jì)地構(gòu)造而成。
[0031]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，功率半導(dǎo)體模塊具有中心透孔。
[0032]通過(guò)這個(gè)實(shí)施例，堆疊起來(lái)的功率半導(dǎo)體模塊可通過(guò)桿彼此進(jìn)行支撐，桿穿過(guò)透孔，其結(jié)果是在相鄰的第一主電極和第二主電極之間產(chǎn)生最佳的接觸壓力。可選地，可將散熱器設(shè)置在相鄰的兩個(gè)功率半導(dǎo)體模塊的第一主電極和第二主電極之間。
[0033]根據(jù)功率半導(dǎo)體模塊的另一優(yōu)選實(shí)施例，可切換的功率半導(dǎo)體構(gòu)件構(gòu)造為逆向傳導(dǎo)的IGBT，其也被稱為為RC-1GBT?；蛘撸€可使用傳統(tǒng)的IGBT，在這種情況下，相對(duì)于IGBT還應(yīng)設(shè)置逆平行的功率半導(dǎo)體二極管。例如可設(shè)置二極管，而非可切換的功率半導(dǎo)體構(gòu)件。在包括有源組件的實(shí)施例中，其中一個(gè)組件的可切換的功率半導(dǎo)體構(gòu)件可通過(guò)功率半導(dǎo)體二極管來(lái)形成，在這種情況下，可簡(jiǎn)化組件的結(jié)構(gòu)，因?yàn)楣β拾雽?dǎo)體二極管沒(méi)有控制電極。作為示例，在該框架中，有源組件可裝備功率半導(dǎo)體二極管，并且四個(gè)有源組件可裝備IGBT。其它布置對(duì)于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員也是可以想象的，并且是明顯的。
[0034]本發(fā)明的上述和其它的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將從以下結(jié)合附圖所做的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中而變得清晰明了。
【附圖說(shuō)明】
[0035]在附圖中純粹是示意性的:
圖1以平面圖顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的打開(kāi)的功率半導(dǎo)體模塊，其中第二主電極和控制端子已經(jīng)被除去；
圖2顯示了沿著圖1中所描繪的剖面線A-B看去的局部剖面圖，其中