專利名稱：用于大電流的功率控制的具有至少一個半導(dǎo)體器件、尤其是功率半導(dǎo)體器件的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于大電流的功率控制的具有至少一個半導(dǎo)體器件、尤其是功率 半導(dǎo)體器件的裝置。在該裝置中，至少一個半導(dǎo)體器件在所有情況下都具有至少兩個彼此 分開布置的電連接面并且與共同的支承體本體電絕緣地被布置在該共同的支承體本體上。 在支承體本體上，在至少一個半導(dǎo)體器件旁并且與至少一個半導(dǎo)體器件電絕緣地固定第一 和第二匯流排。至少一個半導(dǎo)體器件的一個電連接面與第一匯流排電連接。該半導(dǎo)體器件 的另外的電連接面與第二匯流排電連接。
背景技術(shù)：
這種裝置在WO 03 032390 Al中進行了描述。所描述的類型的裝置例如針對功率 在IOkW至300kW的范圍中的電驅(qū)動被采用。該裝置(所謂的受控的功率模塊)在振動、溫 度、濕度方面的要求高的工作條件下工作，其中應(yīng)保證盡可能高的可靠性。通過該裝置將 蓄電池直流電壓或者電容器直流電壓以無損耗的方式逆變成交流電壓，對交流電壓進行整 流，以對蓄能器充電，或者將電壓變換到另一電壓電平上。具有一個或者更多半導(dǎo)體器件的裝置、尤其是用于大電流的功率控制的裝置通常 模塊化地被構(gòu)建。半導(dǎo)體器件電絕緣地被構(gòu)建在支承裝置(襯底)上，大多以金屬化的瓷磚 的形式來構(gòu)建。芯片模塊被固定在底板形式的支承體本體上，該底板通常是可冷卻的。對 半導(dǎo)體器件的饋電裝置通常通過跨接線(Drahtbruecke)(所謂的接合線)從襯底被引導(dǎo)至 殼體框架中的連接腳或者連接導(dǎo)體，最后被引導(dǎo)至模塊的殼體的上側(cè)。電流供給于是在殼 體上方通過母線(Verschierumg)或者電路板來進行。因此，在支承體本體上不需要用于電 流母線的位置，由此可以將該裝置的結(jié)構(gòu)尺寸保持得小。對此的缺點是，電連接件部分遠(yuǎn)離 地位于支承體本體的上面，使得這些電連接件在振動時劇烈地擺動并且可以使到襯底的連 接迅速疲勞或饋電線具有比較高的電感。此外，母線的熱連接不是最佳的。在該裝置工作時，必要時除了例如150°C的高環(huán)境溫度之外，由于輸送損耗 (Durchleitungsverluste)和開關(guān)損耗而出現(xiàn)半導(dǎo)體器件和電連接的強烈升溫。由于高的 熱損耗功率，所以通常需要有效冷卻，該有效冷卻例如提供與該裝置鄰接的冷卻水循環(huán)。在 將該裝置用于混合動力車輛中以使功率部件冷卻的情況下，由于費用通?？紤]內(nèi)燃機的冷 卻循環(huán)線路，由此冷卻器表面的對其散熱的溫度可為直至125°C。為了可靠的工作，功率半 導(dǎo)體器件在活動的(aktive)半導(dǎo)體結(jié)上允許僅具有到175°C的溫度(=Ts)。所描述的框架條件和使用條件因而對該裝置的結(jié)構(gòu)技術(shù)和連接技術(shù)提出了高要 求。通常，模塊的電故障(除了半導(dǎo)體器件的故障之外)主要是由于尤其是在以下結(jié)上的 局部過熱和熱機械引起的跨接線疲勞而被造成跨接線_半導(dǎo)體器件和跨接線_襯底表面 以及跨接線_負(fù)載端子(Lastanschluss)。為了避免該裝置的電故障，常常僅僅部分利用半導(dǎo)體器件的可能的開關(guān)功率。然 而，由于在預(yù)給定的額定功率的情況下在電設(shè)計中需要安全加載，所以這樣的裝置昂貴、體積大并且相對應(yīng)地重。然而，這恰好在移動應(yīng)用方面是不利的。
發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的任務(wù)是給出一種用于大電流的功率控制的具有至少一個半導(dǎo)體器 件、尤其是功率半導(dǎo)體器件的裝置，該裝置可以持久地在受到強烈振動負(fù)荷的并且遭受溫 度波動的環(huán)境中被采用。該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1所述的特征的裝置來解決。有利的實施形式由從屬權(quán) 利要求重新得到。根據(jù)本發(fā)明，在這類裝置中，第一和/或第二匯流排具有被布置在半導(dǎo)體器件的 對置側(cè)上的區(qū)段，其中兩個區(qū)段的與所涉及的匯流排電連接的連接面被加載有電流。根據(jù)本發(fā)明的裝置具有如下優(yōu)點匯流排與半導(dǎo)體器件一樣可以密集地并排直接 布置在支承體本體的表面上，由此能夠?qū)崿F(xiàn)該裝置的緊湊結(jié)構(gòu)并且保證了對冷卻系統(tǒng)的良 好熱連接。此外，通過將第一和/或第二匯流排的區(qū)段設(shè)置在半導(dǎo)體器件的對置側(cè)上能夠 實現(xiàn)對稱地將電流引導(dǎo)(電流饋入)到至少一個半導(dǎo)體器件。因此，可以避免局部的電流 最大值并且由此避免了過熱問題。根據(jù)本發(fā)明的裝置由此能夠有利地實現(xiàn)與這在現(xiàn)有技術(shù) 中是可能的相比更高地利用半導(dǎo)體器件的開關(guān)功率。根據(jù)優(yōu)選的擴展方案，第一和/或第二匯流排的這些區(qū)段是所涉及的匯流排的腿 部，這些腿部與所涉及的匯流排的梁U形連接。至少一個半導(dǎo)體器件在該實施形式中被布 置在U形伸展的匯流排的內(nèi)部，由此有利于對稱的電流饋入。合乎目的地，腿部和梁一體式 地被構(gòu)建。根據(jù)另一構(gòu)造方案，第三匯流排絕緣地被設(shè)置在支承體本體上并且逐區(qū)段地被設(shè) 置在第一和/或第二匯流排的與半導(dǎo)體器件對置布置的區(qū)段之間。第三匯流排例如是該裝 置的電輸出端。相對于第一和/或第二匯流排的區(qū)段/腿部優(yōu)選地對稱布置的第三匯流排 有利于通過整個裝置的對稱通過電流。因此，如已闡述的那樣，也在第三匯流排附近避免了 局部的電流最大值并且由此避免了溫度熱點(Hot-spot)。另一實施形式規(guī)定至少一個半導(dǎo)體器件的連接面之一的電連接通過兩個單部的 或者多部的各由被彎曲的或者被卷邊的金屬片構(gòu)成的連接板(Verbindimgslasche)來進 行，所述連接板分別以其一端通過焊接連接與匯流排之一的對置的區(qū)段之一相連接。由于 匯流排和半導(dǎo)體器件在空間上接近，所以有利地可以使用短的電連接、即連接板。與跨接線 相反，連接板能夠?qū)崿F(xiàn)到其連接方的大面積的連接，使得這些連接板在該裝置通常工作時 在劇烈振動的環(huán)境中極少能夠被激勵成共振。出于這些原因，該裝置尤其適于持久地在劇 烈振動的環(huán)境中(例如在驅(qū)動電動機、例如車輛的內(nèi)燃機附近)采用，所述驅(qū)動電動機或內(nèi) 燃機通過表現(xiàn)了熱環(huán)境。與跨接線相反，使用連接板此外還允許大電流的無損耗功率，其中 降低了過熱的風(fēng)險。在連接板和匯流排之間的焊接連接例如可以在使用激光焊接連接、WIG 焊接連接、微等離子體焊接連接或者電子束焊接連接的情況下來進行。由于焊接方法通常 具有高的可靠性，所以也降低了由于在連接板的區(qū)域中的電連接的減弱引起的電故障的風(fēng) 險。合乎目的地，兩個連接板以其另一端分別與電絕緣于支承體本體的中間接觸面或 者與施加在該裝置的表面上的導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)(Leiterzugstruktur)焊接。這能夠有利地實現(xiàn)也以其另一端焊接連接板。其中在中間接觸面和至少一個半導(dǎo)體器件的其中一個連接面之間的電連接通過施加在該裝置的表面上的導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)進行的另一改進方案在根據(jù)本發(fā)明的裝置中能夠?qū)?現(xiàn)完全省去跨接線。根據(jù)該構(gòu)造方案，在使用所謂的平面的連接工藝的情況下進行接觸，該 平面的連接工藝?yán)缫悦QSiPLIT(西門子平面互連工藝(Siemens PlanarInterconnect Technology))公知。在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，功率半導(dǎo)體有利地不需要(例如利用凝膠澆注物)被封 裝，而是可以裸露地被固定在支承體本體上。因此合乎目的的是，整個裝置氣密密封地被包 圍在殼體中。在另一實施形式中，中間接觸面被布置在第一和/或第二匯流排的區(qū)段之一與至 少一個半導(dǎo)體器件之間。由于中間接觸面在空間上接近匯流排的區(qū)段之一，所以可以將連 接板短地實施，由此進一步有利于振蕩特性。此外，也通過使中間接觸面在空間上接近半導(dǎo) 體器件而容易產(chǎn)生導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)?？梢赃M一步設(shè)置的是，中間接觸面之一通過如下接觸面構(gòu)建，在該接觸面上導(dǎo)電 地布置至少一個半導(dǎo)體器件?？商孢x地可以設(shè)置的是，中間接觸面與其上導(dǎo)電地布置至少 一個半導(dǎo)體器件的接觸面電絕緣。優(yōu)選的是，連接板由對應(yīng)于匯流排的材料構(gòu)成。因此，熱膨脹系數(shù)彼此可以匹配， 由此對根據(jù)本發(fā)明的裝置的長期穩(wěn)定性有有益影響。在另一構(gòu)造方案中，根據(jù)本發(fā)明的裝置具有連接成半橋的半導(dǎo)體器件，其中一個 半導(dǎo)體器件的電連接面與和一個電極相關(guān)聯(lián)的第一匯流排電連接。另外的半導(dǎo)體器件的電 連接面與和對于所述一個電極相反的另外的電極相關(guān)聯(lián)的第二匯流排電連接。所述一個半 導(dǎo)體器件的另外的電連接面和所述另外的半導(dǎo)體器件的另外的連接面利用連接板與第三 匯流排電連接。在另一合乎目的構(gòu)造方案中，第一和第二匯流排相疊地并且彼此電絕緣地被布置 在支承體本體的表面上，其中第一和第二匯流排中的每個在所述區(qū)段的每個上都具有自由 的連接面，該連接面分別與連接板連接。通過第一和第二匯流排的相疊布置能夠?qū)崿F(xiàn)在其 尺寸上緊湊的器件，該器件由于省去了跨接線而具有僅僅小的結(jié)構(gòu)高度。所謂的共面的布 置得到了非常低的電感并且由此得到比較低的開關(guān)過電壓，所述開關(guān)過電壓接著能夠?qū)崿F(xiàn) 較高的開關(guān)功率。在該實施形式中合乎目的的是，自由的連接面分別被設(shè)置在與半導(dǎo)體器件對置布 置的區(qū)段中。此外可以設(shè)置的是，在第一和第二匯流排的自由的連接面上布置電容器、尤其 是輔助電容器，該電容器將第一匯流排的自由的連接面與第二匯流排的自由的連接面彼此 連接。由于U形構(gòu)造第一和/或第二匯流排而出現(xiàn)針對至少一個半導(dǎo)體器件設(shè)置兩個電容器。在另一構(gòu)造方案中，半導(dǎo)體器件包括含有半導(dǎo)體開關(guān)元件和半導(dǎo)體整流元件的并 聯(lián)電路，其中這兩個器件的串聯(lián)電路被置于軸線中，該軸線平行于與半導(dǎo)體器件對置布置 的區(qū)段。半導(dǎo)體整流元件例如可以是用于半導(dǎo)體開關(guān)元件的續(xù)流二極管。通過所描述的裝 置，即使在多個半導(dǎo)體器件的情況下也保證了對稱的電流特性曲線?？梢赃M一步設(shè)置的是，半導(dǎo)體器件中的兩個并聯(lián)連接，所述半導(dǎo)體器件包括含有半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體整流元件的串聯(lián)電路。與此相聯(lián)系的是與其剛剛被描述的相同的優(yōu)點.在另一構(gòu)造方案中設(shè)置的是，支承體本體的表面是導(dǎo)電的，并且每個半導(dǎo)體器件、 每個接觸面和中間接觸面通過在支承體本體的導(dǎo)電的表面上的由電絕緣材料構(gòu)成的層與 該表面電絕緣。有利地，半導(dǎo)體器件被施加在所謂的DCB襯底或者AMB襯底上。DCB代表直 接敷銅(Direct Copper Bonding)，AMB 代表活性金屬釬焊(Active MetalBrazing)。在兩 個襯底中，半導(dǎo)體器件整面地在其背側(cè)接觸的情況下被釬焊到襯底上。優(yōu)選地，如開頭已經(jīng) 描述的那樣，位于半導(dǎo)體器件的上側(cè)上的接觸部在使用平面的連接工藝的情況下被接觸。可以進一步設(shè)置的是，支承體本體被耦合到散熱器、例如冷卻體上。散熱器例如可 以通過冷卻循環(huán)線路來構(gòu)成。冷卻體例如可以在支承體本體的表面下與支承體本體熱連 接。冷卻體也可以被集成到支承體本體中。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以被構(gòu)建為半橋或者被構(gòu)建為全橋。在全橋的情況下，第一 和/或第二匯流排的區(qū)段或腿部指狀地在相鄰并排布置的半橋之間和在相應(yīng)的半橋之外 伸展。這意味著，在全橋的情況下，第一和/或第二匯流排總共具有四個區(qū)段或腿部，使得 對于相應(yīng)半橋的所有半導(dǎo)體器件保證了對稱的電流饋入。根據(jù)本發(fā)明的裝置例如能被用作逆變器模塊或者變流器模塊。尤其是，考慮到用 于車輛領(lǐng)域中。在這種情況下，車輛的任意的電負(fù)載都可通過根據(jù)本發(fā)明的裝置被饋電。
以下參照附圖中的實施例更為詳細(xì)地闡述了本發(fā)明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的橫截面圖，圖2示出了構(gòu)建為變流器的根據(jù)本發(fā)明的帶有三個芯片模塊的裝置的俯視圖，圖3示出了圖2中所示的芯片模塊的俯視圖，以及圖4示出了圖3中所示的芯片模塊的等效電路圖。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的橫截面圖。在由良好導(dǎo)熱的材料構(gòu)成的支承體本 體1上施加支承裝置2。該支承裝置2例如可以被構(gòu)建為DCB襯底。DCB代表直接敷銅?？?替選地，也可以設(shè)想使用AMB襯底(AMB =活性金屬釬焊)。支承裝置2包括支承體3，該支 承體3由絕緣材料(例如陶瓷)構(gòu)成，在該支承體3的前側(cè)和背側(cè)上構(gòu)建接觸面4、5、6、7。 這些接觸面4、5、6、7可以以電鍍方式或者通過層壓(Aufkaschieren)和結(jié)構(gòu)化被施加到支 承體3上。支承體3通過布置在其背側(cè)上的、優(yōu)選為整面的接觸面4與支承體本體1相連。 這例如可以在使用焊劑或者其它粘合劑的情況下來進行。優(yōu)選地使用這種良好導(dǎo)熱的粘合 劑。接觸面5、6、7彼此電絕緣。在接觸面6上施加有半導(dǎo)體器件8、例如半導(dǎo)體開關(guān) (I GBT或者M0SFBT)。在該實施例中，構(gòu)建為功率半導(dǎo)體開關(guān)的半導(dǎo)體器件8包括三個連 接面9、10、11。半導(dǎo)體器件8以其連接面11導(dǎo)電地與支承裝置2的接觸面6相連。連接面 11例如是負(fù)載端子。另一負(fù)載端子通過連接面10來構(gòu)成，該連接面10圍繞構(gòu)建為控制端 子的連接面9。
連接面9與導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)27相連，通過該導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)27可以將控制信號傳輸給半 導(dǎo)體器件8。導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)27例如延伸進圖平面中并且在那里終止于在該圖中不可見的、支 承裝置2的接觸面。半導(dǎo)體器件8的連接面10通過導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)26與接觸面5和接觸面7相連。接觸 面5和7以下也稱作中間接觸面，因為這些接觸面被布置在半導(dǎo)體器件8和匯流排12或13 之間。導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)26被施加在絕緣層25上，該絕緣層25在接觸面5、7的區(qū)域中以及在半 導(dǎo)體器件8的上側(cè)上在連接面9和10的區(qū)域中具有開口，使得導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)26與連接面9、 10或接觸面5、7達到電接觸。導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)26的制造在使用平面的連接方法的情況下來進行，該平面的連接方 法例如以名稱SiPLIT(西門子互連平面工藝(Siemenslnterconnect Planar Technology)) 而公知。在該平面的連接方法中，芯片模塊100的表面、即包含支承體2和施加在其上的一 個或者多個半導(dǎo)體器件的單元首先用絕緣層25、例如由絕緣材料構(gòu)成的塑料膜覆蓋。在接 觸面9、10以及連接面5、7的部位上，開口被引入到 絕緣層25中，以便露出接觸面或連接 面。接著，通過濺射、氣相淀積和其它用于產(chǎn)生薄的接觸層的方法，薄的金屬層整面地被施 加到絕緣層及其所引入的開口上。在該薄的金屬層上施加有另外的、通常光敏感的層例如 作為光敏感的膜(“光膜(Fotofolie) ”)或者漆。光膜在另一步驟中根據(jù)所希望的導(dǎo)電結(jié) 構(gòu)來曝光并且被顯影。在顯影時，光敏感的層的未被曝光的區(qū)段被去除，使得露出位于其下 的薄的金屬層、更確切地說銅表面。通過將預(yù)處理過的半成品浸入電解槽、尤其是銅電解槽 中，通過電鍍增強生長大約20μπι到500μπι厚的銅層。在緊接著的步驟(該步驟稱作光膜 的脫錠)中，尚位于表面上的光膜在其上不應(yīng)構(gòu)建導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的區(qū)域上被去除。作為最后的 步驟進行所謂的差異刻蝕(Differenzaetzen)，其中整面地去除由例如鈦和銅組成的薄的 金屬層，使得僅僅保留所希望的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(導(dǎo)線組結(jié)構(gòu))。該導(dǎo)電結(jié)構(gòu)通常由銅構(gòu)建，其中 層厚度在20 μ m到500 μ m的范圍中。為了提高在芯片模塊的表面上的絕緣安全性，可以施加不導(dǎo)電的第二層，優(yōu)選地 作為膜或者漆。第二層覆蓋芯片模塊的除了中間接觸面5和7之外的所有區(qū)域。優(yōu)選地， 可選的第二絕緣層也減少了將濕氣和氧滲入到芯片模塊中。這樣制造的芯片模塊可以作為單獨的半成品被制造。芯片模塊100接著可以被施 加到支承體本體1上。盡管圖1的橫截面圖暗示了芯片模塊100僅僅具有唯一的半導(dǎo)體器件8，然而芯片 模塊在實踐中原則上可以包括任意數(shù)目的半導(dǎo)體器件，必要時也包括無源器件。芯片模塊100的電流饋入通過兩個相疊布置的彼此絕緣的匯流排12、13來實現(xiàn)。 匯流排12、13具有兩個彼此平行布置的從圖平面延伸出的區(qū)段或者腿部14、15或17、18， 它們分別通過梁16 (匯流排12)或梁19 (匯流排13)彼此導(dǎo)電地連接。匯流排12的腿部 14、15和梁16優(yōu)選一體式地由良好導(dǎo)電的材料構(gòu)成。以相對應(yīng)的方式，匯流排13的腿部 17,18和梁19 一體式地由與匯流排12相同的材料構(gòu)成。匯流排12通過絕緣部24被施加 在支承體本體1上。引導(dǎo)電勢的(potentialgefuehrt)導(dǎo)體的距離被構(gòu)造為使得滿足關(guān)于空氣隙和 爬電距離方面的預(yù)給定。這尤其是可以針對匯流排12和13或腿部14、15和梁16意味著，其邊緣并非相疊地布置，而是上邊緣稍微向回拉。另一措施會是使絕緣體24延續(xù)超過匯流排12、13的側(cè)面。腿部15和18與芯片模塊100的中間接觸面5相鄰地布置，而腿部14、17與芯片 模塊100的中間接觸面7相鄰地布置。腿部15的自由的區(qū)段通過連接板21與中間接觸面 5電連接。以相對應(yīng)的方式，匯流排12的腿部14的自由的區(qū)段通過連接板20與芯片模塊 100的中間接觸面7電連接。因為不僅中間接觸面5而且中間接觸面7都通過導(dǎo)線組結(jié)構(gòu) 26與連接面10導(dǎo)電連接并且腿部14、15由于通過梁16的電連接而具有相同的電勢，所以 實現(xiàn)了來自半導(dǎo)體器件的連接面10的對稱的通過電流或者朝向半導(dǎo)體器件的連接面10的 對稱的通過電流。通過匯流排12、13的基本上完全圍繞芯片模塊100的U形構(gòu)型，能實現(xiàn) 對稱的電流饋入，使得可以在很大程度上避免局部的電流最大值。在可替選的變形方案中，連接板20、21或22、23也可以直接與導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)26相 連。這可選地可以在中間接觸面5、7的區(qū)域中進行或者在半導(dǎo)體器件8上進行。以相對應(yīng)的方式，匯流排13的腿部17和18通過連接板22、23與在橫截面圖中未 示出的、芯片模塊100的其它接觸面(例如用于接觸其它器件)相連。連接板20、21、22、23的使用能夠通過焊接連接不僅與腿部14、15或17、18而且與 芯片模塊100的相應(yīng)的接觸面5、7相連，這些連接板20、21、22、23優(yōu)選地由與匯流排12、13 相同的材料制成并且通過彎曲過程或者卷邊過程來制造。優(yōu)選地使用激光焊接方法。與使用跨接線(接合線)相反，連接板20、21、22、23可以在腿部14、15或22、23 的自由的連接面的整個寬度上延伸，使得在導(dǎo)電的層中給出小的電流密度。此外，這還通過 所使用的連接方法、即焊接方法來促進。為了避免在接觸部位上的和在連接板內(nèi)的機械應(yīng) 力，可以選擇板的特定的造型(公知的是如彈性元件的解除應(yīng)力結(jié)構(gòu))。圖2以俯視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一實施例，其中該裝置用于三相逆變 裝置。因此，該裝置包括三個芯片模塊100。在該圖中示出了放大的圖示。芯片模塊100構(gòu) 建了半橋，其中在圖4中示出了等效電路圖。以公知的方式，半橋包括兩個彼此串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件101、諸如IGBT或 者M0SFET。這兩個半導(dǎo)體開關(guān)元件101的每個都并聯(lián)連接有半導(dǎo)體整流元件102、例如(續(xù) 流)二極管。在MOSFET的情況下也可以省去該(續(xù)流)二極管。半導(dǎo)體開關(guān)元件101的 彼此連接的負(fù)載端子與端子142耦合，該端子142如從以下描述中而變得清楚的那樣與圖2 中的裝置的匯流排29電連接。與加載有正電勢的端子140相連的半導(dǎo)體開關(guān)元件101被稱 作高壓側(cè)(High-Side)開關(guān)元件。與加載有負(fù)電勢的端子141相連的半導(dǎo)體開關(guān)元件101 被稱作低壓側(cè)(Low-Side)開關(guān)元件。如從稍后的描述中變得清楚的那樣，端子140與圖2 中的裝置的匯流排12相連，而端子141與圖2中的裝置的匯流排13相連。圖3示出了這種半橋的一種可能的實現(xiàn)方案。圖3中所示的芯片模塊100的高壓 側(cè)開關(guān)元件HS包括三個并聯(lián)的半導(dǎo)體開關(guān)元件101-1、101-2和101-3。半導(dǎo)體開關(guān)元件
101-1、101-2、101-3的每個都并聯(lián)連接有半導(dǎo)體整流元件102-1、102-2、102-3。并聯(lián)連接 的半導(dǎo)體開關(guān)元件和分別相關(guān)聯(lián)的續(xù)流二極管的數(shù)目被隨意選擇。原則上，半導(dǎo)體開關(guān)元 件的數(shù)目可以任意選擇。半導(dǎo)體開關(guān)元件和半導(dǎo)體整流元件101-1、101-2、101-3和102-1、
102-2以及102-3分別以其背側(cè)的接觸面被布置在共同的接觸面105上并且接觸，該共同的 接觸面105被施加在支承體3上。
半導(dǎo)體開關(guān)元件101-1、101-2、101_3的每個在其背離支承體3的前側(cè)上都具有連 接面103-1、103-2和103-3，這些連接面103-1、103-2和103-3是負(fù)載端子。連接面103-1、 103-2和103-3分別圍繞連接面104-1、104-2和104-3，所述連接面104-1、104-2和104-3 是控制端子并且分別通過導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)與共同的接觸面108導(dǎo)電連接。在接觸面108上設(shè)置 有連接面113、114，用于加載電勢。半導(dǎo)體整流元件102-1、102-2和102-3在其前側(cè)上具有連接面109-1、109-2和 109-3。這些連接面109-1、109-2和109-3是半導(dǎo)體整流元件的負(fù)載端子。在接觸面105上，在彼此并聯(lián)布置的半導(dǎo)體器件101和102的對置側(cè)上 設(shè)置有連 接面110和111，所述連接面110和111用于與至匯流排13的連接板23和22電連接。與接觸面108相鄰地分別對稱設(shè)置接觸面106和107，所述接觸面106和107分別 具有連接面112和115。所述連接面112和115用于感測功能。為了將連接面103-1、103-2和103-3與連接面109-1、109-2和109-3電連接以及 為了接觸另外的連接面，以平面的連接工藝將導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)116施加到高壓側(cè)開關(guān)元件HS的 表面上。平坦的導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)與接觸面106和107相連用于感測功能，而另一方面，平坦的導(dǎo) 線組結(jié)構(gòu)與低壓側(cè)半導(dǎo)體器件LS的接觸面120相連。接觸面106和107同樣被電連接到 導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)116上。在朝向低壓側(cè)開關(guān)元件LS的接觸面120上導(dǎo)電地布置有半導(dǎo)體開關(guān)元件101-1、 101-2,101-3以及分別并聯(lián)連接的續(xù)流二極管102-1、102-2、102-3。半導(dǎo)體開關(guān)元件的連 接面104-1、104-2和104-3通過導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)與接觸面123、124相連，所述接觸面123、124 分別具有用于加載控制信號的連接面125和126。導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)在這種情況下相對于接觸面 120絕緣地伸展。半導(dǎo)體開關(guān)元件101-1、101-2和101-3的連接面103-1、103-2和103-3 以及半導(dǎo)體整流元件102-1、102-2、102-3的連接面109-1、109-2和109-3通過導(dǎo)線組結(jié)構(gòu) 129與對置于接觸面120布置的并且與其電絕緣的接觸面121和122相連。接觸面121和 122分別具有連接面127或128，所述連接面127或128用于與至匯流排12的連接板20和 21電連接。此外，在接觸面120上，針對至匯流排29的連接板30設(shè)置有連接面130，該至匯流 排29的連接板30是半橋的輸出端。連接面130在這種情況下橫向于連接面127、128的延 伸方向延伸，并且優(yōu)選占用接觸面120的整個寬度。根據(jù)上述描述和目標(biāo)易于理解的是，不僅給高壓側(cè)開關(guān)元件HS而且給低壓側(cè)開 關(guān)元件LS都加載對稱的電流，使得低壓側(cè)開關(guān)元件LS的接觸面121和122與在高壓側(cè)開 關(guān)元件HS的接觸面105上的連接面110和111同樣在相同的電勢上。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中三個芯片模塊100被施加在支承體本體1上。 如從俯視圖不難看到的那樣，匯流排12和13彼此絕緣地相疊地布置，其中相應(yīng)的腿部14、 15、17、18指狀地在相鄰的芯片模塊100旁延伸。此外，從該俯視圖中良好地得知的是，直接 與支承體本體相連的匯流排12延伸超過支承體本體1上的芯片模塊100的總長度，而被施 加在匯流排12上的匯流排13大致在高壓側(cè)開關(guān)元件HS和低壓側(cè)開關(guān)元件LS之間的邊界 處終止。因此，不僅在匯流排12的腿部14和15上而且在匯流排13的腿部17、18上創(chuàng)建 了連接面。在這些腿部的區(qū)域中分別可以看到接觸匯流排12的連接板20和21以及接觸 匯流排13的連接板22和23。構(gòu)成該裝置的輸出端的匯流排29通過連接板30與相應(yīng)的芯片模塊的連接面130 (參見圖3)接觸。與傳統(tǒng)的跨接線相反，連接板20、21、22、23、30盡可 能在其相應(yīng)的連接面的整個寬度上延伸。相疊布置的并且彼此電絕緣的匯流排12、13的擴展方案允許對稱的電流饋入，所 述匯流排12、13分別具有沿著芯片模塊100延伸的腿部。這也通過圖2和3中所示的半導(dǎo) 體開關(guān)元件和半導(dǎo)體整流元件的幾何形狀的布局來促進。這些半導(dǎo)體開關(guān)元件和半導(dǎo)體整 流元件沿著軸線布置，該軸線與匯流排12、13的腿部平行地伸展。此外，平坦構(gòu)建的匯流排12、13允許施加電容器28，該電容器28優(yōu)選地通過焊接 連接一方面與匯流排12的腿部15或14和匯流排13的腿部18或17相連。在可替選的變形方案中，第一和第二匯流排13、14以及第三匯流排29也被布置在 支承體本體1的一側(cè)上。根據(jù)本發(fā)明的裝置允許電子功率部件的特別緊湊的結(jié)構(gòu)技術(shù)，用于驅(qū)動器、尤其 是用于DC-AC逆變器和AC-DC逆變器以及用于(例如在車輛中的)移動驅(qū)動器的DC-DC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)半導(dǎo)體器件的大面積的接觸、用于匯流排和連接板的導(dǎo)體材料銅的使用以及 由銅構(gòu)成的電鍍沉積的導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)和由銅構(gòu)成的至負(fù)載端子的所焊接的連接板的比較大 的線路橫截面，可以將電輸送損耗并且由此將自加熱保持小。局部溫度峰值可以被避免。這 尤其是有利于在故障中的突然過流的情況下的可靠工作。附加地，匯流排(所謂的負(fù)載接 線柱(Lastanschlussschiene))也適合排出由于線路損耗引起的廢熱，因為優(yōu)選使用的材 料銅具有大約400W/m*K的導(dǎo)熱能力。然而，高的可靠性不僅通過降低輸送損耗和由此得到的自加熱的降低來實現(xiàn)。不 僅焊接連接而且半導(dǎo)體器件以及可能另外的無源構(gòu)件、襯底和負(fù)載端子的平面的連接工藝 的大面積的電鍍增強的導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)出比由現(xiàn)有技術(shù)公知的模塊更高的電的耐負(fù)荷 變換強度和抗溫度劇變強度。特別是由于在帶有銅接觸面的支承裝置與連接軌(Verbindungsschienen)之間 的連接板同樣用銅或者銅合金來實施，所以在連接邊界面上不存在熱膨脹系數(shù)的差別，由 此提高了對溫度循環(huán)的耐受性。根據(jù)緊湊的平面結(jié)構(gòu)、平坦的接觸以及在負(fù)載端子母線的模塊之間的短連接，所 引入的(例如在內(nèi)燃機附近采用時或者由于冷卻裝置的脈動引起的)振動并不引起部件的 振蕩激勵。借助寬的電鍍導(dǎo)體的低電感性布線以及對稱的電流引導(dǎo)通常降低了出現(xiàn)的漏電感。最后，所建議的裝置的緊湊性和小的結(jié)構(gòu)高度對于在移動驅(qū)動裝置中的集成是有 利的，諸如在混合動力車輛中的電動機附近的安裝的情況下。將匯流排或負(fù)載端子平坦地連接到支承體本體上對于匯流排的散熱是有利的。正 的和負(fù)的母線的平坦的、共面的布置得到了低電感性的連接并且因而抑制了電壓峰值。
將正的和負(fù)的母線輸送至襯底分別從芯片模塊側(cè)進行。因此，得到了均勻的電流 引導(dǎo)并且由此得到了在芯片模塊上的均勻溫度分布。抑制了局部“熱點(Hot-Spot)”并且 因此提高了結(jié)構(gòu)的可靠性。三相的母線(參見圖2)對稱地實施并且因此存在該裝置的對 稱電氣特性。這特別是在降低EMV干擾方面是有利的。
權(quán)利要求
一種用于大電流的功率控制的帶有至少一個半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)、尤其是功率半導(dǎo)體器件的裝置，其中，-所述至少一個半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)在所有情況下都具有至少兩個彼此分開布置的電連接面并且與共同的支承體本體(1)電絕緣地被布置在該共同的支承體本體(1)上，-在支承體本體(1)上，在所述至少一個半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)旁和與所述至少一個半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)電絕緣地固定第一和第二匯流排(12，13)，以及-所述至少一個半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)的一個電連接面與第一匯流排(12，13)電連接，并且半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)的另外的電連接面與第二匯流排(12，13)電連接，其特征在于，第一和/或第二匯流排(12，13)具有被布置在半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)的對置側(cè)上的區(qū)段，其中兩個區(qū)段的與所涉及的匯流排(12，13)電連接的連接面被加載有電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，第一和/或第二匯流排(12，13)的區(qū)段是所涉 及的匯流排(12，13)的腿部(14，15 ;17，18)，所述腿部(14,15 ； 17,18)與所涉及的匯流排 (12，13)的梁(16 ； 19)U形地連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，腿部(14，15;17，18)和梁(16;19) —體式地被構(gòu)建。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，第三匯流排(12，13)絕緣地被設(shè)置在支 承體本體(1)上并且逐區(qū)段地被設(shè)置在第一和/或第二匯流排(12，13)的對置于半導(dǎo)體器 件(8 ；101-1，101-2，101-3)布置的區(qū)段之間。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，所述至少一個半導(dǎo)體器件(8;101-1， 101-2,101-3)的連接面之一的電連接通過兩個單部的或者多部的各由被彎曲的或者被卷 邊的金屬片構(gòu)成的連接板(20，21 ；22，23)來進行，所述連接板(20，21 ；22，23)分別以一端 通過焊接連接與匯流排(12，13)之一的對置的區(qū)段之一相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述兩個連接板(20，21；22, 23)以另一端分別 與電絕緣于支承體本體(1)的中間接觸面(5，7)或者與施加在該裝置的表面上的導(dǎo)線組結(jié) 構(gòu)(26，27)焊接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，在中間接觸面(5，7)和所述至少一個半導(dǎo)體器 件(8 ;101-1，101-2，101-3)的所述一個連接面之間的電連接通過施加在該裝置的表面上 的導(dǎo)線組結(jié)構(gòu)(26，27)來進行。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中，在第一和/或第二匯流排(12，13)的區(qū)段之 一與所述至少一個半導(dǎo)體器件(8 ;101-1，101-2，101-3)之間布置有中間接觸面(5，7)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8之一所述的裝置，其中，中間接觸面之一通過以下接觸面來構(gòu) 建在該接觸面上導(dǎo)電地布置所述至少一個半導(dǎo)體器件(8 ；101-1,101-2，101-3)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至8之一所述的裝置，其中，中間接觸面之一與以下接觸面電絕緣 在該接觸面上導(dǎo)電地布置所述至少一個半導(dǎo)體器件(8 ；101-1,101-2，101-3)。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10之一所述的裝置，其中，連接板(20，21;22，23)由對應(yīng)于匯流排(12，13)的材料的材料構(gòu)成。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，該裝置具有連接成半橋的半導(dǎo)體器件 (8 ；101-1，101-2，101-3)，其中，-一個半導(dǎo)體器件(8 ；101-1，101-2，101-3)的電連接面與和一個電極相關(guān)聯(lián)的第一匯 流排(12，13)電連接，-另外的半導(dǎo)體器件(8 ；101-1，101-2，101-3)的電連接面與和對于所述一個電極相反 的另外的電極相關(guān)聯(lián)的第二匯流排(12，13)電連接，以及_所述一個半導(dǎo)體器件(8 ；101-1，101-2，101-3)的另外的電連接面和所述另外的半導(dǎo) 體器件(8 ；101-1，101-2，101-3)的另外的電連接面利用連接板(29)與第三匯流排(29)電 連接。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，第一和第二匯流排(12，13)相疊地并且 彼此電絕緣地被布置在支承體本體(1)的表面上，其中第一和第二匯流排(12，13)的每個 在區(qū)段的每個上都具有自由的連接面，所述自由的連接面分別與連接板(20，21 ；22，23)相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中，自由的連接面分別被設(shè)置在與半導(dǎo)體器件(8； 101-1，101-2，101-3)對置布置的區(qū)段中。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的裝置，其中，在第一和第二匯流排(12，13)的自由的 連接面上設(shè)置有電容器(28)，該電容器(28)將第一匯流排(12，13 的自由的連接面與第二 匯流排(12，13)的自由的連接面彼此連接。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，半導(dǎo)體器件(8;101-1，101-2，101-3) 包括含有半導(dǎo)體開關(guān)元件和半導(dǎo)體整流元件的并聯(lián)電路，其中串聯(lián)電路被布置在空間軸線 中，該空間軸線平行于與半導(dǎo)體器件(8 ；101-1，101-2，101-3)對置布置的區(qū)段。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，半導(dǎo)體器件(8;101-1，101-2，101-3)中的至 少兩個并聯(lián)連接。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，支承體本體(1)的表面是導(dǎo)電的，并且 半導(dǎo)體器件(8 ；101-1，101-2，101-3)的每個和接觸面的每個以及中間接觸面(5，7)都通過 在支承體本體(1)的導(dǎo)電的表面上的由電絕緣材料構(gòu)成的層與該表面電絕緣。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的裝置，其中，支承體本體(1)被耦合到散熱器上。
全文摘要
描述了一種用于大電流的功率控制的帶有至少一個半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)、尤其是功率半導(dǎo)體器件的裝置，其中所述至少一個半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)在所有情況下都具有至少兩個彼此分開布置的電連接面并且與共同的支承體本體(1)電絕緣地被布置在該共同的支承體本體(1)上。此外，在支承體本體(1)上，在所述至少一個半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)旁和與所述至少一個半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)電絕緣地固定第一和第二匯流排(12，13)。所述至少一個半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)的一個電連接面與第一匯流排(12，13)電連接，并且所述半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)的另外的電連接面與第二匯流排(12，13)電連接。第一和/或第二匯流排(12，13)具有被布置在半導(dǎo)體器件(8；101-1，101-2，101-3)的對置側(cè)上的區(qū)段，其中兩個區(qū)段的與所涉及的匯流排(12，13)電連接的連接面被加載有電流。
文檔編號H01L25/07GK101809741SQ200880109662
公開日2010年8月18日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者G·希梅塔, N·塞利格 申請人:西門子公司