專利名稱：具有功率半導(dǎo)體模塊和連接裝置的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明描述了 一種形成壓力觸點(diǎn)接通(Dmckkontaktierung)的系
統(tǒng)，該系統(tǒng)具有緊湊的功率半導(dǎo)體模塊，該功率半導(dǎo)體模塊具有用于 將功率半導(dǎo)體構(gòu)件的負(fù)荷和控制連接部進(jìn)行電連接的接觸元件，并且
所述系統(tǒng)具有連接裝置，用于將接觸元件與外部的印刷電路板連接。 在此，下面應(yīng)將負(fù)荷連接這一概念理解為在功率半導(dǎo)體模塊的接觸裝 置與外部的傳導(dǎo)元件之間的連接，其中，由此負(fù)荷連接部例如在半橋 電路中可以被理解為是中間回路的直流輸入端以及交流輸出端。
類似地，控制連接在下面被理解為是功率半導(dǎo)體模塊的輔助或控 制連接部與外部的控制連接元件的連接。此外，功率半導(dǎo)體模塊的傳 感器連接也歸在控制連接下面。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體模塊構(gòu)成本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)，正如其例如在DE 10 2004 025 609 Al或者DE 103 55 925 Al中所公知的。
所述第一個(gè)出版物公開(kāi)了以螺栓壓力形成觸點(diǎn)接通的功率半導(dǎo)體 模塊。功率半導(dǎo)體模塊與印刷電路板的負(fù)荷連接在此借助按照現(xiàn)有技
術(shù)的螺栓連接實(shí)現(xiàn)。輔助或者控制連接部的控制連接在此構(gòu)成為在彈 簧接觸元件與印刷電路板的導(dǎo)體軌區(qū)段之間的連接。根據(jù)本發(fā)明，至 控制連接的壓力傳導(dǎo)通過(guò)將印刷電路板與負(fù)荷連接元件布置和旋緊來(lái) 實(shí)現(xiàn)。所述的類型的功率半導(dǎo)體模塊的構(gòu)造方案特別適合于超過(guò)10安 培的電流負(fù)荷。
DE 103 55 925 Al公開(kāi)一種用于功率半導(dǎo)體構(gòu)件的接觸元件，該接觸元件由帶絕緣的中間層的第一導(dǎo)電箔片和第二導(dǎo)電箔片的箔片組 件所組成。功率半導(dǎo)體構(gòu)件與第一導(dǎo)電層借助超聲波焊接持久可靠地 電連接。功率半導(dǎo)體構(gòu)件的模塊內(nèi)部的適配于電路的連接(功率半導(dǎo) 體構(gòu)件不僅包括負(fù)荷連接部而且包括控制連接部)在此被公開(kāi)。然而，
所述的出版物未公開(kāi)用于外部連接的負(fù)荷和控制連接的細(xì)節(jié)。
DE 10 2006 078 013 Al公開(kāi)了一種功率半導(dǎo)體模塊，其帶有殼體、 襯底以及作為DE 103 55 925 Al公知的、作為箔片組件的接觸元件， 其中，箔片組件在各個(gè)限定的區(qū)段中穿過(guò)殼體中的引導(dǎo)區(qū)段到達(dá)殼體 的外側(cè)，以便在那里保證與外部的印刷電路板的負(fù)荷和控制連接部。 在此不利的是，基于現(xiàn)有技術(shù)的負(fù)荷和控制連接部的觸點(diǎn)接通不允許 在機(jī)械應(yīng)力負(fù)荷方面的或者在熱膨脹方面的容差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，介紹一種形成壓力觸點(diǎn)接通的系統(tǒng)，該系統(tǒng) 具有功率半導(dǎo)體模塊，功率半導(dǎo)體模塊具有構(gòu)造為交替的層序列的接 觸元件，并且該系統(tǒng)具有用于與外部的印刷電路板導(dǎo)電地連接的連接 裝置，其中，該系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)單地制造，并具有在功率半導(dǎo)體模塊與外 部的印刷電路板之間的負(fù)荷和控制連接部的可靠的、隨時(shí)可分開(kāi)的觸 點(diǎn)接通并且該觸點(diǎn)接通以能容忍機(jī)械應(yīng)力負(fù)荷和/或熱膨脹的方式構(gòu) 造。
本任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求1的特征的措施得以解決。優(yōu)選 的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行介紹。
本發(fā)明的設(shè)想由如下的系統(tǒng)出發(fā)，所述系統(tǒng)具有功率半導(dǎo)體模塊 和用于與外部的印刷電路板連接的連接裝置。
在此，功率半導(dǎo)體模塊具有殼體、至少一個(gè)帶導(dǎo)體軌的襯底以及 在該導(dǎo)體軌上適配于電路地布置的功率半導(dǎo)體構(gòu)件。此外，功率半導(dǎo)體模塊具有至少一個(gè)第一接觸元件，其中，該第一接觸元件由以至少 一個(gè)第一導(dǎo)電層和至少一個(gè)絕緣層的交替的層序列所組成。該至少一 個(gè)導(dǎo)電層在自身內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化并且因此構(gòu)成第二導(dǎo)體軌，該第二導(dǎo)體 軌適配于電路地與功率半導(dǎo)體構(gòu)件的負(fù)荷和控制連接面觸點(diǎn)接通。
接觸元件借助布置于殼體中的第一引導(dǎo)區(qū)段從功率半導(dǎo)體模塊的 內(nèi)部出來(lái)引導(dǎo)至殼體的外側(cè)并且從在殼體中的穿引部出來(lái)起在殼體的 外側(cè)上形成第一接觸區(qū)段。此外，針對(duì)在形成壓力觸點(diǎn)接通時(shí)出現(xiàn)的、 到接觸元件的第一接觸區(qū)段上的支承力，為接觸元件在其第一接觸區(qū) 段上配屬第一支承部。該支承部?jī)?yōu)選一體地由殼體材料所構(gòu)成。
連接裝置具有絕緣材料成型體和至少一個(gè)導(dǎo)電的第二接觸元件， 該第二接觸元件有配屬給它的第二支承部。將第二接觸元件在第二和 第三接觸區(qū)段中從絕緣材料成型體的第一主體面引導(dǎo)穿過(guò)布置在絕緣 材料成型體中的第二引導(dǎo)區(qū)段，到達(dá)絕緣材料成型體的第二主體面， 并且在那里形成與外部印刷電路板的適配于電路的連接。在此，第二 接觸區(qū)段限定為直至第二接觸元件進(jìn)入絕緣材料成型體中為止的、朝 向功率半導(dǎo)體模塊的穿引部的區(qū)段。第三接觸區(qū)段定義為從第二接觸 元件從絕緣材料成型體中的穿引部中出來(lái)起的、朝向外部的印刷電路 板的區(qū)段。
第二接觸元件的第三接觸區(qū)段與外部印刷電路板的適配于電路的 連接基于現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)選借助插入式釬焊裝配來(lái)實(shí)現(xiàn)，然而同樣也可以 不受限制地借助表面釬焊裝配來(lái)實(shí)現(xiàn)。
所述系統(tǒng)的壓力觸點(diǎn)接通優(yōu)選借助在殼體與連接裝置之間的螺栓 連接、鉚接連接或者卡扣連接實(shí)現(xiàn)。此外，外部的印刷電路板例如附 加地可以借助螺栓連接或者卡扣連接與連接裝置進(jìn)行連接。由此，產(chǎn) 生在功率半導(dǎo)體模塊與連接裝置之間力配合的、可靠的和可逆的電連 接，該連接裝置用于與外部印刷電路板觸點(diǎn)接通。根據(jù)本發(fā)明地，第一接觸元件例如在其第一接觸區(qū)段中彈性地構(gòu) 成。同樣可選地或者附加地有利的是，第二接觸元件在其第二接觸區(qū) 段內(nèi)彈性地構(gòu)成。在此，優(yōu)選的是，為了保護(hù)接觸元件抵抗由于壓力 觸點(diǎn)接通和運(yùn)行所出現(xiàn)的機(jī)械應(yīng)力負(fù)荷和熱量負(fù)荷，在各個(gè)接觸區(qū)段 與分別配屬于各個(gè)接觸節(jié)段的支承部之間布置有彈性的緩沖墊元件。


借助圖1至4的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的解決方案進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
圖1以截面圖示出基于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)以及以截面圖示出某一區(qū) 域的放大視圖。
圖2以截面圖概要地示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一構(gòu)造方案。
圖3以截面圖概要地示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二構(gòu)造方案。 圖4和5分別以截面圖概要地示出根據(jù)本發(fā)明的、帶有彈性構(gòu)造 的接觸元件的系統(tǒng)的其它構(gòu)造方案。
具體實(shí)施例方式
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的構(gòu)造方案，所述系統(tǒng)具有功率半 導(dǎo)體模塊1、連接裝置2和外部印刷電路板7。出于結(jié)構(gòu)清楚性的目的， 還示出冷卻體18。
功率半導(dǎo)體模塊由殼體3組成，殼體3包圍電絕緣的襯底10。襯 底IO又具有基體，基體優(yōu)選是諸如氧化鋁或者亞硝酸鋁的絕緣陶瓷。 在朝向功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)部的第一主體面上，襯底IO具有在自身內(nèi)進(jìn) 行結(jié)構(gòu)化的導(dǎo)體軌12。功率半導(dǎo)體構(gòu)件14布置在襯底的導(dǎo)體軌12上 并且適配于電路地借助第一接觸元件6連接，第一接觸元件6由交替 的層序列所形成。該種在圖1中以放大的概要圖詳細(xì)示出的層序列由 分別在自身內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的并因此構(gòu)成導(dǎo)體軌的第一導(dǎo)電層60和第二 導(dǎo)電層64以及布置于第一導(dǎo)電層60與第二導(dǎo)電層64之間的絕緣層62
7所形成。在此，第一導(dǎo)電層60借助點(diǎn)焊連接602、 606與功率半導(dǎo)體構(gòu)件14適配于電路地進(jìn)行觸點(diǎn)接通。此外，將接觸元件引導(dǎo)穿過(guò)殼體3中的引導(dǎo)區(qū)段34到達(dá)殼體3的外側(cè)36，在那里接觸元件構(gòu)成有相應(yīng)地構(gòu)造的接觸區(qū)段660、 662，接觸區(qū)段660、 662用于與外部印刷電路板7進(jìn)行負(fù)荷和控制觸點(diǎn)接通72，該負(fù)荷和控制觸點(diǎn)接通72借助釬焊連接來(lái)構(gòu)成。
圖2以截面圖示出根據(jù)本發(fā)明的帶有功率半導(dǎo)體模塊的系統(tǒng)的第一構(gòu)造方案的概要圖，其中，與圖1結(jié)構(gòu)相同的元件不再額外介紹。
以截面圖示出功率半導(dǎo)體模塊1的左側(cè)，功率半導(dǎo)體模塊1帶有已介紹的接觸元件6，接觸元件6從殼體的內(nèi)部出來(lái)穿過(guò)殼體3內(nèi)的第一引導(dǎo)區(qū)段34到達(dá)該殼體的外側(cè)36并且在該外側(cè)36上構(gòu)成有呈弧形的并由此彈性構(gòu)造的接觸區(qū)段66。此外，為在殼體上的第一接觸區(qū)段配屬支承部，該支承部一體地由殼體的一部分構(gòu)成。此外，在支承部與第一接觸區(qū)段之間有彈性的緩沖墊元件4，緩沖墊元件4用于在壓力觸點(diǎn)接通時(shí)維持作用到第一接觸元件上的彈簧力。
此外示出連接裝置2，連接裝置2具有絕緣材料成型體22和第二接觸元件24，第二接觸元件24在此呈帶狀地構(gòu)造并且平行于絕緣材料成型體的第一主體面220地構(gòu)造有用于與功率半導(dǎo)體模塊1的接觸元件6進(jìn)行觸點(diǎn)接通的第二接觸區(qū)段240。此外，第二接觸元件穿過(guò)絕緣材料成型體中的第二引導(dǎo)區(qū)段224到達(dá)第二主體面222并且在那里構(gòu)成用于與外部印刷電路板7觸點(diǎn)接通的第三接觸區(qū)段242。
用于將連接裝置2與功率半導(dǎo)體模塊1進(jìn)行力配合地連接的壓力加載借助螺栓連接件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此，功率半導(dǎo)體模塊的殼體3具有空置的、 一體式構(gòu)成的、用于接納螺栓連接件8的第一材料區(qū)段38，所述第一材料區(qū)段38與殼體的外側(cè)36對(duì)齊地構(gòu)成。連接裝置2同樣具有空置的、 一體式構(gòu)成的第二材料區(qū)段26，第二材料區(qū)段26與連接裝
8置的第一主體側(cè)220對(duì)齊地構(gòu)成并且相應(yīng)地配屬于第一材料區(qū)段38。兩個(gè)材料區(qū)段具有相互對(duì)齊的間隙80，間隙80用于接納螺栓連接件。此外，相應(yīng)地配屬的、在外部的印刷電路板7中的另一間隙70用于將印刷電路板裝配在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)上。
圖3以截面圖示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一構(gòu)造方案的概要圖，其中，相同結(jié)構(gòu)的元件也不再額外介紹。殼體3的外側(cè)36在此同時(shí)形成配屬于第一接觸區(qū)段66a的支承部30，然而不具緩沖墊元件。連接裝置的第一接觸元件24a在此呈帶狀地構(gòu)造并且在其第二接觸區(qū)段呈弧形地以便因此彈性地構(gòu)造，方法是S卩，帶狀的接觸元件的第二接觸區(qū)段240a的端塊244抵靠在所配屬的第二支承部20a上并且第二接觸區(qū)段的凸著的彎曲部在壓力加載的情況下使得彈簧作用成為可能。
用于與功率半導(dǎo)體模塊力配合地連接的壓力加載借助卡扣連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此，連接裝置具有空置的、可運(yùn)動(dòng)地構(gòu)成的材料區(qū)段28，材料區(qū)段28構(gòu)成卡位裝置280。相應(yīng)地，功率半導(dǎo)體模塊的殼體3具有空置的、剛性地構(gòu)成的材料區(qū)段32，材料階段32用作卡位支承部320。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一構(gòu)造方案的概要圖。在此，連接裝置的第二接觸元件24b以金屬線來(lái)構(gòu)成并且在其第二接觸區(qū)段240b中呈鉤形地構(gòu)成，方法是SP，第二接觸區(qū)段具有相對(duì)的雙彎曲部，并且配屬于該第二接觸區(qū)段的第二支承部20b在此對(duì)朝向該第二支承部的彎曲部進(jìn)行支撐。
圖5以剖面圖示出第二接觸元件24c的另一構(gòu)造方案，第二接觸元件24c在此以金屬線并呈螺旋彈簧式地通過(guò)相應(yīng)的線圈構(gòu)成并且在第一線圈上的第二接觸區(qū)段240c通過(guò)配屬于第二接觸區(qū)段240c的支承部20c來(lái)支撐。
9
權(quán)利要求
1.形成壓力觸點(diǎn)接通的系統(tǒng)，具有功率半導(dǎo)體模塊(1)和連接裝置(2)，其中，所述功率半導(dǎo)體模塊具有殼體(3)和第一接觸元件(6)以及配屬于所述第一接觸元件(6)的第一支承部(30)，其中，所述第一接觸元件(6)由至少一個(gè)在自身內(nèi)結(jié)構(gòu)化的并且因此構(gòu)成導(dǎo)體軌的導(dǎo)電層(60、64)和至少一個(gè)電絕緣的層(62)的交替層序列來(lái)構(gòu)造并且具有至少一個(gè)用于與所述連接裝置(2)觸點(diǎn)接通的第一接觸區(qū)段(66)，所述第一接觸區(qū)段(66)從所述殼體中的、布置在所述殼體的外側(cè)(36)上的穿引部(34)中出來(lái)進(jìn)行伸展，其中，所述連接裝置(2)具有絕緣材料成型體(22)、至少一個(gè)第二接觸元件(24)和配屬于所述第二接觸元件(24)的第二支承部(20)，其中，配屬于所述絕緣材料成型體(22)的所述至少一個(gè)第二接觸元件具有用于與所述第一接觸元件的所述第一接觸區(qū)段進(jìn)行觸點(diǎn)接通的第二接觸區(qū)段(240)和用于與外部的印刷電路板(7)進(jìn)行觸點(diǎn)接通的第三接觸區(qū)段(242)，以及其中，至少一個(gè)接觸區(qū)段相對(duì)于配屬于所述至少一個(gè)接觸區(qū)段的支承部彈性地構(gòu)造。
2. 按權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，在分別彈性地構(gòu)造的所述接 觸元件(6、 24)的所述接觸區(qū)段(66、 240)與配屬于所述接觸區(qū)段(66、 240)的所述第一支承部(30、 20)之間布置有彈性的緩沖墊元 件(4)。
3. 按權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中，將彈性地構(gòu)成的所述第一接 觸區(qū)段或者第二接觸區(qū)段呈弧形(66、 240a)地、呈鉤形(240b)地或 者呈螺旋形(240c)地構(gòu)造。
4. 按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述連接裝置(2)具有至 少一個(gè)空置的第一區(qū)段(26)，并且所述殼體(3)具有至少一個(gè)相應(yīng)配屬的、空置的第一區(qū)段(38)，以及其中，兩個(gè)區(qū)段(26、 38)具 有相互對(duì)齊的間隙(80)，用于穿引螺栓連接件(8)。
5.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述連接裝置(2)的所述 絕緣材料成型體(22)具有空置的、能夠運(yùn)動(dòng)的、帶有卡位裝置(280) 的第二區(qū)段(28)，并且所述殼體(3)具有空置的、帶有配屬于所述 卡位裝置的卡位支承部(320)的第二區(qū)段(32)，或者其中，所述殼 體(3)具有空置的、帶卡位裝置(390)的、能夠運(yùn)動(dòng)的第二區(qū)段(39)， 并且所述連接裝置(2)的所述絕緣材料成型體(22)具有空置的、帶 有配屬于所述卡位裝置的卡位支承部(290)的第二區(qū)段(29)。
全文摘要
形成壓力觸點(diǎn)接通的系統(tǒng)，具有功率半導(dǎo)體模塊和連接裝置，其中，功率半導(dǎo)體模塊具有殼體和第一接觸元件以及配屬于其的第一支承部。在此，第一接觸元件由至少一個(gè)在自身內(nèi)結(jié)構(gòu)化并進(jìn)而構(gòu)成導(dǎo)體軌的第一層和至少一個(gè)絕緣層組成的交替層序列來(lái)構(gòu)造且具有至少一個(gè)用于與連接裝置觸點(diǎn)接通的、從殼體內(nèi)的布置于殼體外側(cè)上的穿引部中出來(lái)伸展的第一接觸區(qū)段。連接裝置具有絕緣材料成型體、至少一個(gè)第二接觸元件和配屬于其的第二支承部，其中，配屬于絕緣材料成型體的至少一個(gè)第二接觸元件具有用于與第一接觸元件第一接觸區(qū)段觸點(diǎn)接通的第二接觸區(qū)段和用于與外部印刷電路板觸點(diǎn)接通的第三接觸區(qū)段。此外，至少一個(gè)接觸區(qū)段相對(duì)于配屬于其的支承部彈性構(gòu)造。
文檔編號(hào)H01L23/48GK101635288SQ20091016092
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
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