功率半導(dǎo)體模塊和具有多個(gè)功率半導(dǎo)體模塊的功率半導(dǎo)體模塊組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種功率半導(dǎo)體模塊（1），包括：導(dǎo)電底板（2）；導(dǎo)電頂板，與底板（2）平行布置并與底板（2）隔開；至少一個(gè)功率半導(dǎo)體設(shè)備（3），布置在底板（2）上在底板（2）與頂板之間形成的空間中；以及至少一個(gè)壓引腳（5、7），布置在底板（2）與頂板之間形成的空間中，以在半導(dǎo)體設(shè)備（3）與頂板之間提供接觸，其中，金屬保護(hù)板（11）設(shè)置在頂板的朝向底板（2）的內(nèi)面，其中，保護(hù)板（11）的材料具有的熔融溫度高于頂板的熔融溫度。本發(fā)明還提供功率半導(dǎo)體模塊組件，包括多個(gè)如上所述的功率半導(dǎo)體模塊（1），其中，功率半導(dǎo)體模塊（1）彼此并排布置，在相鄰的功率半導(dǎo)體模塊（1）之間具有電連接。
【專利說(shuō)明】功率半導(dǎo)體模塊和具有多個(gè)功率半導(dǎo)體模塊的功率半導(dǎo)體模塊組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體模塊，包括:導(dǎo)電底板；導(dǎo)電頂板，與底板平行布置并與底板隔開；至少一個(gè)功率半導(dǎo)體設(shè)備，布置在底板上在底板與頂板之間形成的空間中；以及至少一個(gè)壓引腳(presspin)，布置在底板與頂板之間形成的空間中，以在功率半導(dǎo)體設(shè)備與頂板之間提供接觸。本發(fā)明還涉及包括多個(gè)功率半導(dǎo)體模塊的功率半導(dǎo)體模塊組件。
【背景技術(shù)】
[0002]功率半導(dǎo)體設(shè)備可以處理大約1.7kV以上的電壓。半導(dǎo)體設(shè)備與通常由鑰或者基于鑰的合金制成的底板以表面接觸，以允許從半導(dǎo)體導(dǎo)電并傳走熱，即半導(dǎo)體設(shè)備熱且電耦合至底板。用于該領(lǐng)域的典型的功率半導(dǎo)體設(shè)備是功率晶體管，比如絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、反向?qū)ń^緣柵雙極晶體管(反向?qū)↖GBT)、雙模式絕緣柵晶體管(BIGT)或者(功率)二極管。
[0003]功率半導(dǎo)體設(shè)備被頻繁組合，用于形成能夠處理高達(dá)100A以上的電流的功率半導(dǎo)體模塊。功率半導(dǎo)體設(shè)備并聯(lián)布置在公共底板上，該公共底板通常形成功率半導(dǎo)體模塊的導(dǎo)電基底。功率半導(dǎo)體模塊通常被導(dǎo)電頂板覆蓋，該頂板通常是功率半導(dǎo)體模塊的外殼的蓋。頂板為功率半導(dǎo)體設(shè)備提供進(jìn)一步接觸。功率半導(dǎo)體模塊可以包括相同的功率半導(dǎo)體設(shè)備、例如功率晶體管，或者不同的功率半導(dǎo)體設(shè)備、例如一組功率晶體管和至少一個(gè)功率二極管。功率半導(dǎo)體設(shè)備通常通過(guò)壓引腳連接至導(dǎo)電頂板。在用在功率半導(dǎo)體模塊中的功率晶體管的情況下，還有控制接觸部通過(guò)壓引腳連接至蓋，那么其中頂板與控制接觸部電隔離。
[0004]多個(gè)功率半導(dǎo)體模塊還可以被組合來(lái)形成功率半導(dǎo)體模塊組件。功率半導(dǎo)體模塊彼此機(jī)械平行且電并聯(lián)地布置在公共外殼中。功率半導(dǎo)體模塊的底板形成功率半導(dǎo)體模塊組件的導(dǎo)電基底。另外，功率半導(dǎo)體模塊組件的外殼還被導(dǎo)電蓋覆蓋，該導(dǎo)電蓋與布置在其中的功率半導(dǎo)體模塊的蓋接觸。在功率半導(dǎo)體模塊組件的另一個(gè)實(shí)施例中，組件的蓋是用于其中的多個(gè)功率半導(dǎo)體模塊的公共蓋。功率半導(dǎo)體模塊組件可以包括相同的功率半導(dǎo)體模塊，例如包括如上所述的功率晶體管和功率二極管的功率半導(dǎo)體模塊；或者不同的功率半導(dǎo)體模塊，例如包括功率晶體管的一組功率半導(dǎo)體模塊和包括功率二極管的至少一個(gè)功率半導(dǎo)體模塊。這樣的功率半導(dǎo)體模塊組件例如是來(lái)自本 申請(qǐng)人:的稱為"Stakpak"，并可以用于形成用在例如處理高達(dá)幾百kV的HVDC應(yīng)用中的堆疊布置(stacked arrangement)。相應(yīng)地，優(yōu)化功率半導(dǎo)體模塊組件的機(jī)械設(shè)計(jì)，以便在長(zhǎng)堆疊中夾緊。在這些堆疊布置中，單個(gè)的功率半導(dǎo)體模塊組件的機(jī)械和電穩(wěn)定性對(duì)防止整個(gè)堆疊布置的故障是重要的。
[0005]取代將功率半導(dǎo)體模塊布置在功率半導(dǎo)體模塊組件中并堆疊功率半導(dǎo)體模塊組件，功率半導(dǎo)體模塊還可以直接堆疊。
[0006]在功率半導(dǎo)體模塊或者功率半導(dǎo)體模塊組件的堆疊布置中，通常在相鄰的功率半導(dǎo)體模塊或者功率半導(dǎo)體模塊組件之間設(shè)置冷卻器。這些冷卻器通常使用水作為傳熱介質(zhì)，用于冷卻功率半導(dǎo)體模塊或者功率半導(dǎo)體模塊組件的堆疊布置。更換這些冷卻器非常
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[0007]在堆疊布置的環(huán)境下，支持單獨(dú)功率半導(dǎo)體設(shè)備的短路故障模式(SCFM)是重要特性。如果功率半導(dǎo)體設(shè)備中的一個(gè)發(fā)生故障，該故障是由于提供實(shí)現(xiàn)從底板到蓋的導(dǎo)通的短路導(dǎo)致的，這會(huì)使在SCFM中的功率半導(dǎo)體設(shè)備無(wú)效。對(duì)于包括故障功率半導(dǎo)體模塊的功率半導(dǎo)體模塊組件也同樣。當(dāng)多個(gè)功率半導(dǎo)體模塊或者功率半導(dǎo)體模塊組件串聯(lián)連接，例如形成上述的堆疊布置時(shí)，單個(gè)的功率半導(dǎo)體設(shè)備的故障不會(huì)導(dǎo)致堆疊布置整體故障。
[0008]尤其是，由于短路將所有并聯(lián)功率半導(dǎo)體設(shè)備橋接，因此在該短路故障模式中，高達(dá)2000A的非常高的電流可能流經(jīng)單個(gè)功率半導(dǎo)體設(shè)備和與故障功率半導(dǎo)體設(shè)備接觸的相應(yīng)的壓引腳。為了達(dá)到這些功率半導(dǎo)體設(shè)備的高使用壽命和相應(yīng)地功率半導(dǎo)體模塊和功率半導(dǎo)體模塊組件的高使用壽命，期望短路故障模式可以維持一年以上。在功率半導(dǎo)體模塊組件中，由于相鄰的功率半導(dǎo)體模塊可以在組件的2個(gè)接觸部之間提供電連接，因此單個(gè)的功率半導(dǎo)體模塊的故障不是關(guān)鍵的。相應(yīng)地，即使在單個(gè)模塊的所有引腳由于起電弧而消耗掉時(shí)，功率半導(dǎo)體模塊的內(nèi)部損傷也在功率半導(dǎo)體模塊組件內(nèi)容許。
[0009]功率半導(dǎo)體設(shè)備內(nèi)的起電弧還可以涉及頂板或蓋。功率半導(dǎo)體設(shè)備的典型的頂板由銅制成，銅提供好的導(dǎo)通性并能以合理的成本生產(chǎn)。由于電弧可以使溫度足夠高以熔融頂板，頂板會(huì)經(jīng)歷蝕耗和氧化，甚至可能毀壞。在功率半導(dǎo)體模塊組件中，當(dāng)功率半導(dǎo)體模塊的頂板毀壞時(shí)，功率半導(dǎo)體模塊組件的蓋也可能被起電弧影響，并因而毀壞。相應(yīng)地，單個(gè)功率半導(dǎo)體模塊的故障可能擴(kuò)散至鄰近的功率半導(dǎo)體模塊，并使整個(gè)功率半導(dǎo)體模塊故障。此外，當(dāng)接觸頂板或者蓋之間的冷卻器被起電弧影響時(shí)，在功率半導(dǎo)體模塊或者功率半導(dǎo)體模塊組件的堆疊布置中，問(wèn)題可能變得更差。當(dāng)冷卻器毀壞時(shí)，可能發(fā)生漏液，并導(dǎo)致進(jìn)一步故障。電氣設(shè)備中的漏液也是一般的安全問(wèn)題，尤其是考慮到涉及的高電壓和電流時(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種功率半導(dǎo)體模塊和功率半導(dǎo)體模塊組件，其具有長(zhǎng)使用壽命，耐起電弧，增加堆疊布置的安全性，并可以低成本得到。
[0011]該目的由獨(dú)立權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)。有利的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中給出。
[0012]特別地，本發(fā)明提供一種功率半導(dǎo)體模塊，包括:導(dǎo)電底板；導(dǎo)電頂板，與底板平行布置并與底板隔開；至少一個(gè)功率半導(dǎo)體設(shè)備，布置在底板上在底板與頂板之間形成的空間中；以及至少一個(gè)壓引腳，布置在底板與頂板之間形成的空間中，以在功率半導(dǎo)體設(shè)備與頂板之間提供接觸，其中，金屬保護(hù)板設(shè)置在頂板的朝向底板的內(nèi)面，其中，保護(hù)板的材料具有的熔融溫度高于頂板的熔融溫度。
[0013]本發(fā)明還提供功率半導(dǎo)體模塊組件，包括多個(gè)如上所述的功率半導(dǎo)體模塊，其中，功率半導(dǎo)體模塊彼此并排布置，在相鄰的功率半導(dǎo)體模塊之間具有電連接。
[0014]本發(fā)明的基本想法是抑制底板與保護(hù)板之間的電弧，使得電弧不會(huì)到達(dá)頂板。相應(yīng)地，頂板被保護(hù)免受電弧的影響，示出增加的使用壽命。尤其是，保護(hù)板被保護(hù)以免由于起電弧導(dǎo)致的高溫而熔融，以便頂板不會(huì)經(jīng)歷熔融。保護(hù)板的金屬耗散熱量，該熱量進(jìn)一步由保護(hù)板和頂板傳導(dǎo)而不影響頂板的完整性。術(shù)語(yǔ)金屬還包含具有類似于金屬的特性的合金。頂板可以由相對(duì)廉價(jià)的銅或者其他適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，僅保護(hù)板由相比頂板具有增高的熔融溫度的金屬制成。底板是由鑰或者其他適當(dāng)?shù)牟牧现瞥傻墓驳装?，用于傳?dǎo)熱量和電力，并提供功率半導(dǎo)體模塊的機(jī)械完整性。保護(hù)板的材料還具有低電子發(fā)射，以使減小已經(jīng)發(fā)生的電弧。
[0015]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，保護(hù)板的材料包括鑰。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，底板的材料是包括鑰和銅的合金。這些材料具有的熔融溫度高于用于頂板的典型材料的、僅僅銅的熔融溫度。另外，這種保護(hù)板的電子發(fā)射低于由銅制成的頂板的電子發(fā)射。使用包括鑰和銅的合金與由純鑰制成的保護(hù)板相比降低了成本。
[0016]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，保護(hù)板的材料包括鎢。鎢與銅相比具有高熔融溫度和低電子發(fā)射率。
[0017]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，頂板的材料包括鋁或者包括鋁的合金。
[0018]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，保護(hù)板的材料包括鎳、鉻或者其合金。
[0019]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，保護(hù)板在至少一個(gè)壓引腳的頭部的區(qū)域覆蓋頂板的表面。換言之，設(shè)置保護(hù)板來(lái)圍繞壓引腳的頭部覆蓋頂板，并且至少一個(gè)壓引腳的頭部與保護(hù)板接觸，其提供與頂板的電接觸。由于起電弧通常起源于壓引腳，因此圍繞壓引腳的頂板的區(qū)域頻繁受起電弧影響。當(dāng)起電弧在頂板的其他區(qū)域不頻繁發(fā)生時(shí)，這些區(qū)域可以不被保護(hù)板覆蓋。在包括多個(gè)壓引腳的功率半導(dǎo)體設(shè)備中，可以設(shè)置多個(gè)單獨(dú)的保護(hù)板。優(yōu)選的是，對(duì)于功率半導(dǎo)體模塊設(shè)置單個(gè)的保護(hù)板。這簡(jiǎn)化了功率半導(dǎo)體模塊的安裝。更優(yōu)選的是，保護(hù)板跨頂板的幾乎整個(gè)表面延伸，以對(duì)頂板提供均一保護(hù)。然而，例如當(dāng)起電弧在頂板的區(qū)域不發(fā)生、或者壓引腳彼此電隔離時(shí)，可以省去這些區(qū)域。依據(jù)頂板的設(shè)計(jì)，根據(jù)由壓引腳做出的電接觸的種類，保護(hù)板還可以設(shè)置有電隔離區(qū)域。如果功率半導(dǎo)體設(shè)備是功率晶體管，那么功率晶體管的柵極由壓引腳接觸，該壓引腳與保護(hù)板和頂板隔離。相比之下，接觸功率晶體管的頂側(cè)(即功率晶體管的發(fā)射極或者集電極、通常為發(fā)射極)的這些壓弓I腳與保護(hù)板或頂板直接電接觸。
[0020]在本發(fā)明的修改的實(shí)施例中，保護(hù)板設(shè)置有至少一個(gè)間隙，定位該間隙以包圍至少一個(gè)壓引腳的頭部。相應(yīng)地，頂板的表面被圍繞壓引腳的頭部的保護(hù)板覆蓋。在功率晶體管被用作功率半導(dǎo)體設(shè)備的情況下，壓引腳或者可以接觸柵極或者可以接觸發(fā)射極/集電極，如上所述。還可以是保護(hù)板具有間隙，該間隙僅包圍接觸柵極接觸部的壓引腳的頭部，而接觸發(fā)射極/集電極的壓引腳的頭部與保護(hù)板直接電接觸。
[0021]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，保護(hù)板與至少一個(gè)壓引腳的頭部一體設(shè)置。相應(yīng)地，改善了從壓引腳到保護(hù)板的電接觸。如果功率半導(dǎo)體設(shè)備是功率晶體管，那么僅接觸發(fā)射極/集電極的壓引腳的頭部與保護(hù)板一體設(shè)置，以在柵極和發(fā)射極/集電極之間維持電隔離。
[0022]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，至少一個(gè)壓引腳具有相反構(gòu)造，其中其軸固定至其頭部，其腳部能沿著其軸移動(dòng)。相應(yīng)地，腳部設(shè)置有包圍軸的環(huán)形孔或者貫通孔。保護(hù)板對(duì)多個(gè)壓引腳提供公共頭部，其中，軸直接固定在保護(hù)板。軸可以通過(guò)任何適當(dāng)?shù)倪B接類型，例如焊接或者其他固定在保護(hù)板。保護(hù)板還可以設(shè)置有孔，用于承受軸的端部區(qū)域。優(yōu)選的是，孔是貫通孔。此外，孔和軸的端部區(qū)域可以設(shè)置有對(duì)應(yīng)的螺紋，以便于軸安裝至保護(hù)板?？梢允褂么送獾暮附踊蛘咂渌B接技術(shù)。[0023]根據(jù)本發(fā)明的修改的實(shí)施例，至少一個(gè)功率半導(dǎo)體設(shè)備是絕緣柵雙極晶體管、反向?qū)ń^緣柵雙極晶體管、雙模式絕緣柵晶體管、或者二極管。這些功率半導(dǎo)體設(shè)備適于在高功率條件下操作，并可以處理高電壓和電流。優(yōu)選的是，多個(gè)相同的功率半導(dǎo)體設(shè)備組合在單個(gè)的功率半導(dǎo)體模塊中。備選地，來(lái)自列出的功率半導(dǎo)體設(shè)備的功率半導(dǎo)體設(shè)備的任意組被組合在單個(gè)的功率半導(dǎo)體模塊中。在二極管的情況下，陽(yáng)極和陰極被稱為第一和第二接觸部。在功率晶體管的情況下，發(fā)射極和集電極被稱為第一和第二接觸部，柵極被稱為控制接觸部。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的修改的實(shí)施例，功率半導(dǎo)體模塊包括外殼，其中，頂板形成外殼的頂偵U，并提供功率半導(dǎo)體模塊的第一接觸部；底板形成外殼的基底，并提供功率半導(dǎo)體模塊的第二接觸部。一般而言，頂板提供功率半導(dǎo)體模塊的公共第一接觸部，用于接觸功率半導(dǎo)體設(shè)備的第一接觸部，以及底板提供功率半導(dǎo)體模塊的第二接觸部，用于接觸功率半導(dǎo)體設(shè)備的第二接觸部。在堆疊布置情況下，功率半導(dǎo)體模塊的第一和第二接觸部可以由其他功率半導(dǎo)體模塊來(lái)接觸，或者由功率半導(dǎo)體模塊組件的各接觸部來(lái)接觸。在比如IGBT的功率晶體管的情況下，第一接觸部通常是指發(fā)射極接觸部，第二接觸部通常是指集電極接觸部，以及控制接觸部是指柵極接觸部?？刂平佑|部不與功率半導(dǎo)體模塊的蓋電接觸，并且例如可以經(jīng)由蓋中的間隙或者通過(guò)功率半導(dǎo)體模塊的橫向接觸元件來(lái)接觸。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊組件的優(yōu)選的實(shí)施例，功率半導(dǎo)體模塊的底板彼此電連接。連接可以通過(guò)布線或者通過(guò)提供用來(lái)接觸半導(dǎo)體模塊的底板和/或蓋的接觸板而進(jìn)行。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊組件的優(yōu)選實(shí)施例，功率半導(dǎo)體模塊組件包括外殼，其中導(dǎo)電蓋形成外殼的頂側(cè)，并提供功率半導(dǎo)體模塊組件的第一接觸部，其接觸功率半導(dǎo)體模塊的第一接觸部，以及功率半導(dǎo)體模塊的底板遍及外殼的基底延伸。在堆疊布置的情況下，功率半導(dǎo)體模塊組件的第一和第二接觸部可以由其他功率半導(dǎo)體模塊組件接觸。一般而言，功率半導(dǎo)體模塊組件的蓋提供第一接觸部，用于接觸功率半導(dǎo)體模塊的第一接觸部，以及功率半導(dǎo)體模塊的底板提供功率半導(dǎo)體模塊的公共第二接觸部。如果功率半導(dǎo)體模塊具有控制接觸部，那么其還可以在功率半導(dǎo)體模塊組件內(nèi)電連接。功率半導(dǎo)體模塊組件可以具有橫向接觸部，用于接觸所連接的功率半導(dǎo)體模塊的控制接觸部，或者所連接的功率半導(dǎo)體模塊的控制接觸部可以經(jīng)由蓋中的間隙接觸。在堆疊布置的情況下，功率半導(dǎo)體模塊組件的第一和第二接觸部可以由其他功率半導(dǎo)體模塊組件來(lái)接觸。在比如IGBT的功率晶體管的情況下，第一接觸部是指發(fā)射極接觸部，第二接觸部是指集電極接觸部，控制接觸部是指柵極接觸部。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)下文說(shuō)明的實(shí)施例將會(huì)清楚，并將參考下文說(shuō)明的實(shí)施例來(lái)闡明。
[0028]在附圖中:
圖1示出頂板被移除的根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊的頂視圖，
圖2示出圖1所示的功率半導(dǎo)體模塊的沿著線G-G的剖視圖，
圖3示出圖1的功率半導(dǎo)體模塊的壓引腳和保護(hù)板的透視剖視圖， 圖4示出沒(méi)有其外殼的圖1的功率半導(dǎo)體模塊的頂視圖，
圖5示出圖4的布置的底視圖，以及
圖6示出具有頂板的圖1所示的功率半導(dǎo)體模塊的沿著線G-G的另一個(gè)剖視圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體模塊I的頂視圖。如圖2、圖3以及圖6中最佳可見，功率半導(dǎo)體模塊I包括底板2和多個(gè)功率半導(dǎo)體設(shè)備3。本發(fā)明的該實(shí)施例中的功率半導(dǎo)體設(shè)備3是功率晶體管，比如IGBT和功率二極管，其通常布置在底板2上。功率半導(dǎo)體設(shè)備3在其底面與底板2以表面接觸，以在其間提供機(jī)械連接以及導(dǎo)電和導(dǎo)熱。對(duì)于IGBT，在底板2上設(shè)置柵極板(gate runner) 4。柵極板4是與底板2隔離的電接觸板，并且通常連接至IGBT的柵極。
[0030]柵極板4由還被稱為柵極引腳(gate pin)的第一壓引腳(press pin)5接觸,該壓引腳是本領(lǐng)域已知的，因此不作詳細(xì)說(shuō)明。功率半導(dǎo)體設(shè)備3還在其頂面通過(guò)中間接觸元件6 (此處示出為2層接觸元件6)，由還被稱為芯片引腳的第二壓引腳7來(lái)接觸。芯片引腳7與柵極引腳5相比具有基本相反的構(gòu)造，并且包括腳部8，腳部8具有貫通孔9和能在貫通孔9內(nèi)移動(dòng)的軸10。保護(hù)板11 一體地形成芯片引腳7的公共頭部。芯片引腳7還包括彈簧墊圈組12，彈簧墊圈組12圍繞軸10布置在保護(hù)板11與腳部8之間，用于對(duì)保護(hù)板11和腳部8和電流旁路13施加向外定向的力，電流旁路13將腳部8與保護(hù)板11電連接。
[0031]為了安裝芯片引腳7，保護(hù)板11設(shè)置有若干貫通孔14，貫通孔14承受軸10的上端區(qū)域15。貫通孔14和軸10的上端區(qū)域15設(shè)置有對(duì)應(yīng)的螺紋，以便軸10通過(guò)螺紋連接固定至保護(hù)板11。在備選的實(shí)施例中，軸10壓配至貫通孔14。
[0032]保護(hù)板11和底板2由鑰制成。如圖6所示，保護(hù)板11設(shè)置在頂板20下方，并覆蓋頂板20的內(nèi)面。保護(hù)板11與頂板20電接觸。保護(hù)板11設(shè)置有多個(gè)間隙16，其包圍柵極引腳5的頭部17。柵極引腳5及其頭部17與頂板20機(jī)械接觸，其中，在頭部17與頂板之間設(shè)置隔離裝置。
[0033]功率半導(dǎo)體模塊I包括外殼18，其中，底板2形成外殼18的基底。導(dǎo)電頂板20形成外殼18的頂側(cè)。頂板提供功率半導(dǎo)體模塊I的第一接觸部，以及底板2提供功率半導(dǎo)體模塊I的第二接觸部。功率半導(dǎo)體設(shè)備3通過(guò)壓引腳5、7與頂板機(jī)械并電接觸，在芯片引腳7的情況下，與保護(hù)板11機(jī)械并電接觸，其中，柵極引腳5與頂板20電隔離。底板2連接至集電極即功率半導(dǎo)體設(shè)備3的第二接觸部，并形成功率半導(dǎo)體模塊I的第二接觸部，以及發(fā)射極即功率半導(dǎo)體設(shè)備3的第一接觸部連接至頂板。功率半導(dǎo)體設(shè)備3的柵極通?？梢越?jīng)由頂板中的間隙在功率半導(dǎo)體模塊I中接觸，或者由設(shè)置在頂板20的柵極導(dǎo)體21設(shè)置，并在朝向底板2側(cè)與其絕緣。
[0034]在圖中未明確示出的功率半導(dǎo)體模塊組件包括多個(gè)如上所述的功率半導(dǎo)體模塊
I。功率半導(dǎo)體模塊I彼此并排布置在外殼內(nèi)，其中，功率半導(dǎo)體模塊I的底板2遍及外殼的基底延伸。導(dǎo)電蓋形成外殼的頂側(cè)，并對(duì)功率半導(dǎo)體模塊I提供公共接觸部，在相鄰的功率半導(dǎo)體模塊I之間具有電連接。蓋提供功率半導(dǎo)體模塊組件的第一接觸部，用于接觸功率半導(dǎo)體模塊I的第一接觸部，底板2通常提供功率半導(dǎo)體模塊組件的第二接觸部。備選地，功率半導(dǎo)體模塊組件的蓋對(duì)于布置在組件中的模塊形成公共蓋或者公共頂板20。功率半導(dǎo)體模塊I的控制接觸部在功率半導(dǎo)體模塊組件內(nèi)彼此連接，并連接至功率半導(dǎo)體模塊組件的橫向電接觸。
[0035]功率半導(dǎo)體模塊I以及功率半導(dǎo)體模塊組件可以堆疊，具有冷卻器布置在鄰近的功率半導(dǎo)體模塊I或者功率半導(dǎo)體模塊組件之間。
[0036]在附圖和上述說(shuō)明中已示出并詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明，但該示出和說(shuō)明應(yīng)被認(rèn)為是示出性或者示范性的，而非限制性的，本發(fā)明不限于公開的實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過(guò)學(xué)習(xí)附圖、本公開和添附的權(quán)利要求，在實(shí)踐請(qǐng)求保護(hù)的發(fā)明時(shí)可以理解并實(shí)現(xiàn)其他公開的實(shí)施例的變化。在權(quán)利要求中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或者步驟，不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。事實(shí)是在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉的某些手段不表明這些手段的組合無(wú)法有利使用。權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)解釋為限制范圍。
[0037]附圖標(biāo)記列表
I功率半導(dǎo)體模塊 2底板
3功率半導(dǎo)體設(shè)備 4柵極板
5第一壓引腳，柵極引腳 6接觸元件
7第二壓引腳，芯片引腳
8腳部
9貫通孔
10軸
11保護(hù)板
12彈簧墊圈組
13電流旁路
14貫通孔
15上端區(qū)域
16間隙
17頭部
18外殼
20頂板,蓋
21柵極導(dǎo)體。
【權(quán)利要求】
1.一種功率半導(dǎo)體模塊(1)，包括: 導(dǎo)電底板(2)， 導(dǎo)電頂板(20)，與底板(2)平行布置并與所述底板(2)隔開， 至少一個(gè)功率半導(dǎo)體設(shè)備(3)，布置在所述底板(2)上在所述底板(2)與所述頂板之間形成的空間中；以及 至少一個(gè)壓引腳(5、7)，布置在所述底板(2)與所述頂板(20)之間形成的所述空間中，以在所述功率半導(dǎo)體設(shè)備(3)與所述頂板之間提供接觸， 其特征在于， 金屬保護(hù)板(11)設(shè)置在所述頂板的朝向所述底板(2)的內(nèi)面，其中，所述保護(hù)板(11)的材料具有的熔融溫度高于所述頂板(20)的熔融溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體模塊(I)，其特征在于， 所述保護(hù)板(11)的材料包括鑰。
3.根據(jù)前面的權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體模塊(I)，其特征在于， 所述保護(hù)板(11)的材料是包括鑰和銅的合金。
4.根據(jù)前面的權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體模塊(I)，其特征在于， 所述保護(hù)板(11)的材料包括鶴。`
5.根據(jù)任一項(xiàng)前面的權(quán)利要求所述的功率半導(dǎo)體模塊(I)，其特征在于， 所述保護(hù)板(11)在所述至少一個(gè)壓引腳(7)的頭部(17)的區(qū)域覆蓋所述頂板的表面。
6.根據(jù)任一項(xiàng)前面的權(quán)利要求1至4所述的功率半導(dǎo)體模塊(I)， 其特征在于， 所述保護(hù)板(11)設(shè)置有至少一個(gè)間隙(16)，定位所述至少一個(gè)間隙(16)以包圍所述至少一個(gè)壓引腳(5)的所述頭部(17)。
7.根據(jù)前面的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的功率半導(dǎo)體模塊(I)，其特征在于， 所述保護(hù)板(11)與所述至少一個(gè)壓引腳(7)的所述頭部一體設(shè)置。
8.根據(jù)前面的權(quán)利要求7所述的功率半導(dǎo)體模塊(I)，其特征在于， 所述至少一個(gè)壓引腳(7)具有其軸(10)固定至其頭部并且其腳部(8)能沿著其軸(10)移動(dòng)的構(gòu)造。
9.根據(jù)任一項(xiàng)前面的權(quán)利要求所述的功率半導(dǎo)體模塊(I)，其特征在于， 所述至少一個(gè)功率半導(dǎo)體設(shè)備(3)是絕緣柵雙極晶體管、反向?qū)ń^緣柵雙極晶體管、雙模式絕緣柵晶體管、或者二極管。
10.根據(jù)任一項(xiàng)前面的權(quán)利要求所述的功率半導(dǎo)體模塊(I)，其特征在于， 所述功率半導(dǎo)體模塊(I)包括外殼(18)，其中 所述頂板形成所述外殼(18)的頂側(cè)，并提供所述功率半導(dǎo)體模塊(I)的第一接觸部， 所述底板(2)形成所述外殼(18)的基底，并提供所述功率半導(dǎo)體模塊(I)的第二接觸部。
11.根據(jù)任一項(xiàng)前面的權(quán)利要求所述的功率半導(dǎo)體模塊(1)，其特征在于， 所述模塊支持短路故障模式。
12.—種功率半導(dǎo)體模塊組件，包括多個(gè)根據(jù)前面的權(quán)利要求1至11的任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體模塊(I )，其中所述功率半導(dǎo)體模塊(I)彼此并排布置，在相鄰的功率半導(dǎo)體模塊(I)之間具有電連接。
13.根據(jù)前面的權(quán)利要求12所述的功率半導(dǎo)體模塊組件，其特征在于， 所述功率半導(dǎo)體模塊(I)的所述底板(2)彼此電連接。
14.根據(jù)前面的權(quán)利要求13或14的任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體模塊組件，其特征在于， 所述功率半導(dǎo)體模塊組件包括外殼，其中，導(dǎo)電蓋形成所述外殼的頂側(cè)，并提供所述功率半導(dǎo)體模塊組件的第一接觸部，其與所述功率半導(dǎo)體模塊(I)的所述第一接觸部接觸， 所述功率半導(dǎo)體模塊(I)的所述底板(2)遍及所述外殼的基底延伸。
【文檔編號(hào)】H01L23/62GK103890941SQ201280051153
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月21日
【發(fā)明者】F.杜加, D.特雷斯塞 申請(qǐng)人:Abb 技術(shù)有限公司