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)件的負荷和控制連接部進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，正如其例如在DE 10 2004 025 609 Al或者DE 103 55 925 Al中所公知的。
所述第一個出版物公開了以螺栓壓力形成觸點接通的功率半導(dǎo)體 模塊。功率半導(dǎo)體模塊與印刷電路板的負荷連接在此借助按照現(xiàn)有技
術(shù)的螺栓連接實現(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)通過將印刷電路板與負荷連接元件布置和旋緊來 實現(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10安 培的電流負荷。
DE 103 55 925 Al公開一種用于功率半導(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)件不僅包括負荷連接部而且包括控制連接部)在此被公開。然而，
所述的出版物未公開用于外部連接的負荷和控制連接的細節(jié)。
DE 10 2006 078 013 Al公開了一種功率半導(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，箔片組件在各個限定的區(qū)段中穿過殼體中的引導(dǎo)區(qū)段到達殼體 的外側(cè)，以便在那里保證與外部的印刷電路板的負荷和控制連接部。 在此不利的是，基于現(xiàn)有技術(shù)的負荷和控制連接部的觸點接通不允許 在機械應(yīng)力負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荷和控制連接部的可靠的、隨時可分開的觸 點接通并且該觸點接通以能容忍機械應(yīng)力負荷和/或熱膨脹的方式構(gòu) 造。
本任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求1的特征的措施得以解決。優(yōu)選 的實施方式在從屬權(quán)利要求中進行介紹。
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第一接觸元件，其中，該第一接觸元件由以至少 一個第一導(dǎo)電層和至少一個絕緣層的交替的層序列所組成。該至少一 個導(dǎo)電層在自身內(nèi)進行結(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)件的負荷和控制連接面觸點接通。
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)部出來引導(dǎo)至殼體的外側(cè)并且從在殼體中的穿引部出來起在殼體的 外側(cè)上形成第一接觸區(qū)段。此外，針對在形成壓力觸點接通時出現(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。該支承部優(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)穿過布置在絕緣 材料成型體中的第二引導(dǎo)區(qū)段，到達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實現(xiàn)，然而同樣也可以 不受限制地借助表面釬焊裝配來實現(xiàn)。
所述系統(tǒng)的壓力觸點接通優(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，為了保護接觸元件抵抗由于壓力 觸點接通和運行所出現(xiàn)的機械應(yīng)力負荷和熱量負荷，在各個接觸區(qū)段 與分別配屬于各個接觸節(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的實施例對本發(fā)明的解決方案進行進一步闡述。
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 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示出的層序列由 分別在自身內(nèi)進行結(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借助點焊連接602、 606與功率半導(dǎo)體構(gòu)件14適配于電路地進行觸點接通。此外，將接觸元件引導(dǎo)穿過殼體3中的引導(dǎo)區(qū)段34到達殼體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進行負荷和控制觸點接通72，該負荷和控制觸點接通72借助釬焊連接來構(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)部出來穿過殼體3內(nèi)的第一引導(dǎo)區(qū)段34到達該殼體的外側(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用于在壓力觸點接通時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進行觸點接通的第二接觸區(qū)段240。此外，第二接觸元件穿過絕緣材料成型體中的第二引導(dǎo)區(qū)段224到達第二主體面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進行力配合地連接的壓力加載借助螺栓連接件來實現(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對齊地構(gòu)成并且相應(yīng)地配屬于第一材料區(qū)段38。兩個材料區(qū)段具有相互對齊的間隙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實現(xiàn)。在此，連接裝置具有空置的、可運動地構(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在此對朝向該第二支承部的彎曲部進行支撐。
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通過配屬于第二接觸區(qū)段240c的支承部20c來支撐。
9
權(quán)利要求
1.形成壓力觸點接通的系統(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)和至少一個電絕緣的層(62)的交替層序列來構(gòu)造并且具有至少一個用于與所述連接裝置(2)觸點接通的第一接觸區(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)中出來進行伸展，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)段進行觸點接通的第二接觸區(qū)段(240)和用于與外部的印刷電路板(7)進行觸點接通的第三接觸區(qū)段(242)，以及其中，至少一個接觸區(qū)段相對于配屬于所述至少一個接觸區(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 少一個空置的第一區(qū)段(26)，并且所述殼體(3)具有至少一個相應(yīng)配屬的、空置的第一區(qū)段(38)，以及其中，兩個區(qū)段(26、 38)具 有相互對齊的間隙(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、能夠運動的、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、能夠運動的第二區(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在自身內(nèi)結(jié)構(gòu)化并進而構(gòu)成導(dǎo)體軌的第一層和至少一個絕緣層組成的交替層序列來構(gòu)造且具有至少一個用于與連接裝置觸點接通的、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)段觸點接通的第二接觸區(qū)段和用于與外部印刷電路板觸點接通的第三接觸區(qū)段。此外，至少一個接觸區(qū)段相對于配屬于其的支承部彈性構(gòu)造。
文檔編號H01L23/48GK101635288SQ20091016092
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者馬庫斯·克內(nèi)貝爾 申請人:賽米控電子股份有限公司