CN104517918A - 功率半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功率半导体装置，其具有功率半导体模块和导电的载荷电流联接元件，功率半导体模块具有布置在导电的经结构化的导体层上的功率半导体器件，在导体层上布置有导电的载荷电流连接元件，载荷电流联接元件在其第一端部区域具有第一接触面和弹性的接触舌，在接触舌与载荷电流联接元件的第一接触面之间布置有载荷电流连接元件的第一区段，接触舌将压力施加到载荷电流连接元件的第一区段上并使其压向载荷电流联接元件的第一接触面。本发明还提供一种功率半导体装置，其中，载荷电流联接元件长期可靠地与载荷电流连接元件导电连接，其中，能够以简单的不具有显著的热输入的方式和方法地建立载荷电流联接元件与载荷电流连接元件之间的连接。

Description

功率半导体装置
技术领域
本发明涉及一种功率半导体装置。
背景技术
由现有技术公知的功率半导体装置通常都具有单个或多个功率半导体模块，其中各自的功率半导体模块具有基底，在基底上布置有功率半导体器件，如例如功率半导体开关和二极管，并且借助基底的导体层以及键合线和/或复合薄膜彼此导电连接。功率半导体开关在此通常以晶体管，如例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，或MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，金属-氧化物半导体场效晶体管)的形式存在。
布置在基底上的功率半导体器件在此经常在电学上与单个或多个所谓的半桥电路互连，这些半桥电路例如用于对电压和载荷电流的整流和逆变。
各自的功率半导体模块具有引导载荷电流的、与基底导电连接的载荷电流连接元件。为了进一步引导载荷电流，技术上常见地，如例如由DE 10 2011 076 323 A1公知的功率半导体装置具有载荷电流联接元件，载荷电流联接元件与载荷电流连接元件借助导电的材料锁合的(stoffschlüssig)连接，如例如焊接连接，或力锁合的(kraftschlüssig)连接彼此导电连接。载荷电流联接元件用于将外部的电导体联接到功率半导体装置上。
但是，对材料锁合的连接的建立在技术上却是耗费巨大的，而且通常与不可忽略的、会导致对功率半导体装置的元件的损害的热输入相联系。
此外，载荷电流联接元件与载荷电流连接元件的连接部经常承受振动负载和温度变化负载，振动负载和温度变化负载相当长时期地会导致连接的失效。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种功率半导体装置，在该功率半导体装置中，载荷电流联接元件长期可靠地与载荷电流连接元件导电连接，其中，能够以简单的不具有显著的热输入的方式和方法地建立载荷电流联接元件与载荷电流连接元件之间的连接。
该任务通过一种具有功率半导体模块和导电的载荷电流联接元件的功率半导体装置来解决，其中，功率半导体模块具有功率半导体器件，功率半导体器件都布置在导电的且经结构化的导体层上，其中，在导体层上布置有导电的载荷电流连接元件，其中，载荷电流联接元件在载荷电流联接元件的第一端部区域上具有第一接触面和弹性的接触舌，其中，在接触舌与载荷电流联接元件的第一接触面之间布置有载荷电流连接元件的第一区段，其中，接触舌将压力施加到载荷电流连接元件的第一区段上，并使载荷电流连接元件的第一区段压向载荷电流联接元件的第一接触面。
本发明有利的构造方案由从下面描述的优选实施方式得出。
已被证明有利的是，接触舌具有棱边，其中，载荷电流连接元件的第一区段布置在棱边和载荷电流联接元件的第一接触面之间，其中，接触舌将压力施加到载荷电流连接元件的第一区段上，且棱边将载荷电流连接元件的第一区段压向载荷电流联接元件的第一接触面，其中，棱边压入到载荷电流连接元件的第一区段中。由此获得了在载荷电流联接元件与载荷电流连接元件之间的特别长期可靠的导电接触。
此外，已被证明有利的是，载荷电流联接元件具有与载荷电流联接元件的第一接触面隔开地并且与接触舌隔开地布置的横挡元件(Nasenelement)，其中，载荷电流连接元件布置在载荷电流联接元件的第一接触面与横挡元件之间，其中，横挡元件与载荷电流联接元件的第一接触面一起构造出用于载荷电流连接元件的引导部。由此，以简单的方式和方法提供了用于载荷电流连接元件的可靠引导。
此外，已被证明有利的是，载荷电流联接元件在第二端部区域具有第二接触面，这是因为之后可以以简单的方式和方法使外部的电导体与载荷电流联接元件电接触。
此外，已被证明有利的是，贯通孔延伸穿过第二接触面，这是因为之后可以以简单的方式和方法借助螺丝连接使外部的电导体与载荷电流联接元件连接。
此外，已被证明有利的是，载荷电流联接元件一件式地构造。由此获得了特别简单构建地且非常可靠地对载荷电流联接元件的实现。
此外，已被证明有利的是，载荷电流联接元件以经多次折弯的板材的形式存在。由此获得了特别简单构建地且非常可靠地对载荷电流联接元件的实现。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出，并在下文中予以阐明。附图中：
图1示出根据本发明的功率半导体装置的立体的视图，
图2示出根据本发明的功率半导体装置的、相对于图1旋转了180°的立体的视图，
图3示出功率半导体模块的截面视图，
图4示出载荷电流联接元件的立体的视图，
图5示出载荷电流联接元件的另一立体的视图，
图6示出载荷电流联接元件的截面视图。
具体实施方式
在图1和图2中示出了根据本发明的功率半导体装置1的两个立体的视图。功率半导体装置1具有功率半导体模块3和导电的载荷电流联接元件7，载荷电流联接元件在本实施例的范围内用于将功率半导体模块3电联接到外部的电导体上，如例如汇流排或电缆。功率半导体装置1具有为了便于概览而没有示出的、配设有缺口的功率半导体装置壳体，其中，载荷电流联接元件7贯穿延伸过功率半导体装置壳体的缺口，从而使在功率半导体装置壳体外面的外部的电导体能够与载荷电流联接元件7例如借助螺丝连接来连接。
在图3中示出了功率半导体模块3的截面视图，其中，在图3中仅示出了对于理解本发明是重要的功率半导体模块3的元件。功率半导体模块3具有功率半导体器件9，功率半导体器件布置在构造有导电的迹线(Leiterbahn)13的导电的且经结构化的第一导体层31上。功率半导体器件9与第一导体层31或者说迹线13优选经由钎焊层或烧结金属层来导电连接。另外，在第一导体层31上布置有导电的载荷电流连接元件DC+、DC-和AC。载荷电流连接元件DC+、DC-和AC与第一导体层31或者说迹线13优选经由钎焊层或烧结金属层来导电连接。各自的功率半导体器件优选以功率半导体开关或二极管的形式存在。功率半导体开关在此优选以晶体管，如例如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(金属-氧化物半导体场效晶体管)的形式存在。在该实施例的范围内，功率半导体模块3由在载荷电流连接元件DC+、DC-之间供应的直流电压在载荷电流连接元件AC上产生交流电压。此外，在该实施例的范围内，各自的功率半导体模块3具有控制联接元件S，这些控制联接元件与功率半导体模块3的功率半导体开关的控制接口导电连接。
此外，功率半导体模块3具有不导电的绝缘层6和冷却板5，其中，绝缘层6布置在迹线13与冷却板5之间。第一导体层31与绝缘层6连接。在该实施例的范围内，在绝缘层6与冷却板5之间布置有导电的、优选未经结构化的第二导体层8，该第二导电层与绝缘层6连接。绝缘层6优选以陶瓷体的形式存在。第一和第二导体层，即31和8以及绝缘层6一起优选由直接覆铜基底27(Direct Copper BondedSubstrat，DCB基底)构造而成。
在此处要指出的是，第一和第二导体层可以由单层或者也可以由多个上下叠加的层组成。因此，第一和第二导体层例如可以具有铜层，这些铜层具有单个或多个上下叠加的、例如由贵金属(例如银)或由贵金属化合物制成的覆层，这些覆层可以用作增附剂涂层和/或保护层。
冷却板5可以在它的朝向功率半导体器件9的侧上利用单个的或多个上下叠加的层进行涂覆，这些层例如各自用作增附剂涂层和/或保护层和/或用于降低：在绝缘层6与冷却板5之间的、在温度发生变化时由于绝缘层6和冷却板5的不同的热膨胀系数而可能会出现的机械应力。在该实施例的范围内，冷却板5在它的朝向绝缘层6的侧上利用铜层12进行涂覆，该铜层可以再例如以覆层，特别是贵金属覆层(例如银)进行涂覆。铜层12布置在冷却板5与绝缘层6之间，并且尤其是在冷却板与第二导体层8之间。第二导体层8与冷却板5优选经由钎焊层或烧结金属层直接地或(假如冷却板在它的朝向功率半导体器件的侧上以单层或多个上下叠加的层进行涂覆时)间接地连接。第二导体层8在该实施例的范围内经由钎焊层或烧结金属层与铜层12连接。
此外，在该实施例的范围内，功率半导体器件9和载荷电流连接元件DC+、DC-和AC经由键合线和/或复合薄膜彼此导电连接，为了便于概览，键合线和/或复合薄膜在图3中没有示出。
为了便于概览，在图3中没有示出钎焊层或烧结金属层。此外要指出的是，这些层的厚度和功率半导体器件的厚度不是按比例示出的。
此处要指出的是，冷却板也可以以绝缘金属基底(Insulated MetalSubstrat，IMS)的铝材体的形式存在。
像在实施例中，冷却板5可以在它的背离功率半导体器件9的侧B上具有冷却叶片或冷却针19。此外，为了将冷却板安装到冷却体上，冷却板5可以具有贯通孔。
功率半导体模块3优选具有遮盖功率半导体器件9和基底27的模块壳体10，其中，模块壳体10具有缺口，载荷电流连接元件DC+、DC-和AC引导穿过这些缺口。
此外，如已所述，功率半导体装置1具有导电的载荷电流联接元件7，其在该实施例的范围内用于将功率半导体模块3联接到外部的电导体，如例如汇流排或电缆上。图1和图2示出了载荷电流联接元件7与载荷电流连接元件AC导电连接的视图。在图4至图6中以不同视图示出了载荷电流联接元件7。
载荷电流联接元件7在载荷电流联接元件7的第一端部区域11上具有第一接触面14和弹性接触舌15。为了使载荷电流联接元件7与载荷电流连接元件AC连接，将载荷电流联接元件7的布置在第一端部区域11上的部分从上方按压到载荷电流连接元件AC上。在这里，接触舌15被向上弯起，并且压向载荷电流联接元件7的第一接触面14的方向。在将载荷电流联接元件7按压到载荷电流连接元件AC上之后，在接触舌15与第一接触面14之间布置有载荷电流连接元件AC的第一区段17。接触舌15将压力D(见图1，其中，在附图标记D下面的箭头说明了压力方向)施加到载荷电流连接元件AC的第一区段17上，并使载荷电流连接元件AC的第一区段17压向载荷电流联接元件7的第一接触面14。
接触舌15优选各自具有棱边20，其中，载荷电流连接元件AC的第一区段17布置在接触舌15的棱边20与第一接触面14之间，其中，接触舌15将压力D施加到载荷电流连接元件AC的第一区段17上，且棱边20使载荷电流连接元件AC的第一区段17压向载荷电流联接元件7的第一接触面14，其中，棱边20压入到载荷电流连接元件AC的第一区段17中。由此获到了在载荷电流联接元件7与载荷电流连接元件AC之间特别长期可靠的、抗振动的和耐温度变化的导电接触。
载荷电流联接元件7在该实施例的范围内具有与载荷电流联接元件7的第一接触面14隔开地并且与接触舌15隔开地布置的横挡元件16，其中，载荷电流连接元件AC布置在载荷电流联接元件7的第一接触面14与横挡元件16之间，其中，横挡元件16与载荷电流联接元件7的第一接触面14一起构造出用于载荷电流连接元件AC的引导部19。横挡元件16具有到载荷电流联接元件7的第一接触面14的距离a和到接触舌15的距离b。距离a在此如此定尺寸，使得距离a等于或稍微大于载荷电流连接元件AC的第一区段17的材料的厚度。横挡元件16优选垂直于第一接触面14延伸。
载荷电流联接元件7优选在载荷电流联接元件7的第二端部区域18具有第二接触面20，贯通孔21优选延伸穿过第二接触面。第二接触面20用于使载荷电流联接元件7与外部的电导体(如例如汇流排或电缆)电接触，其中，外部的电导体优选借助延伸穿过贯通孔21的螺丝连接与载荷电流联接元件7连接。
载荷电流联接元件7优选一件式地构造，并以经多次弯折的板材的形式存在。载荷电流联接元件7或者说板材可以例如由铜制成。
在此要指出的是，以类似的方式借助载荷电流联接元件，也可以使载荷电流连接元件DC+、DC-与相应的外部的电导体连接。
另外要指出的是，根据本发明的功率半导体装置可以仅具有单个的第一接触面和/或仅具有单个的接触舌和/或仅具有单个的横挡元件。

Claims (7)

1.一种功率半导体装置，其具有功率半导体模块(3)和导电的载荷电流联接元件(7)，其中，所述功率半导体模块(3)具有布置在导电的、经结构化的导体层(31)上的功率半导体器件(9)，其中，在所述导体层(31)上布置有导电的载荷电流连接元件(AC)，其中，所述载荷电流联接元件(7)在所述载荷电流联接元件(7)的第一端部区域(11)上具有第一接触面(14)和弹性的接触舌(15)，其中，在所述接触舌(15)与所述载荷电流联接元件(7)的第一接触面(14)之间布置有所述载荷电流连接元件(AC)的第一区段(17)，其中，所述接触舌(15)将压力施加到所述载荷电流连接元件(AC)的第一区段(17)上，并使所述载荷电流连接元件(AC)的第一区段(17)压向所述载荷电流联接元件(7)的第一接触面(14)。
2.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于，所述接触舌(15)具有棱边(20)，其中，所述载荷电流连接元件(AC)的第一区段(17)布置在所述棱边(20)与所述载荷电流联接元件(7)的第一接触面(14)之间，其中，所述接触舌(15)将压力施加到所述载荷电流连接元件(AC)的第一区段(17)上，且所述棱边(20)将所述载荷电流连接元件(AC)的第一区段(17)压向所述载荷电流联接元件(7)的第一接触面(14)，其中，所述棱边(20)压入到所述载荷电流连接元件(AC)的第一区段(17)中。
3.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，所述载荷电流联接元件(7)具有与所述载荷电流联接元件(7)的第一接触面(14)隔开地并且与所述接触舌(15)隔开地布置的横挡元件(16)，其中，所述载荷电流连接元件(AC)布置在所述载荷电流联接元件(7)的第一接触面(14)与所述横挡元件(16)之间，其中，所述横挡元件(16)与所述载荷电流联接元件(7)的第一接触面(14)一起构造出用于所述载荷电流连接元件(AC)的引导部(19)。
4.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，所述载荷电流联接元件(7)在第二端部区域(18)上具有第二接触面(20)。
5.根据权利要求4所述的功率半导体装置，其特征在于，贯通孔延伸穿过所述第二接触面(20)。
6.根据权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于，所述载荷电流联接元件(7)一件式地构造。
7.根据权利要求6所述的功率半导体装置，其特征在于，所述载荷电流联接元件(7)以经多次弯折的板材的形式存在。
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