CN115346950A - 具有基底、功率半导体构件和直流电压联接装置的功率半导体模块 - Google Patents

具有基底、功率半导体构件和直流电压联接装置的功率半导体模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有基底、功率半导体构件和直流电压联接装置的功率半导体模块，基底具有不导电的绝缘层和布置在绝缘层上的被结构化成导体迹线的第一金属层；功率半导体构件布置在第一金属层上并与第一金属层导电连接；直流电压联接装置具有布置在功率半导体模块的端部区域上的第一、第二和第三扁平导体联接元件，它们与第一金属层导电连接，其中，在功率半导体模块运行中，第一和第二扁平导体联接元件具有第一电极性并在第一平面上延伸，而第三扁平导体联接元件具有第二电极性并在第二平面上延伸，第一和第二平面的法线方向一致，其中，第三扁平导体联接元件在第一平面的法线方向上的投影布置在第一和第二扁平导体联接元件之间。

Description

具有基底、功率半导体构件和直流电压联接装置的功率半导 体模块
技术领域
本发明涉及功率半导体模块，其具有：基底，基底具有不导电的绝缘层和布置在绝缘层上的被结构化成导体迹线的第一金属层；布置在第一金属层上并与第一金属层导电连接的功率半导体构件；和直流电压联接装置。
背景技术
在这种功率半导体模块中，所存在的在技术上的要求是：直流电压联接装置尽可能构造成使得能够实现该功率半导体模块与外部电装置、尤其是与直流电压母线的低电感的导电连接。
由DE 10 2017 109 706 B3已知一种功率半导体模块，其直流电压联接装置具有第一和第二扁平导体联接元件，在它们之间布置有不导电的绝缘层。
发明内容
本发明的任务是提供一种功率半导体模块，它的直流电压联接装置能够实现功率半导体模块与外部电装置、尤其是与直流电压母线的低电感的导电连接。
该任务通过一种功率半导体模块来解决，该功率半导体模块具有：基底，基底具有不导电的绝缘层和布置在绝缘层上的被结构化成导体迹线的第一金属层；布置在第一金属层上并与第一金属层导电连接的功率半导体构件；和直流电压联接装置，直流电压联接装置具有布置在功率半导体模块的端部区域上的第一、第二和第三扁平导体联接元件，这些扁平导体联接元件与第一金属层导电连接，其中，在功率半导体模块运行中，第一和第二扁平导体联接元件具有第一电极性，而第三扁平导体联接元件具有第二电极性，其中，第一和第二扁平导体联接元件在第一平面上延伸，并且第三扁平导体联接元件在第二平面上延伸，其中，第一和第二平面的法线方向一致，其中，第三扁平导体联接元件在第一平面的法线方向上的投影布置在第一和第二扁平导体联接元件之间。
被证实有利的是，第二平面在第一平面的法线方向上与第一平面间隔开地布置。由此，可以以简单方式将直流电压母线(该直流电压母线的扁平导体与扁平导体联接元件相比具有更大厚度)与直流电压联接装置导电接触。
就这方面来说被证实有利的是，第二平面布置在第一平面之上，这是因为于是可以特别容易将直流电压母线(该直流电压母线的扁平导体与扁平导体联接元件相比具有更大厚度)与直流电压联接装置导电接触。
此外被证实有利的是，直流电压联接装置具有在第一平面上在第一和第二扁平导体联接元件之间延伸的扁平导体连接元件，该扁平导体连接元件将第一和第二扁平导体联接元件彼此导电连接。由此，直流电压联接装置具有特别低的电感。
就这方面来说被证实有利的是，第一和第二扁平导体联接元件和扁平导体连接元件彼此一体式地构成。由此，第一和第二扁平导体联接元件和扁平导体连接元件被特别简单地构成。此外，由此使得直流电压联接装置在机械上特别稳定地构成。
此外被证实有利的是，在扁平导体连接元件与第三扁平导体联接元件之间布置有不导电的绝缘层。由此提高了直流电压联接装置的绝缘强度。
就这方面来说被证实有利的是，绝缘层由塑料、尤其是由聚酰亚胺、乙烯-四氟乙烯共聚物或液晶聚合物构成并且具有优选为50μm至500μm、尤其优选为75μm至150μm的厚度。由此使直流电压联接装置具有很高的绝缘强度。
此外被证实有利的是，扁平导体连接元件被构造为金属膜或金属片并且具有优选为300μm至2000μm、尤其优选为500μm至1500μm的厚度。由此，直流电压联接装置具有特别低的电感。
此外被证实有利的是，第一、第二和第三扁平导体联接元件分别构造为金属膜或金属片并且分别具有优选为300μm至2000μm、尤其优选为500μm至1500μm的厚度。由此，直流电压联接装置具有特别低的电感。
此外被证实有利的是，各自的扁平导体联接元件在共同的垂直于绝缘层的法线方向延伸的方向上从基底延伸离开。由此可以以简单的方式和方法将直流电压母线与直流电压联接装置导电接触。
此外，具有根据本发明的功率半导体模块和直流电压母线的功率电子组件被证实是有利的，直流电压母线具有第一和第二扁平导体以及布置在第一和第二扁平导体之间的不导电的绝缘层，其中，第一扁平导体具有第一和第二扁平导体联接端，第二扁平导体具有第三扁平导体联接端，其中，第一扁平导体联接端与第一扁平导体联接元件导电接触，第二扁平导体联接端与第二扁平导体联接元件导电接触，第三扁平导体联接端与第三扁平导体联接元件导电接触，尤其是借助各自的焊接或压力连接来导电接触。
就这方面被证实有利的是，第一扁平导体联接端的厚度大于第一扁平导体联接元件的厚度，并且第二扁平导体联接端的厚度大于第二扁平导体联接元件的厚度，并且第三扁平导体联接端的厚度大于第三扁平导体联接元件的厚度。当多个功率半导体模块与共同的直流电压母线进行电连接时，这些扁平导体必须具有高的电流承载能力，并因此通常与功率半导体模块的扁平导体联接元件相比具有更大厚度，这能够通过直流电压联接装置的机械结构来以简单的方式和方法来实现。
附图说明
下文将参照下面的附图解释本发明的实施例。其中：
图1示出根据本发明的功率半导体模块的透视图；
图2示出图1的详细视图；
图3示出图2的剖视图；
图4示出具有根据本发明的功率半导体模块和与功率半导体模块导电连接的直流电压母线的功率电子组件；并且
图5示出图4的剖视图。
具体实施方式
图1中示出了根据本发明的功率半导体模块1的透视图。图2中示出图1的详细视图，并且图3中示出图2的剖视图。
根据本发明的功率半导体模块1具有基底5，基底具有不导电的绝缘层5a和布置在绝缘层5a上的被结构化成导体迹线5ba、5bb、5bc、5bd的第一金属层5b。基底5可以具有第二金属层5c，第二金属层布置在绝缘层5a的与第一金属层5b背对的一侧上。例如，绝缘层5a可以构造为陶瓷板。基底5例如可以构造为直接敷铜基底(DCB基底)、构造为活性金属钎焊基底(AMB基底)或绝缘金属基底(IMS)。
功率半导体模块1还具有布置在第一金属层5b上并与第一金属层5b导电连接的功率半导体构件6。功率半导体构件6经由为了清楚起见在图中没有示出的布置在功率半导体构件6与第一金属层5b之间的各自的烧结或焊接层与第一金属层5b导电接触。各自的功率半导体构件6优选以功率半导体开关的形式，尤其是以晶体管(如IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)或MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管))或晶闸管或二极管的形式存在。在实施例中，功率半导体构件6的背离基底5的电联接面借助导电的复合膜按照电路方式彼此间导电连接并与基底5导电连接，为了清楚起见，这图中没有示出。
功率半导体模块1还具有直流电压联接装置2，其具有布置在功率半导体模块1的端部区域E上的第一、第二和第三扁平导体联接元件7、8和9，这些扁平导体联接元件与第一金属层5b导电连接。直流电压联接装置2被用于将功率半导体模块1与外部装置、尤其是直流电压母线13(见图4和图5)进行直流电压联接。在该实施例的范围内，第一扁平导体联接元件7经由导电的第一连接元件17与第一金属层5b导电连接、第二扁平导体联接元件8经由导电的第二连接元件18与第一金属层5b导电连接，并且第三扁平导体联接元件9经由导电的第三连接元件19与第一金属层5b导电连接。
在功率半导体模块1的运行中，第一和第二扁平导体联接元件7和8具有第一电极性，而第三扁平导体联接元件9具有第二电极性。第一极性可以是正的，并且第二极性可以是负的，或者反之亦然。
第一和第二扁平导体联接元件7和8在第一平面E1上延伸，而第三扁平导体联接元件9在第二平面E2上延伸，其中，第一和第二平面E1和E2的法线方向N1和N2一致。第三扁平导体联接元件9在第一平面E1的法线方向N1上的投影布置在第一和第二扁平导体联接元件7和8之间。
通过第一、第二和第三扁平导体联接元件7、8和9的这种几何布置，直流电压联接装置2能够实现将功率半导体模块1与外部电装置、尤其是与直流电压母线13低电感地导电连接。
第二平面E2优选如在实施例中那样在第一平面E1的法线方向N1上与第一平面E1间隔开地布置。第二平面E2优选布置在第一平面E1之上，从而第二平面E2比第一平面E1更远离基底5。
直流电压联接装置2优选具有在第一平面E1上在第一和第二扁平导体联接元件7和8之间延伸的扁平导体连接元件10，该扁平导体连接元件将第一和第二扁平导体联接元件7和8彼此导电连接。第三扁平导体联接元件9在第一平面E1的法线方向N1上相对扁平导体连接元件10对齐布置。第一和第二扁平导体联接元件7、8和扁平导体连接元件10如在实施例中那样优选彼此一体式地构成。在图1和图2中，扁平导体联接元件7、8和扁平导体连接元件10通过两个虚线示出的分隔线被彼此划界地示出。
在扁平导体连接元件10与第三扁平导体联接元件9之间优选布置有不导电的绝缘层11。绝缘层11优选由塑料、尤其是聚酰亚胺、乙烯-四氟乙烯共聚物或液晶聚合物构成并且具有优选为50μm至500μm、尤其优选为75μm至150μm的厚度。
第一、第二和第三扁平导体联接元件7、8和9优选分别构造为金属膜或金属片并且分别具有优选为300μm至2000μm、尤其优选为500μm至1500μm的厚度D1、D2、D3。
在该实施例的范围内，各自的扁平导体联接元件7、8或9在共同的垂直于绝缘层5a的法线方向N3延伸的方向上从基底5延伸离开。
功率半导体模块1还具有交流联接装置20，交流联接装置具有布置在功率半导体模块1的另外的端部区域上的第四扁平导体联接元件21，第四扁平导体联接元件与第一金属层5b导电连接。交流联接装置20被用于将功率半导体模块1与另外的外部装置、尤其是电动马达进行交流电压联接。
在图4和图5中示例性地示出功率电子组件12，其具有根据本发明的功率半导体模块1和与功率半导体模块1导电连接的直流电压母线13。
直流电压母线13具有第一和第二扁平导体14和15和布置在第一和第二扁平导体14和15之间的不导电的绝缘层16。第一扁平导体14具有第一和第二扁平导体联接端14a和14b，并且第二扁平导体15具有第三扁平导体联接端15a。第一扁平导体联接端14a与第一扁平导体联接元件7导电接触，第二扁平导体联接端14b与第二扁平导体联接元件8导电接触，并且第三扁平导体联接端15a与第三扁平导体联接元件9导电接触，尤其是借助各自的焊接或压力连接来导电接触。
第一扁平导体联接端14a的厚度D5优选大于第一扁平导体联接元件7的厚度D1。第二扁平导体联接端14b的厚度D6优选大于第二扁平导体联接元件8的厚度D2。第三扁平导体联接端15a的厚度D7优选大于第三扁平导体联接元件9的厚度D3。当多个功率半导体模块1与共同的直流电压母线13进行电连接时，这些扁平导体必须具有较高的电流承载能力，并且因此通常与功率半导体模块1的扁平导体联接元件7、8和9相比具有更大厚度。由于在功率半导体模块1的直流电压联接装置2中第一和第二扁平导体联接元件7和8与第三扁平导体联接元件9之间的在第一平面E1的法线方向N1上的距离A或扁平导体连接元件10与第三扁平导体联接元件9之间的在第一平面E1的法线方向N1上的距离A(见图5)可以很容易地通过设计来改变，使得功率半导体模块1可以在其制造过程中不需要很大耗费的情况下与直流电压母线13的扁平导体的所需厚度相匹配。扁平导体越厚，在制造功率半导体模块1时就越大地选择或实施距离A。替选或附加地，第三扁平导体联接端15a可以具有向下延伸到第三扁平导体联接元件9上并与第三扁平导体联接元件9导电接触的弯头。

Claims (12)

1.功率半导体模块，所述功率半导体模块具有：基底(5)，所述基底具有不导电的绝缘层(5a)和布置在所述绝缘层(5a)上的被结构化成导体迹线(5ba、5bb、5bc、5bd)的第一金属层(5b)；布置在所述第一金属层(5b)上并与所述第一金属层(5b)导电连接的功率半导体构件(6)；和直流电压联接装置(2)，所述直流电压联接装置具有布置在所述功率半导体模块(1)的端部区域(E)上的第一、第二和第三扁平导体联接元件(7、8、9)，所述第一、第二和第三扁平导体联接元件与所述第一金属层(5b)导电连接，其中，在所述功率半导体模块(1)的运行中，第一和第二扁平导体联接元件(7、8)具有第一电极性，而第三扁平导体联接元件(9)具有第二电极性，其中，所述第一和第二扁平导体联接元件(7、8)在第一平面(E1)上延伸，并且所述第三扁平导体联接元件(9)在第二平面(E2)上延伸，其中，第一和第二平面(E1、E2)的法线方向(N1、N2)一致，其中，所述第三扁平导体联接元件(9)在所述第一平面(E1)的法线方向(N1)上的投影布置在所述第一和第二扁平导体联接元件(7、8)之间。
2.根据权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第二平面(E2)在所述第一平面(E1)的法线方向(N1)上与所述第一平面(E1)间隔开地布置。
3.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第二平面(E2)布置在所述第一平面(E1)之上。
4.根据权利要求2所述的功率半导体模块，其特征在于，所述直流电压联接装置(2)具有在所述第一平面(E1)上在所述第一和第二扁平导体联接元件(7、8)之间延伸的扁平导体连接元件(10)，所述扁平导体连接元件将所述第一和第二扁平导体联接元件(7、8)彼此导电连接。
5.根据权利要求4所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第一和第二扁平导体联接元件(7、8)和所述扁平导体连接元件(10)彼此一体式地构成。
6.根据权利要求4所述的功率半导体模块，其特征在于，在所述扁平导体连接元件(10)与所述第三扁平导体联接元件(9)之间布置有不导电的绝缘层(11)。
7.根据权利要求6所述的功率半导体模块，其特征在于，所述绝缘层(11)由塑料、尤其是由聚酰亚胺、乙烯-四氟乙烯共聚物或液晶聚合物构成并且具有优选为50μm至500μm、尤其优选为75μm至150μm的厚度。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述扁平导体连接元件(10)构造为金属膜或金属片并且具有优选为300μm至2000μm，尤其优选为500μm至1500μm的厚度(D4)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，所述第一、第二和第三扁平导体联接元件(7、8、9)分别构造为金属膜或金属片并且分别具有优选为300μm至2000μm、尤其优选为500μm至1500μm的厚度(D1、D2、D3)。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的功率半导体模块，其特征在于，各自的扁平导体联接元件(7、8、9)在共同的垂直于所述绝缘层(5a)的法线方向(N3)延伸的方向上从基底(5)延伸离开。
11.功率电子组件，所述功率电子组件具有根据权利要求1至10中任一项所述的功率半导体模块(1)和直流电压母线(13)，所述直流电压母线具有第一和第二扁平导体(14、15)和布置在所述第一和第二扁平导体(14，15)之间的不导电的绝缘层(16)，其中，第一扁平导体(14)具有第一和第二扁平导体联接端(14a、14b)，并且第二扁平导体(15)具有第三扁平导体联接端(15a)，其中，第一扁平导体联接端(14a)与第一扁平导体联接元件(7)导电接触，并且第二扁平导体联接端(14b)与第二扁平导体联接元件(8)导电接触，并且第三扁平导体联接端(15a)与第三扁平导体联接元件(9)导电接触，尤其是借助各自的焊接或压力连接来导电接触。
12.根据权利要求11的所述功率电子组件，其特征在于，所述第一扁平导体联接端(14a)的厚度(D5)大于所述第一扁平导体联接元件(7)的厚度(D1)，并且所述第二扁平导体联接端(14b)的厚度(D6)大于所述第二扁平导体联接元件(8)的厚度(D2)，并且所述第三扁平导体联接端(15a)的厚度(D7)大于所述第三扁平导体联接元件(9)的厚度(D3)。
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