本發(fā)明描述了一種功率電子子模塊，其包括可形成殼體的兩部分式絕緣材料主體。該子模塊憑借下述事實(shí)可形成功率半導(dǎo)體模塊或功率電子系統(tǒng)的基本單元，所述事實(shí)即所述子模塊通過(guò)自身或與另外的、優(yōu)選相同的子模塊結(jié)合來(lái)形成功率半導(dǎo)體模塊或功率電子系統(tǒng)的基本功率電子構(gòu)件塊。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在DE 10 2013 104 949B3中，公開了一種開關(guān)裝置，其包括基材、功率半導(dǎo)體組件、連接裝置、負(fù)載端子裝置和壓力裝置。在這種情況下，基材具有電絕緣的導(dǎo)體軌道，其中功率半導(dǎo)體組件布置在導(dǎo)體軌道上。連接裝置被實(shí)施為膜復(fù)合體，其包括導(dǎo)電膜和電絕緣膜，并具有第一主表面和第二主表面。所述開關(guān)裝置從而在內(nèi)部以符合電路的方式連接。壓力裝置具有壓力元件，所述壓力元件具有第一切除部，布置有從所述第一切除部突出的壓力元件，其中壓力元件按壓到膜復(fù)合體的第二主表面的部段上，并且在這種情況下，所述部段布置在功率半導(dǎo)體組件的沿著垂直于功率半導(dǎo)體組件的方向突出的區(qū)域內(nèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于有關(guān)所引用的現(xiàn)有技術(shù)的知識(shí)，本發(fā)明的目的是提出一種功率電子子模塊，其中所述子模塊能夠以簡(jiǎn)單的方式使用，并作為基本單元允許獲得功率半導(dǎo)體模塊或功率電子系統(tǒng)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的功率電子子模塊被實(shí)施為包括基材，包括布置在基材上的功率半導(dǎo)體組件，包括連接裝置，包括端子裝置以及包括絕緣材料主體。在這種情況下，基材具有彼此電絕緣的導(dǎo)體軌道，其中所述功率半導(dǎo)體組件布置在導(dǎo)體軌道上并且導(dǎo)電地連接到所述導(dǎo)體軌道。連接裝置被實(shí)施為膜復(fù)合體，其包括導(dǎo)電膜和電絕緣膜，從而形成面向功率半導(dǎo)體組件和基材的第一主表面以及與所述第一主表面相反的第二主表面，其中所述子模塊通過(guò)連接裝置在內(nèi)部以符合電路的方式連接。絕緣材料主體具有第一部分主體，其連接到所述基材的邊緣，并且還具有適于端子元件的第一切除部。絕緣材料主體類似地具有第二部分主體，其被實(shí)施為壓力主體并且具有第二切除部，布置有從所述第二切除部突出的壓力元件。第一部分主體連接到第二部分主體以使得所述第二部分主體布置成能夠在基材的方向上相對(duì)于所述第一部分主體移動(dòng)，以便通過(guò)壓力元件按壓到膜復(fù)合體的第二主表面的部段上，其中所述部段布置在功率半導(dǎo)體組件的沿著垂直于功率半導(dǎo)體組件的方向突出的區(qū)域內(nèi)。

不言而喻的是，除非本身被排除在外，否則以單數(shù)提及的特征，特別是功率半導(dǎo)體模塊和與其相應(yīng)的壓力元件，以及在本領(lǐng)域內(nèi)作為常規(guī)的負(fù)載端子元件，可在根據(jù)本發(fā)明的子模塊內(nèi)以復(fù)數(shù)存在。

優(yōu)選的是所述第一部分主體部分地或完全地連接到基材的邊緣，優(yōu)選以粘結(jié)的方式、優(yōu)選通過(guò)粘合劑連接而連接到基材的邊緣。

特別有利的是，第一部分主體和第二部分主體實(shí)施為一體。

進(jìn)一步有利的是，第一部分主體和第二部分主體通過(guò)彈性中間主體、特別是通過(guò)彈性凸耳連接到彼此。

優(yōu)選地，絕緣材料主體由耐高溫的熱塑性材料、特別是聚苯硫醚構(gòu)成，以及壓力元件由硅橡膠、特別是交聯(lián)的液體硅膠構(gòu)成。

還優(yōu)選的是，優(yōu)選扁平的金屬主體布置在第二部分主體的背離基材的一側(cè)上。在這種情況下，金屬主體可以力鎖定的方式(優(yōu)選通過(guò)閂鎖連接)或可以粘結(jié)的方式(優(yōu)選通過(guò)粘合劑連接)而連接到所述第二部分主體。

有利的是，端子裝置被實(shí)施為膜部段從而作為連接裝置的一部分。

有利的是，端子裝置可被實(shí)施為負(fù)載端子裝置和/或被實(shí)施為輔助端子裝置。負(fù)載和輔助端子裝置同樣可存在于所述子模塊內(nèi)。

所述端子裝置之一可被實(shí)施為接觸彈簧，并且可以力鎖定和導(dǎo)電的方式連接到基材或連接裝置。

所述端子裝置之一可被實(shí)施為壓配合接觸件，并且可以粘結(jié)和導(dǎo)電的方式連接到基材或連接裝置。

所述端子裝置之一可被實(shí)施為金屬成型的主體，并且可以力鎖定的方式、優(yōu)選以壓力接觸的方式或以粘結(jié)的方式連接到基材或連接裝置，并且上述方式在每種情況下都是導(dǎo)電的方式，優(yōu)選通過(guò)燒結(jié)連接或通過(guò)焊接連接進(jìn)行。在其中存在力鎖定連接的情況下，將力引入到金屬成型主體上可優(yōu)選通過(guò)第二部分主體來(lái)實(shí)現(xiàn)。

不言而喻的是，本發(fā)明的不同構(gòu)造可以單獨(dú)的方式或以任意組合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)以便獲得改進(jìn)。具體地，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，在此處和下文所提及和解釋說(shuō)明的特征不僅可以所示的組合方式使用，而且可以其它組合方式使用，或自身單獨(dú)使用。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的進(jìn)一步的闡明、有利細(xì)節(jié)和特征從如圖1至圖4中所示的根據(jù)本發(fā)明布置的示例性實(shí)施例或其部分的以下描述是顯明的。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的子模塊的第一構(gòu)造。

圖2示出具有根據(jù)本發(fā)明的子模塊的第二構(gòu)造的裝置。

圖3和圖4示出根據(jù)本發(fā)明的子模塊的第三構(gòu)造的三維視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的子模塊1的第一構(gòu)造。該圖示出從原則上而言在本領(lǐng)域內(nèi)作為常規(guī)實(shí)施的基材2，并且包括絕緣材料主體20和導(dǎo)體軌道22，導(dǎo)體軌道22布置在絕緣材料主體20上并且分別彼此電絕緣，子模塊1的所述導(dǎo)體軌道具有不同的電位，特別是負(fù)載電位，并且還具有輔助電位，特別是開關(guān)和測(cè)量電位。在此處具體示出具有負(fù)載電位的三個(gè)導(dǎo)體軌道22，這諸如是典型的半橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

相應(yīng)的功率半導(dǎo)體組件24布置在兩個(gè)導(dǎo)體軌道22上，該功率半導(dǎo)體組件可如本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的那樣被實(shí)施為功率二極管或被實(shí)施為開關(guān)，例如被實(shí)施為MOS-FET或IGBT。相應(yīng)的功率半導(dǎo)體組件24如本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的那樣導(dǎo)電地連接到所述導(dǎo)體軌道22的所分配的一個(gè)導(dǎo)體軌道，優(yōu)選通過(guò)燒結(jié)連接。

子模塊1的內(nèi)部連接通過(guò)連接裝置3形成，所述連接裝置3由膜復(fù)合體制成，所述膜復(fù)合體具有交替的導(dǎo)電膜30、34和電絕緣膜32。在此，膜復(fù)合體正好具有兩個(gè)導(dǎo)電膜和布置在其間的一個(gè)絕緣膜。在這種情況下，膜復(fù)合體3的面向基材2的表面300形成第一主表面，而相反的表面形成第二主表面340。具體地，連接裝置3的導(dǎo)電膜30、34為固有結(jié)構(gòu)，因此形成彼此電絕緣的導(dǎo)體軌道部段。所述導(dǎo)體軌道部段具體地將相應(yīng)的功率半導(dǎo)體組件24、更確切地是其在背離基材2的一側(cè)上的接觸區(qū)域，連接到基材的導(dǎo)體軌道22。在一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)造中，導(dǎo)體軌道部段通過(guò)燒結(jié)連接粘結(jié)地連接到所述接觸區(qū)域。不言而喻的是，功率半導(dǎo)體組件24之間以及基材2的導(dǎo)體軌道22之間的連接也可以相同的方式形成。

對(duì)于外部電氣鏈路而言，子模塊1具有負(fù)載和輔助端子元件4，在此只示出了一個(gè)輔助端子元件42。所述輔助端子元件42純粹通過(guò)示例的方式被實(shí)施為接觸彈簧，其以力鎖定的方式通過(guò)接觸腳而連接到基材2的導(dǎo)體軌道22。從原則上而言，連接裝置3本身的部分也可被實(shí)施為負(fù)載或輔助端子元件。負(fù)載端子元件(未示出)此外可如本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的那樣實(shí)施。

示出一個(gè)輔助端子元件42，并且有利的是還有另外的輔助端子元件(未示出)和負(fù)載端子元件(也未示出)布置在被實(shí)施為殼體或部分殼體的絕緣材料主體5的切除部524內(nèi)，并且如果合適的話也以固定在其位置下的方式或可移動(dòng)但被束縛的方式被安裝在該處。

絕緣材料主體5本身在此被一體地實(shí)施為第一部分主體52以及第二部分主體54，所述第一部分主體52通過(guò)粘合劑連接而連接到基材2的邊緣26，所述第二部分主體54布置成可相對(duì)于第一部分主體52以及因而也相對(duì)于基材2移動(dòng)。為了形成可移動(dòng)的布置，絕緣材料主體5具有兩個(gè)中間主體58，在此被實(shí)施為凸耳。所述凸耳具有S形的走向，其允許第二部分主體54相對(duì)于第一部分主體52移動(dòng)，特別是在垂直于基材2的方向上。

所述第二部分主體54在其面向基材2的一側(cè)上具有切除部546以及布置在所述切除部546中并稍微突出的壓力元件56。所述壓力元件設(shè)置成在壓力已經(jīng)施加到第二部分主體54上之后按壓到連接裝置3的第二表面340的部段上，參照關(guān)于圖2的描述。所述部段分別與下方布置的功率半導(dǎo)體組件24對(duì)準(zhǔn)。第二部分主體54被具體實(shí)施為剛性的，以便能夠?qū)⒁氲狡渖系膲毫鶆虻貍鬟f到壓力元件56。為此目的以及針對(duì)在開關(guān)裝置的操作過(guò)程中熱負(fù)載的背景狀況，第二部分主體54由耐高溫的熱塑性材料、特別是聚苯硫醚構(gòu)成。壓力元件56在操作期間必須能夠施加大致恒定的壓力并且在這種情況下特別是在不同的溫度下亦如此。為此目的，壓力元件56由硅橡膠構(gòu)成，特別是所謂的交聯(lián)的液體硅膠，也被稱為液體硅橡膠(LSR，Liquid Silicone Rubber)，具有20至70、優(yōu)選30至40的肖氏A硬度。這通過(guò)雙組分注塑成型方法布置在第二部分主體54內(nèi)。

所述第二部分主體54還具有扁平的金屬主體540，在這種情況下在不限制一般性的情況下，所述金屬主體540布置在背離基材一側(cè)的另一切除部?jī)?nèi)。

在無(wú)負(fù)載的狀態(tài)下，即在第二部分主體54上沒(méi)有壓力的狀態(tài)下，后者即第二部分主體54以及因此特別還有壓力元件56通過(guò)布置的功率半導(dǎo)體組件24并通過(guò)連接裝置3與基材2間隔開。

圖2以分解視圖示出具有根據(jù)本發(fā)明的子模塊1的第二構(gòu)造的布置。在此該圖示出子模塊1，其與根據(jù)圖1所示的不同之處在于：輔助端子元件的不同構(gòu)造，在此輔助端子元件被實(shí)施為壓力配合接觸件44；不存在第二部分主體54的金屬主體；以及連接裝置3的背離基材2的表面上的附加涂層36。所述涂層36在一方面可被實(shí)施為灌封(potting)，或在另一方面被實(shí)施為附加的膜，并特別是用于防潮保護(hù)。所述涂層在此屬于連接單元3本身，使得涂層的表面從而形成連接裝置3的表面340。

在該布置中還示出如本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的用于從子模塊1的功率半導(dǎo)體組件24散熱的冷卻裝置6。為此目的，子模塊1布置在冷卻裝置6的表面上，其中為此目的，如在本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的那樣，導(dǎo)熱膏60布置在基材2和冷卻裝置6之間。僅僅通過(guò)示例而不限制一般性的方式，冷卻裝置6在此被實(shí)施為空氣冷卻裝置。

還純粹示意性地示出壓力引入裝置7，它將壓力引入到第二部分主體54的背離基材2的表面上。作為這種壓力引入的結(jié)果，第二部分主體54相對(duì)于第一部分主體受到按壓，第一部分主體連接到基材2的邊緣26，因此在垂直于基材2的方向上、在基材2的方向上相對(duì)于基材不可移動(dòng)。因此，壓力元件56被按壓到連接裝置3的表面340的與功率半導(dǎo)體組件24對(duì)準(zhǔn)的部段342上。優(yōu)選地，還如圖所示，連接裝置3的壓力引入到其上的部段342不與相應(yīng)對(duì)準(zhǔn)的功率半導(dǎo)體組件24突出的區(qū)域240重疊。

圖3和圖4示出根據(jù)本發(fā)明的子模塊1的第三構(gòu)造的三維視圖，其中圖3完全示出子模塊，但沒(méi)有負(fù)載端子元件，而圖4示出通過(guò)子模塊的剖面圖。

附圖首先示出基本上如本領(lǐng)域中常規(guī)那樣的基材2，以及布置的功率半導(dǎo)體元件24和連接裝置3，如關(guān)于圖1所述的那樣，以便子模塊1的內(nèi)部的符合電路的連接。在這種情況下，連接裝置3覆蓋功率半導(dǎo)體組件24，使得后者不直接可見，而是布置在連接裝置的相應(yīng)的較大矩形部段的下方。在此布置有可從具有柵極引線344的矩形識(shí)別的四個(gè)IGBT，和與其反向并聯(lián)連接的從沒(méi)有柵極引線的矩形識(shí)別的兩個(gè)續(xù)流二極管，其共同形成半橋電路。

以與其間隔開的方式示出的是絕緣材料主體5，被一體地實(shí)施為第一部分主體52、第二部分主體54和連接所述部分主體的兩個(gè)中間主體56，所述中間主體在此進(jìn)而被實(shí)施為S形凸耳。第一部分主體52形成在基材2周圍的框架，使得第一部分主體52的下邊緣520定位在基材的邊緣26上，且有利地還通過(guò)粘合劑連接而連接在該處。此外，第一部分主體52還具有部分地覆蓋基材2的覆蓋區(qū)域。多個(gè)切除部524布置在所述覆蓋區(qū)域內(nèi)，端子元件布置在所述切除部?jī)?nèi)。負(fù)載端子元件40和輔助端子元件42在此如本領(lǐng)域內(nèi)常規(guī)的那樣設(shè)置，其中在圖3中僅示出輔助端子元件。

在圖4所示的負(fù)載端子元件4純粹通過(guò)示例的方式被實(shí)施為金屬成型主體，其通過(guò)接觸腳、有利地類似地通過(guò)焊接或燒結(jié)連接而粘結(jié)地連接到基材2的導(dǎo)體軌道22。

在基材2的方向上即在垂直于基材2的方向上可相對(duì)于第一部分主體移動(dòng)的第二部分主體54在其背離基材的一側(cè)上具有承載于其上的金屬主體540，該金屬主體通過(guò)閂鎖裝置58固定到第二部分主體54的絕緣主體上，所述閂鎖裝置58以不限制一般性的方式被實(shí)施為卡扣鉤(snap-action hook)和兩個(gè)止動(dòng)元件544。所述金屬主體540用于穩(wěn)定性和均勻的壓力分布。

圖4還示出第二部分主體54的壓力元件56，并且還有連接裝置3的部段342，連接裝置3的部段342被分配到所述壓力元件56之一，并且當(dāng)壓力施加到第二部分主體時(shí)所壓力元件將壓力引入到連接裝置3的部段342上。