[发明专利]包括衬底和压力装置的功率半导体模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种紧凑式压力接触的无底板的功率半导体模块，包 括一个框架式绝缘外壳，和至少一个衬底以及一个压力装置。

背景技术

如其例如在DE 197 19 703 A1中已知的功率半导体模块构成本发 明的一个出发点。按照现有技术，这种类型的功率半导体模块由一个 外壳与至少一个设置在其内的电绝缘的衬底组成，该衬底优选是用于 直接安装在冷却构件上的。上述衬底本身由一个绝缘材料体组成，它 包括大量位于其上的相互绝缘的结构化的金属连接导线以及位于其上 的并线路正确地与这些连接导线连接的功率半导体元件。此外，已知 的功率半导体模块具有用于外部的负荷接线和辅助接线的接线元件以 及内置的连接元件。

同样已知的是如其在DE 199 03 875 A1或者DE 101 27 947 C1中 所公开的压力接触的功率半导体模块。

在首先提到的专利文件中，功率半导体模块具有一个压力装置， 该压力装置由一个用于引导压力的稳定的压力元件组成，在此该压力 元件具有一个有利的重量与稳定性的比例，并且为此是作为一个带有 内置金属芯的塑料成型体设计的，并且此外具有电绝缘的绝缘套管。 此外，该压力装置具有一个用于蓄压的弹性缓冲垫元件，以及一个用 于将压力引导到衬底表面的单独区域上的桥元件。弹性缓冲垫元件在 此用于在不同的热载荷下以及在功率半导体模块的整个寿命周期中保 持恒定的压力比。上述桥元件优选构造为一个带有一个朝向缓冲垫元 件的表面的塑料成型体，许多压力指销从该表面出发向着衬底表面的 方向延伸。衬底借助于一个这种类型的压力装置优选被压到一个冷却 构件上，并且由此在衬底和冷却构件之间建立持续可靠的热传导。

在DE 101 27 947 C1中已知一种功率半导体模块，其中负荷接线 元件是这样构成的，即其按区段紧密相邻地垂直于衬底表面延伸并且 具有从那里出发的内部接触装置，该接触装置建立与印制导线的电接 触并且同时在衬底上施加压力，并且因此优选建立其对冷却构件的热 接触。压力在此是例如通过按照现有技术的上述装置被导入。

这里的不利影响是，在这样成型出的无底板的功率半导体模块中， 当内部接触装置与衬底的印制导线导入压力地触点接通时，电绝缘衬 底由于缺少一个底板在安装过程中不能被防止相对框架式外壳的扭 转。衬底的扭转过程对外壳的力作用可能导致在安装期间衬底的损坏， 并且因此导致效率的损失甚至功率半导体模块的破坏。

此外已证实不利的是，在这样的功率半导体模块中，其具有作为 负荷接线元件和辅助接线元件的弹簧接触元件，这些弹簧接触元件通 过压力引导和它的内部接触装置在结构化的印制导线的侧滑，并且造 成触点损耗，这可以导致功率半导体模块的效率降低，在极端情况下 可以导致它的完全失效。

发明内容

本发明基于的目的是，提供一种功率半导体模块，它包括一个压 力装置和一个衬底，其中衬底被固定以防止在安装过程中扭转，并且 该功率半导体模块能够简单和低成本地制造。

按照本发明上述目的本发明的功率半导体模块实现。优选的实施 形式是在下面阐述的。

按本发明的功率半导体模块，包括至少一个带有至少一个半导体 元件的衬底、一个外壳、一个压力装置以及引向外部的一些负荷接线 元件和辅助接线元件，其中衬底具有一个绝缘材料体，并且在其朝向 功率半导体模块内部的第一主表面上设置带有负荷电位和辅助电位的 一些印制导线，其中衬底的朝向功率半导体模块内部的主表面在所设 置的印制导线的区域中在至少两个不被功率半导体元件所覆盖的区域 上具有至少两个凹坑，并且压力装置在其朝向衬底的侧面在至少两个 位置上具有配设于凹坑的、并且形锁合和/或力锁合地设置在该凹坑中 的止动凸鼻。

本发明的思想的出发点是功率半导体模块的需求，它包括一个衬 底、至少一个待设置的并且线路正确地待连接的功率半导体元件、以 及一个带有压力装置和导向外部的负荷接线元件与辅助接线元件的外 壳。上述衬底具有一个绝缘材料体，其中在该绝缘材料体的一个朝向 功率半导体模块内部的主表面上设置了带有负荷电位的一些结构化印 制导线。此外该衬底具有用于控制功率半导体元件的带有辅助电位的 结构化印制导线。