[发明专利]包括相互间隔开的衬底的功率半导体模块

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体模块。

背景技术

功率半导体模块包括一个或多个功率半导体芯片。为了消散模块工作中的热物化(heat materializing)，通常将功率半导体模块接合(bond)到热沉(heatsink)。这主要涉及采用多个接合点(bond)的复杂系统，以便使压力均匀地分布。

另外，常常将模块以电气和机械方式接合到用户专用的选通电路(gating circuit)，这又使得需要多个接合点的复杂系统以进行必要的电连接。

模块的功率半导体芯片常常由于其热膨胀系数而被安装在一个或多个陶瓷衬底上，一方面，其热膨胀系数与所使用的半导体芯片的热膨胀系数几乎没有不同，另一方面，因为它们实现功率半导体芯片的工作的良好热物化消散。

在功率半导体模块中结合具有半导体功率芯片部件的(componented with)一个或多个陶瓷衬底的一种已知可能性是将所使用的所有陶瓷衬底安装在公共实心金属基板上，该公共实心金属基板的底侧(underside)同时形成模块的底侧，并将功率半导体模块通过其底侧施加于热沉。但是，基板妨碍衬底与热沉之间的良好热接触。

替换配置消除了对实心金属基板的需要。为了获得衬底与热沉之间的接触压力的均匀分布，或者用通过多个接合点系统被接合到热沉的模块外壳沿着各衬底的圆周侧缘将其压紧到热沉，或者每个衬底特征在于(feature)紧固孔，以便例如借助于螺钉，可以沿着热沉的方向在衬底的内部部分中产生接触压力。然而，此类不具有公共基板的功率半导体模块具有功率半导体模块与热沉之间的多个接合点的复杂系统或需要在陶瓷衬底中制造安装孔的缺点，再次增加复杂性，占用衬底上的宝贵空间，妨碍使热消散到热沉，并且使情况更糟的是，在每个孔的区域中存在陶瓷破裂的风险。

此外，结合在功率半导体模块中的功率半导体芯片的数目越多，所需的衬底越大，其占位面积(footprint)越大，使其更难以获得衬底相对于热沉的均匀接触压力。除此之外，即使当只有一个功率半导体芯片发生故障时，也必须从使用中选出或修理具有多个功率半导体芯片部件的膨胀衬底。

需要一种功率半导体模块，其不包括安装模块衬底的公共金属基板且可以简单地用几个接合点安装在热沉上，同时还允许接合到用户专用选通电路。

发明内容

现在将解释的根据本发明的功率半导体模块的实施例包括模块底侧、模块外壳以及相互间隔开的至少两个衬底，其中每个包括面对模块外壳的内部的顶侧(topside)以及背对模块外壳的内部的底侧。每个衬底的底侧包括同时形成模块底侧的一部分的至少一个部分。经由此部分，可以使功率半导体模块中废弃热物化消散到热沉。此外，该模块包括至少一个安装装置，例如，设置在两个相邻的衬底之间允许将功率半导体模块固定到热沉的安装孔。

附图说明

参照以下附图和说明可以更好地理解本发明。图中的部件不一定按比例，而是着重于说明本发明的原理。此外，在图中，相同的参考标号表示相应的部分。在附图中：

图1是包括相互间隔开的两个衬底的功率半导体模块的透视图；

图2是安装包括用户专用选通电路的印刷电路板的如图1所示的功率半导体模块的透视图；

图3是如图2所示的组件的分解图；

图4是包括相互间隔开的三个衬底的功率半导体模块的一部分的透视图，模块外壳的凸缘被设置在相邻的衬底之间；

图5是包括相互间隔开的两个衬底的功率半导体模块的透视图，在所述两个衬底之间设置有印刷电路板被固定到的凸缘；

图6是通过如图2和3所示的组件的垂直剖视图，其中，功率半导体模块包括从模块外壳的顶侧引出且被配置为压入触头(contact)的多个电触头；

图7是通过如图2和3所示的组件的垂直剖视图，其中，功率半导体模块包括从模块外壳的顶侧引出且被配置为压力触头的多个电触头；

图8是包括布置在单独衬底上的两个分立功率半导体开关的功率半导体模块的电路图；

图9是包括三个半桥的功率半导体模块的电路图，每个半桥被布置在单独的衬底上；

图10是包括三个半桥的功率半导体模块的电路图，每个半桥包括高侧开关和低侧开关，其中，高侧开关被共同布置在第一衬底上且低侧开关被布置在第二衬底上；

图11是包括三个半桥的功率半导体模块的电路图，其中，第一半桥被布置在第一衬底上且第二个被布置在第二衬底上，其中，第三半桥包括布置在第一衬底上的高侧功率半导体开关以及布置在第二衬底上的低侧功率半导体开关；