[发明专利]半导体开关器件

说明书

本发明涉及一种半制备型开关器件，其包括半导体元件(1)和壳体(2)，壳体(2)包括具有环形垫圈(6)的弹簧系统，该弹簧系统侧向地环绕半导体元件(1)，以用于将半导体元件(1)夹紧于两个极片(3,4)之间。垫圈(6)能够通过在第一侧(60)上的第一接触区域(61)中接触垫圈(6)的第一挠曲元件(7)且通过在第二侧(62)上的第二接触区域(63)中接触垫圈(6)的第二挠曲元件(8)而在极片之间挠曲。第一接触区域(61)相对于第二接触区域(63)而移位。第一挠曲元件(7)和第二挠曲元件(8)可使垫圈(6)挠曲，使得在夹紧条件下能够在极片与半导体元件(1)之间实现电接触。

技术领域

本发明涉及功率电子学的领域，特别地涉及一种半导体开关器件。

背景技术

半导体开关器件是具有阴极-阳极-栅极结构的强大并且快速关断的构件。具体地，半导体开关器件包括半导体元件，该半导体元件在其上沉积有开关器件的阴极、阳极和栅极。器件进一步包括用于将开关器件的阴极、阳极和栅极电连接到外部电路单元的连接部件。

半导体元件必须应对大的电流和电压。这样的半导体元件的一个示例是集成栅极换流晶闸管(IGCT)。IGCT是如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)那样关断但如晶闸管那样在最低导体损耗的情况下传导的栅控关断开关。集成栅极换流晶闸管是用于诸如下者的需要高功率的应用的功率开关器件：例如，中压驱动器、牵引、风力转换器、AC激励系统、电池能量存储系统、固态断路器、牵引线路升压器、牵引功率补偿器以及感应加热。

构造为IGCT的半导体元件如今由于其通用性、效率和成本效益而在各种各样的应用中使用。常规的IGCT器件具有环形结构，其中，在阴极盘上布置栅极盘，从而向开关器件提供栅极连接。阳极相布置于在外侧处具有例如特定的爬电距离的壳体的顶部上。

US 2016071815 A1显示了半导体开关器件，该半导体开关器件具有半导体元件1和具有弹簧系统的壳体，半导体元件1通过该弹簧系统而被夹紧于阴极极片3与阳极极片4之间(图1)。弹簧系统包括两个贝氏(Belleville)弹簧69、69'，贝氏弹簧69、69'被夹紧于极片3、4之间，并且由此将半导体元件1夹紧，以实现半导体元件的主电极与极片3、4的接触。具有L形轮廓的绝缘环9布置于半导体元件1与弹簧系统之间。贝氏弹簧中的一个69'位于绝缘环9上，其中栅极引线被夹紧于其中间。额外的支承元件68、68'定位于贝氏弹簧与绝缘环9之间，以保护绝缘环9和栅极引线免受贝氏弹簧69、69'的锐缘的影响。

这样的半导体开关器件可为半制备型，其中半导体元件1定位于极片3、4之间且弹簧系统环绕半导体元件1。可将半制备型开关器件从工厂运输到用户所在地，在用户所在地处，半制备型开关器件可被安装于其最终的周边环境中并且被夹紧，以建立从半导体元件1到极片3、4的电接触。

对于制造半制备型半导体开关器件而言，能够容易地将半导体元件安装于壳体中是重要的。此外，壳体内部的所有零件的适当的对准和支承对于甚至在输送之后也保证适当的接触而言是重要的。

EP 1 220 314 A2显示了另一现有技术的用于晶闸管模块的压力接触件。环绕晶闸管的两个环件通过具有突出部和凹陷部而彼此闩锁。对于侧向的侧部而言，环系统通过绝缘元件而绝缘。在顶侧上，主电连接器向上引导。各晶闸管元件通过围绕各环系统布置的三个张紧螺钉而固定到底板。对于底侧而言，多个这样的晶闸管单独地与底板绝缘。晶闸管相对于彼此而侧向地布置、通过共同的主电极板而彼此电连接，即，紧凑的布置是不可能的，并且，晶闸管不可以以堆叠构造来布置。由于所有晶闸管都必须一起直接地安装于共同的底板上，故模块化设计和半制备是不可能的。所施加的弹簧力取决于如下的力：以该力上紧各张紧螺钉。此外，由于多个张紧螺钉必须针对各半导体元件而被上紧，故有可能倾斜，这可导致从半导体元件到极片的不良的电连接或没有电连接。