[发明专利]模块化功率开关元件和多个模块化元件的可拆卸组件

说明书

根据本发明的模块化元件(2)包括由中间介电层(CD2)分隔开的第一和第二导电板(PH2、PB2)的叠层，以及至少一个插设在第一和第二板之间的功率开关电子芯片(CP1、CP2)，该芯片具有包括第一功率电极和开关控制电极的上表面以及包括第二功率电极的下表面，并且该第一和第二功率电极分别与该第一和第二板保持电连续。根据本发明，模块化元件包括多个孔(OG2、OA2、OB2、OC2、OD2)，这些孔从第一和第二板的外表面延伸到叠层中并且垂直于外表面延伸，多个孔包括至少一个与开关控制电极连通的第一孔(OG2)以及至少一个完全穿过叠层的第二孔(OA2、OB2)，该第一和第二孔各自包括介电层(DE2)和导电层(CI2)，并且第一孔的导电层电连接至开关控制电极。

相关申请的交叉引用

本发明要求于2018年3月30日提交的申请号为1852816的法国专利申请的优先权，其内容(文本、附图和权利要求)通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及电力电子领域。更特别地，本发明涉及模块化功率开关元件以及这种模块化元件的可拆卸组件。

背景技术

功率开关模块形成构建电力电子装置的基本单元。这些功率开关模块可以关联以形成开关电桥，也可以并联以传递所需电流。由两个电子功率开关组成的开关电桥支路是非常广泛地用于制成诸如换流器和功率转换器的电力电子装置的基本功率模块。

当前的需求推动进一步寻求模块化，以特别允许基于相同的模块化单元来生产从最简单到最复杂的不同电路，提高标准化并降低成本。此外，考虑到在基本单元层面测试功能的可能性，更好的模块化允许降低生产废料的价值。

功率开关模块的紧凑性不仅对于降低材料成本并且对于实现最佳的设计折衷方案都是必不可少的特征。实际上，紧凑性有利于减少电阻性、电感性和电容性寄生元件。减少寄生电感，尤其是减少功率汇流条中的寄生电感，对于保护电路免受潜在的破坏性过电压、改善对电磁辐射的控制、减少产生的热量并提高开关速度是非常重要的。

如现有的硅碳化物(SiC)和镓氮化物(GaN)、以及不久以后的钻石的新的功率半导体的合理使用同样要求架构的紧凑性。实际上，这些新的功率半导体带来的更大的电流密度、更高的开关频率推动紧凑性的提高。

3D架构对于提高模块和电力电子装置的紧凑性具有一定的益处。然而，这些架构中的冷却要求非常严格，必须在其中实施有效的解决方案。有必要在最接近功率芯片处提取耗散能量，以便将部件的温度保持在临界值以下并保证热平衡。功率芯片的双面冷却是所期望的。可能需要通过载热液体和/或使用热管的高性能冷却装置。

便于生产所谓的“SiP”(代指英语“System in Package(封装内系统)”)类型的设备结构由于其在集成度和紧凑性方面带来的优势而引人关注。允许电极的空间位置具有灵活性的功率开关模块架构有利于“SiP”设备的生产。

直到尽可能最基本的单元的架构的可拆卸性对于可维修性来说是相当重要的保障。通过机械压力或紧固装置来确保电接触的所谓“压装”技术允许生产可测试且可更换的基本单元，同时通过消除焊缝提高了在热循环剧烈的应用中的可靠性。

现在看来可期望的是，提出一种具有新的基本开关单元架构的功率开关模块，该功率开关模块适合于并联和/或堆叠类型的可拆卸组件、新的SiC和GaN功率半导体，尤其是侧面结构式GaN晶体管、3D技术和压装技术、以及基于印刷电路制造技术的经济型批量生产。

发明内容