功率半导体是什么意思-功率半导体模块

本发明涉及电力电子领域。

本发明基于功率半导体模块。

例如，在德国专利公开DE-A1-3931634和DE-A14330070中描述了这种功率半导体模块。

此类功率半导体模块具有安装有至少一个功率半导体开关器件的基板，并且模块的功率连接器垂直于基板（参见DE3931634中的图4和第5列、第24行及后续行以及DE3931634中的图8）。 DE4330070）。 电源连接垂直于基板从模块外壳引出。 因此，控制单元必须安装在一定距离处，例如安装在模块顶部或旁边。 模块和控制模块的控制单元之间有很长的连接线。 长连接线会给装置带来不期望的高电感功率半导体是什么意思，这具有限制作用，尤其是在高开关频率下。

因此，本发明的目的是提供一种功率半导体模块，其中到控制单元的连接线尽可能短，使得装置的电感保持尽可能低。

该目的通过开头提到的类型的功率半导体模块中的下述特征来解决：

功率半导体模块包括壳体和基板，在壳体和基板上安装有至少一个功率半导体开关器件，其中功率半导体开关器件具有至少两个功率电极，所述功率电极连接至相应的电源连接，所述电源连接连接至所述电源连接。基板平行安装在多个堆叠平面中，并与基板平行地从壳体中引出，并通过连接引线与功率半导体开关器件的相应功率电极连接，其特征在于，多个电极从壳体引出的控制杆和辅助连接器垂直于底板，制成可插入控制模块的控制单元的结构，并设有用于固定控制单元的固定装置在外壳上。

本实用新型的核心在于电源连接器平行于基板延伸并沿基板突出于壳体外。 因此可以将控制单元直接安装在模块外壳的背向基板的一侧的表面上。 这使得可以使用短连接线，从而实现低电感结构。

此外，如果电位差很小（理想情况下没有电位差）的控制极连接布置在距基板最远的距离处功率半导体是什么意思，则控制单元的电源连接也可以精确地用于电磁场。 屏蔽，这些电磁场是在切换模块时引起的。

为了将控制单元固定在模块上，在模块壳体背向基板的一侧设有螺孔、螺钉等固定件。 控制杆和辅助连接可被引至壳体的上侧。 然后可以将控制单元插入到这些端子上，并且可以例如通过简单的螺旋接触件或插头接触件将模块的控制极和辅助端子连接到相应的控制单元端子。 通过这种方式，实现了控制极和辅助连接到控制单元的直接连接。 因此省略了通常较长的感应连接线。

因此，利用根据本发明的模块，可以制造其中模块的控制单元直接安装在模块上的电路装置吉祥物，并且可以以良好的方式在模块和控制单元之间建立低电感连接，因此该模块特别适合较高频率。

下面通过几个实施例并结合附图对本发明作进一步简单说明。

这些图纸是：

图1.本发明无外壳模块剖面图；

图2.本发明的开启模块俯视图；

图3.本发明组装控制单元的模块俯视图；

图4. IGBT半桥等效电路；

图 5. 半桥模块的横截面图。

原则上，图中相同的部分用相同的符号表示。

如图。 图3示出了具有功率半导体模块1和控制单元12的电路布置。 控制单元12例如通过穿过相应螺孔11的螺钉10紧固至壳体2。 模块壳体2还可以具有用于紧固至设备的螺钉孔8。 功率半导体模块1具有控制极和辅助连接13，其连接到控制单元12，特别是通过插头连接。 控制极和辅助连接一方面用于打开和关闭模块1，另一方面用于监视模块。 此外，模块1具有至少两个从壳体2侧向伸出的电源连接部5和6。 在半桥模块的情况下，还提供负载连接7。 由于控制单元12直接安装在模块壳体2上，因此控制极和辅助连接13与控制单元之间的连接线可以选择很短，从而可以降低电感。

这基本上是通过如下方式实现的，如图1所示。 如图1所示，电源连接部5和6平行于其上安装有功率半导体开关器件4的基板3。 这里的功率半导体开关器件主要是IGBT芯片，即具有隔离栅极的双极晶体管芯片。 如图2的平面图所示。 图2及图1的剖面图。 如图1所示，功率电极和相应的功率连接5或6之间的连接例如可以通过多个接合线9来实现。

也就是说，根据本发明的功率半导体模块1原则上可以如下生产：将陶瓷基板15焊接在基板3上，基板3例如是8mm厚的铜板，在一些情况下，该铜板是8mm厚的铜板。也可用作散热器。 这些陶瓷基板中的每一个都对应于一个开关装置4。 这种开关装置包括例如至少一个具有相关联的自激二极管的IGBT芯片。 基板15的整个表面被金属化。 电源连接5、6以及有时7通过连接线9、主要通过接合线(“Wirebonds”)或焊带(“Solderclips”)横向引导至芯片。 连接线9通向相应的电源连接部5和6，并且有时通向负载连接部7以及控制和辅助连接部13，它们被布置在不同的平面中并且平行于基板。

电源接头5、6，有时还有7，从壳体2的与底板3平行的一侧引出。 与电源连接部5、6以及有时7不同，辅助极连接部13和控制极连接部13垂直于基板3引出。 借助于这些连接器，控制单元12可以简单地插入相应的连接器中以进行连接。

此时，如果所安装的距离基板3最远的电源连接器，例如6，距离控制单元12最近，并且该连接器与控制单元12的对应连接器之间的电位差最小，则该电源连接器也可用作电磁屏蔽。 该屏蔽保护控制单元12免受切换模块时激发的电磁场的影响。 这些电磁场是由模块在尽可能短的时间内切换高电流和电压引起的。 如果没有特殊的屏蔽，这种电磁场可能会导致电力电子电路装置的严重故障，并且除其他影响因素外，还会阻碍更高开关频率的进一步发展。

利用本发明的结构，还可以制造全半桥模块或者甚至更广泛的电力电子电路，例如三相模块。 图 4 显示了半桥模块的等效电路。 其中，两个开关器件4串联在正极端子和负极端子之间。 这些开关器件在每种情况下是至少一个开关器件芯片，这里是IGBT(IGBT1、IGBT2)类型的芯片ip形象，这些芯片具有相关联的自激二极管D1、D2。 这里，公共节点相当于负载连接器7，正极连接器和负极连接器相当于负载连接器5和6。两个IGBT均由控制栅极或栅极连接13控制。

如图。 图5示出了这样的模块的剖视图：开关器件4（即IGBT（IGBT1、IGBT2、4））的基板15安装在基板3上。 电源连接5和6以及公共负载连接7布置在不同的平面中并且经由连接引线9连接到相应的半导体开关的电极。 在所示的示例中，IGBT的两个栅极连接13安装在同一连接平面上。 在这种情况下，各个连接平面具有使得连接例如通过导电带电分离的结构。 绝缘层14必须插入两个相邻平面或连接之间。 当然可以想到将基板和开关装置安装在底板3的两侧上。

如果将这样的半桥模块集成在如图3所示的结构中，那么图中负载连接器7引出到模块的一侧，而不同平面上的电源连接器5和6则引出到模块的一侧。另一侧是对面。 从图中还可以清楚地看出控制单元12如何插入到控制杆和辅助连接件13中。 与控制单元12的连接可以例如通过简单的插入式连接或螺纹连接来实现。

利用根据本发明的功率半导体模块的结构，还可以产生低电感并因此产生也非常抗电磁干扰的高速电路装置。 这对于更高的开关频率具有重要意义。