专利名称：电模块及电转换器装置的利记博彩app
技术领域：
[0001]本实用新型涉及包括两个衬底板和衬底板之间的一个或者多个半导体部件的电 模块。此外，本实用新型涉及用于制造上述类型的电模块的方法。另外，本实用新型涉及电 转换器装置。
背景技术：
因为在相同的工作温度下双侧冷却电模块相比单侧冷却电模块允许施加更大的 电流，所以双侧冷却电模块对于电源装置是个具有吸引力的概念。双侧冷却模块的其中一 种可能设计是包括两个导电且导热的衬底板以及衬底板之间的一个或者多个半导体部件， 这些部件以如下方式布置，即诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的发射极和集电极或者二极 管的阳极和阴极的半导体部件的干流端子直接联接(bond)到衬底板。除了提供电接触外， 这些衬底板还具有与相关电源系统的散热器热接触的作用，并且它们一起构成了该电源系 统的干流电路的一部分。由于半导体部件的电端子直接联接到导电和导热的衬底板，所以 上述该类电模块的优点是在干流电路中不需要丝焊。然而，仍需要丝焊来使得半导体部件的控制端子(诸如，IGBT的栅极)与相关电 源系统的其它部件相接触，以便能够控制电模块。由于在操作中不需要会引发局部温度提 高的大电流负载，所以丝焊是适合用于连接半导体部件的控制端子的技术。但是，存在和半 导体部件的控制端子的丝焊相关的某些问题。将半导体部件的干流端子联接到衬底板需要一定的温度，该温度会损坏控制端子 的丝焊。这意味着必须在干流端子已经焊接到衬底板之后进行控制端子的丝焊。由于衬底 板之间的间隙相对窄，使得在将干流端子联接到衬底板之后进行丝焊变得很复杂。此外，半 导体部件的干流端子直接接附到导电衬底板。这意味着必须单独增加用于控制信号的最终 引线。这相对于单侧冷却电模块的区别在于用于控制信号的路径限定在用于半导体部件的 DCB衬底(直接铜焊)上。
实用新型内容因此，需要一种使连接到控制端子的丝焊连线更容易且更廉价的电模块。根据本实用新型的第一方面，提供新的电模块。根据本实用新型的电模块包括第一导电衬底板，第二导电衬底板，第一和第二衬底板之间的一个或者多个半导体部件，其以以下方式布置，即每个 半导体部件的第一干流端子联接到第一衬底板并且每个半导体部件的第二干流端子联接 到第二衬底板，以及，连接到半导体部件的控制端子的一个或者多个丝焊连线(wirebonds)，其中第二衬底板具有位于其边缘上的一个或者多个切口或一个或者多个孔，用于 提供到半导体部件的控制端子的通路，以利于形成丝焊连线到半导体部件的控制端子的连接。第二衬底板的合 适构形使得在半导体部件已经联接到第一和第二衬底板之后形 成连接到控制端子的丝焊连线更容易并且更廉价。此外，由于第二衬底板的合适构形，第二 衬底板的面积不需要大体小于第一衬底板的面积。因此，经由第二衬底板的冷却仍旧有效 并且其在半导体部件周围得到充分均衡，从而不产生附加的温度应力。根据本实用新型的第二方面，提供用于制造电模块的新方法。根据本实用新型的 方法包括将一个或者多个半导体部件的第一干流端子联接到第一导电衬底板，将一个或者多个半导体部件的第二干流端子联接到第二导电衬底板，并且随后，将一个或者多个丝焊连线连接到半导体部件的控制端子，其中第二衬底板具有位于其边缘上的一个或者多个切口或一个或者多个孔，用于提 供到半导体部件的控制端子的通路，以利于形成丝焊连线到半导体部件的控制端子的连接。根据本实用新型的第三方面，提供新的电转换器装置。该电转换器装置包括根据 本实用新型的至少一个电模块。该电转换器装置可以例如是反相器、整流器和/或频率转 换器。在所附从属权利要求中描述了本实用新型的多个示例实施例。结合附图阅读以下特定示例实施例的描述，可以更好地理解在结构、操作方法方 面本实用新型的多个实施例以及其附加的目标和优点。术语“包括”用在此处是开放性限制，并不排除也不要求未在此处记载的特征的存 在。在从属权利要求中引用的特征除非明确指示否则可以相互自由组合。本实用新型的电模块及电转换器装置具有以下优点1)更容易并且更廉价地在半导体部件已经联接到第一和第二衬底板之后形成连 接到控制端子的丝焊连线；2)第二衬底板的面积不需要比第一衬底板的面积小；3)不产生附加的温度应力。
现在参考以下附图结合例子详细解释本实用新型的示例实施例及其益处，其中图Ia示出根据本实用新型的实施例的电模块的顶视图；图Ib示出图Ia中所示电模块的侧视图；图Ic示出沿着图Ib的线A-A获得的剖视图；图2a示出根据本实用新型的实施例的电模块的预视图；图2b示出图2a中所示电模块的侧视图；图3a示出根据本实用新型实施例的电转换器装置；图3b示出图3a中所示电转换器装置的细节，并且图4示出根据本实用新型实施例的用于制造电模块的方法的流程图。
具体实施方式
图Ia示出根据本实用新型的实施例的电模块的顶视图并且图Ib示出电模块的侧视图。图Ic示出沿着图Ib中线A-A获取的电模块的剖视图。电模块包括第一衬底板101、 第二衬底板102和第一衬底板101和第二衬底板102之间的半导体部件103、104、105、106、 107、108、109和110，其以以下方式布置，即每个半导体部件的第一干流端子联接到第一衬 底板101并且每个半导体部件的第二干流端子联接到第二衬底板102。衬底板101和102 在电模块运行时形成干流路径的一部分。除了提供电接触，这些衬底板101和102还具有与 相关电源系统的散热器热接触的作用。衬底板101和102由铜、铝或者具有更匹配的热膨 胀系数的材料制成，例如诸如Al-石墨、AlSiC、钼等的多种金属基质复合物，用来减弱在制 备电模块期间的压力。电模块包括分别连接到半导体部件106、103、104和105的控制端子 的丝焊连线111、112、120和121。衬底板102具有位于其边缘上的切口 115、116、122、123 和124，用来提供到半导体部件的控制端子的通路，以便于丝焊连线111、112、120和121连 接到半导体部件106、103、104和105的控制端子。在图Ia-Ic中示出的电部件中，衬底板 102具有矩形构形，其拐角已经移除并且还具有位于其一个侧边的中部上的切口。 半导体部件103-110的每一个可以例如但不必是以下的其中一个绝缘栅双极晶 体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)、栅极可关断半导体闸流管(GTO)、半导体闸流管，或者二 极管。例如，可能的，半导体部件103-106是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其集电极联接到衬 底板101并且发射极联接到衬底板102，并且半导体部件107-110是和IGBT反平行的二极 管。IGBT的栅极连接到丝焊连线111、112、120和121。图Ia-Ic中示出的电模块包括连接到丝焊连线的配线结构。每个配线结构113包 括绝缘层114和绝缘层的一侧上的金属带125。配线结构的绝缘层优选包括也位于相对侧 上的金属带/层，用来使得配线结构接附到衬底板。金属带可以是例如铜或者铝的。配线 结构与半导体部件可以联接到衬底板101的同一侧上。配线结构优选是DCB(直接铜焊) 衬底，这是因为DCB衬底可以经受高于200°C温度，并且因此从电模块的制造角度出发是非 常有益的。DCB衬底可以通过焊接联接到衬底板101。由于制备具有允许接入到更多半导 体部件的复杂构形的DCB衬底是困难的，所以一个解决方案是使用具有简单、矩形构形的 多个较小DCB衬底并且使用图Ia和Ic中所示丝焊连线将它们电连接在一起。配线结构优 选地在将半导体部件连接到衬底板101同一制造步骤中被联接到衬底板101。其还可以在 半导体部件联接到衬底板102期间接附到DCB衬底。对于另一个例子，配线结构可以是在衬底板101和102已经联接到半导体部件之 后使用粘合剂接附到衬底板101的PCB (印刷电路板)。由于衬底板101和102之间的间隙 相对窄，所以PCB的接附需要某些特定的工具和/或布局。在图Ia-Ic中所示电模块中，切口 115、116、122、123和124的作用在于提供通路以允许使用丝焊技术将诸如栅极的控制端子，半导体部件106、103、104 和105的触点和配线结构连接在一起；提供通路以允许在需要时将配线结构彼此连接在一起，并且提供通路以允许连接端子171，用来接收来自电模块外部的控制信号。图2a示出根据本实用新型的另一个示例性实施例的电模块的顶视图并且图2b示 出图2a中所示电模块的侧视图。电模块包括第一导电衬底板201、第二导电衬底板202和衬 底板201和衬底板202之间的半导体部件203和204，以此方式每个半导体部件的第一干流 端子联接到第一衬底板201并且每个半导体部件的第二干流端子联接到第二衬底板202。电模块包括连接到半导体部件203的控制端子的丝焊连线211。衬底板202具有孔217，提 供到半导体部件203的控制端子的通路，来便于丝焊连线连接到控制端子。例如，可能地， 半导体部件203是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其集电极联接到衬底板201并且发射极联接 到衬底板202，并且半导体部件204是和IGBT反平行的二极管。IGBT的栅极连接到丝焊 连线211。根据 本实用新型的实施例的电转换器装置包括至少一个根据本实用新型实施例 的电模块。图3a示出根据本实用新型实施例的电转换器装置。电转换器装置包括电端子 351和电端子352，电端子351用于将电转换器装置连接到交变电压网络(未示)，电端子 352用于将电转换器装置连接到例如可以是感应电动机的负载(未示)。电转换器装置包 括例如可以是整流器的转换器单元353，其布置为将电能从交变电压网络传送到电转换器 装置的中间电路366。转换器单元353也可以是这样的装置该装置不仅能够从交变电压 网络传送电能到中间电路366还可以从中间电路传送电能返回到交变电压网络。电转换器装置包括反相器桥接器354，其可以从中间电路366传送电能到负载并 且还可以从负载传送电能到中间电路。反相器桥接器的干路包括连接到中间电路的电导体 元件355和356和连接到电端子352的不同位相的电导体元件357、358和359。反相器桥 接器的干路包括压在图3a中所示电导体元件355-359之间的电模块360、361、362、363、364 和365。电模块360-365的每一个包括第一导电衬底板，第二导电衬底板，第一和第二衬底板之间的一个或者多个半导体部件，以此方式每个半导体部件的 第一干流端子联接到第一衬底板并且每个半导体部件的第二干流端子联接到第二衬底板， 以及连接到半导体部件的控制端子的一个或者多个丝焊连线。其中第二衬底板具有位于其边缘上的一个或者多个切口或一个或者多个孔，用于 提供到半导体部件的控制端子的通路，以利于形成丝焊连线到半导体部件的控制端子的连接。电模块360-365可以是例如按照在图la、lb和Ic或者图2a和2b中和涉及这些 图的文本段落中所描述的情况。将电模块360-365的第一和第二衬底板的外表面向电导体 元件355-359挤压，如图3b中所示的针对电模块360的情况。电模块360-365的每一个 的半导体部件可以包括例如一个或者多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)和与IGBT反平行的一 个或者多个二极管。图3a中所示的电转换器装置是频率转换器。根据本实用新型实施例的电转换器 装置也可以，例如(但不是必须的)，仅是反相器或者仅是整流器。图4是用于制造电模块的根据本实用新型实施例的方法的流程图。该方法包括在方法步骤401中，将一个或者多个半导体部件的第一干流端子联接到第一导电 衬底板，在方法步骤402中，将一个或者多个半导体部件的第二干流端子联接到第二导电 衬底板，并且随后，在方法步骤403中，将一个或者多个丝焊连线连接到半导体部件的控制端子，[0057]其中第二衬底板具有位于其边缘上的一个或者多个切口或一个或者多个孔，用于 提供到半导体部件的控制端子的通路，以利于形成丝焊连线到半导体部件的控制端子的连接。根据本实用新型实施例的方法 中，半导体部件的每一个可以是如下的其中一个 绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)、栅极可关断半导体闸流管(GTO)、半导体
闸流管，或者二极管。在根据本实用新型实施例的方法中，一个或者多个半导体部件包括一个或者多 个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其中每个IGBT的集电极表示该IGBT的第一干流端子，每个 IGBT的发射极表示IGBT的第二干流端子，并且每个IGBT的栅极表示该IGBT的控制端子。 一个或者多个半导体部件还可以包括和IGBT反平行取向的一个或者多个二极管。根据本实用新型实施例的方法还包括将一个或者多个配线结构和一个或者多个 半导体部件连接到第一衬底板同一侧上并且连接一个或者多个丝焊连线到配线结构。每个 配线结构包括绝缘层和绝缘层上的金属带。配线结构的绝缘层包括还位于其面对第一衬底 板的一侧上的金属带/层，以利于配线结构联接到第一衬底板。第二衬底板具有位于其边 缘上的一个或者多个切口或一个或者多个孔，用于提供到配线结构的连接焊盘的通路，以 利于形成丝焊连线到配线结构的连接。在根据本实用新型的实施例的方法中，一个或者多个配线结构的每一个是直接铜 焊衬底。在根据本实用新型的实施例的方法中，一个或者多个配线结构的每一个是印刷电 路板。在根据本实用新型的实施例的方法中，第二衬底板具有矩形构形，其拐角已经移 除并且还具有位于其一个侧边的中部上的切口。上述给定描述中提供的特定例子不应该认为是限制性的。从而，本实用新型不仅 仅限于上述实施例，还可以有多种改变。
权利要求1.一种电模块，适合压制在构成电转换器装置的干路部分的电导体元件之间，该电模 块包括第一导电衬底板(101,201),第二导电衬底板(102，202)，第一和第二导电衬底板之间的一个或者多个半导体部件(103-110，203，204)，其以如 下方式布置，即，其中每个半导体部件的第一干流端子联接到第一导电衬底板并且每个半 导体部件的第二干流端子联接到第二导电衬底板，以及连接到半导体部件的控制端子的一个或者多个丝焊连线(111、112、120、121、211)，其特征在于所述第二导电衬底板具有位于其边缘上的一个或者多个切口(115、116、 122、123、124)或一个或者多个孔017)，用于提供到半导体部件的控制端子的通路，以利 于形成丝焊连线到半导体部件的控制端子的连接。
2.根据权利要求1所述的电模块，其特征在于，所述电模块还包括连接到一个或者多 个丝焊连线的配线结构(113)，每个配线结构包括绝缘层(114)以及在该绝缘层上且和一 个或者多个半导体部件联接在第一导电衬底板的同一侧上的金属带(125)，并且第二导电 衬底板具有位于其边缘上的一个或者多个切口或一个或者多个孔，用于提供到配线结构的 连接焊盘的通路，以利于形成丝焊连线到配线结构的连接。
3.根据权利要求1或者2所述的电模块，其特征在于，所述第二导电衬底板(10 具有 矩形构形，其拐角已经移除并且具有位于其一个侧边的中部上的切口(116)。
4.根据权利要求2所述的电模块，其特征在于，所述一个或者多个配线结构的每一个 是直接铜焊衬底。
5.根据权利要求2所述的电模块，其特征在于，所述一个或者多个配线结构的每一个 是印刷电路板。
6.根据权利要求1所述的电模块，其特征在于，所述半导体部件的每一个可以是如下 的其中一个绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(FET)、栅极可关断半导体闸流管 (GTO)、半导体闸流管，或者二极管。
7.根据权利要求1所述的电模块，其特征在于，所述一个或者多个半导体部件包括一 个或者多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其中每个绝缘栅双极晶体管的集电极表示该绝缘栅 双极晶体管的第一干流端子，每个绝缘栅双极晶体管的发射极表示绝缘栅双极晶体管的第 二干流端子，并且每个绝缘栅双极晶体管的栅极表示该绝缘栅双极晶体管的控制端子。
8.一种电转换器装置，其特征在于，所述电转换器装置包括如权利要求1-7中任一所 述的至少一个电模块(360-365)。
专利摘要一种电模块，包括第一导电衬底板(101)，第二导电衬底板(102)，第一和第二衬底板之间的半导体部件(103-110)。第二衬底板构形为具有位于其边缘上的切口(115、116、122、123、124)或孔，用于提供到半导体部件的控制端子的通路，以利于形成丝焊连线到控制端子的连接。因此，可以在半导体部件已经联接到第一和第二衬底板之后形成丝焊连线到控制端子。此外，由于第二衬底板的合适构形，使得第二衬底板的面积不需要大体小于第一衬底板的面积。因此，经由第二衬底板的冷却可以与经由第一衬底板的冷却充分平衡，并由此减小了温度应力。
文档编号H01L23/498GK201887038SQ20102050626
公开日2011年6月29日 申请日期2010年8月25日 优先权日2009年8月27日
发明者C·黑德尔利, S·基辛 申请人:Abb研究公司