Силовой полупроводниковый модуль с улучшенной структурой контактных соединителей для приваривания
Использование: для изготовления силового полупроводникового модуля. Сущность изобретения заключается в том, что силовой модуль имеет: по меньшей мере одну подложку; по меньшей мере один размещенный на подложке силовой полупроводник, который на своей обращенной от подложки стороне имеет контактную площадку; размещенную на подложке , рядом с силовым полупроводником, при необходимости сегментированную площадку потенциала нагрузки; множество контактных соединителей для параллельного электропроводного соединения контактной площадки с площадкой потенциала нагрузки, причем каждый контактный соединитель имеет по меньшей мере одну первую контактную ножку на площадке потенциала нагрузки и имеет множество вторых контактных ножек на контактной площадке, и причем каждый контактный соединитель имеет на контактной площадке по меньшей мере один конец, причем множество контактных соединителей подразделены по меньшей мере на две группы из множества контактных соединителей с одинаковым числом контактных ножек, и вторые контактные ножки каждого контактного соединителя одной группы размещаются исключительно в одном сегменте или области контактной площадки, заданных участком поверхности контактной площадки, и группы различаются тем, что их первые контактные ножки размещаются на различном, но предпочтительно согласующемся внутри каждой группы расстоянии до силового полупроводника на площадке потенциала нагрузки. Технический результат: обеспечение возможности улучшения максимально предельно допустимой нагрузки по току контактного соединителя. 13 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к силовому полупроводниковому модулю. Силовые полупроводниковые модули представляют собой конструктивные полупроводниковые узлы, которые применяются в высокомощных электронных схемах. Силовые полупроводниковые модули обычно используются на транспортных средствах и в промышленных вариантах применения, таких как инверторы и выпрямители. Полупроводниковые компоненты, которые содержатся в силовых полупроводниковых модулях, обычно представляют собой полупроводниковые IGBT-кристаллы (биполярные транзисторы с изолированным затвором) или полупроводниковые MOSFET-кристаллы (полевые транзисторы со структурой металл-оксид-полупроводник (МОП)). Полупроводниковые IGBT- и MOSFET-чипы имеют самые разнообразные характеристики номинального напряжения и номинальной мощности. Некоторые силовые полупроводниковые модули для защиты от перенапряжения также имеют в корпусе полупроводникового прибора дополнительные полупроводниковые диоды (то есть, гасящие диоды).
Для вариантов применения с более высокими мощностями силовой полупроводниковый модуль обычно имеет один или многие силовые полупроводниковые конструкционные элементы, далее также сокращенно называемые силовыми полупроводниками, на отдельной подложке. Подложка обычно имеет по меньшей мере одну изолирующую подложку из керамического материала, такого как Al2О3, AlN, Si3N4, или другого подходящего материала, чтобы электрически изолировать силовой полупроводниковый модуль. Подложка обычно нанесена на металлическую монтажную плату, которая служит в качестве стабилизирующего подложку носителя для механического упрочнения и теплового сопряжения модуля с радиатором. По меньшей мере одна верхняя сторона керамической подложки металлизирована покрытием либо из чистого, либо из плакированного Cu, Al или другого пригодного материала, чтобы, с одной стороны, обеспечивать контактирование размещенных на ней и обычно припаянных силовых полупроводников, и, с другой стороны, создавать контактные токопроводящие площадки, в частности, площадки потенциала нагрузки. Эти контактные токопроводящие площадки служат, с одной стороны, для подведения и отведения тока через так называемые контактные соединители для приваривания силовых полупроводников, и, с другой стороны, для механического крепления и электрического соединения с соединительными деталями, которые служат для подведения или отведения тока в модуль или из модуля, в частности, из его корпуса, чтобы, например, соединять последние снаружи корпуса с внешними проводниками, например, с помощью привинчивания. Предусмотренный для контактных токопроводящих площадок металлический слой обычно связывается с керамической подложкой с помощью способа прямого присоединения меди (DCB), способа прямого присоединения алюминия (DAB), или способа активной пайки твердым припоем (AMB).
Для электрического соединения контактных токопроводящих площадок по меньшей мере с одной обращенной в противоположную от подложки сторону контактной площадкой соответствующего силового полупроводника, как правило, предусматриваются контактные соединители для приваривания в форме соединительных проволок, называемые также проволочным контактным соединителем, или контактных лент, называемые также ленточным контактным соединителем, которые создают электрически проводящий контакт между контактной токопроводящей площадкой и контактной площадкой полупроводника. В области силовой электроники для контактного соединителя применяются чистые (99,99%-ное содержание Al и выше) алюминиевые и медные материалы. Разнообразными вариантами способов изготовления соединения между контактным соединителем и контактной площадкой, с одной стороны, и контактным соединителем и контактной токопроводящей площадкой, с другой стороны, являются термокомпрессионное соединение (сокращенно: TC-соединение), термозвуковая сварка методом шарик-клин (TS-соединение), и ультразвуковая сварка методом клин-клин (US-соединение). При этом в каждом случае созданная контактная область между контактным соединителем и контактной площадкой, с одной стороны, и контактным соединителем и токопроводящей площадкой, с другой стороны, называется контактной ножкой.
В последние годы постоянно возрастали требования к подобным силовым полупроводниковым модулям и тем самым к характеристикам мощности, а также к необходимым для их сборки силовым полупроводниковым конструкционным элементам. Например, увеличивалась сила тока на единицу площади полупроводниковых конструкционных элементов. Кроме того, по экономическим соображениям, полупроводниковые конструкционные элементы всегда эксплуатируются близко к их пределу мощности.
Решающими внешними факторами для производительности силовых полупроводниковых модулей и, соответственно, силовых полупроводниковых конструкционных элементов являются отведение тепла, а также подвод и отвод тока. Техническими решениями согласно прототипу в отношении подвода и отвода тока в силовых полупроводниковых конструкционных элементах являются контактные соединители в различных вариантах исполнения, например, как проволочный контактный соединитель или как ленточный контактный соединитель. В случае силовых полупроводников с высокими токовыми нагрузками применяются толстые проволоки с диаметрами между 100 мкм и 500 мкм, или ленточки из толстых проволок. Если их поперечное сечение оказывается недостаточным, то, как правило, предусматривается множество параллельных контактных соединителей. Предметом настоящего изобретения является работоспособность подобных контактных соединителей.
Проволочный контактный соединитель для силовых полупроводниковых конструкционных элементов известен, например, из патентного документа DE 195 49 011 А1. В представленных в нем силовых полупроводниковых модулях силовые полупроводниковые конструкционные элементы размещаются на подложке посредством паяных соединений. Это паяное соединение двух основных площадок силовых полупроводниковых конструкционных элементов представляет собой часть подвода и отвода тока. Дополнительные токоподводы сформированы с помощью проволочных контактных соединителей между созданной путем металлизации контактной площадкой первой основной поверхности силового полупроводникового конструкционного элемента и площадкой потенциала нагрузки. Характерным для известных проволочных контактных соединителей является то, что контактные ножки отдельных проволочных выводов, в особенности на стороне силового полупроводникового конструкционного элемента, размещаются в один ряд или слегка смещенными.
Согласно прототипу, силовые полупроводниковые конструкционные элементы для подведения тока контактируют не только посредством отдельных размещенных рядом друг с другом проволочных выводов, но и часто с двумя или многими по направлению проволочных выводов, по меньшей мере на отдельных участках, расположенными друг над другом проволочными выводами. Отдельные проволочные выводы часто контактируют также для улучшения распределения тока на силовом полупроводниковом конструкционном элементе, на его контактной площадке с помощью множества контактных ножек.
Моделирования показали, что при размещении проволочных выводов между площадкой потенциала нагрузки и силовым полупроводниковым конструкционным элементом согласно прототипу ток подводится в силовой полупроводниковый конструкционный элемент через контактную площадку неравномерно, и тем самым токовая нагрузка оказывается неравномерной по всей его поверхности.
Патентный документ DE 102 04 157 А1 раскрывает проволочный контактный соединитель для токопроводящего соединения проводящей дорожки с силовым полупроводниковым конструкционным элементом, причем промежутки между всеми проволочными выводами или внутри отдельных групп проволочных выводов варьируют, и тем самым подведение тока по направлению перпендикулярно траектории проволочных выводов устанавливается более однородным сравнительно с прототипом.
Патентный документ DE 10 2005 039 940 В4 раскрывает проволочный контактный соединитель, при котором вторые контактные ножки множества контактных соединителей распределяются с чередованием в шахматном порядке по всей контактной площадке, и контактные соединители двух групп сформированы из множества контактных соединителей, причем группы различаются по длине контактных соединителей, и их вторые контактные ножки не определяют общий сегмент или общую область на контактной площадке.
Недостатком этого варианта исполнения проволочного контактного соединителя является то, что при этом должна иметься достаточно большая контактная площадка силового полупроводникового конструкционного элемента для возможности целесообразного размещения подобных сложных топологий.
В частности, в отношении силовых полупроводниковых модулей с диодами и тиристорами необходимо обращать особое внимание на ударные токовые нагрузки на эти силовые полупроводниковые конструкционные элементы. Эти ударные токи в течение короткого промежутка времени с длительностью порядка десятых долей секунды многократно превышают постоянную нагрузку силового полупроводникового конструкционного элемента. При этом рассчитанные на непрерывную эксплуатацию конфигурации контактных соединителей не оказываются безусловно благоприятными.
В основу настоящего изобретения положена задача создания контактного соединителя для силового полупроводникового модуля, причем улучшается максимальная предельно допустимая нагрузка по току контактного соединителя в целом, в особенности при ударной токовой нагрузке, в частности, становится более сбалансированным распределение тока и тем самым распределение тепла по отдельным контактным соединителям. Эта задача согласно изобретению решается с помощью силового полупроводникового модуля с признаками по пункту 1 формулы изобретения. Дополнительные, особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует отметить, что приведенные в пунктах формулы изобретения отдельные признаки могут быть объединены между собой произвольным, технически целесообразным путем, и выявлены дополнительные варианты осуществления изобретения. Описание дополнительно характеризует и конкретизирует изобретение особенно в сочетании с фигурами.
Соответствующий изобретению силовой полупроводниковый модуль имеет подложку, предпочтительно электрически изолирующую подложку. Например, речь идет о керамической подложке, такой как Al2О3, AlN, Si3N4. Подложка предпочтительно размещается на металлической монтажной плате, причем монтажная плата предназначена для размещения и при необходимости закрепления на радиаторе.
Кроме того, согласно изобретению предусматривается по меньшей мере один силовой полупроводник. Обсуждаемые здесь силовые полупроводники представляют собой, например, неуправляемые конструкционные элементы, такие как силовые диоды, или также управляемые конструкционные элементы, такие как силовые тиристоры, или силовые транзисторы, такие как биполярный транзистор. Эти управляемые конструкционные элементы для их настройки имеют по меньшей мере одну дополнительную контактную площадку, сформированную в общем и целом предусмотренной металлизацией на их первых основных поверхностях, которая электрически изолирована от тока нагрузки, и согласно прототипу также соединяется посредством контактного соединителя с площадкой управляющего потенциала подложки. Этот контактный соединитель между управляющим выводом или управляющими выводами не является предметом изобретения.
Силовой полупроводник согласно изобретению на своей обращенной от подложки стороне имеет контактную площадку. Контактная площадка может быть выполнена в виде сплошного слоя металлизации, или также в сегментированной форме, например, как может быть в случае контактных площадок эмиттеров IGBT.
Кроме того, согласно изобретению, рядом с силовым полупроводником предусматривается размещенная на подложке, при необходимости сегментированная площадка потенциала нагрузки.
Кроме того, согласно изобретению предусматривается множество контактных соединителей для параллельного электропроводного соединения контактной площадки с площадкой потенциала нагрузки. Каждый из множества контактных соединителей согласно изобретению имеет по меньшей мере одну контактную ножку первого типа, короткую первую контактную ножку, причем первая контактная ножка отличается тем, что она размещается по меньшей мере на одной площадке потенциала нагрузки. Кроме того, каждый из множества контактных соединителей согласно изобретению имеет множество вторых контактных ножек, причем они размещены на контактной площадке силового полупроводника. Каждый контактный соединитель согласно изобретению имеет на контактной площадке по меньшей мере один конец, предпочтительно предусматривается один конец на площадке потенциала нагрузки и один конец на контактной площадке, еще более предпочтительно контактный соединитель на своих концах в каждом случае завершается контактными ножками.
Множество контактных соединителей согласно изобретению подразделяются по меньшей мере на две группы из множества контактных соединителей с одинаковым числом контактных ножек. Согласно изобретению, вторые контактные ножки каждого контактного соединителя одной группы размещаются исключительно в одном сегменте или одной области контактной площадки, заданном (-ой) участком поверхности контактной площадки. Иначе говоря, сегменты или области различных групп размещены пространственно отделенными друг от друга, или, точнее, относительно вторых контактных ножек: согласно изобретению, не предусматривается никакое пространственно пересекающееся расположение вторых контактных ножек. Вторые контактные ножки каждого контактного соединителя одной группы предпочтительно размещаются исключительно в ровно одном общем участке поверхности контактной площадки. Участок поверхности предпочтительно является замкнутым. На группу предпочтительно предусматриваются от 15 до 50 контактных соединителей, более предпочтительно от 16 до 30 контактных соединителей.
Согласно изобретению, группы являются различными в том отношении, что их первые контактные ножки размещаются на различном, но предпочтительно внутри каждой группы совпадающем, расстоянии до силового полупроводника на площадке потенциала нагрузки. Рядом с принадлежащими к группам согласно изобретению контактными соединителями, могут быть предусмотрены дополнительные контактные соединители. Они предусматриваются, например, чтобы электрически соединять площадки управляющего потенциала с соответственными управляющими контактными площадками управляемого силового полупроводника.
Основная идея изобретения состоит в том, что создавать плотность тока на проводящей ток нагрузки контактной площадке силового полупроводника более однородной сравнительно с прототипом. Было показано, что в результате соответствующего изобретению варианта исполнения, в котором подвод и, соответственно, отвод тока на группу ограничивается одной областью контактной площадки силового полупроводника, достигается особенно равномерное распределение тока нагрузки и тем самым распределение омических тепловых потерь через контактные соединители.
Усовершенствованный согласно изобретению контактный соединитель от площадки потенциала нагрузки до контактной площадки, соответственно металлического покрытия, силового полупроводникового конструкционного элемента имеет множество отдельных соединительных проволок, или также соединительные ленты, которые в свою очередь имеют множество вторых контактных ножек на металлическом покрытии силового полупроводникового конструкционного элемента. Эти вторые контактные ножки могут быть размещены произвольно. Предпочтительным является упорядоченное размещение вторых ножек в соответственном сегменте или области. Например, вторые, относящиеся в соответствующей группе ножки размещаются в шахматном порядке, причем вторые контактные ножки здесь располагаются только на полях одинакового «цвета», то есть, будучи смещенными от ряда к ряду. Предпочтительным является размещение параллельными одинаковыми рядами, причем расстояния между ближайшими соседними вторыми ножками сохраняются по обоим направлениям.
Контактные соединители предпочтительно выполнены дугообразными между контактными ножками, чтобы контактные ножки при обусловленном температурой расширении контактного соединителя испытывали как можно меньшую механическую нагрузку на растяжение и/или сжатие.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения, контактные соединители одной группы не различаются по длине. Еще предпочтительнее, все контактные соединители групп имеют одинаковую длину.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения, материал относящихся к группам контактных соединителей содержит алюминий или медь. Например, контактный соединитель состоит из высокочистого алюминия или высокочистой меди, со степенью чистоты 99,99% или лучше. В альтернативном варианте, контактные соединители могут состоять, например, из алюминиевого или медного сплава, причем в качестве легирующей добавки предусматриваются, например, магний, кремний, серебро или подобные, например, добавки, улучшающие характеристики теплопроводности или электрической проводимости, или, соответственно, механические свойства контактных соединителей. В отношении контактных соединителей речь предпочтительно идет о соединительных проволоках. Например, соединительные проволоки имеют круглое поперечное сечение. Диаметр поперечного сечения предпочтительно варьирует в диапазоне от 100 мкм до 800 мкм, более предпочтительно в диапазоне от 125 мкм до 500 мкм, такой как 300 мкм.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения предусматривается, что контактные соединители одной группы в каждом случае имеют третью контактную ножку, которая в направлении контактного соединителя размещается между первой и второй контактными ножками и на расположенном изолированно от площадки потенциала нагрузки металлическом покрытии подложки. Изолированное расположение в смысле изобретения подразумевает металлическое покрытие как таковое и тем самым не находится в противоречии с образованным контактным соединителем электрическим соединением. Другими словами, при этой конфигурации металлическое покрытие электрически соединяется с площадкой потенциала нагрузки исключительно по меньшей мере через один контактный соединитель. Благодаря дуговой проводке, образованной дополнительной контактной ножкой, получается удлинение соответствующих контактных соединителей. Это создает такую возможность, что различные группы выравниваются между собой в отношении длины их контактных соединителей. При этом дополнительная контактная ножка обеспечивает дополнительную механическую стабилизацию контактного соединителя, при этом вследствие размещения на изолированном металлическом покрытии не оказывая вредного влияния на распределение тока в смысле основной идеи изобретения. Третьи контактные ножки группы предпочтительно размещены на общем металлическом покрытии подложки, через соединение с подложкой, в том числе, получается благоприятное охлаждение. Например, они размещаются вдоль воображаемой линии, проходящей параллельно кромке силового полупроводника и на расстоянии от него.
Термин «сегменты» в смысле изобретения подразумевает области, которые электрически изолированы друг от друга. Например, речь идет о металлических покрытиях, электрическая изолированность которых обусловливается размещением на подложке, но не исключается другое электрическое соединение. Например, в одном варианте исполнения электропроводное соединение создается через деталь подключения нагрузки, которая тем самым исполняет функцию общего отвода и, соответственно, подвода нагрузочного тока от сегментов и, соответственно, к ним. Например, сегменты размещаются параллельно противолежащим кромкам силового полупроводника и на расстоянии от них. Деталь подключения нагрузки, которая служит в качестве электрического и механического соединения с концами внешних проводников и по обстоятельствам для выведения электрического соединения из корпуса силового полупроводникового модуля, выполнена, например, как зеркально-симметричная скоба.
Таким образом, соответствующий изобретению силовой полупроводниковый модуль включает, например, по меньшей мере одну соединительную деталь, которая выполнена в виде симметричной скобы, и концы этой скобы находятся в непосредственном контакте, предпочтительно в пропаянном контакте, с двумя сегментами площадки потенциала нагрузки. Скоба представляет собой, например, металлическую фасонную деталь, предпочтительно металлическую фасонную деталь из меди или медного сплава.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения, контактные соединители групп размещаются таким образом, что в отношении их расположения получается зеркальная симметрия. При этом не должно исключаться, что рядом с принадлежащими к группам согласно изобретению контактными соединителями могут быть предусмотрены также контактные соединители, которые не соответствуют этой симметрии, как, например, такие, которые служат для соединения управляющих выводов силового полупроводника с соответственными площадками управляющих потенциалов.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения, по меньшей мере две группы различаются по числу вторых контактных ножек на контактный соединитель. Например, одна группа имеет две вторых контактных ножки на каждый контактный соединитель, тогда как другая группа имеет три вторых контактных ножки на каждый контактный соединитель.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения предусматривается, что группа с наибольшим перекрываемым соответствующими контактными соединителями расстоянием между относящимися к этому площадкой потенциала нагрузки, или, соответственно, сегментом площадки потенциала нагрузки, и соответственными областью контактной площадки или, соответственно, сегментом контактной площадки, имеет наименьшее число вторых контактных ножек на каждый контактный соединитель.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения, силовой полупроводник имеет наименьшую длину кромки в диапазоне от 8,0 мм до 50,0 мм, предпочтительно в диапазоне от 9,0 мм до 25,0 мм, более предпочтительно в диапазоне от 10,0 мм до 20,0 мм.
Кроме того, силовой полупроводниковый модуль предпочтительно включает корпус, например, корпус из синтетического материала, предпочтительно из армированной волокном пластмассы, такой как армированный волокном термопласт. Корпус предпочтительно изготавливается в виде надеваемого сверху кожуха.
Согласно одному предпочтительному варианту исполнения, соответствующий изобретению силовой полупроводниковый модуль включает ровно два силового полупроводника, или число силовых полупроводников, которое соответствует кратному двум числу. Например, предусматривается число подложек, соответствующее числу силовых полупроводников. Контактные соединители первого силового полупроводника подразделяются на две группы в каждом случае из множества контактных соединителей с равным числом контактных ножек, и вторые контактные ножки каждого контактного соединителя одной группы размещаются исключительно в одном сегменте или одной области контактной площадки, заданном(-ой) участком поверхности контактной площадки. Различия между группами первого полупроводника сводятся к тому, что их первые контактные ножки размещаются на другом сегменте из двух сегментов площадки потенциала нагрузки первого силового полупроводника, которые в каждом случае располагаются смежными с двумя диаметрально противолежащими кромками первого силового полупроводника. Соединенная с контактными соединителями второго силового полупроводника, ровно одна площадка потенциала нагрузки второго силового полупроводника размещается между первым и вторым силовыми полупроводниками рядом с кромкой второго силового полупроводника и одной из остальных кромок первого силового полупроводника. В одном варианте исполнения площадка потенциала нагрузки второго силового полупроводника сформирована металлическим покрытием подложки, которое одновременно находится в точечном контакте с первым силовым полупроводником, и/или образует принадлежащую второму силовому полупроводнику дополнительную площадку потенциала нагрузки. В результате этого может быть достигнуто компактное размещение силового полупроводника вместе с соответствующими его площадками потенциала нагрузки при одновременно равномерном распределении тока. В частности, тем самым обеспечивается возможность симметричного размещения площадок потенциала нагрузки и, соответственно, их сегментов. Это имеет то преимущество, что для дальнейшего соединения с внешними проводниками, которые, например, размещаются снаружи принадлежащего соответствующему изобретению силовому полупроводниковому модулю корпуса, обычно применяемые соединительные детали также могут быть размещены симметрично, например, в форме скобы. Это не только обеспечивает особенно равномерное распределение тока, но также упрощает изготовление соответствующего изобретению модуля.
Силовые полупроводники выбираются из группы, включающей биполярные транзисторы, тиристоры, диоды. В случае ровно двух силовых полупроводников речь предпочтительно идет о сопряжении пары различных силовых полупроводников.
Кроме того, изобретение относится к устройству из радиатора и силового полупроводникового модуля в одном из описанных выше вариантов исполнения и с соответствующими вышеупомянутыми техническими преимуществами.
Изобретение подробнее разъясняется с помощью нижеследующих фигур. При этом фигуры должны пониматься только как примерные, и представляют только предпочтительные варианты исполнения. Как показано:
Фигура 1 представляет вид сверху соответствующего изобретению силового полупроводникового модуля 10 в первом варианте исполнения;
Фигура 2 представляет увеличенный вид силового полупроводникового модуля из Фигуры 1;
Фигура 3 представляет дополнительный увеличенный вид силового полупроводникового модуля из Фигуры 1;
Фигура 4 представляет вид сверху соответствующего изобретению силового полупроводникового модуля 10 во втором варианте исполнения;
Фигура 5 представляет вид сверху согласно Фигуре 4 с удалением некоторых компонентов для разъяснения показанной в Фигуре 4 конструкции;
Фигура 6 представляет вид сверху согласно Фигуре 4 с удалением других компонентов для разъяснения показанной в Фигуре 4 конструкции.
Фигуры 1-3 показывают соответствующий изобретению силовой полупроводниковый модуль 10 в первом варианте исполнения, тогда как Фигуры 4-6 показывают соответствующий изобретению силовой полупроводниковый модуль 10 во втором варианте исполнения. Модули в первом и втором вариантах исполнения различаются по существу применяемыми силовыми полупроводниками 1, 2 и деталями структуры контактных соединителей, в частности, в отношении второго силового полупроводника 2. Первый вариант исполнения согласно Фигурам 1-3 имеет два тиристора в качестве первого силового полупроводника 1 и второго силового полупроводника 2, в то время как вариант исполнения в Фигурах 4-6 имеет два диода в качестве первого силового полупроводника 1 и, соответственно, второго силового полупроводника 2.
Силовой полупроводниковый модуль 10 в первом варианте исполнения имеет металлическую монтажную плату 5, которая служит для размещения и закрепления на непоказанном радиаторе. На обратную относительно радиатора сторону монтажной платы 5 нанесены две электрически изолирующие подложки 3, 4 из керамического материала. На обращенную в противоположную сторону от монтажной платы 5 поверхность подложки 3, 4 в каждом случае нанесено множество металлических покрытий, одно из которых в каждом случае служит для закрепления и электрического контактирования основной поверхности размещенного на нем силового полупроводника 1, 2. Другие металлические покрытия на подложке 3, 4 служат для закрепления площадок 13а, 13b, 23 потенциала нагрузки для силовых полупроводников 1, 2. При этом, в том числе, для первого силового полупроводника 1 предназначена сформированная из обоих сегментов 13а, 13b площадка потенциала нагрузки. Принадлежность сегментов 13а, 13b к одной площадке потенциала нагрузки получается одинаковым функциональным подключением силового полупроводника, здесь катода силового полупроводника 1, но также соответственно посредством параллельного подвода и, соответственно, отвода тока непоказанной соединительной деталью, которая выполнена в форме скобы и зеркально-симметричной, и размещена охватывающей силовой полупроводник 1, и своими свободными концами скобы посажена на площадки 13а, 13b потенциала нагрузки и припаяна к ним. Предусматривается множество контактных соединителей 15, 16 из алюминиевых контактных проволок или, альтернативно, медных контактных проволок, которые размещены по существу параллельно друг другу. Каждый из этих контактных соединителей 15, 16 имеет первую контактную ножку 31, которая отличается тем, что она имеет точечный контакт с площадкой потенциала нагрузки или с соответствующим ей сегментом. Каждый из этих контактных соединителей 15, 16 имеет по меньшей мере две, здесь три вторых контактных ножки 32, которые отличаются тем, что они размещаются на контактной площадке 11 или на соответствующей ей области, или, как здесь, на сегменте 12а, 12b контактной площадки 11. Все описываемые впоследствии контактные ножки 31, 32, 33 соединены с контактирующим в каждом случае через контактный соединитель металлическим покрытием посредством US-соединения методом клин-клин.
Сегменты 12а и 12b вследствие функционального подключения силового полупроводника 1 также к контактной площадке 11 здесь объединены с катодной контактной площадкой. Обозначения в Фигурах каждой из первых 31 и вторых 32 контактных ножек в целях наглядности опущены. Между контактными ножками 31, 32 контактные соединители образуют дуги, которые более ясно показаны в Фигуре 3 в отношении контактных соединителей первого силового полупроводника 1. Контактные соединители групп 15 и 16 отличаются тем, что они все имеют одинаковое число вторых контактных ножек 32, и имеют конец, лежащий на контактной площадке 11. Вследствие этого один непоказанный контактный соединитель, который, исходя из сегмента 13а площадки потенциала нагрузки с образованием множества вторых контактных ножек 32 на контактной площадке 11, однако не заканчивающийся на ней, и протяженный до другого сегмента 13b площадки потенциала нагрузки, чтобы закончиться на нем, не рассматривался бы как соответствующий изобретению и тем самым принадлежащий в одной из групп контактный соединитель. Подразделение и распределение контактных соединителей 15 и 16 на группы получается, с одной стороны, оттого, что контактные соединители одной группы размещаются исключительно в одном заданном участком поверхности контактной площадки 11 сегменте, а именно, 12а и, соответственно, 12b контактной площадки 11, и, с другой стороны, оттого, что их первые контактные ножки 31 размещаются на другом сегменте 13а или, соответственно, 13b площадки потенциала нагрузки. Было показано, что соответствующие изобретению параллельные и разветвленные подвод и, соответственно, отвод тока, и в лучшем случае, как здесь, протяженное к сегментам контактной площадки разветвление, оказывают благоприятное действие на распределение тока, в особенности по сравнению с известным до сих пор, протяженным через множество сегментов контактной площадки контактным соединителем. Вторые контактные ножки 32 контактных соединителей силового полупроводника 1 размещаются зеркально-симметрично вдоль оси 44.
Соответствующий изобретению вариант исполнения относится, в частности, ко второму силовому полупроводнику 2, который размещен на дополнительной подложке 4. Конкретную конфигурацию его контактных соединителей 25, 26 можно распознать в подробностях в Фигуре 2. В отношении силового полупроводника 2 речь также идет о тиристоре. Здесь также располагается множество контактных соединителей 25, 26 по меньшей мере в двух группах 25 и, соответственно, 26 из множества контактных соединителей с одинаковым числом контактных ножек 31 и 32, и вторые контактные ножки 32 каждого контактного соединителя одной группы размещаются исключительно в одном замкнутом сегменте 22а и, соответственно, 22b контактной площадки 21, заданным общими участками поверхности контактной площадки 11. Группы различаются тем, что их первые контактные ножки 31 располагаются на различном, но одинаковом в каждой группе расстоянии а1 и, соответственно, а2 до силового полупроводника (2) на соответственной, здесь находящейся на подложке 3 площадке 23 потенциала нагрузки. Здесь расстояние а2 той группы 26, относящийся к которой сегмент 22а размещен пространственно ближе к данной площадке 23 потенциала нагрузки, выбирается более длинным, чем расстояние а1 той группы 25, относящийся к которой сегмент 22b размещается пространственно более отдаленным от данной площадки потенциала нагрузки, вследствие чего получается по меньшей мере приблизительное согласование по длине контактных соединителей 25, 26.
Показанный в Фигурах 4-6 силовой полупроводниковый модуль 10 во втором варианте исполнения имеет металлическую монтажную плату 5, которая служит для размещения и закрепления на непоказанном радиаторе. На обратную относительно радиатора сторону монтажной платы 5 нанесены две электрически изолирующие подложки 3, 4 из керамического материала. На обращенную в противоположную сторону от монтажной платы 5 поверхность подложки 3, 4 в каждом случае нанесено множество металлических покрытий, одно из которых в каждом случае служит для закрепления и электрического контактирования основной поверхности размещенного на нем силового полупроводника 1, 2, в отношении которого, как было упомянуто выше, речь идет о силовом диоде. Другие металлические покрытия на подложке 3, 4 служат для закрепления площадок 13а, 13b, 23 потенциала нагрузки для силовых полупроводников 1, 2. При этом, в том числе, для первого силового полупроводника 1 предназначена сформированная из обоих сегментов 13а, 13b площадка потенциала нагрузки. Принадлежность сегментов 13а, 13b к одной площадке потенциала нагрузки получается одинаковым функциональным подключением силового полупроводника, здесь анодного подключения силового полупроводника 1, но также соответственно посредством параллельного подвода и, соответственно, отвода тока непоказанной соединительной деталью, которая выполнена в форме скобы и зеркально-симметричной, и размещена охватывающей силовой полупроводник 1, и своими свободными концами скобы установлена на площадки 13а, 13b потенциала нагрузки и припаяна к ним. Предусматривается множество контактных соединителей 15, 16 из алюминиевых контактных проволок или, альтернативно, медных контактных проволок, которые размещены по существу параллельно друг другу. Каждый из этих контактных соединителей 15, 16 имеет первую контактную ножку 31, которая отличается тем, что она имеет точечный контакт с площадкой потенциала нагрузки или с соответствующим ей сегментом. Каждый из этих контактных соединителей 15, 16 имеет по меньшей мере две, здесь три вторых контактных ножки 32, которые отличаются тем, что они размещаются на контактной площадке 11 или на соответствующей ей области 12а, 12b контактной площадки 11. Области 12а и 12b здесь отделены друг от друга штрихпунктирной линией, сегментирование не предусмотрено, но контактная площадка 11, в отличие от силового полупроводника 1 в первом варианте исполнения, определяется сплошным металлическим покрытием. Обозначения в Фигурах каждой из первых 31 и вторых 32 контактных ножек в целях наглядности были опущены. Между контактными ножками 31, 32 контактные соединители образуют дуги. Контактные соединители групп 15 и 16 отличаются тем, что они все имеют одинаковое число вторых контактных ножек 32, и имеют конец, лежащий на контактной площадке 11. Подразделение и распределение контактных соединителей 15 и 16 на группы получается, с одной стороны, оттого, что контактные соединители одной группы размещаются исключительно в одной заданной участком поверхности контактной площадки 11 области, а именно, 12а и, соответственно, 12b, контактной площадки 11, и, с другой стороны, оттого, что их первые контактные ножки 31 размещаются на другом сегменте 13а или, соответственно, 13b площадки потенциала нагрузки. Было показано, что соответствующие изобретению параллельные подвод и, соответственно, отвод тока, и в лучшем случае, как здесь, протяженное к сегментам контактной площадки разветвление, оказывают благоприятное действие на распределение тока, в особенности по сравнению с известным до сих пор, протяженным через множество сегментов контактной площадки контактным соединителем.
Соответствующий изобретению вариант исполнения контактного соединителя относится, в частности, ко второму силовому полупроводнику 2, который размещен на дополнительной подложке 4. Конкретную конфигурацию его контактных соединителей 25, 26 можно распознать в подробностях в Фигуре 5, и здесь разъясняется на представленных в каждом случае в качестве примера контактных соединителях 25, и, соответственно, 26. В отношении силового полупроводника 2 речь также идет о диоде. Здесь также располагается множество контактных соединителей 25, 26 по меньшей мере в двух группах 25 и, соответственно, 26, из множества контактных соединителей с одинаковым числом контактных ножек 31 и 32, и вторые контактные ножки 32 каждого контактного соединителя одной группы размещаются исключительно в одной замкнутой области 22а и, соответственно, 22b контактной площадки 21, заданной общими участками поверхности контактной площадки 11. Как в Фигуре 5, но с исключением частей контактных соединителей 25, 26 для необходимого разъяснения, группы различаются по числу контактных ножек. В то время как группа 25 в целом имеет 3 контактных ножки и тем самым только две вторых контактных ножки 32, группа 26 имеет в целом 5 контактных ножек, и тем самым 3 вторых контактных ножки. Кроме того, между вторыми, находящимися на контактной площадке 21 контактными ножками 32, и находящейся на площадке 23 потенциала нагрузки первой контактной ножкой 31 в каждом случае предусматривается третья контактная ножка 33, которая размещена на находящемся на подложке 4 металлическом покрытии 30 электрически изолированной от площадки 23 потенциала нагрузки и от контактной площадки 21. Только группа 26 имеет третью контактную ножка 33 в своих контактных соединителях, все из которых размещены на замкнутой поверхности металлического покрытия 30.
Кроме того, контактные соединители двух групп различаются тем, что их первые контактные ножки 31 располагаются на различном, но одинаковом в каждой группе расстоянии а1 и, соответственно, а2 до силового полупроводника 2 на соответственной, здесь находящейся на подложке 3 площадке 23 потенциала нагрузки. Здесь расстояние а2 той группы 26, относящийся к которой сегмент 22а размещен пространственно ближе к данной площадке 23 потенциала нагрузки, выбирается более длинным, чем расстояние а1 той группы 25, относящийся к которой сегмент 22b размещается пространственно более отдаленным от данной площадки потенциала нагрузки, вследствие чего во взаимодействии с признаком различного числа вторых контактных ножек 32 и дополнительной третьей контактной ножкой 33 получается по меньшей мере приблизительное согласование по длине контактных соединителей 25, 26.
Посредством Фигур 5 и 6 должно быть разъяснено, что принадлежащая второму силовому полупроводнику 2 площадка 23 потенциала нагрузки размещается между силовыми полупроводниками 1 и 2, будучи проложенной параллельно их кромкам, тогда как предусмотренное для третьих контактных ножек 33 металлическое покрытие 30 является протяженным параллельно и отдаленно между площадкой 23 потенциала нагрузки и кромкой второго силового полупроводника 2. При этом площадка 23 потенциала нагрузки определяется металлическим покрытием, которое под первым силовым полупроводником 1, контактируя при этом с его обращенной к подложке 3 основной поверхностью, проходит до другой стороны, чтобы там образовать контактную площадку 14 и площадку для припаивания непоказанной соединительной детали.
1. Силовой полупроводниковый модуль (10), имеющий:
по меньшей мере одну подложку (4);
по меньшей мере один размещенный на подложке (4) силовой полупроводник (2), который на своей обращенной от подложки стороне имеет контактную площадку (21);
размещенную на подложке (4) рядом с силовым полупроводником (2) площадку (23) потенциала нагрузки;
множество контактных соединителей (25, 26) для параллельного электропроводного соединения контактной площадки (21) с площадкой (23) потенциала нагрузки, причем каждый контактный соединитель (25, 26) имеет по меньшей мере одну первую контактную ножку (31) на площадке (23) потенциала нагрузки и множество вторых контактных ножек (32) на контактной площадке (21), причем каждый контактный соединитель (25, 26) имеет на контактной площадке (21) по меньшей мере один конец,
причем множество контактных соединителей (25, 26) подразделены по меньшей мере на две группы (25 и, соответственно, 26) из множества контактных соединителей с одинаковым числом контактных ножек, причем вторые контактные ножки (32) каждого контактного соединителя одной группы размещены исключительно в одном сегменте или области (22а и, соответственно, 22b) контактной площадки (21), заданном(-ой) участком поверхности контактной площадки, причем группы различаются тем, что их первые контактные ножки (31) размещены на различном, но согласующемся внутри каждой группы, расстоянии (а1 и, соответственно, а2) до силового полупроводника (2) на площадке (23) потенциала нагрузки,
причем контактные соединители (26) по меньшей мере одной группы имеют соответственно третью контактную ножку (33), которая в направлении контактного соединителя (26) размещена между первой контактной ножкой (31) и второй контактной ножкой (32) и на металлическом покрытии (30), расположенном на подложке (4) электрически изолированно от площадки (23) потенциала нагрузки,
причем контактные соединители всех групп (25 и, соответственно, 26) не различаются существенно по длине.
2. Силовой полупроводниковый модуль (10) по предшествующему пункту, причем вторые контактные ножки (32) каждого контактного соединителя на группу (25 и, соответственно, 26) размещены исключительно в ровно одном общем участке поверхности контактной площадки (21).
3. Силовой полупроводниковый модуль (10) по п.2, причем общий участок поверхности является замкнутым.
4. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, причем металлическое покрытие (30) проходит параллельно и на расстоянии между площадкой (23) потенциала нагрузки и кромкой силового полупроводника (2).
5. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, причем площадка (23) потенциала нагрузки выполнена сегментированной.
6. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, причем третья контактная ножка (33) группы (26) размещена на общем металлическом покрытии (30).
7. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, причем контактные соединители (25, 26) представляют собой контактные проволоки.
8. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, причем вторые контактные ножки (32) одной группы (25 и, соответственно, 26) размещены в регулярном порядке.
9. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, причем по меньшей мере две группы (25 и, соответственно, 26) различаются по числу вторых контактных ножек (32) на контактный соединитель.
10. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, причем силовой полупроводник имеет длину кромки в диапазоне от 8,0 до 50,0 мм.
11. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, причем на группу предусмотрено от 15 до 50 контактных соединителей (25, 26).
12. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, причем силовой полупроводник (2) и относящаяся к нему площадка (23) потенциала нагрузки размещены на одной керамической подложке (4).
13. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, причем силовой полупроводник (2) представляет собой диод, транзистор или тиристор.
14. Силовой полупроводниковый модуль (10) по одному из предшествующих пунктов, содержащий ровно два силовых полупроводника (1, 2) или число силовых полупроводников, которое соответствует числу, кратному двум, причем контактные соединители (15, 16) первого силового полупроводника (1) подразделены на две группы (15 и, соответственно, 16) из множества контактных соединителей с равным числом контактных ножек, причем вторые контактные ножки (32) каждого контактного соединителя одной группы размещены исключительно в одном сегменте или одной области (12а и, соответственно, 12b) контактной площадки (11), заданном(-ой) участком поверхности контактной площадки (11), и группы (15 и, соответственно, 16) первого силового полупроводника (1) различаются тем, что первые контактные ножки (31) размещены на другом сегменте (15, 16) из двух сегментов (13а, 13b) площадки потенциала нагрузки первого силового полупроводника (1), которые соответственно расположены рядом с двумя диаметрально противолежащими кромками первого силового полупроводника (1), и соединенная с контактными соединителями (25, 26) второго силового полупроводника (2) ровно одна площадка (23) потенциала нагрузки размещена между первым (1) и вторым (2) силовыми полупроводниками рядом с кромкой второго силового полупроводника (2) и одной из остальных кромок первого силового полупроводника (1).
