功率半导体装置的制作方法

本发明涉及一种功率半导体装置。

背景技术：

de102009046403b4公开了一种功率半导体装置，其具有基板并且具有布置在基板上并且导电地连接到基板的功率半导体组件，具有导电的dc电压母线并且具有电容器，电容器的电容器终端导电地连接到dc电压母线。为了安装电容器，功率半导体装置具有电容器安装装置，其具有用于接收电容器的接收装置并且电容器布置在其中，其中导电地连接到dc电压母线的导电的母线连接元件在朝基板的方向上从dc电压母线延伸，并且按压抵靠基板的导电的导体轨道，使得母线连接元件被按压为与基板的这些导体轨道的导电接触。弹性变形元件布置在电容器安装装置和电容器之间，通过该弹性变形元件，电容器安装装置在朝基板的方向上对dc电压母线施加压力。此外，功率半导体装置具有作为压力产生装置的螺钉，用于产生为此目的所需的压力，通过该螺钉，电容器安装装置被拧到底部壳体元件。因为螺钉以相对于在电容器安装装置上的弹性变形元件横向偏移的方式对电容器安装装置施加压力，所以电容器安装装置的几何形状经受高弯曲力，从长远来看，高弯曲力可能导致电容器安装装置的机械故障，并且可能因此导致功率半导体装置的减少的寿命。在这种功率半导体装置的情况下，另外的优点是，在传统的电容器的情况下，电容器的硬封装按压抵靠dc电压母线，电容器的那些形成电容器的电容的元件浇铸到该硬封装中，这可能导致硬封装的断裂，并因此导致电容器的损坏。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可靠的并且机械稳定的功率半导体装置，其能够更合理地制造。

该目的通过功率半导体装置来实现，其具有基板，具有布置在基板上并导电地连接到基板的功率半导体组件，具有弹性变形元件，具有按压元件，具有导电的母线并且具有电容器，所述电容器导电地连接到母线并且具有电容形成装置，所述电容形成装置形成电容器的电容，其中为了安装电容器，功率半导体装置具有电容器安装装置，其具有用于接收电容器的杯形接收装置并且电容器布置在其中，其中导电地连接到母线的导电的母线连接元件在朝基板的方向上从所述母线延伸，其中变形元件布置在电容器安装装置背离母线的侧方和按压元件之间，其中按压元件与电容器安装装置形成为多个部分，其中按压元件设计成通过变形元件在朝母线的方向上按压电容器安装装置，从而在朝基板的方向上按压母线，从而按压母线连接元件抵靠基板的导电的导体轨道，使得母线连接元件被按压为与基板的这些导体轨道的导电接触。

证明有利的是，功率半导体装置具有多个导电地连接到母线的电容器，并且各个电容器具有电容形成装置，电容形成装置形成各个电容器的电容，其中为了安装电容器，功率半导体装置具有电容器安装装置，所述电容器安装装置具有用于接收电容器的杯形的接收装置，其中各个电容器布置在各个接收装置中。功率半导体装置因此可以具有多个相应安装的电容器。

证明有利的是，电容器安装装置，特别是接收装置，支承在母线上并且与母线机械接触。电容器安装装置因此直接压在母线上。

此外证明有利的是，电容器通过封装材料浇铸到接收装置中的方式布置。电容器安装装置因此与电容器形成结构单元，这使得能够合理地制造功率半导体装置。

在这方面，证明有利的是，电容形成装置通过封装材料而材料地连接到接收装置，其中封装材料与电容形成装置和接收装置机械接触。功率半导体装置因此以特别紧凑的方式设计。

可选地，在这方面，证明有利的是，电容器具有电容器壳体，其中布置有电容形成装置，其中电容器壳体通过封装材料而材料地连接到接收装置，其中封装材料与电容器壳体和接收装置机械接触。具有商用电容器壳体的电容器因此可以用于形成功率半导体装置。

如果电容器安装装置，特别是接收装置，支承在母线上并且与母线机械接触，则证明有利的是，电容器和封装材料不是与母线机械接触。因此，仅电容器安装装置，特别是仅接收装置，特别是仅接收装置的侧壁，按压抵靠母线。因此，电容器和封装材料不会被通过按压元件引入的压力机械地加载，因此功率半导体装置具有非常长的寿命。

此外，证明有利的是，电容器具有电容器壳体，其中布置有电容形成装置，其中电容器壳体以按压进入接收装置的方式布置。因此能够容易地更换故障的电容器。

如果电容器安装装置，特别是接收装置，支承在母线上并且与母线机械接触，则在这方面证明有利的是，电容器不与母线机械接触。因此，仅电容器安装装置，特别是仅接收装置，特别是仅接收装置的侧壁，按压抵靠母线。因此，电容器不会被通过按压元件引入的压力机械地加载，因此功率半导体装置具有非常长的寿命。

此外，证明有利的是，变形元件具有泡沫结构和/或由弹性体形成。因此，变形元件具有特别良好的弹力性质。

此外，证明有利的是，母线具有导电的正电势轨和导电的负电势轨，其通过布置在正电势轨和负电势轨之间的非导电隔离层以彼此电隔离的方式布置。因此实现了母线的紧凑结构。

此外，证明有利的是，功率半导体装置具有压力产生装置，所述压力产生装置在朝基板的方向上对按压元件施加压力，其中按压元件因此通过变形元件在朝母线的方向上按压电容器安装装置。因此，功率半导体装置自身容易产生压力。

此外，证明有利的是，功率半导体装置具有金属基体，其中基板布置在基体上。金属基体使得可以有效冷却功率半导体组件。

在这方面，证明有利的是，基板压在基体上并且因此基板力配合地连接到基体。因此即使基板没有材料地连接到基体，也实现了基板到基体的良好的热连接。

附图说明

本发明的示例性实施例参考以下附图在下文中解释，其中：

图1示出了根据本发明的功率半导体装置的一种设计的侧视截面图，

图2示出了根据本发明的功率半导体装置的另一设计的侧视截面图，并且

图3示出了根据本发明的功率半导体装置的另一设计的侧视截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的功率半导体装置1的一种设计的侧视截面图。图2和图3分别示出了根据本发明的功率半导体装置1的另一设计。

根据本发明的功率半导体装置1具有基板3，并且功率半导体组件4布置在基板3上并且导电地连接到基板3。在这种情况下功率半导体开关通常以晶体管的形式存在，例如igbt(绝缘栅双极晶体管)或mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)，或者以晶闸管的形式。基板3具有绝缘材料主体3a(比如陶瓷主体)和导电结构化的第一导电层3b，所述第一导电层3b布置在绝缘材料主体3a的主侧并连接到绝缘材料主体3a，并且由于其结构第一导电层3b形成导电的导体轨道3b'。基板3优选地具有导电的、优选未结构化的第二导电层3c，其中绝缘材料主体3a布置在结构化的第一导电层3b和第二导电层3c之间。基板3可以以例如直接铜键合基板(dcb基板)、活性金属钎焊基板(amb基板)的形式或者绝缘金属基板(ims)的形式存在。功率半导体组件4优选材料地，例如通过焊接层或烧结层，连接到基板3的相关联的导体轨道3b'。

此外，功率半导体装置1具有弹性变形元件10和按压元件11。变形元件10可以具有泡沫结构和/或由弹性体形成。变形元件10优选设计为泡沫元件。弹性体可以形成为交联的硅橡胶，特别是形成为交联的液体硅橡胶或形成为交联的固体硅橡胶，或者由树脂形成。按压元件11优选以板的形式设计。按压元件11优选地由金属或由可机械加载的塑料形成。

此外，功率半导体装置1具有多个电容器6，电容器6导电地连接到功率半导体装置1的母线5。各个电容器6具有形成其电容的电容形成装置6a。例如，当电容器6形成为膜电容器时，电容形成装置6a可以由两个导电膜和布置在两个导电膜之间的一个非导电膜组成。电容形成装置6a通过导电的连接6d和6e导电地连接到导电的电容器终端6c和6b。在示例性实施例中，母线5设计为dc电压母线。母线5具有导电的正电势轨(rail)5a和导电的负电势轨5b，它们通过在正电势轨5a和负电势轨5b之间布置的非导电隔离层5c(例如塑料膜)以彼此电隔离的方式布置。要指出的是，母线5还可以具有例如另一种中性电势轨和/或替代电势轨，其以与正电势轨5a和负电势轨5b电隔离的方式布置。母线5可以具有用于电绝缘目的的非导电涂层。导电地连接到母线的导电的母线连接元件5a'和5b'在朝基板3的方向上从所述母线5延伸。优选地，各个母线连接元件5a'和5b'分别与正电势轨5a和负电势轨5b一体形成。电容器终端6c导电地连接到正电势轨5a，并且电容器终端6d导电地连接到负电势轨5b，例如通过钎焊、烧结或焊接连接。

在示例性实施例中，功率半导体组件4导电地相互连接以形成半桥电路，半桥电路可以例如用于整流和逆变电压和电流。功率半导体装置1具有作为电能存储件的电容器6，其缓冲在功率半导体装置1处产生的dc电压。在示例性实施例中，电容器6因此用作中间电路电容器，但是它们也可以用于其他目的。

为了安装电容器6，功率半导体装置1具有电容器安装装置8，电容器安装装置8具有用于接收电容器6的杯形的接收装置8c，其中各个电容器6布置在各个接收装置8c中。要指出的是，电容器安装装置8还可以仅具有其中布置有电容器6的单个接收装置8c。电容器安装装置8优选由塑料形成，尤其是形成为塑料注塑部分。接收装置8c具有侧壁8b，侧壁8b在朝母线5的方向上从电容器安装装置8的电容器安装装置基板8a延伸，并且包围电容器6。

变形元件10布置在电容器安装装置8的背离母线5的侧方8a'与按压元件11之间。按压元件11与电容器安装装置8形成为多个部分。电容器安装装置8以这样的方式布置：其能够在基板4的法线方向nt上相对于按压元件11移动。

按压元件11设计成通过变形元件10在朝母线5的方向上按压电容器安装装置8，从而在朝基板3的方向上按压母线5，从而按压母线连接元件5a'和5b'抵靠基板3的导电的导体轨道3b'，使得母线连接元件5a'和5b'被按压为与基板3的这些导体轨道3b'的导电接触。

在本发明中，由于按压元件11与电容器安装装置8形成为多个部分，并且在基板4的法线方向nt上通过按压元件11对电容器安装装置8背离母线5的侧方8a'施加的压力通过按压元件11以与基板3齐平的方式被引入到电容器安装装置8上，电容器安装装置8不经受任何高弯曲力，高弯曲力可能导致电容器安装装置8的机械故障，并可能因此导致功率半导体装置1的减少的寿命。

在根据图1和图2的本发明的功率半导体装置1中，电容器6以通过封装材料7浇铸到接收装置8c中的方式布置。封装材料7优选地设计为硬封装材料，特别是设计为环氧树脂，但也可以设计为软封装材料，特别是硅封装材料。

在根据图1的功率半导体装置1中，电容形成装置6a通过封装材料7材料地连接到接收装置8c，其中封装材料7与电容形成装置6a和接收装置8c机械接触。在这种情况下，封装材料7形成电容器6的壳体。因此功率半导体装置1以特别紧凑的方式设计。

在根据图2的功率半导体装置1中，电容器6具有电容器壳体6e，其中布置有电容形成装置6a，其中电容器壳体6e通过封装材料7材料地连接到接收装置8c，其中封装材料7与电容器壳体6e和接收装置8c机械接触。因此可以使用具有商用电容器壳体的电容器来形成功率半导体装置1。在这种情况下，优选地，电容形成装置6a以通过另外的封装材料6f浇铸到电容器壳体6e中的方式布置。可选的，电容器壳体也可以由另外的封装材料本身形成。

在根据图3的功率半导体装置1中，电容器6具有电容器壳体6e，其中布置有电容形成装置6a，其中电容器壳体6e以被按压进入接收装置8c的方式布置并因此力配合地连接到接收装置8c。

在根据图1、图2和图3的本发明的功率半导体装置1中，电容器安装装置8，特别是接收装置8c，特别是接收装置8c的侧壁8b，优选地支承在母线5上并与母线5机械接触。因此电容器安装装置8直接压在母线5上。在根据图1和图2的本发明的功率半导体装置1中，电容器6和封装材料7不与母线5机械接触，使得在电容器6与母线5之间并且还在封装材料7与母线5之间形成间隙12。在根据图3的本发明的功率半导体装置1中，电容器6同样不与母线5机械接触，使得在电容器6和母线5之间形成间隙12。因此，在所有示例性实施例中，其仅按压电容器安装装置8(特别是仅接收装置8c，特别是仅接收装置8c的侧壁8b)抵靠母线5。因此，电容器6或封装材料7不被通过按压元件11引入的压力机械地加载，因此功率半导体装置1具有非常长的寿命。

功率半导体装置1优选具有压力产生装置9，压力产生装置9在朝基板3的方向上对按压元件11施加压力d，其中按压元件11因此通过变形元件10在朝母线5的方向上按压电容器安装装置8。压力产生装置9优选地设计为至少一个螺钉。

功率半导体装置1优选地具有金属基体2a。基板3布置在基体2a上。在这种情况下，基板3可以通过布置在基体2a和基板3之间的焊接层或烧结层材料地连接到基体2a。可选地，可以在基板3和基体2a之间布置导热膏。如果基板3不是材料地连接到基体2a，则基板3压在基体2a上，从而力配合地连接至基体2a。

在示例性实施例中，按压元件11通过至少一个螺钉9直接拧到基体2a。然而，按压元件11也可以经由至少一个机械地插入的元件，通过至少一个螺钉9而间接地拧到基体2a。

在示例性实施例中，基体2a例如可以是散热器2的组成组件。散热器2可以具有冷却肋片2b或冷却销，其优选地从散热器2的基体2a延伸。散热器2可以设计为空气冷却散热器或水冷却散热器。可选地，基体2a也可以设计为基板(没有冷却肋片2b或冷却销)，基板旨在安装在散热器(例如，空气冷却散热器或水冷却散热器)上。

当然，除非本身排斥，否则上面以单数形式提及的特征也可以以多个的形式存在于根据本发明的功率半导体装置中。

在这一点上应该注意的是，本发明的不同示例性实施例的特征，只要这些特征不是相互排斥的，当然可以以任何期望的方式彼此组合，而不脱离本发明的保护范围。