功率半导体模块和将该模块布置在马达上的方法与流程

总的来说，本发明描述了一种功率半导体模块，该功率半导体模块具有功率半导体布置、壳体和内部接触装置，该内部接触装置在壳体的内部与外部连接元件电接触，其中，连接元件被设计为具有内部接触表面和外部接触表面的刚性金属成型体。本发明还描述了一种用于将这种功率半导体模块布置在马达上(优选地是布置在道路车辆的电动马达上)的方法。如本文中使用的术语“电动马达”通常应理解为指一种电机，其可以作为马达和发电机两者运行。

背景技术：

例如，de102006006425a1公开了一种采用压力接触设计的标准功率半导体模块，该标准功率半导体模块被设计用于布置在冷却组件上，其中负载端子元件在每种情况下被实施为金属成型体，其具有至少一个条带状段并且具有从其发出的多个接触脚。在这种情况下，负载端子元件的一个条带状段被布置成平行于基底表面并与其间隔开。此外，接触脚从所述条带状段延伸到基底，并在那里形成用于负载端子的电路兼容触头。在负载端子元件的条带状段和基底之间布置有成型绝缘体，并且该成型绝缘体具有凹部，用于由接触脚穿过。

考虑到现有技术，本发明的目的尤其是以如此方式改进外部的(即向外延伸的)连接元件的设计和布置，即：使得作为改进的方法的一部分，功率半导体模块可以相对于马达(特别是电动马达)容易地布置。

技术实现要素：

根据本发明，该目的通过一种功率半导体模块来实现，该功率半导体模块具有：功率半导体组件；壳体，该壳体在具有外部表面的壳体侧中具有凹部，该凹部具有沿着所述外部表面的法线方向的通道方向；具有内部接触装置，其在壳体的内部与外部连接元件(其特别是被设计为负载端子元件)电接触，并且一段被布置在凹部中；以及具有弹簧元件，其中，连接元件被设计为具有内部接触表面和外部接触表面的刚性金属成型体，其中，外部接触表面能够从外侧接近，其中，连接元件经由电绝缘且机械弹性的保持装置连接到壳体，使得所述连接元件能够沿着通道方向移动，并且其中，弹簧元件被布置和设计为使得其弹簧作用沿着通道方向直接或间接地作用在连接元件上。

特别有利的是，连接元件具有相对于通道方向的第一连接元件位置，在该位置中，外部接触表面具有相对于外部表面的第一接触表面位置，并且其中连接元件可以克服弹簧元件的弹簧力而在负的通道方向上移位。

在每种情况下均能够有利的是，第一接触表面位置相对于外部表面在通道方向上凹进，或者第一接触表面位置形成为与外部表面齐平，或者第一接触表面穿过外部表面突出。

一方面，可以优选的是，弹簧元件被设计用以将内部接触装置沿着通道方向按压在连接元件的内部接触表面上，并且因此，内部接触装置被布置在弹簧元件和连接元件之间。另一方面，内部接触装置可以具有套管，连接元件的一段和弹簧元件被布置在所述套管中。

原则上，有利的是，壳体侧被设计为基板，因此凹部被布置在该基板中。同时，基板可以具有冷却装置，尤其是流体冷却装置。

优选地是，内部接触装置设计为功率半导体组件的一体部件，特别是功率半导体组件的基底的一体部件，或者，内部接触装置被导电连接到功率半导体组件，特别是导电连接到其基底。

在一种有利方式中，弹簧元件被实施为螺旋弹簧或贝氏弹簧或弹性体。

有利的是，所述机械弹性的保持装置被实施为密封装置，该密封装置在连接元件的一段中的所有侧面上围封连接元件，并且该密封装置密封凹部，以免受环境影响。

优选地是，所述机械弹性的保持装置借助固定装置被牢固地安装在壳体中。

可以特别有利的是，壳体另外容纳控制电路板、电容器装置或以上两者。

另外，该目的通过一种用于将上述功率半导体模块布置在马达上的方法来实现，该马达具有用于导电连接到功率半导体模块的马达接触装置，该方法具有以下的方法步骤：

a)部署功率半导体模块，其中，外部接触表面相对于功率半导体模块的壳体的壳体侧的外部表面被定位在第一接触表面位置中；

b)相对于马达的功率模块表面布置功率半导体模块，使得所述功率半导体模块的连接元件的外部接触表面搁置在在被分配给所述外部接触表面的马达接触装置上，其中，外部接触表面相对于外部表面保持在所述第一接触表面位置中；

c)借助于安装装置，以功率半导体模块的外部表面将功率半导体模块固定在功率模块表面上，其中，外部接触表面沿着负的通道方向从第一接触表面位置移位到第二接触表面位置，由此，在外部接触表面和相关联的马达接触装置之间形成由功率半导体模块的弹簧元件产生的导电压力接触。

可以有利的是，在功率模块表面和外部表面之间布置了密封装置。该密封装置可以围绕连接元件的位置来布置。

优选的是，将密封装置实施为静态的、自密封的且可移除的密封装置，尤其是实施为扁平密封件、异型垫圈，并且在这里尤其是实施为o形环密封件。

当然，只要没有明确或固有地排除或不与本发明的思想相抵触，以单数形式提及的特征或特征组中的每一个特征，特别是外部负载端子元件，或者特征组，都可以在根据本发明的功率半导体模块中出现多于一次。

不言而喻，可以单独地或以任何组合来实施本发明的各个实施例，而无关于它们是否是在功率半导体模块或方法的情形中描述，以便实现改进。特别地是，在不脱离本发明的范围的情况下，以上特征和以下提到的特征不仅可以以指定的组合来应用，而且可以以其它的组合应用或单独应用。

附图说明

根据以下对图1至10中示意性示出的本发明示例性实施例的描述或其相关部分，得出本发明的进一步说明、有利细节和特征。

图1至图4以截面示出了根据本发明的功率半导体模块的各个实施例，

图5和图6示出了在根据本发明的方法的步骤b)之前的根据本发明的功率半导体模块，

图7示出了根据本发明的方法的已完成的步骤b)，

图8示出了根据本发明的方法的已完成的步骤c)，

图9和图10以三维截面图示出了根据本发明的功率半导体模块的各个实施例。

具体实施方式

图1至图4以截面示出了根据本发明的功率半导体模块1的各个实施例。相应的功率半导体模块1具有壳体7，该壳体在此不受一般性限制地被设计为两个部分，其具有金属的基板72和杯状的塑料形体70。这些实施方式在本领域中是基本上标准的。

功率半导体模块1还具有功率半导体组件2，该功率半导体组件2以标准方式具有基底，该基底将功率半导体组件2与基板72电绝缘。在该基底上布置有多个导体轨道(未明确示出)，其中功率半导体装置被放置于所述多个导体轨道上并以电路兼容方式连接。

在根据图1的实施例中，在基底和基板72之间布置有弹性垫状元件60，在这种情况下，弹性垫状元件60由永久弹性的工业橡胶形成。垫状元件60形成功率半导体模块1的弹簧元件6。

壳体7(在这里是杯状的壳体部分70)具有壳体侧700(在这里是壳体7的顶侧)，该壳体侧700具有外部表面702和延伸穿过壳体的该侧的凹部704。连接元件4的一段突出穿过壳体7的该凹部704。连接元件4被设计为刚性的(换言之，不同于标准的通常材料特性)、非弹性的金属成型体，具有内部接触表面40和外部接触表面42。外部接触表面42用以将功率半导体模块1特别地是连接至马达，因此从外侧能够接近。

功率半导体模块1还具有电绝缘且机械弹性的保持装置5。该保持装置5在一方面连接到功率半导体模块1的壳体7，且在另一方面连接到连接元件4。这些连接之间的那一段是基本上提供保持装置的弹性的区域。为此，利用保持装置5来封装连接元件4，并且保持装置以标准方式(在此，使用粘接技术)连接到壳体7。

借助于该电绝缘且机械弹性的保持装置5，并且尤其是借助于上述的那一段，连接元件4被布置成可在凹部704中沿着壳体侧700的外部表面702的法线方向n移动。

内部接触装置3在此被设计为功率半导体组件2的一体部件30，特别是被设计为功率半导体组件2的基底的导体轨道的部件，在此更精确地作为其一段。导体轨道的该一段以材料结合且因此直接导电的方式连接到外部连接元件4，该外部连接元件4在本文被设计为负载端子元件。当然，同时在连接元件4的内部接触表面40和导体轨道的该一段之间可以布置连接介质，例如焊料，但没有其它物体。在该示例中，在内部接触装置3和连接元件4之间的连接是直接形成的。内部接触装置3和内部接触表面40之间的直接连接的替代实施例是力配合连接。这可以甚至是有利的，特别是与功率半导体模块1直接布置在马达上的布置相结合的话，这是因为由于潜在的较高的环境温度，材料结合连接、尤其是焊料连接不具有足够的耐久性。

弹簧元件6、内部接触装置3、连接元件4和保持装置5相互作用，使得连接元件4穿过凹部在法线方向n上被向外按压直至连接元件位置，在该连接元件位置中，外部接触表面42处于第一接触表面位置p1中，参见图7。在这种情况下，弹簧元件6经由基底而间接地作用在连接元件4上。在此过程中，外部接触表面42穿过外部表面702从壳体7突出。在沿着负的法线方向n施加外力的情况下，连接元件4可以克服弹簧元件6的弹簧力而在该方向上移位。

在根据图2的设计中，功率半导体模块1在功率半导体组件2的基底和基板72之间不具有弹簧元件6，但是作为替代，这些部件以标准的导热方式彼此连接。

此外，在这里，内部接触装置3被设计为金属套管32，金属套管32在此以材料结合方式连接到基底，更准确地是连接到基底的导体轨道的一段。连接元件4的与连接元件4的内部接触表面40相关联的端部段被布置在套管32中，并且以力配合且导电的方式连接至套管32的内部表面。该套管32在其基部区域中被加宽，其在该基部区域中具有弹性体62，该弹性体62在此由永久弹性的工业橡胶形成，其形成该功率半导体模块1的弹簧元件6。在这里，连接元件4与该弹簧元件6直接机械接触。

此外，功率半导体模块1的设计类似于根据图1的功率半导体模块的设计，并且具有基本上相同的功能，特别是在内部接触装置3、弹簧元件6、连接元件4和保持装置5的相互作用方面。然而，在这里，弹簧装置6直接作用在连接元件4上。

在根据图3的实施例中，功率半导体模块1具有基板72、用于螺钉76的两个通孔74，螺钉76在这里形成安装装置的一部分，并且用于将功率半导体模块1特别地是安装在马达上。此外，在功率半导体模块1的该实施例中，基板72包括凹部724，连接元件4的一段被布置在该凹部724中。因此，连接元件4穿过基板72从壳体7的内部突出，使得其内部接触表面40定位于功率半导体模块1的壳体7的内部，而其外部接触表面42穿过基板72的外部表面722突出。

在此，借助于基板72中的凹部，所述电绝缘且机械弹性的保持装置5被连接至基板72。它还包括连接元件4的一段，并因此另外确保连接元件4与金属基板72的电绝缘。尽管未示出，但也可以是单独的绝缘装置在连接元件的必需段中围封连接元件，以提供电绝缘。

保持装置5还用于相对于基板72及其凹部724而柔性地支撑连接元件4。该柔性安装至少允许连接元件4在基板72的法线方向n上的移动能够，并因此允许外部接触表面42相对于基板72的外部表面722(更一般地是，包括凹部的壳体侧的外部表面)的接触表面位置的改变。

在这里，功率半导体模块1的该实施例的内部接触装置3是功率半导体组件2的内部连接装置34的一段。在这里，内部连接装置34被设计为由导电膜和电绝缘膜组成的标准堆叠，如果有必要的话，则该标准堆叠在导电层之间具有穿过一个或多个电绝缘层的过孔。

内部接触装置3与连接元件4的内部接触表面40直接导电压力接触。该压力接触借助于弹簧元件6产生，该弹簧元件6在这里被实施为螺旋弹簧64，具有平行于法线方向n的弹簧轴线或弹簧方向。在该实施例中，由于螺旋弹簧64由金属材料制成，所以绝缘体640位于螺旋弹簧的端部与内部接触装置34之间，该绝缘体在这里附加地执行将螺旋弹簧64的压力均匀地传递到内部连接装置34上的功能。

另外，特别是在内部接触装置3、弹簧元件6、连接元件4和保持装置5之间的相互作用方面，在功率半导体模块1的该实施例中实施了与根据图1和图2的以上两个变型中示出的功能基本相同的功能。

在根据图4的设计中，功率半导体组件1设计为基本类似于根据图1和图2的功率半导体组件。然而，在这里，内部接触装置3不是功率半导体组件2的一体部件。而是替代地是，l形的金属成型体36形成该内部接触装置3。该金属成型体36具有平行于或至少近似平行于基板72的一段。两个螺旋弹簧64、360按压在该平行段上。第一螺旋弹簧64形成功率半导体模块1的弹簧元件6，其将平行段的一个子段直接按压在连接元件4的内部接触表面40上，从而在它们之间形成导电接触。另一个弹簧360将内部接触装置36的垂直于基板72延伸的一段按压在基底的导体轨道上，因此接触功率半导体组件2。

在功率半导体模块1的该实施例中，特别是在内部接触装置3、弹簧元件6、连接元件4和保持装置5的相互作用方面，也实施了与根据图3的以上所述的变型中的功能基本相同的功能。

图5和图6每个示出了在根据本发明的方法的步骤b)之前的根据本发明的功率半导体模块1和电动马达9的一部分。根据图5的功率半导体模块1与根据图4的功率半导体模块1基本相同，差异在于在基板72的其外部表面724上，其具有围绕凹部724延伸的凹槽728，该凹槽728被设计用于部分地接纳密封装置8，在这里是o形环密封件80。

马达9具有功率模块表面92，该功率模块表面被设计使得功率半导体模块1以其外部表面722齐平地搁置在该功率模块表面92上。该功率模块表面92也具有凹槽928，该凹槽928与基板72的凹槽728对齐，并且与其相互作用，使得o形环密封件80搁置在两个凹槽中，并且在将功率半导体模块1安装在功率模块表面92上之后，因此密封凹部724，以免受环境影响，在这里甚至免受加压的水的影响。

此外，马达9具有螺纹96，该螺纹96与功率半导体模块1的螺钉76相互作用并且形成安装装置。

在凹部902中，相对于马达9的功率模块表面92的表面，布置了马达接触装置94，其与连接元件4的外部接触表面42一起设计用以形成功率半导体模块1与马达9的导电接触。在这一点上，与所有的先前的功率半导体模块1一样，第一接触表面位置p1相对于外部表面722在通道方向n上突出。

与根据图5的功率半导体模块1相反，根据图6的功率半导体模块1具有内部接触装置3，该内部接触装置3以材料结合方式连接到基底的导体轨道，并具有垂直于基板72的长度补偿结构。此外，功率半导体模块1具有固定装置50，该固定装置50将保持装置5的一段抵靠壳体7夹紧，因此将其固定到壳体7，在这里更准确地说是将其固定在壳体7中。

在升高部904中，相对于马达9的功率模块表面92的表面，布置有马达接触装置94，其与连接元件4的外部接触表面42一起设计用以形成功率半导体模块1与马达9的导电接触。在半导体模块1的该实施例中，第一接触表面位置p1相对于外部表面722在通道方向n上凹进。

此外，马达9在这里还具有用于冷却功率半导体模块1的流体冷却装置900。如果基板72本身不具有显式的冷却装置，则这是特别优选的。

图7示出了根据本发明的方法的已完成的步骤b)。在该示例中，根据图4的功率半导体模块1(仅作为示例，并且由于它可用于解释方法)被布置在马达9的功率模块表面92上，但尚未在功率半导体模块1上施加外力。因此，相对于外部表面722的第一接触表面位置p1是由内部组件的相互作用而限定的位置。当然，在这种情况下，安装装置76、96的相关联的部分各自相对于彼此布置成在法线方向上对齐，略微倾斜。同样地是，马达接触装置94和连接元件4的外部接触表面42在法线方向上对齐，同样相对于彼此略微倾斜。

图8示出了根据本发明的方法的已完成的步骤c)。在方法步骤c)期间，借助于安装装置76、96的各自的相关联的部分，将功率半导体模块1以其外部表面724齐平地固定在马达9的功率模块表面92上。结果，连接元件4克服弹簧装置6的作用而沿着负的法线方向n移位。这使得外部接触表面42到达第二接触表面位置p2，该第二接触表面位置p2相对于第一接触表面位置p1沿着负的法线方向n偏移。换句话说，与组装之前相比，在组装之后，外部接触表面42相对于壳体侧720(这里为基板72)的表面722突出的量较小。由于该组装，弹簧元件6被第一次或更强地张紧，导致在外部接触表面42和马达接触装置94之间形成导电压力接触。当然，这意味着内部接触装置现在36是倾斜的。在其它实施例中，特别是根据图3和图6，内部接触装置3的这种倾斜是较低的或不存在的。

图9和图10以三维截面图示出了根据本发明的功率半导体模块1的各种不同的但类似的实施例。还再次示出了壳体7，其在本示例中是具有塑料盖(未示出)的杯状金属壳体。金属壳体7在其基部具有壳体侧720，该壳体侧720形成壳体表面722、两个凹部724，见图10。在根据图10的设计中，壳体侧720具有围绕其边缘延伸的另一个密封装置8，在这里是扁平密封件82，其以密封方式与马达的功率模块表面(未示出)相互作用。

功率半导体组件2布置在每个壳体7的内部。这指向薄膜复合物34，如已经在图3中描述的那样，该薄膜复合物还形成与连接元件4接触的内部接触装置3。连接元件4本身被设计为具有内部接触表面40和外部接触表面42的刚性金属成型体。该成型体被保持装置5在法线方向n上几乎完全围封起来，这实际上仅使得接触表面40、42的区域露出。该保持装置5围封连接元件并且具有多个段，保持装置5通过该多个段以力配合方式布置在壳体7中。保持装置被设计成不仅电绝缘，因此还被另外设计为密封装置，该密封装置密封功率半导体模块1的内部(即使其没有被布置在马达上)，以免受诸如灰尘和湿气的环境影响。

保持装置5独自确保将连接元件4布置在凹部724中，在法线方向n上具有有限的移动能力。弹簧装置6(基本类同于根据图3的弹簧装置)被设计和确定尺寸，使得其沿着法线方向n将连接元件4按压成从静止位置中略微偏出，静止位置即是在没有定位的弹簧元件6的情况下的位置。外部接触表面42因此位于相对于外部表面722的第一接触表面位置。由于功率半导体模块1借助安装装置安装(未示出)在马达上，其中外部表面722齐平地搁置在马达的功率模块表面上，外部接触表面42从第一接触表面位置p1在负的方向n上移位到第二接触表面位置p2，见图7和图8。此外，在内部接触表面40与内部接触装置34之间以及在外部接触表面42与相关联的马达接触装置之间形成由功率半导体模块1的弹簧元件6产生的导电压力接触。