专利名称：对半导体模块的爆炸保护的制作方法
技术领域：
本发明涉及到功率电子学领域。它涉及到一个按照权利要求1前序部分的一个高功率-半导体模块。
在现代的具有很小的漏电感和小的保护开关的整流器中，在短路情况下一个存储电容器的整个能量在几微秒之内放电。此时出现的电流在几百个千-安培和功率在100MW范围内。因此一个短路导致一个爆炸并不少见，爆炸时半导体元件以及壳体的碎块象子弹一样被抛射出来。
因此在设计模块时对于一个爆炸的情况考虑以下的支座第一不允许有人员受伤。这个可以这样达到，将模块放在一个空间里，它在运行状态下不允许被进入。第二应该避免损害到物体，特别是邻近的模块和母线。支座一般几乎不能另人满意地满足这些要求。
从DE-A-30’32’133已知一种半导体模块具有一个半导体元件、两个电极，在两个电极之间半导体元件被加上电压，和一个绝缘壳体，它包围着半导体元件。这种模块有一个以一个单件或多件的空心圆柱体形状由一种软的、有弹性的硅胶构成的爆炸保护元件，它被这样放置在由陶瓷制造的隔离壳体内，它包围着半导体元件。当一个爆炸时被抛出的融化的金属，应被爆炸保护元件接获和它的动能应尽可能地被吸收，以便陶瓷-壳体和其它邻近的模块元件在热金属冲击面前得到保护。为了保证这一点，爆炸保护元件必须有一个大的动能吸收能力并且进而是热稳定的，以便不会在爆炸以前已经融化了。
这个结构的缺点似乎是，由于保护元件位置的需要原本的模块被加大。此外不能与任意的壳体形状组合在一起使用。另外动能不是在任何情况下都能够被完全吸收的，这样由于保护元件的冲击被传递到隔离壳体上。如果半导体模块具有一个陶瓷-壳体，如它在这篇文章中公开的，则由于隔离壳体本身的坚固性爆炸保护可能足够了。然而隔离壳体是由塑料制成的，则剩余能量完全会导致隔离壳体的损坏并且形成新的抛射的弹丸。
DE-C-26’61’120同样公开了一个爆炸保护元件，然而它是被安排在一个模块壳体的外边的。爆炸保护元件在半径方向距离上包围着壳体，从而形成一个空的空间，当爆炸时空的空间应能用作爆炸压力的一个降低。此外空的空间必须显著地大于被壳体包围着的空间。这种结构的缺点也还是位置需要增大。
因此本发明的任务是提供具有一个爆炸保护元件的一个高功率-半导体模块，它有一个相对小的位置需要和由塑料制造的壳体在爆炸时还能提供一个足够的保护。
此任务是由具有权利要求1特征的一个高功率-半导体模块解决的。
按照本发明的高功率-半导体模块具有一个最好是可伸展的或弹性的保护罩，它被安排在壳体的外边和由于它的拉伸强度接获抛出来的弹块和吸收它的动能。从而可以接获所有落下的弹块，还有所有落下的壳体碎块本身。保护罩，因为它是由一种可伸展的材料制造的，可以用简单的方式和方法罩在壳体上面，这样不会明显地涉及到生产时间。保护罩的位置需要是极小的，这样一个专门的与保护罩匹配的模块设计，特别是它的大小，是不必要的。一个另外的优点是，在损坏情况下可以立即清楚地被识别，那个模块是被损坏了，因为一个外边还幸而保全的壳体不可能炫示一个不存在的功能能力的。
因为保护罩是位于壳体外边的和因而与半导体元件是分开的，它必须用更少的材料就足够了比起DE-A-30’32’133中已知的保护元件。热稳定性例如并不是必须的要求。
其它的优异的结构形式由从属权利要求中得知。
在附图中表示了本发明对象的优异的实施例，它们被叙述在下面的说明中。它们表示
图1具有按照本发明的爆炸保护的一个高功率-半导体模块的一个第一个实施形式的一个透视图；图2一个第二个实施形式的一个透视图和图3一个第三个实施形式的一个透视图。
在附图1中表示了一个高功率-半导体模块的一个第一个实施形式，它具有一个按照本发明的爆炸保护元件。它具有申报人的已知的可堆垛的“印刷包裹”IGBT-模块(绝缘栅双极晶体管)的主要的结构。然而按照本发明的高功率-半导体模块不仅局限于这种形状，而且还可以被安排为具有爆炸保护元件的高功率-半导体模块的任意壳体形状。
被表示的高功率-半导体模块有一个第一个电极板，其形状为一个金属的支座块1，也被称为基片。这个支座块1是被构成为台阶形的，此时一个低台阶10过渡为一个高台阶11。低台阶在这里是未被表示的控制电路的位置。高台阶11考虑了孔12作为冷却水接头。在这个高台阶11上，在附图上是看不到的，安排了至少一个半导体元件以及其它的具有高功率-半导体模块功能能力的必要的部件。半导体元件是由一个矩形的壳体2，准确地说是由塑料制成的一个绝缘壳体，包围着，它在中间区域有环绕的筋20和在其它区域有一个平滑的表面。壳体2是形状封闭地环绕着台阶被安放在高台阶11上的，其中在两个台阶10、11的过渡区是深冲的。
壳体2在它的上面的远离支座块1的开口是用一个可螺紧的金属盖板3封闭的，它是形状封闭地与开口相匹配的。这个盖板3被用作为第二个电极板，此时一个在低台阶10方向突出来的第一个鼻子用作为阴极接头30。此外壳体2上夹有一个第二个鼻子，它构成为一个门电路接头40。
按照本发明半导体模块被一个保护罩5包围着，此时在这个例子中它只包围着壳体2。在附图1上保护罩没有完全被画出来，因此能够看见位于下面的壳体2。保护罩5是由具有高拉伸强度的一种金属构成的，以便使它不会被抛出的碎块损坏。它是构成为可伸展的和由一种编织物制成的。可使用的例如被使用作为制造子弹安全背心的凯夫拉尔或其它的金属。在附图1上保护罩5被表示为粗眼孔状的，然而这只是为了比较容易看清楚图。保护罩5的编织物最好是这样紧密，使小的碎块也不会通过眼孔穿透过去。
保护罩5在模块上的固定可以用不同的方式和方法构成并且特别是依赖于模块的形状。在这里表示的例子中保护罩5是紧贴在壳体2上的，此时它易于伸展和因此只通过它的弹性和没有其它固定辅助方法保持在它的位置上。此时保护罩一方面通过简单的罩上就可以被装上或者当它如带状绕在壳体2上和随后用材料封闭或力封闭被封闭成一个环。最好保护罩5是构成为软管形状的和整体的，此时有时存在有模块的单个元件例如门电路接头40的开口50。然而多件的变型和/或其它的形状也是可以使用的。
在其它的这里没有被表示的实施形式中存在有固定装置，它将保护罩固定在模块上。在一种实施形式上保护罩是固定在支座块和/或固定在盖板上的，这样它形成了至少围绕着壳体的一个罩子。从而避免了，碎块以一种横向打击的方式从保护罩中可以出来。在一种其它的实施形式中保护罩至少部分地也围绕着电极板。
在这里表示的例子中保护罩是紧贴地安放在壳体上的。然而正好按照应用领域使用固定装置时具有的优点是，留下一个自由空间和将保护罩安排得与壳体有一个距离。
在附图2上是一个原本已知的半导体模块的一个第二个实施形式，它是考虑了用一个按照本发明的爆炸保护元件。它是由多个具有半导体元件的子模块构成的，它们被安排在这里看不见的一个底板上。在这个底板上或在这个底板的上面放上一种塑料或一种适当金属的壳体2’。壳体2’至少有一个，最好有多个窗口，它在制造时可以作为到子模块的入口和随后最好用一种浇铸质量被添满。从壳体2’中伸出的接头3’是为了制作导电连接。
如在附图2上可以看到的，壳体2’和底板是部分地被一个上述方式的保护罩5包围着，其中接头区域没有被涉及到。也有可能，整个壳体包括底板用一个这样的保护罩包围和对于接头留下开口或者以后再建立开口。然而对于这种特殊的模块却显示出，至少窗口21’应该被保护罩5盖住，以便保证一个有效的爆炸保护。
在附图3上表示了一个原本已知的半导体模块的一个第三种实施形式。在这种情况下整个模块被一个最好是由塑料制成的壳体2”包围着，此时接头3”是由端面的侧边从壳体中伸出来的。整个壳体2”是用一个上述形式的保护罩5包围着，此时在这种情况下保护罩5最好也是弹性的紧贴着的。只有接头3”以及其它突出的零件是从保护罩5中自由伸出来的。
在这里表示的实施形式中每个模块各自被安排了具有一个自己的保护罩。在可堆垛的高功率-半导体模块中，特别是具有园截面的所谓的曲棍球-包-模块，然而对于多个模块可以使用唯一的一个保护罩，当保护罩被罩在重叠堆垛在一起的模块上时。
符号表1 支座块10 低台阶11 高台阶12 冷却水接头孔2 壳体20 筋2’ 壳体21’ 窗口2” 壳体3 盖板30 阴极接头3’ 接头3” 接头40 门电路接头5 保护罩50 开口
权利要求
1.高功率-半导体模块，具有一个壳体(2，2’，2”)，它至少包围着一个半导体元件，并且具有一个爆炸保护元件用来保护模块面对一个爆炸时被抛出的碎块，其特征为，爆炸保护元件是一个接获碎块的保护罩(5)，它至少包围着壳体(2，2’，2”)的一部分并且是由一种可伸展的材料制成的。
2.按照权利要求1的高功率-半导体模块，其特征为，保护罩(5)是由编织物制成的。
3.按照权利要求1的高功率-半导体模块，其特征为，保护罩(5)是弹性地紧贴在壳体(2，2’，2”)上的。
4.按照权利要求1的高功率-半导体模块，其特征为，壳体(2，2’，2”)是被安排在两个电极板(1，3)之间的，此时保护罩(5)是被固定在这些电极板(1，3)中的至少一个上的。
5.按照权利要求4的高功率-半导体模块，其特征为，保护罩(5)是在距离壳体(2，2’，2”)的一个距离上包围着它的。
6.按照权利要求1的高功率-半导体模块，其特征为，保护罩(5)是构成为整体的。
7.按照权利要求1的高功率-半导体模块，其特征为，保护罩(5)是构成为软管形式的。
8.按照权利要求1的高功率-半导体模块，其特征为，保护罩(5)是用凯夫拉尔制作的。
9.按照权利要求1的高功率-半导体模块，其特征为，很多重叠堆垛在一起的模块是由一个共同的保护罩(5)包围着的。
全文摘要
一个高功率—半导体模块具有一个壳体(2,2’,2”),它至少包围着一个半导体元件,具有一个爆炸保护元件。这个爆炸保护元件是至少包围着壳体(2,2’,2”)的一部分的一个保护罩(5),它接获当半导体元件一次爆炸时被抛出来的碎块。从而避免了,由于这样的碎块对人员或邻近模块带来的伤害。
文档编号H01L23/02GK1246728SQ9911818
公开日2000年3月8日 申请日期1999年8月30日 优先权日1998年8月29日
发明者T·朗, H·R·策勒 申请人:亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司