[发明专利]带有层状构造的绝缘侧壁的功率半导体模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率半导体模块，该功率半导体模块带有至少两个相互连接的功率半导体单元、模块壳体和至少一个连接母线，其中，所述功率半导体单元具有可控的功率半导体，所述功率半导体单元设置在该模块壳体内并且该模块壳体具有绝缘的侧壁，所述连接母线穿过所述侧壁延伸并且与至少一个功率半导体单元相连接。

背景技术

这种功率半导体模块例如已经由WO2008/031372公开。此处公开的功率半导体模块具有两个相互连接的功率半导体单元。每个功率半导体单元具有多个功率半导体芯片，如IGBTs，GTOs等，所述功率半导体芯片相互连接并且设置在自有的单元壳体内。每个功率半导体单元形成有一个阳极和一个阴极以及控制接头。借助于控制接头上恰当的控制信号可中断或接通阳极和阴极之间的电流。至少两个所述的功率半导体单元设置在用于防爆保护的单独的模块壳体中。借助于合适地铺设穿过模块壳体壁的线路将功率半导体单元的电路向外导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种开头所述类型的功率半导体模块，该功率半导体模块具有高抗爆性并且其制造特别廉价。

本发明由此解决该技术问题，即，绝缘的侧壁设计为绝缘并且一体构造的子元件的堆叠，其中，各子元件以接触区域相互贴靠。

按照本发明，至少具有可控的功率半导体，如IGBTs，GTOs，可控硅元件等的功率半导体单元设置在防爆的模块壳体内。在此，可控的功率半导体单元除了阳极和阴极接头之外还具有控制接头，以便开关通过可控的功率半导体的阳极和阴极的电流。为了将功率半导体单元上的电路从模块壳体引导出，设置至少一个连接母线，该连接母线贯穿模块壳体的绝缘的侧壁。

在能量分配领域，例如在高压直流输电或者所谓的“柔性交流输电系统(FACTS)”领域常见的是，将高的交流电压转换成直流电压或反之。为此，通常串联多个按本发明的功率半导体模块。然而，由于串联连接，在每个单独的功率半导体模块上都会下降一个高电压。这种高电压尤其会在故障情况下导致功率半导体单元爆炸状的破坏。模块壳体用于安全目的，使得在爆炸情况下出现的爆炸气体能由模块壳体可靠地容纳或者排出。以这种方式能够避免其它功率半导体模块的损坏。

为了确保廉价地制造这种功率半导体模块，按照本发明建议，功率半导体模块的绝缘侧壁由多个相互堆叠的子元件形成，通常多个用于接触模块壳体内部的功率半导体单元的连接母线延伸穿过所述侧壁。子元件本身由绝缘材料制成。在按本发明的功率半导体模块运行时，堆叠的子元件相互贴靠，使得在所述子元件之间限定有对接处，所述对接处明显方便了连接母线从模块壳体引出。

按照本发明，例如首先可以堆叠一个子元件，接着一个连接母线，然后是另一个子元件，然后是必须与所述的第一连接母线绝缘地安装的另一个连接母线，并且最后堆叠另一个子元件。连接母线与希望的功率半导体单元相连接。在功率半导体模块运行时，处于高压电势的电路也通过连接母线导引到模块壳体内，经过设置在模块壳体内的功率半导体单元并从该处又通过另一连接母线从模块壳体导出。

按照本发明的一种优选的设计构造，子元件周向闭合地构造。以这种方式提供了更高的耐爆性，其中，制造成本还继续保持很低。子元件可以与其余的模块壳体无关地制造为闭合或环形的子元件。以这种方式避免了安装侧壁时耗费的对接方法。

子元件有利地具有至少一个加强肋。在周向闭合的环形子元件的情况下，该加强肋例如在两个相对的边界壁之间延伸。子元件并且必要时加强肋合适地限定空腔或者空腔的一部分的边界，在功率半导体模块的组装状态下，功率半导体单元设置在该空腔内。

至少一个连接母线有利地在两个子元件之间穿过侧壁。换句话说，每个连接母线延伸经过对接处。

按照一种与之相应的合适的扩展设计，子元件中的一个在其接触区域具有缺口，连接母线延伸穿过该缺口。借助于该缺口能够进一步简化功率半导体模块的安装。因此，首先可以将具有缺口的子元件与功率半导体模块的其余部分连接并且接着安装母线。

缺口和穿过缺口延伸的连接母线合适地相互形状互补地构造。通过形状互补的构造基本上防止了爆炸气体在故障情况下流出。侧壁密封包围每个连接母线。以这种类型和方式可以进一步最小化爆炸损坏。

子元件有利地由纤维强化塑料制成。通过纤维强化，塑料特别抗爆。纤维强化塑料是已经公知的，因此其化学成分在此不详细说明。尤其可以考虑玻璃纤维强化塑料。