半導體組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明大體涉及半導體組件，并且更特別地，涉及包括緊壓包裝模塊的半導體組件。
【背景技術】
[0002]許多不同類型的電力轉換器利用緊壓包裝模塊，因為易于在機械疊堆的幫助下對它們進行連續連接，其中連續地提供不止一個模塊。使緊壓包裝模塊安裝在冷卻器或壓力板之間，并且對那個疊堆施加壓力，以確保單獨的緊壓包裝模塊之間有恰當的電接觸和熱接觸。對于HVDC轉換器，可將高達20個模塊連續連接成一個疊堆，而且完整的轉換器可能需要超過一百個疊堆。這意味著需要大量重型且有時昂貴的機械部件來建立那些疊堆。
[0003]圖1中公開了現有技術的緊壓包裝疊堆的示例。如在此圖中看到的那樣，標準疊堆包括兩個或更多個桿，它們圍繞疊堆均等地分布。在疊堆的各個端部中的一個端部處提供兩個軛(yoke)，以封閉疊堆。此外，在疊堆的頂部上提供彈簧套件，以對其提供壓力。在一些緊壓疊堆包裝中，省略這個彈簧套件，而且改為提供特殊的軛，該軛允許使用其固有的機械彈力作為彈簧力。
[0004]在美國專利申請公布US 2010/0133676 Al中公開了緊壓包裝疊堆的另一個示例。
【發明內容】
[0005]本發明的目標是提供一種具有簡化的機械設計的緊壓包裝疊堆。
[0006]根據本發明，提供一種半導體組件，其包括:疊堆，其包括半導體模塊和冷卻器，其中，半導體模塊設置成與冷卻器接觸，疊堆具有第一側和第二側；適于對疊堆施加力的夾持組件；半導體組件的特征在于，疊堆設有在第一側和第二側之間的貫通孔，而且夾持組件的一部分延伸通過疊堆的貫通孔，其中，延伸通過疊堆的貫通孔的夾持組件的部分包括構造成導電的導電部分。從而，提供緊湊的機械布置，同時獲得改進的電氣屬性，諸如較低的電感和較均勻的電流分配。
[0007]在實施例中，提供單個母線條。從而，使部件的數量且從而重量保持最低。
[0008]在實施例中，提供絕緣元件，以使導電母線條與半導體模塊電絕緣開。照這樣，可借助于母線條來接觸疊堆的端部部分。
[0009]在實施例中，在疊堆的中心處提供貫通孔。這確保對疊堆施加的力均勻分布，并且減少用于堆疊的機械部件，這又會降低組裝的復雜性和成本。
[0010]在實施例中，半導體模塊大體是扁平的，并且具有第一平坦側和相對的第二平坦偵U。這使得能夠有可靠地電連接和熱連接到相鄰冷卻器上的緊湊設計。這在第一和第二平坦側充當模塊功率連接件時特別有利。
[0011]在實施例中，冷卻器布置成使得半導體模塊(20a)的側部的基本整個區域都與冷卻器接觸。從而確保半導體模塊側部的整個區域上有良好的電連接和熱連接。
[0012]在實施例中，冷卻器是導電的，使得它可用來連接到半導體模塊上。
[0013]在實施例中，半導體模塊和冷卻器是圓形。這提供占地面積小的設計，而且還改進模塊中的電磁耦合的均勻性。
[0014]在實施例中，夾持組件包括適于對疊堆的第一側施加力的第一夾持元件和適于對疊堆的第二側施加力的第二夾持元件。照這樣，可提供半導體組件作為用于在后面連接到電氣裝備件上的單獨部件。
[0015]在實施例中，半導體組件包括電氣裝備件，優選電容器，其中，母線條在第一端部分處電連接到疊堆的第一側上，并且在第二端部分處電連接和機械地連接到該電氣裝備件的第一極上。通過將夾持組件結合到該電氣裝備件中，實現緊湊設計，而且使導電路徑的長度保持最小，從而改進組件的電氣屬性。
[0016]在實施例中，疊堆包括多個半導體模塊和多個冷卻器，其中，在兩個冷卻器提供之間各個半導體模塊。照這樣，一個疊堆中可包括大量半導體模塊。
[0017]在實施例中，疊堆包括兩個半導體模塊和三個冷卻器，其中，提供連接件優選是為了電連接到三個冷卻器的中心第二冷卻器上。然后疊堆自行用作例如變極器中的相腳。在這種情況下，半導體模塊包括高電壓半導體，諸如隔離柵雙極晶體管。
【附圖說明】
[0018]現在參照附圖以示例的方式來描述本發明，其中:
圖1顯示現有技術的緊壓包裝疊堆，
圖2顯示根據本發明的呈緊壓包裝疊堆的形式的半導體組件的截面圖，
圖3顯示包括在圖2的半導體組件中的半導體模塊的橫截面俯視圖，
圖4顯示根據本發明的呈緊壓包裝疊堆的形式的半導體組件的第二實施例的側視圖，圖5顯示根據本發明的呈緊壓包裝疊堆的形式的半導體組件的第三實施例的部分地截開的側視圖，
圖6顯示根據本發明的呈緊壓包裝疊堆的形式的半導體組件的第四實施例的截面圖，半導體組件安裝到呈電容器的形式的電氣裝備件上，
圖7顯示圖6的電容器的分解透視圖，以及圖8顯示組裝之后的圖7的電容器。
【具體實施方式】
[0019]在下面，將給出根據本發明的半導體組件的優選實施例的詳細描述。
[0020]已經在【背景技術】部分論述了圖1，所以在本文不進一步涉及圖1。
[0021]圖2顯示根據本發明的半導體組件(大體標為10)的截面圖。這個半導體組件是緊壓包裝疊堆的簡單形式，它包括正好一個半導體模塊20a和冷卻器30a，它們貼靠彼此，即，彼此直接進行物理接觸或接合。這個半導體模塊20a大體是扁平的，并且具有第一平坦側22和相對的第二平坦側24。參照圖3，顯示圓形半導體模塊20a的橫截面圖，在半導體模塊中在第一側22和第二側24之間提供中心貫通孔26。在模塊中提供多個半導體28，諸如隔離柵雙極晶體管(IGBT)，而且它們電連接到半導體模塊的第一平坦側22和第二平坦側24上，而且這些側部因此充當模塊功率連接件。
[0022]再次參照圖2，冷卻器30a具有第一平坦側32和與第一平坦側32相對的第二平坦側34，第二平坦側34貼靠或接合半導體模塊20a的第一側。冷卻器30a設有在相對的平坦側之間的中心貫通孔36，孔與半導體模塊20a的貫通孔26對齊。冷卻器具有良好的導電性和導熱性，并且因而優選的是冷卻器由導電性良好的材料(諸如銅或鋁)制成，而且優選的是在冷卻器內部提供用于冷卻劑(未顯示)(諸如水)的通道。冷卻器30a是圓形，其直徑等于或超過半導體模塊20a的直徑，以便確保在半導體模塊20a的整個第一側22上在半導體模塊20a和冷卻器30a之間有導電和導熱。
[0023]半導體模塊20a和冷卻器30a共同形成疊堆，其大體標為38。
[0024]夾持組件(大體標為40)適于對疊堆38施加力F，在這種情況下，沿朝向半導體模塊20a的方向對冷卻器30a的第一側32施加力F，其中，冷卻器30a充當軛。因而，夾持組件40延伸通過半導體模塊20a的貫通孔26和冷卻器30a的貫通孔36。延伸通過貫通孔26、36的部分是導電母線條42，導電母線條42具有第一螺紋端部部分42a以及與第一端部分42a相對的第二端部分42b，呈螺母44a的形式的夾持元件旋到第一螺紋端部部分42a上。導電母線條可為鋁桿或者備選地設有鋁套的中心鋼桿。雖然這個實施例包括呈母線條形式的導電部分，但延伸通過貫通孔的導電部分可體現為許多不同的形式，諸如條或帶，導電部分在逆變器、變電站、蓄電池組或任何其它電氣設備內導電。
[0025]假設半導體模塊20a的第二側24支托在固定平面(在圖中以虛線顯示)上。這個固定平面可為另一個冷卻器、額外的軛或者電氣裝備件的表面，如將在下面描述的那樣。因而，當螺母44a上緊時，將對軛或冷卻器30a施加向下力F。由于軛或冷卻器30a是剛性的，所以這個力將傳遞到半導體模塊20a上。由于半導體模塊20a因為固定平面(半導體模塊20a的第二側24貼靠固定平面)的原因而不會屈服，所以半導體模塊20a和冷卻器30a將擠壓成彼此緊密接觸，從而確保它們之間有良好的導電性和導熱性。
[0026]現在將參照圖4來描述半導體組件的第二實施例。在這個實施例中，在疊堆中提供多個(即，四個)半導體模塊20a、20b、20c、20d。相應地，提供多個冷卻器，即，五個冷卻器30a、30b、30c、30d、30e，使得各個半導體模塊20a_d設置在兩個冷卻器30a_e之間。這意味著半導體模塊20a_d和冷卻器30a_e在疊堆38中交錯布置，疊堆38具有圖中的顯示第一上端和相對的第二下端。
[0027]夾持組件40包括具有第一上部螺紋端部分42a和第二下部螺紋端部分42b的條42。呈第一螺母44a的形式的第一夾持元件旋到條的第一端部分42a上，并且呈第二螺母44b的形式的第二夾持元件旋到條的第二端部分42b上。
[0028]彈簧套件46布置在第一螺母44a和第一最上部冷卻器30a之間，如圖中顯示的那樣。顯示了彈簧套件由多個盤形彈簧組建而成，但將認識到的是，可提供其它形式的彈簧。
[0029]在彈簧套件46和第一冷卻器30a之間提供第一軛絕緣元件48a，以便在它們之間提供電絕緣。相應地，在第二螺母44b和最下部冷卻器30e之間提供第二軛絕緣元件，以便在它們之間提供電絕緣。
[0030]提供連接件(在圖中未顯示)是為了電連接到半導體模塊20a_d上，以及可選地電連接到一個或多個冷卻器30a_e上。
[0031]半導體組件10在這個實施例中借助于夾持組件40而保持在一起，而不像圖2中顯示的實施例那樣依賴于任何固定平面。這意味著這個半導體組件可以可釋放地安裝到電氣裝備件上，諸如電容器或變壓器。
[0032]現在將參照圖5來描述半導體組件的第三實施例。在這個實施例中，在疊堆38中提供多個(即，兩個)半導體模塊20a、20b。相應地，提供多個冷卻器，即，三個冷卻器30a、30b、30c，使得各個半導體模塊20a、20b設置在兩個冷卻器30a_c之間。這意味著在這個實施例中半導體模塊20a、20b和冷卻器30a-c在疊堆38中也交錯地布置，疊堆38具有圖中顯示的第一上端和相對的第二下端。
[0033]夾持組件40包括具有上部螺紋端部分42a的條42。條42的下端部分42b附連到電氣裝備件上，諸如電容器。呈螺母44a的形式的夾持元件旋到條的上端部分42a上。
[0034]類似于圖4中顯示的一個的彈簧套件46布置在第一螺母44a和第一最上部冷卻器30a之間，如圖中顯示的那樣。彈簧套件46直接對第一最上部冷卻器30a施加力，在這個實施例中，第一最上部冷卻器30a起軛的作用。在這個實施例中省略了圖4中顯示的軛絕緣元件。
[0035]在這個實施例中，在以截面顯示成疊堆的冷卻器和半導體模塊的情況下，提供絕緣元件50是為了使中心條42與半導體模塊20a、20b電絕緣開。絕緣元件50還使負的DC連接件或端子“-DC”和正的DC連接件或端子“+DC”彼此電絕緣開。但是，絕緣元件50不會一直延伸到彈簧套件46，這意味著第一最上部冷卻器30a與條42處于電連接。這意味著由于條42 (在這種情