半導體開關器件的間隔器系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及功率電子器件的領域，特別涉及對于半導體開關器件的連接器元件的 間隔器系統（spacer system)。
【背景技術】
[0002] 半導體開關器件是具有陰極-陽極-柵極結構的強大且快速關斷部件。具體地， 半導體開關器件包括襯底，其具有沉積在其上的開關器件的陰極、陽極和柵極。器件進一步 包括連接部件，用于使開關器件的陰極、陽極和柵極連接到外部電路單元。
[0003] 半導體開關器件必須操縱大的電流和電壓。這樣的半導體開關器件的一個示例是 集成門極換向晶閘管（IGCT)。IGCT是柵控關斷開關，其關斷像絕緣柵雙極晶體管（IGBT)， 但像晶閘管一樣以最低導體損耗來導通。集成門極換向晶閘管是需要高功率應用(例如，中 壓驅動器、牽引、風力轉換器、AC激勵系統、電池能量存儲系統、固態中斷器、牽引線助推器、 牽引功率補償器和感應加熱）的功率開關器件。
[0004] 構造為IGCT的半導體開關器件現今由于它的通用性、效率和成本有效性而在多 種應用中使用。常規IGCT器件具有環形結構，其中在陰極盤上設置柵盤，從而提供到開關 器件的柵極連接。陽極段設置在在外部具有例如特定爬電距離的外殼頂部。
[0005] 為了操作IGCT，例如最大關斷電流必須在關斷期間經由到柵極單元的柵極-陰極 連接而換向。對于電流換向的最大可允許時間間隔由器件的垂直和分段結構給出，并且原 則上它未以器件形成在上面的晶片（wafer)的尺寸來確定大小。然而，期望最大關斷電流 強烈取決于晶片的尺寸并且隨著尺寸增加而明顯減少。從而，隨著對于高功率應用需要較 大器件，還需要增加最大關斷電流。
[0006] 為了實現高的關斷電流，柵極電壓可增加。然而，隨著電壓增加，柵極單元處出現 額外損耗。從而，使柵極電壓增加在大多數情況下不可行。然而，在指定柵極電壓，最大關斷 電流與柵電路阻抗成反比，或者換句話說，柵電路阻抗越低，可實現的最大關斷電流越高。 從而，降低阻抗是實現較高最大關斷電流的一個方式。
[0007] 另外，重要的是能夠輕松在外殼中安裝半導體開關器件。此外，外殼內部所有部件 的適當對準和支承對于甚至在運輸后保證適當接觸是重要的。
【發明內容】
[0008] 因此本發明的目標是降低柵電路阻抗并且進一步允許半導體開關器件的外殼內 部部件的適當對準和支承。該目標由根據權利要求1的間隔器系統和根據權利要求9的半 導體開關器件實現。示范性實施例從從屬的專利權利要求中清楚可見，其中權利要求從屬 性不應解釋為排除另外的有意義權利要求組合。
[0009] 根據本發明，對于半導體開關器件的間隔器系統（即間隔器單元或間隔器裝置）包 括絕緣元件或絕緣區域和支承元件或支承區域。該絕緣元件進一步包括收容柵極連接器元 件（即導線或引線)或者換句話說連接部件的凹陷或流道。支承元件包括收容彈簧系統以用 于在組裝器件時夾緊半導體開關器件的突起。
[0010] 在本發明的優選變化形式中，柵極連接器元件由彈簧系統下面的絕緣元件導引， 或者換句話說，連接器元件在彈簧系統下面的絕緣元件的預先開槽段中穿行。在絕緣元件 與彈簧系統之間按壓柵極連接器元件。在本發明的示范性實施例中，間隔器系統形成為用 于半導體開關器件的間隔環并且多個絕緣和支承元件采用交替方式（即模式或設置）圍繞 間隔環的周圍或周邊設置。
[0011] 在另外的實施例中，柵極連接器元件的一段橋接(例如，延伸、跨越或覆蓋）在夾緊 開關器件以用于組裝器件期間的高度差。
[0012] 在再另一個實施例中，間隔器系統形成為間隔環(被半導體開關器件的極片或元 件所收容）并且在直徑上小于極片或可形成為彈簧元件，例如開口墊圈或開環墊圈，其是在 一段處分開以便能夠擴大它的直徑的環。
[0013] 在本發明的另外的變化形式中，間隔器系統包括用于彈簧系統的對準或定心元 件、用于柵環的支承元件和/或陰極應變緩沖板的對準和/或夾緊元件。
[0014] 在本發明的有利實施例中，彈簧系統由蝶形彈簧(也稱為蝶形墊圈)、錐盤彈簧、錐 形彈簧墊圈、盤形彈簧或杯形彈簧墊圈組成或由波狀或迂回彈簧組成。
[0015] 在本發明的另外的實施例中，凹陷和突起一體式（即在一個件中）或獨立（即在兩 個件中）形成，并且由云母、聚合物、介電質、陶瓷材料或復合材料組成。
[0016] 在另一個示范性實施例中，絕緣元件具有大體小于500 μπι的厚度，這取決于材 料，但盡可能薄以隔離施加的電壓并且另外支承元件具有超過Imm的厚度以允許彈簧移動 和連接器元件的經過。
[0017] 本發明還涉及半導體開關器件，其包括襯底、陰極盤、陽極、極片和柵環，其中連接 器元件使半導體開關器件的陰極和柵極電連接到外部電路單元。半導體開關器件進一步包 括間隔器系統，其包括絕緣和支承元件，其中該絕緣元件形成為收容柵極連接器元件的凹 陷并且支承元件形成為收容彈簧系統的突起。柵極連接器元件由彈簧系統下面或下方的絕 緣元件導引并且在絕緣元件與彈簧系統之間按壓柵極連接器元件。
[0018] 在半導體開關器件的另外的實施例中，間隔器單元形成為間隔環并且多個絕緣和 支承元件采用交替方式圍繞間隔環的周圍設置并且其中柵極連接器元件的一段在組裝器 件時夾緊開關器件期間彎曲。
[0019] 在另一個實施例中，半導體開關器件是集成門極換向晶閘管。
[0020] 在半導體開關器件的再另一個實施例中，外殼由絕緣材料或陶瓷材料制成。
[0021] 在半導體開關器件的示范性實施例中，陰極極片包括陰極應變緩沖板并且其中陽 極極片包括陽極應變緩沖板，其中外殼凸緣與陰極極片對準并且陽極凸緣與陽極極片對 準，并且其中外殼特別包括在其外部的至少一個爬電段以便使得來自陽極的爬電電流偏離 到柵極連接器。
[0022] 在半導體開關器件的另外的實施例中，襯底和極片通過對準銷或環而固定或其中 極片通過對準銷或環來固定并且襯底通過邊膠來固定并且其中進一步，陰極應變緩沖板具 有低于陽極應變緩沖板的厚度的厚度并且陰極應變緩沖板形成為杯狀物，即包括底部和例 如附連到底部的圓形邊，其中杯狀物的開口面向陰極極片并且杯狀物收容陰極極片，即杯 狀物的邊至少部分包圍陰極極片，因此陰極極片通過陰極應變緩沖板來固定或保持就位。
[0023] 這樣本發明允許降低柵電路阻抗，從而實現增加的最大關斷電流并且進一步允許 對于高功率應用使用較大半導體開關器件。
【附圖說明】
[0024] 本發明的主旨將在下列正文中參照在附圖中圖示的優選示范性實施例更加詳細 地說明，其中： 圖1示出形成為間隔環的間隔器系統，其具有絕緣元件和支承元件； 圖2示意地示出在夾緊前的半導體開關器件，其具有帶絕緣元件和支承元件的間隔器 系統；以及 圖3示意地示出在夾緊后的半導體開關器件，其具有帶絕緣元件和支承元件的間隔器 系統。
[0025] 在圖中使用的標號和它們的含義在名稱列表中總結。原則上，等同的部件在圖中 提供有相同的標號。
【具體實施方式】
[0026] 圖1示出對于半導體開關器件2的間隔器系統1，其包括絕緣元件3和支承元件 4。該絕緣元件3包括收容柵極連接器元件5的凹陷。支承元件4包括收容彈簧系統6以 用于在組裝半導體開關器件2時夾緊的突起。
[0027] 在圖1中示出的間隔器系統1形成為具有大面積（即，具有60mm或更大的直徑)的 間隔環7,半導體開關器件2和多個絕緣和支承元件3、4采用交替方式圍繞間隔環的周圍設 置。柵極連接器元件5由倚靠支承元件4的突起的彈簧系統6下面的絕緣元件3導引。在 絕緣元件3與彈簧系統6之間按壓柵極連接器元件5。凹陷和突起可一體式或獨立形成并 且由云母、聚合物、介電質、陶瓷材料或復合材料組成。絕緣元件3具有大體小于500 μπι的 厚度，這取決于材料，但可盡可能薄以隔離施加的電壓，并且另外支承元件4具有超過1_ 的厚度以允許彈簧移動和彈簧系統6下面的連接器元件的穿過。間隔器系統進一步包括用 于彈簧系統6的對準元件9、用于柵環11的支承元件10和陰極應變緩沖板13的對準元件 12。為了精確適配陰極極片13的量度（即，直徑）的公差，間隔器系統1可以減少的直徑形 成并且可在一段處切開以允許間隔環7彎曲來加寬它的直徑。
[0028] 間隔器系統1在半導體開關器件2中起到若干功能的作用。例如，間隔器系統1 使柵極和陰極電勢隔離、支承柵極彈簧構造(其需要經受在所有操作條件的