[发明专利]汇流排、用于制造其的方法以及包括其的功率模块

说明书

提供了一种适用于半导体功率模块(8)的导电汇流排(2，4)。该汇流排(2，4)包括：主板(210，410)、从该主板(210，410)延伸的一个或多个支腿(220，420)、以及在这些支腿(220，420)的自由端处形成的一个或多个支脚(230，430)。根据本发明，这些支腿(220，420)中的至少一个支腿与相关联的支脚(230，430)之间的相交线(L)相对于该主板(210，410)的纵向方向(X)形成偏移角(α)。

本发明涉及半导体功率模块领域，具体地涉及用于这种功率模块的汇流排。

包括一个或多个半导体开关(诸如，IGBT、MOSFET或其他功率控制半导体)的半导体功率模块连接到功率输入、功率输出和一个或多个控制连接器，通过这些控制连接器控制半导体的切换。功率模块的封装由某种形式的壳体来完成，该壳体保护电路和部件免受环境影响。

典型的功率模块包括底板，该底板上安装有诸如直接敷铜基板(DBC)等基板。在该基板的顶侧上可以印刷或蚀刻有电路图案，在该电路图案上安装有诸如功率半导体等部件。在某些大功率设备中，使用汇流排结构在外部触点与基板上的连接点之间传导电流进出模块是很方便的。

通常，这种汇流排结构可以通过从诸如铜等导电金属的平坦片材进行冲压或切割、并且然后弯曲成可以在外部触点与基板上的适当点之间传导电流的结构而形成。通常，这种结构具有支腿和支脚，支腿将汇流排的上部板状结构向下连接到基板的水平面，并且支脚形成平行于基板的连接区域。这些支脚用于通过例如钎焊、烧结或超声焊接来实现与基板的低电阻连接。

在使用中，这样的模块将承受变化的电负载，并且安装在基板上的部件将生成热量。尽管通常大部分这种热量会被传导出去，但基板和所连接的汇流排的温度还是会发生变化。发生问题的原因在于，由于基板和汇流排的热膨胀系数(CTE)不同的事实，因此它们的热膨胀可能非常不同。基板通常是具有陶瓷芯并且在每一侧上都具有薄导电层的层压结构。另一方面，汇流排可以是实心铜，或者是具有通过绝缘膜连接的若干层铜的层压结构。基板的典型CTE为7×10^-6/℃，而铜板的典型CTE为16×10^-6/℃。

这种热膨胀系数差异导致了基板与汇流排之间的线性膨胀的差异。这进而导致汇流排支脚与基板之间的连接点处的应力。这些应力可能进而导致该交界面处开裂，并最终导致断开连接。该过程严重限制了这种构造的可靠性，并且是很大的缺点。

因此，本发明的目的是提供一种可以克服或至少减轻上述缺陷的汇流排、用于制造该汇流排的方法以及包括该汇流排的功率模块。

该目的通过具有根据权利要求1所述的特征的汇流排、具有根据权利要求8所述的特征的功率模块、以及具有根据权利要求9所述的特征的用于形成这种汇流排的方法来解决。从属权利要求中定义了其他实施例。

根据本发明的一方面，提供了一种适用于半导体功率模块的导电汇流排，该导电汇流排包括：主板、从该主板延伸的一个或多个支腿、以及在这些支腿的自由端处形成的一个或多个支脚，其中，这些支腿中至少一个支腿与相关联的支脚之间相交线相对于该主板的纵向方向形成一定偏移角。如本文所使用的，“导电汇流排”应该是指导电的汇流排。

在一些实施例中，根据本发明的汇流排的支腿中的至少一个支腿包括经扭转部分，该支腿的平面通过该经扭转部分旋转了偏移角。通过这种方式，相关联的支脚也相对于通过简单地切割和弯曲平坦金属片材来形成支腿和支脚的情况旋转了一定偏移角。

在一些实施例中，由这些支腿中的至少一个支腿与相关联的支脚之间的相交线相对于该主板的纵向方向形成的偏移角可以为从3°到最高达180°，例如，5°、10°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°、165°或180°。

在一些实施例中，根据本发明的汇流排的每个支腿包括经扭转部分，该支腿的平面通过该经扭转部分旋转了偏移角。在这种情况下，优选的是，所有这些支腿都以相同的方式(例如以相同的角度且在相同的方向上)扭转。