ES2324845T3 - Modulo de semiconductor de potencia con cuerpo de presion. - Google Patents
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Abstract
Un módulo de semiconductor de potencia (1) en un diseño de contacto por presión que comprende por lo menos un sustrato (5), componentes del semiconductor de potencia (60) dispuestos sobre el mismo, un alojamiento (3) y elementos de conexión de la carga dirigidos hacia fuera (40, 42, 44) y que comprenden un dispositivo de presión (70) con por lo menos un cuerpo de presión (80), en el que el sustrato (5) comprende trayectorias conductoras (54) al potencial de la carga dispuestas sobre una primera superficie principal del mismo, encaradas al interior del módulo de semiconductor de potencia, caracterizado porque un primer elemento de conexión de la carga (40) y por lo menos uno adicional (42, 44) están cada uno de ellos configurados como cuerpos conformados de metal provistos de una primera sección en forma de tira (402, 422, 442) y patas de contacto (400, 420, 440) que emanan de la misma, la respectiva sección en forma de tira (402, 422, 442) está dispuesta paralela a la superficie del sustrato y a una distancia del mismo y las patas de contacto (400, 420, 440) se extienden desde la sección en forma de tira (402, 422, 442) hasta el sustrato (5) y entran en contacto con éste de una manera apropiada para el circuito, y porque por lo menos un cuerpo de presión (80) está dispuesto entre el dispositivo de presión (70) y un elemento de conexión de la carga adicional (42, 44), en el que una pieza de este cuerpo de presión (80) se extiende a través del primer elemento de conexión de la carga (40) y produce presión sobre un punto de recepción de la presión (424, 444) del elemento de conexión de la carga adicional asignado (42, 44).
Description
Módulo de semiconductor de potencia con cuerpo
de presión.
La invención describe un módulo de semiconductor
de potencia en un diseño de contacto por presión para disponerlo en
un disipador térmico. Los módulos de semiconductor de potencia como
tales son conocidos, por ejemplo, a partir de los documentos DE 197
19 703 A1 y el documento anterior no publicado 10 2006 006 423
forman el punto de partida de la invención.
Los módulos de semiconductor de potencia de este
tipo según la técnica anterior consisten en un alojamiento con por
lo menos un componente eléctricamente aislante dispuesto en su
interior, preferiblemente para el montaje directo en un disipador
térmico. El sustrato por su parte consiste en un cuerpo de material
aislante con una pluralidad de trayectorias de conexión metálicas
mutuamente aisladas colocadas sobre el mismo y componentes del
semiconductor de potencia colocados sobre el mismo y conectados a
estas trayectorias de conexión de una manera apropiada para el
circuito. Además, estos módulos de semiconductor de potencia
conocidos tienen elementos de conexión para conexiones de cargas
exteriores y auxiliares así como elementos de conexión colocados en
su interior. Estos elementos de conexión para las conexiones
apropiadas para el circuito en el interior del módulo de
semiconductor de potencia generalmente están configurados como
conexiones de unión por cable.
Los módulos de semiconductor de potencia
conectados por presión son también conocidos tales como aquellos
expuestos en el documento DE 10 2006 006 423. El módulo de
semiconductor de potencia según este documento tiene un diseño de
contacto por presión para la disposición en un disipador térmico.
Además, por lo menos un sustrato con elementos del semiconductor de
potencia está dispuesto en su interior. El módulo de semiconductor
de potencia adicionalmente comprende un alojamiento y elementos de
conexión de la carga y de control dirigidos hacia fuera. El
sustrato, por ejemplo, un sustrato DCB comprende un cuerpo de
material aislante (52) en la primera superficie principal del
mismo, encaradas al interior del módulo de semiconductor de
potencia, están dispuestas trayectorias conductoras al potencial de
carga.
Estos elementos de conexión de carga están
configurados en cada caso como cuerpos conformados de metal
provistos de por lo menos un dispositivo de contacto exterior, una
sección en forma de tira y patas de contacto que emanan de esta
sección. La sección en forma de tira respectiva está dispuesta
paralela a la superficie del sustrato y una distancia de dicha
superficie. Las patas de contacto se extienden desde la sección en
forma de tira hasta el sustrato y entran en contacto con la
superficie de una manera apropiada. Para el aislamiento eléctrico y
la liberación de la presión entre los elementos de conexión de la
carga individual, éstos tienen cada uno de ellos una capa
intermedia elástica en el área de las respectivas secciones en forma
de tira.
Adicionalmente conocidos a partir del documento
FR-A-2395603 son los componentes de
semiconductor que comprenden una pluralidad de elementos de
semiconductor los cuales están conectados de una manera que sean
eléctricamente conductores por medio de tiras de contacto y un
electrodo de alimentación asignado en cada caso, y aquellos
electrodos de alimentación son presionados sobre los elementos de
semiconductor por medio de resortes que forman el elemento de
conexión del elemento de semiconductor hacia el exterior.
Es el objeto de la presente invención
proporcionar un módulo de semiconductor de potencia en un diseño de
contacto con presión, en el que la introducción de la presión a los
respectivos elementos de conexión de la carga para su contacto con
las trayectorias conductoras del sustrato está configurada
homogéneamente.
Este objeto se consigue de acuerdo con la
invención mediante las medidas de las características de la
reivindicación 1. Formas de realización preferidas se describen en
las reivindicaciones subordinadas.
La idea inventiva arranca a partir de una
disposición de un módulo de semiconductor de potencia en un diseño
de contacto con presión que comprende por lo menos un cuerpo de
presión en un disipador térmico, con por lo menos un sustrato,
componentes del semiconductor de potencia dispuestos sobre el mismo,
por ejemplo, transistores bipolares, un alojamiento y elementos de
conexión de carga y de control dirigidos hacia fuera. El propio
sustrato comprende un cuerpo de material aislante y trayectorias
conductoras al potencial de carga están dispuestas en la primera
superficie principal del mismo encaradas hacia el interior del
módulo de semiconductor de potencia. Además, el sustrato
preferiblemente tiene por lo menos una trayectoria conductora al
potencial de control para el accionamiento de los componentes del
semiconductor de potencia.
Los elementos de conexión de la carga del módulo
de semiconductor de potencia están configurados cada uno de ellos
como cuerpos conformados de metal con un dispositivo de contacto,
una sección en forma de tira y provista de una pluralidad de patas
de contacto que emanan de la misma. Las secciones respectivas en
forma de tira están dispuestas paralelas a la superficie del
sustrato y a una distancia del mismo. Las patas de contacto que
emanan de la sección en forma de tira se extienden tan lejos como el
sustrato y forman los contactos de las conexiones de la carga
apropiadas para el circuito. Con este propósito, estas patas de
contacto preferiblemente están en contacto con las trayectorias
conductoras al potencial de carga sobre sustrato, alternativamente
directamente con los componentes del semiconductor de potencia.
\newpage
Además, por lo menos un cuerpo de presión está
dispuesto entre el dispositivo de presión (70) y un elemento de
conexión de la carga adicional, en el que, de acuerdo con la
invención, una pieza de este cuerpo de presión (80) se extiende a
través del primer elemento de conexión de la carga (40) y produce
presión sobre un punto que recibe la presión (424, 444) del
elemento de conexión de la carga adicional asignado (42, 44). En
este caso, el elemento de conexión de la carga adicional está
dispuesto a una distancia del primer elemento de conexión de la
carga.
Esta configuración tiene la ventaja de que los
elementos individuales de conexión de la carga no están dispuestos
rígidamente sino de forma flexible unos con respecto a los otros y,
como resultado, la seguridad del contacto de cada dispositivo de
contacto individual está asegurada por sí misma y no depende
respectivamente de los otros dispositivos de contacto. Por lo
tanto, las influencias térmicas y también las tolerancias de
fabricación en la longitud de las respectivas patas de contacto de
los elementos individuales de conexión de la carga, unos con
respecto a los otros, no son esenciales para la seguridad de los
contactos eléctricos.
La solución inventiva se explica adicionalmente
con referencia a las formas de realización ejemplares de las
figuras 1 a 5.
La figura 1 muestra una sección a través de un
módulo de semiconductor de potencia de acuerdo con la técnica
anterior.
La figura 2 muestra una sección a través de una
primera forma de realización de un módulo de semiconductor de
potencia de acuerdo con la invención.
La figura 3 muestra una sección de acuerdo con
la figura 2 a través de una segunda forma de realización de un
módulo de semiconductor de potencia de acuerdo con la invención.
La figura 4 muestra una sección de acuerdo con
la figura 2 a través de una tercera forma de realización de un
módulo de semiconductor de potencia de acuerdo con la invención.
La figura 5 muestra un módulo de semiconductor
de potencia de acuerdo con la invención en una vista
tridimensional.
La figura 1 muestra una sección a través de un
módulo de semiconductor de potencia (1) de acuerdo con la técnica
anterior. Éste comprende un alojamiento (3) con una pieza de
alojamiento en forma de bastidor la cual está firmemente unida al
disipador térmico (2) de la disposición. En este caso, la pieza del
alojamiento en forma de bastidor encierra el por lo menos un
sustrato (5). Éste a su vez comprende un cuerpo de material aislante
(52), preferiblemente una cerámica aislante tal como por ejemplo
óxido de aluminio o nitrato de aluminio.
En la primera superficie principal encarada al
interior del módulo de semiconductor de potencia (1), el sustrato
(5) tiene una laminación de metal estructurada de forma inherente.
Las secciones individuales de esta laminación de metal, la cual
preferiblemente está configurada como una laminación de cobre, forma
aquí las trayectorias conductoras (54) del módulo de semiconductor
de potencia (1). La segunda superficie principal del sustrato (5)
tiene una laminación de cobre no estructurada (58) de acuerdo con la
técnica anterior.
Colocados sobre las trayectorias conductoras
(54) del sustrato están los componentes del semiconductor de
potencia que se pueden controlar o controlados (60), tales como, por
ejemplo, transistores bipolares de puerta aislada (IGBT - Insulated
Gate Bipolar Transistors) cada uno con diodos supresores o
MOS-FET (Transistores de efecto de campo de
material semiconductor de óxido metálico) conectados en
anti-paralelo. Éstos están conectados a
trayectorias conductoras adicionales (54) de una manera apropiada al
circuito, por ejemplo, por medio de conexiones de unión de cable
(62).
Los elementos de conexión de la carga (40, 42,
44) con los diversos potenciales necesarios se utilizan para la
conexión exterior del circuito electrónico de potencia en el
interior del módulo de semiconductor de potencia (1). Con este
propósito, los elementos de conexión de la carga (40, 42, 44) están
configurados como cuerpos conformados de metal, cada uno de ellos
provisto de una sección en forma de tira (402, 422, 442) paralela a
la superficie del sustrato. En este caso, las secciones en forma de
tira (402, 422, 442) forman una pila, en la que las secciones en
forma de tira de los elementos individuales de conexión de la carga
(40, 42, 44) están cada una de ellas separadas entre sí por medio
de una capa intermedia elástica (46), en este caso un colchón de
silicona y están eléctricamente aisladas unas con respecto a las
otras.
Es particularmente preferible que estos
colchones de silicona (46) estén unidos mediante adhesivo a las
secciones en forma de tira puesto que la pila (4) está configurada
de ese modo como una unidad de montaje. Elementos de conexión
auxiliares necesarios no están representados en esta vista en
sección por razones de claridad.
El módulo de semiconductor de potencia (1) de
acuerdo con la invención preferiblemente tiene una capa intermedia
configurada como un cuerpo conformado de material aislado (30) entre
la pila de las secciones en forma de tira (402, 422, 442) de los
elementos de conexión de la carga (40, 42, 44) y el sustrato (5). El
cuerpo conformado de material aislante (30) tiene ranuras (32) para
la alimentación a través de las patas de contacto (400, 420, 440)
de la pila.
El dispositivo de presión (70) para la conexión
térmica del módulo de semiconductor de potencia (1) al disipador
térmico (2) y al mismo tiempo para el contacto eléctrico de los
elementos de conexión de la carga (40, 42, 44) con las trayectorias
conductoras (54) del sustrato (5) está formado por un elemento de
presión (72) para crear presión sobre la pila. Para esto el
elemento de presión tiene dedos de presión (74) de acuerdo con la
técnica anterior. También puede ser preferible que esté dispuesta
una capa elástica adicional de la misma configuración que la capa
intermedia (46) entre el elemento de presión (72) con un lado
inferior plano y la pila (4).
El elemento de presión (72) adicionalmente puede
estar diseñado de acuerdo con la técnica anterior como un moldeado
de plástico con un núcleo de metal interior adecuado o estructuras
de refuerzo adicionales. De forma similar es preferible que el
elemento de presión (72) al mismo tiempo sirva como una cubierta
para el módulo de semiconductor de potencia (1).
La figura 2 muestra una sección a través de una
primera forma de realización del módulo de semiconductor de
potencia (1) de acuerdo con la invención provisto de la estructura
fundamental de acuerdo con la figura 1. Está representado otra vez
el sustrato (5) con los componentes del semiconductor de potencia
(60) y el alojamiento (3). Por razones de claridad, sin embargo,
sin que sean limitativas de esta forma de realización, la capa
intermedia (30) y uno de los tres elementos de conexión de la carga
(44) han sido omitidos. Los elementos de conexión de la carga
dirigidos hacia fuera (40, 42) están configurados otra vez como
cuerpos conformados de metal con una sección en forma de tira (402,
422) y con patas de contacto (400, 420) que emanan de la misma. En
este caso, la respectiva sección en forma de tira (402, 422) está
dispuesta paralela a la superficie del sustrato y a una distancia
de ésta. Las patas de contacto (400, 420) se extienden desde la
sección en forma de tira (402, 422) hasta el sustrato (5) y entran
en contacto con éste de una manera apropiada para el circuito.
De acuerdo con la técnica anterior, un
dispositivo de presión está provisto para este propósito, que
consiste en una pieza de presión (72) la cual crea presión y un
elemento de colchón elástico permanente (76) dispuesto entre esta
pieza de presión (72) y el primer elemento de conexión de la carga
(40) como un almacén de presión. Por lo tanto, la presión se
introduce en el primer elemento de conexión de la carga y se realiza
un contacto eléctrico seguro con el sustrato. De forma similar, se
consigue el contacto térmico entre el sustrato y el disipador
térmico.
Para un contacto eléctrico seguro de forma
similar del segundo elemento de conexión de la carga (42), el módulo
de semiconductor de potencia de acuerdo con la figura 1 tiene por
lo menos un cuerpo de presión (80) dispuesto entre el dispositivo
de presión (70) y un segundo elemento de conexión de la carga (42).
En este caso, en el desarrollo adicional de acuerdo con la
invención, una pieza de este cuerpo de presión (80) se extiende a
través de una ranura (406) del primer elemento de conexión de la
carga (40) en el área de la sección en forma de tira (402) y de ese
modo guía la presión producida por el dispositivo de presión
directamente sobre un punto de recepción de la presión del segundo
elemento de conexión de la carga asignado.
Es particularmente ventajoso que la pieza de
presión (72) del dispositivo de presión (70) tenga ranuras (720) en
el lado encarado al interior del módulo de semiconductor de potencia
(1), ranuras las cuales siguen sustancialmente el contorno de la
sección en forma de tira (402) y el cuerpo de presión (80). De ese
modo se puede asegurar que el elemento de colchón (76) esté sujeto
a una compresión homogénea sobre su área completa.
La figura 3 muestra una sección (línea de
puntos) de acuerdo con la figura 2 a través de una segunda forma de
realización de un módulo de semiconductor de potencia (1) de acuerdo
con la invención. Aquí está representado exclusivamente el cuerpo
de presión y su disposición con respecto al primer elemento de
conexión de la carga y a un segundo elemento adicional.
El propio cuerpo de presión (80) está
configurado en este caso en forma de T, moldeado, preferiblemente
fabricado de plástico. Este comprende una placa de presión que
absorbe la presión (82) y un pasador de presión (84) el cual ejerce
presión sobre el elemento de conexión de la carga adicional (42). En
este caso, como se representa en la figura 2, la presión
preferiblemente se introduce por medio de un elemento de colchón
(76) simultáneamente sobre la placa de presión (82) y también sobre
el primer elemento de conexión de la carga (40). Debido a la
longitud adecuada del pasador de presión (84), la presión sobre la
placa de presión (82) es introducida a través del pasador de
presión (84) sobre el segundo elemento de conexión de la carga (42)
pero no sobre el primer elemento de conexión de la carga (40).
Puesto que además, ambos elementos de conexión de la carga (40)
están separados uno del otro, la introducción de la presión sobre
ambos es independiente una de la otra.
Como se representa aquí, puede ser ventajoso que
la placa de presión (82) del cuerpo de presión (80) esté
configurada para que sea plano-convexa, en el que la
superficie convexa (820) está encarada al dispositivo de presión
(70) y la superficie plana (822) está encarada al primer elemento de
conexión de la carga (40).
Además, puede ser ventajoso configurar el punto
de recepción de la presión (424) el dispositivo de contacto
adicional (42) en el área de la sección en forma de tira (422) como
una ranura formada mediante la tecnología de embutición.
La figura 4 muestra una sección (en línea de
puntos) de acuerdo con la figura 2 a través de una tercera forma de
realización del módulo de semiconductor de potencia (1) de acuerdo
con la invención. Están representados aquí tres elementos de
conexión de la carga (40, 42, 44), en el que la presión se aplica al
tercer elemento de conexión de la carga (40).
Con este propósito, el cuerpo de presión (80)
está configurado otra vez como un moldeado de plástico en forma de
T, en el que sin embargo la placa de presión (82) del cuerpo de
presión (80) tiene dos superficies planas y paralelas (824, 822).
Al mismo tiempo, la primera superficie (824) está encarada al
dispositivo de presión (70) y la segunda superficie (822) está
encarada al primer elemento de conexión de la carga (40).
También puede ser ventajoso configurar el punto
de recepción de la presión (444) del dispositivo de contacto
adicional (44) en el área de la sección en forma de tira (442) para
que sea una lengüeta de recepción producida mediante la tecnología
de plegado por estampación.
Para el aislamiento eléctrico de los elementos
de conexión de la carga uno con respecto a los otros, capas
intermedias aislantes en forma de películas aislantes están
adecuadamente dispuestas de acuerdo con la técnica anterior. Para
el aislamiento de los elementos de conexión de la carga (40, 42,
44), también puede ser preferible encerrar adecuadamente éstos con
un material aislante tal como por ejemplo plástico o cerámica.
La figura 5 muestra una sección de un módulo de
semiconductor de potencia (1) de acuerdo con la invención en una
vista tridimensional. Aquí se representa el sustrato (5) con los
componentes del semiconductor de potencia (60) dispuestos sobre el
mismo de una manera apropiada para el circuito y conectados por
medio de conexiones de unión de cable (62).
Como ya ha sido descrito antes en este
documento, los elementos de conexión de la carga (40, 42, 44) tienen
secciones en forma de tira (402, 422, 442) dispuestas paralelas al
sustrato, los cuales están eléctricamente aislados unos de los
otros, aquí por medio de películas aislantes (48). Las patas de
contacto (400, 420, 440) asignadas al respectivo elemento de
conexión de la carga (40, 42, 44) están fabricadas mediante
tecnología de plegado por estampación y sirven para la conexión
eléctrica al sustrato.
El dispositivo de presión requerido para esto,
el cual no está representado, presiona, por una parte sobre la
sección en forma de tira (402) del elemento de conexión de la carga
(40) y por medio del cuerpo de presión (80) sobre los elementos de
conexión de la carga dispuestos más cerca del sustrato, aquí
únicamente representado sobre el tercer elemento de conexión de la
carga (44). Con este propósito, la película aislante (48)
preferiblemente no tiene ranura de modo que el aislamiento
eléctrico completo no se deteriora de ese modo.
Puede ser particularmente preferido que una
pluralidad de cuerpos de presión (80) estén conectados por medio de
redes (86) en el área de la placa de presión (80) y éstas por lo
tanto forman una unidad de montaje (8).
Claims (10)
1. Un módulo de semiconductor de potencia (1) en
un diseño de contacto por presión que comprende por lo menos un
sustrato (5), componentes del semiconductor de potencia (60)
dispuestos sobre el mismo, un alojamiento (3) y elementos de
conexión de la carga dirigidos hacia fuera (40, 42, 44) y que
comprenden un dispositivo de presión (70) con por lo menos un
cuerpo de presión (80), en el que el sustrato (5) comprende
trayectorias conductoras (54) al potencial de la carga dispuestas
sobre una primera superficie principal del mismo, encaradas al
interior del módulo de semiconductor de potencia,
caracterizado porque un primer elemento de conexión de la
carga (40) y por lo menos uno adicional (42, 44) están cada uno de
ellos configurados como cuerpos conformados de metal provistos de
una primera sección en forma de tira (402, 422, 442) y patas de
contacto (400, 420, 440) que emanan de la misma, la respectiva
sección en forma de tira (402, 422, 442) está dispuesta paralela a
la superficie del sustrato y a una distancia del mismo y las patas
de contacto (400, 420, 440) se extienden desde la sección en forma
de tira (402, 422, 442) hasta el sustrato (5) y entran en contacto
con éste de una manera apropiada para el circuito, y porque por lo
menos un cuerpo de presión (80) está dispuesto entre el dispositivo
de presión (70) y un elemento de conexión de la carga adicional (42,
44), en el que una pieza de este cuerpo de presión (80) se extiende
a través del primer elemento de conexión de la carga (40) y produce
presión sobre un punto de recepción de la presión (424, 444) del
elemento de conexión de la carga adicional asignado (42, 44).
2. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 1 en el que el cuerpo de presión (80) se
extiende a través de una ranura (406) del primer elemento de
conexión de la carga (40) en el área de la sección en forma de tira
(402).
3. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 1 en el que el cuerpo de presión (80) está
configurado como un moldeado de plástico en forma de T que comprende
una placa de presión (82) la cual recibe una presión y un pasador
de presión (84) el cual ejerce presión sobre el elemento de conexión
de la carga adicional (42, 44).
4. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 3 en el que la placa de presión (82) del
cuerpo de presión (80) comprende dos superficies paralelas planas
(820, 822), en el que la primera (820) está encarada al dispositivo
de presión (70) y la segunda (822) está encarada al primer elemento
de conexión de la carga (40).
5. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 3 en el que la placa de presión (82) del
cuerpo de presión (80) está configurada para que sea
plano-convexa, en el que la superficie convexa (824)
está encarada al dispositivo de presión (70) y la superficie plana
(822) está encarada al primer elemento de conexión de la carga
(40).
6. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 1 en el que una pluralidad de cuerpos de
presión (80) están conectados en el área de la placa de presión (82)
y forman de ese modo una unidad de montaje (8).
7. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 1 en el que el punto de recepción de la
presión (424, 444) del dispositivo de contacto adicional (42, 44) en
el área de la sección en forma de tira (422, 442) está configurado
como una ranura producida por tecnología de embutición.
8. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 1 en el que el punto de recepción de la
presión (424, 444) del dispositivo de contacto adicional (42, 44) en
el área de la sección en forma de tira (422, 442) está configurado
como una lengüeta de recepción producida por tecnología de plegado
por estampación.
9. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 1 en el que el dispositivo de presión (70)
está configurado como una pieza que desarrolla presión (72) y un
elemento de colchón elástico permanente (76) dispuesto entre esta
pieza de presión (72) y el primer elemento de conexión de la carga
(40) y el cuerpo de presión (80) está configurado como un
dispositivo de almacenaje de la presión.
10. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 1 en el que los elementos de conexión de la
carga (40, 42, 44) están parcialmente encerrados con material
aislante tal como por ejemplo plástico o cerámica.
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