ES2326143T3 - Modulo semiconductor de potencia. - Google Patents
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Abstract
Módulo semiconductor de potencia, dotado de un cuerpo envolvente (12) en el que están dispuestos elementos de conexión de carga (16) que tienen dispositivos de contacto (17) dispuestos en cavidades (26) del cuerpo envolvente (12), cuyas cavidades están constituidas en una pared lateral asociada (28) del cuerpo envolvente (12), poseyendo además un tapa (14) que cierra el cuerpo envolvente (12), caracterizado porque el cuerpo envolvente (12) está realizado de forma integral por su parte superior con un marco de estanqueidad periférico (22) y la tapa (14) está dotada de un borde externo (24) que se acopla sobre el marco de estanqueidad periférico (22) y, caracterizado porque la correspondiente cavidad (26) del cuerpo envolvente tiene en su borde interno (30) un nervio de estanqueidad (34) que forma una sección del marco de estanqueidad (22) y porque el elemento de conexión de carga asociado (16) está dotado de un acodamiento (36) que está curvado alrededor del nervio de estanqueidad (34), a cuyo acodamiento está conectado el dispositivo de contacto correspondiente (17).
Description
Módulo semiconductor de potencia.
La presente invención se refiere a un módulo
semiconductor de potencia que tiene un cuerpo envolvente, en el que
están dispuestos contactos de carga que presentan dispositivos de
contacto que están dispuestos en cavidades del cuerpo envolvente,
cuyas cavidades están constituidas en una pared lateral asociada del
cuerpo envolvente, y presentando una tapa de cierre del cuerpo
envolvente.
Estos módulos semiconductores de potencia son
conocidos en diferentes formas constructivas de manera que, el
cuerpo envolvente es combinado, como mínimo, con un substrato
eléctricamente aislante que, preferentemente, está previsto para el
montaje de un componente de refrigeración. El substrato/substratos
comprende un cuerpo aislante con una serie de vías conductoras
metálicas eléctricamente aislantes entre sí y dispuestas sobre
aquel y elementos constructivos semiconductores de potencia unidos
con aquellas en forma conectada. De manera adicional a los
elementos de conexión de carga, los módulos semiconductores de
potencia presentan elementos de conexión auxiliares mediante los
cuales se constituyen conexiones de control para los elementos
constructivos de los semiconductores de potencia.
Por ejemplo, el documento DE 42 37 632 A1
describe un módulo semiconductor de potencia con un dispositivo de
presión, que presenta preferentemente un elemento de presión
metálico para la generación de presión, un elemento de almohadilla
elástica para el almacenamiento de presión y un elemento de puente
para la conducción de presión a determinadas zonas de la superficie
del substrato. El elemento de puente es, preferentemente, un cuerpo
de material plástico dotado de una superficie alejada del elemento
de almohadilla, de la cual sobresalen expansiones o dedos de
presión en la dirección de la superficie del substrato.
Por el documento DE 101 27 947 C1 se conoce un
módulo semiconductor de potencia, en el que los elementos de
conexión de carga están constituidos de manera tal que discurren por
secciones de forma adyacente perpendicular a la superficie del
substrato y que presentan patillas de contacto que realizan el
contacto eléctrico con respecto a las vías de conducción previstas
sobre la superficie del substrato y, simultáneamente, generan
presión sobre el substrato y, por lo tanto, consiguen su contacto
térmico con un elemento constructivo de refrigeración.
El documento DE 31 43 339 A1 describe un módulo
semiconductor de potencia dotado de un cuerpo envolvente, en el que
están dispuestos elementos de conexión de carga que presentan
dispositivos de contacto que están dispuestos en cavidades del
cuerpo envolvente, las cuales están constituidas en una pared
lateral correspondiente del cuerpo envolvente, además, el módulo
semiconductor de potencia presenta una tapa que está fijada mediante
piezas de fijación a salientes del cuerpo envolvente.
El documento DE 93 13 483 U1 muestra un método
alternativo, con respecto al documento DE 31 43 339 A1, para el
montaje de la tapa en el cuerpo envolvente, en el que el borde
externo de la tapa descansa en una ranura rebajada del cuerpo
envolvente, de manera que se consigue una unión hermética entre el
cuerpo envolvente y la tapa.
El documento EP 0 717 588 A2 da a conocer un
cuerpo envolvente para un componente electrónico que está compuesto
por dos piezas del cuerpo conectables entre sí, y un soporte
construido en forma de marco para el componente eléctrico dispuesto
en el cuerpo envolvente. Además, dicho cuerpo envolvente presenta,
para su fijación a un punto de montaje, conexiones de fijación.
La invención se plantea el objetivo de dar a
conocer un módulo semiconductor de potencia del tipo anteriormente
indicado, que está construido de forma simple y fiable, protegido
contra la entrada de líquidos o humedad.
Este objetivo es conseguido según la invención
por las características de la reivindicación 1, de forma que el
cuerpo envolvente está constituido integralmente por su parte
superior con un marco de estanqueidad periférico, y la tapa está
dotada de un borde externo que se superpone al marco de estanqueidad
periférico, de manera tal que las correspondientes cavidades del
cuerpo envolvente presentan en su borde interno un nervio de
estanqueidad que constituye una sección del marco de estanqueidad y
que el elemento de conexión de carga correspondiente está
constituido con un acodamiento curvado alrededor del nervio de
estanqueidad sobre el que hace contacto el dispositivo de contacto
del correspondiente elemento de conexión de carga.
Mediante la constitución de la presente
invención del módulo semiconductor de potencia, se consigue la
ventaja de que se impide la entrada de líquidos o de humedad a
causa de rocío o similar dentro del módulo semiconductor de
potencia, lo que podría conducir al fallo de dicho módulo
semiconductor de potencia, consiguiendo estos objetivos de forma
constructivamente simple.
El acodamiento del correspondiente elemento de
conexión de carga constituye, de manera ventajosa, un elemento
mecánico de descarga de tracción, así como un elemento para la
compensación de variaciones de longitud condicionadas por la
temperatura.
Es ventajoso, en el módulo semiconductor de
potencia según la invención, que el nervio de estanqueidad presente
una altura superior a la profundidad de la correspondiente cavidad
del cuerpo envolvente. De igual manera, es preferente que el nervio
de estanqueidad tenga una dimensión de altura que es superior al
grosor de pared del dispositivo de contacto del elemento de
conexión de carga correspondiente. Mediante este dimensionado se
consigue que los líquidos, por ejemplo, la humedad procedente de la
condensación, no puedan entrar en el interior del cuerpo
envolvente, sino que discurren hacia el exterior.
De acuerdo con la invención, es posible que el
marco de estanqueidad periférico esté realizado simplemente del
material del cuerpo envolvente del módulo semiconductor de potencia,
es decir, que sea fabricado de manera simple en una sola pieza de
material, por ejemplo, mediante moldeo por inyección. No obstante,
puede ser preferente que el marco de estanqueidad o, como mínimo,
los nervios de estanqueidad asociados a los elementos de conexión
de carga, presenten en su borde superior un elemento de estanqueidad
elástico. Este elemento de estanqueidad puede consistir en un
cordón de estanqueidad que es introducido o adherido en una ranura
constituida en el marco de estanqueidad, o bien en el nervio de
estanqueidad correspondiente. Igualmente, es posible que el
elemento de estanqueidad sea fabricado con el cuerpo envolvente del
módulo semiconductor de potencia en un procedimiento de moldeo por
inyección de dos componentes, de manera directa, sin elementos de
intermedio.
Se consiguen unas satisfactorias características
de estanqueidad contra la entrada de líquidos o humedad en el
interior del módulo semiconductor de potencia cuando la tapa está
constituida con una sección que se superpone al acodamiento del
correspondiente elemento de conexión de carga. Esta sección del
borde se extiende evidentemente también a las demás secciones del
marco de estanqueidad periférico del cuerpo envolvente del módulo
semiconductor de potencia de la invención.
De acuerdo con la invención, el cuerpo
envolvente puede ser previsto para un módulo parcial. No obstante,
es preferente que el cuerpo envolvente esté previsto para una serie
de módulos parciales. En el caso de que dichos módulos parciales
sean, por ejemplo, los llamados medios puentes se puede realizar
según la invención, por ejemplo, un puente completo trifásico con
un cuerpo envolvente conjunto y una tapa de cierre del mismo.
Otras características, peculiaridades y ventajas
se desprenderán de la siguiente descripción de un ejemplo de
realización de un módulo semiconductor de potencia según la
invención, de acuerdo con los dibujos adjuntos.
En los dibujos:
La figura 1 muestra una vista en perspectiva con
una sección parcial, de una disposición del módulo semiconductor de
potencia.
La figura 2 es una vista en perspectiva de una
sección del cuerpo envolvente del módulo semiconductor de
potencia.
La figura 3 es una vista en perspectiva de una
zona del cuerpo envolvente de un elemento de conexión de carga, así
como un substrato del módulo semiconductor de carga, según una vista
en sección.
La figura 4 muestra una vista parcial en sección
de las peculiaridades del módulo semiconductor de potencia, a
saber, cuerpo envolvente, elemento de conexión de potencia y
tapa.
La figura 5 muestra una vista similar en sección
de una parte de realización del módulo semiconductor de potencia,
y
La figura 6 muestra una vista parcial similar a
la de la figura 5, en sección, de otra forma de realización del
módulo semiconductor de potencia,
La figura 1 muestra una representación del
módulo semiconductor de potencia (10), que presenta un cuerpo
envolvente (12) y una tapa (14) de cierre de dicho cuerpo (12). Del
cuerpo envolvente (12) sobresalen elementos de conexión de carga
(16) con sus dispositivos de contacto (17). La tapa (14) está dotada
de salientes (18) para elementos auxiliares de conexión.
Del cuerpo envolvente (12) se prolongan
expansiones de soporte (20), sobre las cuales se puede fijar una
platina de conexiones (no mostrada).
Tal como se puede apreciar en la figura 2, el
cuerpo envolvente (12) está constituido, en su parte superior, de
manera integral, con un marco de estanqueidad periférico (22) sobre
el cual sobresale la tapa (14) con su borde externo (24).
El cuerpo envolvente (12) está dotado de
cavidades (26) (ver figura 2), para los dispositivos de contacto
(17) de los elementos de conexión de carga (16) (ver figura 1). Las
cavidades (26) del cuerpo envolvente están realizadas en una pared
lateral asociada (28) del cuerpo envolvente (12). La cavidad
asociada (26) del cuerpo envolvente presenta en su borde interno
(30), un nervio de estanqueidad (34) que constituye una sección (32)
del marco de estanqueidad (22) del cuerpo envolvente (12).
Tal como se puede apreciar de la figura 3, el
elemento de conexión de carga correspondiente (16) está dotado de
un acodamiento (36) que rodea el nervio de estanqueidad asociado
(34), en el que se une el correspondiente dispositivo de contacto
(17).
Con el numeral indicativo (38) se ha mostrado un
substrato del módulo semiconductor de potencia (10), que está
dispuesto en la cara inferior del cuerpo envolvente (12) de modo
adaptado. El substrato (38) está dotado en su cara inferior con una
capa metálica aplanada (40) y en su cara superior, es decir, lado
interno de una capa metálica conformada (42), y está dotado de
elementos constructivos de la parte electrónica de potencia.
Los elementos de conexión de carga (16) están
construidos de forma conocida con patillas de contacto (44), que
establecen contacto con la capa metálica conformada (42) del
substrato (38).
Tal como se puede apreciar en la figura 4, el
nervio de estanqueidad (34) presenta una altura (H) que es superior
a la profundidad (T) de la cavidad (26) correspondiente del cuerpo
envolvente. La altura (H) del correspondiente nervio de
estanqueidad (34) es también superior al grosor de pared (W) del
dispositivo de contacto correspondiente (17) del elemento de
conexión de carga (16). También en la figura 4, se ha mostrado con
el numeral (36) el acodamiento del correspondiente elemento de
conexión de potencia (16) y con el numeral (14) la tapa del módulo
semiconductor de potencia (10). La figura 4 muestra, además, que la
tapa (14) se superpone con su borde externo (24) al marco de
estanqueidad periférico (22) del cuerpo envolvente (12), de manera
que se impide la entrada de líquido o humedad en el interior del
módulo semiconductor de potencia (10).
La figura 5 muestra, en una representación en
sección similar a la de la figura 4, la disposición del módulo
semiconductor de potencia (10), de manera que el marco de
estanqueidad (22) del cuerpo envolvente (12), o bien, como mínimo,
el correspondiente nervio de estanqueidad (34) presenta en su borde
superior (46) un elemento de estanqueidad elástico (48). En este
elemento de estanqueidad elástico (48), que puede estar constituido,
por ejemplo, por un cordón de estanqueidad que está introducido o
adherido en una ranura (50) realizada en el borde superior (46).
Por el contrario, se aprecia en la figura 6 en una representación en
sección similar a la de la figura 5, una disposición del módulo
semiconductor de potencia (10) en el que el elemento de estanqueidad
elástico (48) está realizado de manera directa con el cuerpo
envolvente (12), sin elementos intermedios, mediante moldeo por
inyección de dos componentes.
Las mismas peculiaridades se han mostrado en las
figuras con los mismos numerales de referencia, lo cual permite
describir, de manera detallada, todas las peculiaridades en relación
con las figuras de dibujos.
- (10)
- Módulo semiconductor
- (12)
- Cuerpo envolvente (de 10)
- (14)
- Tapa (de 10 para 12)
- (16)
- Elementos terminales de carga (de 10)
- (17)
- Dispositivos de contacto (de 16 en 26)
- (18)
- Salientes de soporte (sobre 14)
- (20)
- Expansiones de soporte (sobre 12)
- (22)
- Marco de estanqueidad (de 12)
- (24)
- Borde externo (de 14)
- (26)
- Cavidades del cuerpo (de 12 para 17 sobre 28)
- (28)
- Pared lateral (de 12)
- (30)
- Borde interno (de 26)
- (32)
- Secciones (de 22 en 26)
- (34)
- Nervio de estanqueidad (en 32)
- (36)
- Acodamiento (de 16)
- (38)
- Substrato (de 10)
- (40)
- Capa metálica (de 38)
- (42)
- Capa metálica estructurada (de 38)
- (44)
- Patillas de contacto (de 16 para 42)
- (46)
- Borde superior (de 22 ó 34)
- (48)
- Elemento elástico de estanqueidad (sobre 46 para 14)
- (50)
- Ranura (en 46 para 48)
Claims (6)
1. Módulo semiconductor de potencia, dotado de
un cuerpo envolvente (12) en el que están dispuestos elementos de
conexión de carga (16) que tienen dispositivos de contacto (17)
dispuestos en cavidades (26) del cuerpo envolvente (12), cuyas
cavidades están constituidas en una pared lateral asociada (28) del
cuerpo envolvente (12), poseyendo además un tapa (14) que cierra el
cuerpo envolvente (12), caracterizado porque el cuerpo
envolvente (12) está realizado de forma integral por su parte
superior con un marco de estanqueidad periférico (22) y la tapa
(14) está dotada de un borde externo (24) que se acopla sobre el
marco de estanqueidad periférico (22) y, caracterizado
porque la correspondiente cavidad (26) del cuerpo envolvente tiene
en su borde interno (30) un nervio de estanqueidad (34) que forma
una sección del marco de estanqueidad (22) y porque el elemento de
conexión de carga asociado (16) está dotado de un acodamiento (36)
que está curvado alrededor del nervio de estanqueidad (34), a cuyo
acodamiento está conectado el dispositivo de contacto
correspondiente (17).
2. Módulo semiconductor de potencia según la
reivindicación 1, caracterizado porque el nervio de
estanqueidad (34) tiene una altura (H) superior a la profundidad
(T) de la cavidad asociada (26) del cuerpo envolvente.
3. Módulo semiconductor de potencia según la
reivindicación 1, caracterizado porque el nervio de
estanqueidad (34) tienen una altura (H) superior al grosor de pared
(W) del dispositivo de contacto (17).
4. Módulo semiconductor de potencia según una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el marco de
estanqueidad (22) o, como mínimo, los nervios de estanqueidad (34)
tienen en su borde superior (46) un elemento de estanqueidad
elástico (48).
5. Módulo semiconductor de potencia según una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la tapa
(14) está dotada de una sección de borde (24) que se acopla sobre el
acodamiento (36) del correspondiente elemento de conexión de carga
(16).
6. Módulo semiconductor de potencia según una de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo
envolvente (12) está dotado de una serie de sustratos (38) y/o
módulos parciales.
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