ES2338265T3 - Modulo de semiconductor de potencia con resortes de contacto. - Google Patents
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Abstract
Un módulo de semiconductor de potencia (1) con un alojamiento (3) y un sustrato (5) dispuesto en el interior del alojamiento con por lo menos una pista conductora metálica (54) y por lo menos un elemento de conexión (4, 7) que conduce hacia fuera desde la pista conductora (54) o una superficie de contacto de un componente de semiconductor de potencia (60) dispuesto en una pista conductora, en el que por lo menos un elemento de conexión (4, 7) está construido como un resorte de contacto (70) con un primer dispositivo de contacto (72) para el contacto con una pista conductora del sustrato o una superficie de contacto del componente del semiconductor de potencia, una sección elástica (74) y un segundo dispositivo de contacto (76) para la conexión exterior, en el que un cuerpo hueco (80) está dispuesto en una primera ranura parcial (32) de una ranura (30) del alojamiento (3), cuerpo hueco (80) en el cual a su vez la sección elástica (74) y una parte del segundo dispositivo de contacto (76) del resorte de contacto (70) están dispuestas y fijadas contra la caída en la dirección hacia el exterior del módulo de semiconductor de potencia (70) a través de una ranura en forma de muesca (84) para la conducción a través del segundo dispositivo de contacto (76) del resorte de contacto (70), en el que este cuerpo hueco (80) tiene una conexión de fiador de presión (82, 820, 360) con el alojamiento (3) y un cuerpo de soporte (86), en el que el cuerpo de soporte tiene medios de tope (88) en su lado que no esté encarado hacia el interior del módulo de semiconductor de potencia (1) para la colocación en un apoyo (31) de la ranura (30) del alojamiento (3) y en el que la ranura (30) tiene una segunda ranura parcial (34) para la conducción a través del primer dispositivo de contacto (72) del resorte de contacto (70).
Description
Módulo de semiconductor de potencia con resortes
de contacto.
La invención describe un módulo de semiconductor
de potencia en una configuración de contacto por presión con por lo
menos un elemento de conexión construido como un resorte de
contacto. Los módulos de semiconductor de potencia como tales son
conocidos, a título de ejemplo, a partir del documento DE 197 19 703
A1 que es el punto de partida de la invención.
Los módulos de semiconductor de potencia de este
tipo, de acuerdo con la técnica anterior, consisten en un
alojamiento con por lo menos un sustrato eléctricamente aislante
dispuesto en su interior, preferiblemente para el montaje directo
en un disipador térmico. El sustrato por su parte consiste en un
cuerpo aislante con una pluralidad de pistas de conexión metálicas,
las cuales están colocadas sobre el mismo y mutuamente aisladas y
componentes del semiconductor de potencia los cuales están colocados
sobre el mismo y conectados a estas pistas de conexión de una
manera apropiada para el circuito. Además, los módulos de
semiconductor de potencia conocidos tienen elementos de conexión
para conexiones de cargas exteriores y auxiliares así como elementos
de conexión dispuestos 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.
Igualmente son conocidos los módulos de
semiconductor de potencia conectados por presión tales como aquellos
conocidos a partir del documento DE 42 37 632 A1. En este documento
publicado, el dispositivo de presión tiene un elemento de presión
estable preferiblemente metálico para crear presión, un elemento de
colchón elástico para almacenar presión y un elemento de puente
para introducir presión en áreas específicas de la superficie del
sustrato. El elemento de puente preferiblemente está diseñado como
un cuerpo moldeado de plástico con una superficie la cual está
encarada al elemento de colchón a partir de la cual arrancan una
pluralidad de dedos de presión en la dirección de la superficie del
sustrato.
El sustrato es presionado sobre un disipador
térmico por medio de un dispositivo de presión de este tipo y de
ese modo la transferencia de calor entre el sustrato y el disipador
térmico se produce permanentemente y de forma fiable. El elemento
de colchón elástico se utiliza aquí para el mantenimiento de
condiciones de presión constante en el caso de diferentes cargas
térmicas y sobre el ciclo de vida completo del módulo de
semiconductor de potencia.
Un módulo de semiconductor de potencia, con una
placa de asiento y elementos de conexión auxiliares construidos
como resortes de contacto, es conocido a partir del documento DE 10
2004 025 609 A1. Según este documento publicado, se aplica presión
a los resortes de contacto para un contacto eléctrico seguro por
medio de una tapa. Aquí, los resortes de contacto están dispuestos
en un soporte del alojamiento el cual no se revela en detalle.
El documento EP-A- 1 648 029
describe un dispositivo de contacto que consiste en un cuerpo hueco
y un elemento de resorte dispuesto en su interior, dispositivo de
contacto el cual se utiliza para la conexión de control de los
módulos de semiconductor de potencia.
Un módulo de semiconductor de potencia con por
lo menos un elemento de conexión, el cual está construido como un
resorte de contacto con un primer dispositivo de contacto, una
sección elástica y un segundo dispositivo de contacto, es conocido
a partir del documento DE 10 2006 006 421, el cual no ha sido
publicado previamente. Aquí, un primer cuerpo conformado de
plástico tiene un árbol dispuesto perpendicularmente al sustrato
para acomodar un elemento de conexión. Este árbol por su parte
tiene una ranura lateral para la colocación del elemento de
conexión, colocación la cual está fijada contra el giro, y una
ranura para un cuerpo del componente asignado de un segundo cuerpo
conformado de plástico, en el que este cuerpo del componente de
forma similar tiene una ranura lateral y una ranura para el primer
dispositivo de contacto del dispositivo de conexión en el lado que
no está encarado hacia el sustrato y el primer dispositivo de
contacto llega a través de aquí.
El objeto de la presente invención es
proporcionar un módulo de semiconductor de potencia en el que los
elementos de conexión están construidos de forma elástica y fijados
contra la caída y el módulo de semiconductor de potencia es
accesible para una fabricación simple.
El objeto se consigue según la invención por
medio de las características de la reivindicación 1. Formas de
realización preferidas se describen en las reivindicaciones
subordinadas.
La idea inventiva arranca a partir de un módulo
de semiconductor de potencia del tipo mencionado antes, con un
alojamiento y un sustrato con por lo menos una pista conductora
metálica. Por lo menos un elemento de conexión conduce fuera del
alojamiento desde por lo menos una pista conductora o por lo menos
una superficie de contacto de un componente del semiconductor de
potencia dispuesto sobre una pista conductora.
Por lo menos uno de estos elementos de conexión
está construido como un resorte de contacto con un primer
dispositivo de contacto, una sección elástica y un segundo
dispositivo de contacto. El alojamiento tiene una ranura para
acomodar el resorte de contacto, ranura la cual está formada a
partir de una pluralidad de ranuras parciales. En la primera ranura
parcial, está dispuesto un cuerpo hueco, en el cual a su vez están
dispuestas partes importantes del resorte de contacto y están
fijadas contra la caída en la dirección del segundo dispositivo de
contacto del resorte de contacto. Además, este cuerpo hueco tiene
una conexión de fiador a presión con el alojamiento. De forma
similar, el alojamiento tiene una segunda ranura parcial para la
conducción a través del primer dispositivo de contacto del resorte
de contacto.
La solución inventiva se explica adicionalmente
con referencia a las formas de realización ejemplares de las
figuras 1 a 5.
La figura 1 muestra un módulo de semiconductor
de potencia con elementos de conexión según la técnica anterior.
La figura 2 muestra una configuración de un
resorte de contacto.
La figura 3 muestra dos representaciones de una
configuración de un cuerpo hueco con un resorte de contacto de un
módulo de semiconductor de potencia dispuesto en su interior.
La figura 4 muestra dos representaciones de una
ranura de un módulo de semiconductor de potencia según la
invención.
La figura 5 muestra una sección a través de una
parte de un módulo de semiconductor de potencia según la
invención.
La figura 1 muestra un módulo de semiconductor
de potencia (1) según la técnica anterior. El módulo de
semiconductor de potencia (1) tiene una placa de asiento (2) con
sustratos (5) dispuestos sobre la misma, preferiblemente
construidos como sustratos de unión de cobre directa (DCB direct
copper bonding). El sustrato respectivo (5) tiene una cerámica
aislante (52) con laminaciones de metal (54, 56) en ambos lados. Las
laminaciones de metal (54) en el interior del módulo de
semiconductor de potencia (1) forman una pluralidad de pistas
conductoras (54) por medio de estructuración para la colocación, de
una manera apropiada para el circuito, de componentes de
semiconductor de potencia (60) conectados por medio de conexiones de
unión por cable (62) y se utilizan también como superficies de
contacto para los elementos de conexión (4, 7).
Está representado un módulo de semiconductor de
potencia (1) con la placa de asiento (2) y con un alojamiento (3)
el cual encierra una pluralidad de sustratos (5). El alojamiento
tiene una pluralidad de pasos o ranuras pasantes (30) para los
elementos de conexión (4, 7) para la conexión exterior. Aquí se
representan elementos terminales de carga (4) en forma de cuerpos
conformados de metal, así como elementos de conexión auxiliar (7)
en forma de resortes de contacto (70).
Estos resortes de contacto (70) tienen un primer
dispositivo de contacto para el contacto con las pistas conductoras
o también superficies de contacto (no representadas) de los
componentes del semiconductor de potencia, una sección elástica y
un segundo dispositivo de contacto para la conexión exterior (véase
la figura 2).
Esta representación muestra una configuración
ejemplar de un módulo de semiconductor de potencia (1), en la cual
las siguientes configuraciones según la invención, las cuales se
basan en esto, también son adecuadas para diseños adicionales de
módulos de semiconductor de potencia, por ejemplo sin una placa de
asiento, con variantes adicionales del sustrato o bien otros
diseños del alojamiento. También puede ser preferible, especialmente
en el caso de módulos de semiconductor de potencia con baja
potencia, diseñar no únicamente los contactos auxiliares, como se
representan aquí, sino también los terminales de carga con resortes
de contacto.
La figura 2 muestra una configuración de un
resorte de contacto (70). Este resorte de contacto (70) tiene un
primer dispositivo de contacto (72), conformado a modo de pasador,
el cual preferiblemente se utiliza para el contacto con una pista
conductora (54) del sustrato (5). La sección media elástica (74)
está construida como un resorte helicoidal. El segundo dispositivo
de contacto (76) tiene una sección curvada para el contacto
exterior del módulo de semiconductor de potencia (1),
preferiblemente con una tarjeta de circuito.
La figura 3 muestra dos representaciones de una
configuración de un cuerpo hueco (80) con un resorte de contacto
(70) de un módulo de semiconductor de potencia (1) dispuesto en su
interior. En el lado izquierdo, se representa aquí un modelo de
rejilla tridimensional simplificado y a la derecha se muestra una
representación en sección. El cuerpo hueco (80) tiene aquí un
cuerpo de soporte cilíndrico (86). La sección elástica (74) del
resorte de contacto (70) está dispuesta en este cuerpo de soporte
(86). En la dirección del lado exterior del módulo de semiconductor
de potencia (1), la segunda sección elástica (76) es contigua a esta
sección (74) la cual está construida como un resorte helicoidal.
Esta segunda sección se prolonga una cierta extensión fuera del
cuerpo hueco (80) a fin de ser utilizada como contacto exterior. Con
este propósito, el cuerpo hueco (80) tiene una superficie superior
cerrada con una ranura en forma de muesca (84), a través de la cual
este segundo dispositivo de contacto (76) se prolonga una cierta
extensión. Esta configuración en forma de muesca de la ranura (84)
asegura que el resorte de contacto (70) no se pueda caer del cuerpo
hueco (80) en la dirección hacia el exterior del módulo de
semiconductor de potencia (1) teniendo en cuenta la sección elástica
(74) la cual está construida como un resorte helicoidal.
Además, el cuerpo hueco (80) tiene medios de
tope construidos de forma cónica (88) en su lado que no está
encarado al interior del módulo de semiconductor de potencia (1)
para la colocación del apoyo asesinado (38, véase la figura 5) de
la ranura (30) del alojamiento (3).
Una conexión de fiador de presión (82, 820, 360)
está provista para la fijación adicional del cuerpo hueco (80) en
el alojamiento (3). Preferiblemente, esta conexión de fiador de
presión está formada por una pluralidad de fiadores (82) dispuestos
en el lado del cuerpo hueco (80) encarado hacia el interior del
módulo del semiconductor de potencia (1). Las superficies de
enclavamiento (820) de los fiadores (82) encuentran sus apoyos (360)
en partes o superficies parciales (véase la figura 5) del interior
del alojamiento (3).
La figura 4 muestra dos representaciones de una
ranura (30) en un alojamiento (3) de un módulo de semiconductor de
potencia (1) según la invención. La representación superior muestra
la ranura (30) del alojamiento (3) para acomodar el cuerpo hueco
(8) desde la dirección de visión (A, véanse las figuras 1 y 5). La
representación inferior muestra un modelo de infograma simplificado
en una vista en tres dimensiones.
La primera ranura parcial cilíndrica (32) está
representada en cada caso con el apoyo (38) para los medios de tope
(88) del cuerpo hueco (80), el cual es adyacente en la dirección del
lado exterior del módulo de semiconductor de potencia (1) y se abre
hacia arriba cónicamente. Una segunda ranura parcial (34) para
acomodar el primer dispositivo de contacto (72) del resorte de
contacto (70) es contigua en la dirección del interior del módulo
de semiconductor de potencia (1). Esta segunda ranura parcial (34)
está a nivel con la primera, en donde ésta cierra por lo menos en
una cierta extensión la progresión cónica en la dirección de la
segunda (34).
Dispuestas concéntricamente alrededor de esta
segunda ranura parcial (34) existen ranuras parciales adicionales
(36), aquí tres, para acomodar los fiadores (82) de la conexión de
fiador de presión (82, 820, 360) entre el cuerpo hueco (80) y el
alojamiento (3).
La figura 5 muestra una sección parcial a través
de un módulo de semiconductor de potencia (1) según la invención.
Aquí se representa una parte del alojamiento (3) con una ranura (30)
la cual está formada por la primera ranura parcial (32) con una
forma esencialmente cilíndrica y, dispuesto en su extremo del cual
está encarado al lado exterior del módulo de semiconductor de
potencia, un apoyo (38) para medios de tope (88) del cuerpo hueco
(80).
En el lado el cual está encarado al interior del
módulo de semiconductor de potencia (1), la primera ranura parcial
(32) se une cónicamente dentro de la segunda ranura parcial (34).
Esta segunda ranura parcial (34) se utiliza para la colocación del
primer dispositivo de contacto a modo de pasador (72) del resorte de
contacto (70). Una pluralidad de ranuras parciales adicionales (36)
están dispuestas concéntricamente alrededor de esta segunda ranura
parcial (34). Estas ranuras parciales adicionales (36) se utilizan
para la conducción a través de los fiadores (82) del cuerpo hueco
(80).
El cuerpo hueco (80) dispuesto en la ranura (30)
tiene un cuerpo de soporte cilíndrico (86), en donde este cuerpo de
soporte tiene medios de tope (88) en su lado que no está encarado
hacia el interior del módulo de semiconductor de potencia (1) para
la colocación en el apoyo (38) de la ranura (30) del alojamiento
(3). De forma similar en este lado el cuerpo hueco (80) tiene una
superficie cerrada con una ranura en forma de muesca (84) para la
conducción a través del segundo dispositivo de contacto (76) del
resorte de contacto (70).
En el lado encarado hacia el interior del módulo
de semiconductor de potencia (1), el cuerpo hueco (80) tiene una
pluralidad de fiadores (82) para la formación de la conexión del
fiador de presión del cuerpo hueco (80) con el alojamiento (3). Los
fiadores (82) tienen superficies de enclavamiento (820) para la
colocación en las partes del interior del alojamiento (3) que
actúan como un apoyo (360).
La sección elástica (74) del resorte de contacto
(70) está dispuesta en el interior del cuerpo hueco (80). El primer
dispositivo de contacto (72), adyacente al mismo en la dirección del
módulo de semiconductor de potencia (1), está construido a modo de
pasador y se prolonga a través de la segunda ranura parcial (34)
hasta una superficie de contacto en la pista conductora (54) del
módulo de semiconductor de potencia (1) o sobre una superficie de
contacto de un componente del semiconductor de potencia (60) y de
ese modo produce una conexión eléctricamente conductora.
El segundo dispositivo de contacto (76) se
prolonga una cierta extensión a través de la ranura (84) del cuerpo
hueco (80) dentro de la zona exterior del módulo de semiconductor de
potencia (1) y se utiliza aquí para el contacto eléctrico con una
tarjeta de circuito, a título de ejemplo.
La disposición descrita del resorte de contacto
(70) en el cuerpo hueco (80) y en la ranura (30) del alojamiento
(3) permite que el resorte de contacto esté tanto fijado contra la
caída durante el montaje del alojamiento (3) en el sustrato (5)
como fijado contra la caída fuera del módulo de semiconductor de
potencia (1) acabado.
Claims (6)
1. Un módulo de semiconductor de potencia (1)
con un alojamiento (3) y un sustrato (5) dispuesto en el interior
del alojamiento con por lo menos una pista conductora metálica (54)
y por lo menos un elemento de conexión (4, 7) que conduce hacia
fuera desde la pista conductora (54) o una superficie de contacto de
un componente de semiconductor de potencia (60) dispuesto en una
pista conductora, en el que por lo menos un elemento de conexión
(4, 7) está construido como un resorte de contacto (70) con un
primer dispositivo de contacto (72) para el contacto con una pista
conductora del sustrato o una superficie de contacto del componente
del semiconductor de potencia, una sección elástica (74) y un
segundo dispositivo de contacto (76) para la conexión exterior, en
el que un cuerpo hueco (80) está dispuesto en una primera ranura
parcial (32) de una ranura (30) del alojamiento (3), cuerpo hueco
(80) en el cual a su vez la sección elástica (74) y una parte del
segundo dispositivo de contacto (76) del resorte de contacto (70)
están dispuestas y fijadas contra la caída en la dirección hacia el
exterior del módulo de semiconductor de potencia (70) a través de
una ranura en forma de muesca (84) para la conducción a través del
segundo dispositivo de contacto (76) del resorte de contacto (70),
en el que este cuerpo hueco (80) tiene una conexión de fiador de
presión (82, 820, 360) con el alojamiento (3) y un cuerpo de
soporte (86), en el que el cuerpo de soporte tiene medios de tope
(88) en su lado que no esté encarado hacia el interior del módulo
de semiconductor de potencia (1) para la colocación en un apoyo (31)
de la ranura (30) del alojamiento (3) y en el que la ranura (30)
tiene una segunda ranura parcial (34) para la conducción a través
del primer dispositivo de contacto (72) del resorte de contacto
(70).
2. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 1 en el que el cuerpo de soporte (86) tiene
forma cilíndrica.
3. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 1 en el que la conexión de fiador de
presión (82, 820, 360) está formada por una pluralidad de fiadores
(82) del cuerpo hueco (80), los fiadores (360) del cual están
formados por partes del interior del alojamiento (3).
4. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según las reivindicaciones 2 y 3 en el que la ranura (30) del
alojamiento (3) tiene una pluralidad de ranuras parciales
adicionales (36) para la conducción a través de los fiadores (82) y
estas ranuras parciales adicionales (36) están dispuestas
concéntricamente alrededor de la segunda ranura parcial (34).
5. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 1 en el que la sección elástica (74) del
resorte de contacto (30) está construida como un resorte
helicoidal.
6. El módulo de semiconductor de potencia (1)
según la reivindicación 2 en el que la primera ranura parcial (32)
se une cónicamente en el interior de la segunda ranura parcial (34)
y ambas están dispuestas a nivel entre sí.
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