JP2003204037A - モジュールハウジング及び電力半導体モジュール - Google Patents

モジュールハウジング及び電力半導体モジュール

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改善された絶縁耐力及び増加したブロッキン
グ電圧性能を有するモジュールハウジング及び電力半導
体モジュールを供給する。 【解決手段】 電力モジュールハウジングはお互いに取
付けられる２つの電気絶縁ハウジングエレメント（１，
２）を備えている。ハウジングエレメント（２）のうち
の第１は電力端子（３１，３２）及び溝状凹部（２３）
のため少なくとも２つの開口部（２４）を備えている。
開口部（２４）の間に３つの絶縁壁（１１，２１，２
２）がハウジングの表面に及びそれに垂直に配置されて
いる。１つの絶縁壁（１１）はハウジングエレメント
（１）のうちの第２の一部分であり、第１ハウジングエ
レメント（２）の凹部（２３）に挿入され、絶縁壁（２
１，２２）の少なくとも１つの第２は第１ハウジングエ
レメント（２）の一部分である。電力端子用開口部の間
の絶縁壁は端子の簡略配置を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力エレクトロニク
スの技術分野に関する。それは請求項１の前文によるモ
ジュールハウジング及び電力半導体モジュールに関す
る。
【０００２】
【背景技術】低電圧の非常に便利なものであった、確立
されたダーリントントランジスタモジュールから発展し
たＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の開
発が、先の世紀の１０年間、産業界で行われている。最
初、製造業者は単にダーリントンチップをＩＧＢＴチッ
プに置き換えた。これは、いわゆる「標準モジュール」
のいろいろなパーケージタイプに導いた。低電力デバイ
スは６パック又は完全な３相ブリッジ構成となる傾向が
あった。高電流割合のデバイスは２パック又は半ブリッ
ジ構成を使用していたが、最高電流の定格が１パックで
作られていた（逆平行高速ダイオードを有するＩＧＢ
Ｔ）。多様範囲のパッケージとバイポーラモジュールか
らの展開のこの組合せは、ほとんどの交換可能なモジュ
ールの当惑させるほどの範囲で断片的な供給ベースを残
していた。供給者は標準的な解決に進み、パッケージン
グの新しいツールへの投資をしたがらなかった。さらに
その上、旧バイポーラから派生したパッケージングは高
速切換えＭＯＳゲートＩＧＢＴで使用される時に多くの
制限を有していた。
【０００３】新世代のモジュールが現われ、パッケージ
ング、特に低電力の範囲で、非常な多様性があり、供給
者は高水準の集積化の新しい概念を導入し、通常、市場
の特定部分を狙っていた。デバイスにもっと機能性を導
入することにより、供給者は必ずしも「標準」という用
語の２つの意味の標準モジュールを作ることができな
い。第１に、さらなる機能はモジュールの適用範囲を制
限する。第２に、ほとんどのユーザにより要求される標
準化、すなわちマルチプルソーシングは異なる技術プラ
ットフォームにより供給者間で達成するのはより難しく
なっている。
【０００４】市場の最低電力範囲において、１９９６年
９月７〜１３日のラスベガスでの電力システム世界会議
９６におけるM.Feldvobらによる「低プロファイルのは
んだ付け可能なエコノパックモジュールによる新コンパ
クトインバータコンセプト」で説明されたエコノパック
が導入され、最終的に、標準モジュールの定義に達し、
１以上の供給者により製造されると共に多くの顧客によ
り使用されている。しかし、ローパック（LoPak）の導
入まで、ABB半導体AGオンライン文書（www.absem.com）
のS.Dewerらによる「２１世紀の標準モジュール」で説
明されているように、特にＩＧＢＴ技術での使用のため
に設計され、１００Ａの６パックの定格以上の新しい標
準モジュールはなかった。
【０００５】伝統的な低電力高電圧の適用（３ｋＶ以上
の線間電圧）はＧＴＯにより制御され（ゲートターンオ
フサイリスタ）、ＩＧＣＴ（集積ゲート制御サイリス
タ）又はＩＧＢＴにより制御される。ＩＧＢＴは、サイ
リスタ構造の電力半導体と比較して、例えば、駆動装置
に関する低い要求、絶縁構造から起こる容易な冷却のよ
うな幾つかの利点を有するデバイスであり、６．５ｋＶ
までのブロッキング電圧のため十分に開発されると共に
導入されている。４．５又は６．５ｋＶのブロッキング
電圧を有するＩＧＢＴモジュールは最初、トラクション
インバータのために設計され、その後、電力品質の適用
のためと同様に産業の推進のために使用されていた。パ
ッケージングは低電圧モジュール（１，２，２．５又は
３．３ｋＶ）のためと同じ基準を維持していた。すべて
のこれらのモジュールは標準のフットプリント、全体の
寸法及び端子位置を有している。よって、すべてのクリ
ーページ及び隙間の距離は同一で、それらはすべて同じ
電気絶縁物を有している。６．５ｋＶのＩＧＢＴモジュ
ールは、F.AuerbachらによるEUPECオンライン文書（ww
w.eupec.com）の「６．５ｋＶのＩＧＢＴモジュール」
に記載されている。
【０００６】使用のため幾つかのモジュールのさらに高
い電圧の直列接続を要求することが必要である。これら
の種類の適用のための費用を削減する１つの可能性のあ
る方法は、モジュール内のＩＧＢＴ半導体チップを直列
接続することであり、その結果、今日利用可能な最高電
圧のモジュールのブロッキング電圧の２倍又は３倍又は
それ以上の倍数のモジュールとなる。
【０００７】しかし、これらの高電圧モジュールのた
め、ローパックモジュールに適用される伝統的なパッケ
ージング設計のルールは、例えば、ハウジングの壁とカ
バーのような２つのハウジングエレメントの間の接着接
合部のような、モジュールハウジングの重要な領域の絶
縁応力なしに十分な絶縁を保証するのに十分でないこと
を証明していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そのため、改善された
絶縁耐力及び増加したブロッキング電圧性能を有する最
初に説明した種類のモジュールハウジング及び電力半導
体モジュールを供給することが本発明の目的である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的は、請求項１に
よるモジュールハウジング及び請求項５による電力半導
体モジュールにより達成される。
【００１０】本発明のモジュールハウジングはお互いに
取付けられる２つの電気絶縁ハウジングエレメントを備
えている。前記ハウジングエレメントの第１は電力端子
及び溝状凹部のための少なくとも２つの開口部を備えて
いる。開口部の間には少なくとも２つの絶縁壁がハウジ
ングに及びそれに垂直に配置されている。前記絶縁壁の
少なくとも１つの第１は前記ハウジングエレメントのう
ちの第２の一部分であり、前記第１ハウジングエレメン
トの凹部に挿入されているが、前記絶縁壁の少なくとも
１つの第２は第１ハウジングエレメントの一部分であ
る。
【００１１】電力端子のための開口部間の絶縁壁は端子
のコンパクト配列を可能にする。
【００１２】本発明のモジュールハウジングの好適な実
施例では、前記第１絶縁壁を有する前記第２ハウジング
エレメントは前記凹部に挿入され、前記第１ハウジング
エレメントは接着接合部により接合される。この接着接
合部は前記第２絶縁壁の少なくとも１つにより前記開口
部の少なくとも１つから分離されている。
【００１３】接着剤は開口部の電力端子間の電気的隙間
又はクリーページ経路にはない。そのため、電界は接着
接合部にかけられることができ、経路は接合部と端子の
少なくとも１つの間の少なくとも１つの絶縁壁により、
常に遮られる。
【００１４】さらなる実施例は従属請求項から分かる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明のより完全な理解及びそれ
に伴う多くの利点は、添付図面と関連させて考慮した
時、以下の詳細な説明に関連させることによりもっとよ
く理解されるようになるのと同様に容易に得られるだろ
う。
【００１６】今、図面を参照すると、幾つかの図面を通
じて同様の参照符号は同一又は対応する部品を示してい
る。
【００１７】図１は本発明のモジュールハウジングの第
１実施例を示している。ハウジングの壁１及びカバー２
は共に適合するように設計されている。ハウジング壁１
は図面には一部分のみ示されている。好ましくは、全体
のハウジング壁は、例えば、半導体チップが取付けられ
るベースプレートを取囲む矩形状を有している。カバー
２の一部分のみが示されているが、ハウジング壁の頂部
にぴったり適合するように設計され、モジュールハウジ
ングの完全な絶縁を保証する。ハウジングのカバー及び
壁は共に接着され、堅固なモジュールハウジングを形成
する。
【００１８】ハウジング壁１の頂部には、小さな絶縁壁
１１がハウジング壁の最上面に垂直に配置されている。
図面に示されているように、絶縁壁１１はモジュール内
部に向かうハウジング壁に重なっている。
【００１９】カバー２はモジュールの外側の方へ開放し
ている溝状凹部２３を有している。前記絶縁壁１１は、
カバー２がハウジング壁１の最上部に置かれた時に凹部
に滑動する。
【００２０】図２はお互いに取付けられるハウジングの
壁１及びカバー２を示している。カバー２は凹部２３に
配置された絶縁壁１１を取囲んでいる。
【００２１】カバー２は電力端子３１及び３２を挿入す
るための２つの開口部２４を備え、モジュール内に配置
された半導体チップに接触するようになっている。これ
らの開口部は凹部２３の両側に配置されている。
【００２２】カバー２にはカバー表面の最上部に垂直に
立ち、凹部２３に平行に延びるさらなる絶縁壁２１及び
２２がある。これらのカバーの絶縁壁２１及び２２は凹
部と電力端子用開口部２４の間の凹部２３の両側に配置
されている。カバー絶縁壁２１及び２２はそれらの間の
絶縁壁１１より長く、それらは全カバーに渡り延びてさ
えいるかもしれない。
【００２３】ハウジング壁１、カバー２及び電力端子３
１には締付け孔１２，２５及び３３があり、次の２つの
図面に示されているように、電力端子へ外部コネクタ４
を取付けるためボルト又は螺子がそこに導かれる。
【００２４】図３は前の図面による本発明のモジュール
ハウジングの第１実施例の断面図を示している。それは
お互いにしっかり取付けられるハウジング壁１及びカバ
ー２を示している。絶縁壁１１とカバー２の間には凹部
の接着接合部６がある。カバーの絶縁壁２１及び２２は
この接着接合部を保護し、電気的クリーページ及び隙間
経路を防いでいる。そのため、絶縁壁、特に電力端子３
２と接着接合部６間の壁の高さｈWが少なくとも電力端
子３２のスタック、接続棒４及び、例えばボルト５２及
びナット５１のような締付けエレメントが使用されるも
のの高さｈSに等しいことが利点である。
【００２５】図４は本発明のモジュールハウジングの第
２実施例の断面図を示している。ハウジング壁１には２
つの絶縁壁１１及び１２が配置されているが、カバーの
絶縁壁２１は１つだけである。２つの絶縁壁１１及び１
２のためカバーの絶縁壁２１の両側に配置されたカバー
には対応する凹部がある。
【００２６】接着接合部は図面の誘電点から非常に重要
な１つの点である。接着層の誘電性を特徴付けるのは難
しいので、その層の電界を制限するのがより安全であ
る。本発明のモジュールハウジングでは、接着接合部と
電力端子の１つの間には常に少なくとも１つの絶縁壁が
ある。
【００２７】本発明のモジュールハウジングを有する電
力半導体モジュールは少なくとも１６ｋＶまでの端子の
ブロッキング電圧に端子を自由に部分放電させると予想
される。
【００２８】本発明のモジュールハウジングのための可
能性ある適用は高電圧の電力電子モジュール、例えば直
列接続されたチップの電力電子モジュールであり、電力
特性の機器又は中間電圧の運転に使用される。
【００２９】絶縁壁を含むハウジングエレメントは電気
絶縁材料、例えばエポキシ製である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハウジングエレメントを接続する前の、２つの
ハウジングエレメントを有する本発明のモジュールハウ
ジングの一部分を示している。
【図２】お互いに取付けられたハウジングエレメント及
び電力端子を有する、図１のモジュールハウジングを示
している。
【図３】図２のモジュールハウジングの断面図を示して
いる。
【図４】図２のモジュールハウジングの代わりの実施例
の断面図を示している。
【符号の説明】
１ ハウジング １１，１２ ハウジングの絶縁壁 １３ 締付け孔 ２ カバー ２１，２２ カバーの絶縁壁 ２３ 締付け孔 ２４ 端子孔 ２５ 凹部 ３１，３２ 電力端子 ３３ 締付け孔 ４ 接続棒 ４１ カソード接点 ５１，５２ 締付けエレメント、ボルト及びナット ６ 接着剤 ｈS 端子スタックの高さ ｈW 壁の高さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーダー イェルク スイス ツェーハー−7013 ドマート／エ ムス ヴィア ノヴァ 75 (72)発明者 アルペル アクダグ スイス ツェーハー−5406 バーデン−リ ュティホフ モースシュトラーセ 11

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２つの電気絶縁ハウジングエ
    レメント（１，２）を備え、該ハウジングエレメントは
    お互いに取付けられ、該ハウジングエレメント（２）の
    うちの第１は電力端子（３１，３２）のため少なくとも
    ２つの開口部（２４）を備え、該開口部（２４）の間に
    少なくとも２つの絶縁壁（１１，１２，２１，２２）が
    前記ハウジングの表面に及びそれに垂直に配置され、前
    記絶縁壁（１１，１２）のうちの少なくとも１つの第１
    が前記ハウジングエレメント（１）のうちの第２の一部
    分であり、前記第１絶縁壁（１１，１２）が前記第１ハ
    ウジングエレメント（２）の溝状凹部（２５）に挿入さ
    れるモジュールハウジングであって、 前記絶縁壁（２１，２２）の少なくとも１つの第２は前
    記第１ハウジングエレメント（２）の一部分であること
    を特徴とするモジュールハウジング。
  2. 【請求項２】 少なくとも３つの絶縁（１１，１２，２
    １，２２）壁は前記ハウジングの表面に配置され、前記
    絶縁壁（１１，１２；２１，２２）の２つは前記ハウジ
    ングエレメント（１；２）のうちの１つの一部分であ
    り、第３絶縁壁（２１；１１）の両側に配置され、前記
    第３絶縁壁は前記他のハウジングエレメント（２；１）
    の一部分であることを特徴とする請求項１に記載のモジ
    ュールハウジング。
  3. 【請求項３】 前記少なくとも１つの第１絶縁壁（１
    １，１２）は前記凹部（２５）に挿入され、前記第１ハ
    ウジングエレメント（２）は接着接合部（６）により接
    合され、前記接着接合部は前記第２絶縁壁（２１，２
    ２）のうちの少なくとも１つにより前記開口部（２４）
    の少なくとも１つから分離されていることを特徴とする
    請求項１又は２に記載のモジュールハウジング。
  4. 【請求項４】 前記モジュールはハウジングの壁及びカ
    バーを備え、前記ハウジングエレメント（２）のうちの
    １つは前記カバーであり、前記ハウジングエレメント
    （１）の他の１つは前記ハウジング壁であることを特徴
    とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載のモジ
    ュールハウジング。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１の請求項に記
    載のモジュールハウジングと、少なくとも２つの主電極
    を有する少なくとも１つの高電力半導体チップとを備
    え、前記電極は少なくとも２つの電力端子（３１，３
    ２）に接続され、前記電力端子は外部の電気接触のため
    前記開口部（２４）に配置されていることを特徴とする
    電力半導体モジュール。
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