JP2004527919A - 接続端子構造 - Google Patents

Abstract

【解決手段】電力半導体モジュールは、導電性の蓋板（２）、導電性の底板、ならびにこれらの蓋板と底板との間に配置された絶縁性の容器壁（３）を持つモジュール容器を有する。このモジュール容器内には、電力半導体回路が収納されている。この電力半導体回路の二つの端子（５，６）は、モジュール容器から引き出されており、その際この少なくとも二つの端子の中の第一の端子（５）が、蓋板との接続端子として配備されている。これらの二つの端子（５，６）は、モジュール容器から引き出されている基板（４）の対向する平板上に配置されており、端子間を標準のコネクターを用いて接続することができる。
この発明にもとづく電力半導体モジュールは、安定性およびインダクタンスに関して改良された接続端子を有する。

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワーエレクトロニクスの分野に関連する。この発明は、請求項１の上位概念にもとづく電力半導体モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
所謂「ホッケーパック」形の半導体モジュールは、例えば複数のモジュールから成るスタック形式で利用される半導体モジュールであり、その際このモジュールは、通常ホッケーのパックの形状を持つ、すなわち二つの基本的に平行に向かい合った底面を持つ円筒形の形状である。これらの底面は、電気を伝導する形で構成され、この半導体の出力電極または主電極（エミッタ、コレクタ）と接続されている一方、底面間の側壁は、電気を絶縁する形で構成されている。複数の直列に接続されたモジュールを持つスタックにおいては、主電流路の二つのモジュールの間には、それぞれヒートシンクが配置されている。これらの電力半導体部品の制御と監視のために、制御用の端子（ゲート）と補助の端子（補助エミッタ）が、それぞれモジュール容器から引き出されている。従来の「ホッケーパック」形モジュールでは、これらの端子は、突出した形のピンで構成され、その際補助の端子は、一方の底面（エミッタ）上に半田付けされている。
【０００３】
これらのピンは、力が加わると簡単に折れてしまうことがある。同様に、半田付けされた箇所も損傷してしまうことがある。さらに、ピン状の接続端子間のインダクタンスは、比較的大きい。
【０００４】
特許文献１によって、電気的に絶縁された容器内にＩＧＢＴから成る半導体回路を有する半導体モジュールが周知である。ＩＧＢＴの主電極には、モジュール容器から側壁を通して引き出されている二つの出力端子が接続されている。これらの出力端子は、基本的に平板として構成され、これらの平板は、一つの絶縁層によって分離され、互いに平行に配置されている。ＩＧＢＴの制御用の端子は、側壁の別の場所を通してモジュールから引き出されている。
【特許文献１】
欧州特許公開第７７２２３５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、接続端子の安定性と接続端子間のインダクタンスに関して改良された、はじめに述べた形の電力半導体モジュールを提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴を持つ電力半導体モジュールによって解決される。
【０００７】
この発明の要点は、モジュール容器から引き出された電力半導体回路の二つの端子が、モジュール容器から引き出されたプリント回路基板（Printed Circuit Board, PCB）の対向する面上に配置されること、この基板が固定手段によって蓋板に力で締め付ける形で固定されることであり、その結果基板と蓋板との間に配置された蓋板側の端子が、電気を伝導する形で蓋板と接合されることとなり、その際この固定手段は、有利には接合箇所の区域に配置されるものである。
【０００８】
このことによって、これらの端子は、インダクタンスが低減されるとともに、安定性が向上される。さらに、蓋板と蓋板側の端子との間に最適な電気的接続が保証されるものである。
【０００９】
有利には、これらの蓋板および／または蓋板側の端子は、接合箇所の区域にぎざきざを持つ。このことによって、電気的な接続が、さらに改良される。その結果、変動する条件（温度、湿度）においても、より長期間にわたり信頼性の有る電力用接続端子を実現することができる。
【００１０】
この発明にもとづく電力半導体モジュールの別の有利な実施形態においては、蓋板および基板は、それぞれ少なくとも二つの突出部を持つ。これらの蓋板および基板の突出部は、それぞれ重なり合って配置されるとともに、固定手段は、これらの突出部の区域に配置される。さらに、基板は、これらの二つの突出部の間に少なくとも一つの別の突出部を有する。
【００１１】
蓋板の二つの突出部は、基板のこの別の突出部を衝撃から保護するために配備されたものである。この別の突出部は、その端子間を従来のコネクターを用いて接続することができるように、有利には基本的に長方形の形状に構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下において、図面に描かれた実施例をもとに、この発明の詳細な説明を行う。
【００１３】
すべての図面において、同じ符号は、同じ機能を持つ構成部分に対応している。
【００１４】
図１における電力半導体モジュールは、二つの電力半導体から成る電力半導体回路１を有する。この電力半導体回路の機能と構成は、任意であり、この発明には関係しないものである。そして、例えば複数の予め製作可能なサブモジュールの半導体部品を組み立てる形態も可能である。
【００１５】
電力半導体回路１は、基本的に導電性の蓋板２、導電性の底板９、ならびにこれらの間に配置された絶縁性の容器壁３から成るモジュール容器内に格納されている。
【００１６】
電力半導体回路１の出力端子または主端子は、従来の「ホッケーパック」形モジュールのように、導電性の蓋板および底板と電気を伝導する形で接合されている。
【００１７】
電力半導体用の制御信号、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）用のゲート制御信号は、母線と制御用の端子導体６を介して、容器から引き出されている。
【００１８】
この発明では、この制御用の端子導体６は、両面を金属被覆された基板４の一方の面上に配置されている。この基板の別の面上には、蓋板２と電気を導電する形で接合された蓋板側の端子導体５がある。
【００１９】
図２は、この発明にもとづく電力半導体モジュールの部分を上から見た形で表している。
【００２０】
容器壁３と蓋板２との間には、両面を金属被覆された基板４が配置されている。蓋板に面する上方の側には、蓋板側の端子導体５が有る。容器壁に面する下方の側には、二つの制御用の端子導体６が有る。
【００２１】
蓋板２は、モジュール容器の縁から突き出た二つの突出部２１を有する。図３から明らかなように、この基板は、蓋板の突出部２１の下に配置された、二つの対応する突出部４１を有する。これらの突出部２１と４１は、固定手段７、例えば鋲またはねじで結合されている。このことにより、基板の上側に配置された蓋板側の端子導体５１と蓋板との間には、導電性の結合が形成される。蓋板の突出部２１の下側には、ぎざぎざ２２（ぎざぎざに刻まれた表面）が形成されている。数１００μｍまでの長さのぎざぎさの先端を、基板の金属被覆に押し付けることにより、電気的な接続を改善することができる。
【００２２】
基板は、二つの突出部４１の間に、別の突出部４２を有する。この突出部４２は、図４から明らかなように、コネクター８を装着するためのものである。コネクター８は、矢印の方向に突出部４２に押し込まれる。コネクター内に配置された接触部が、基板４の両側に配置された端子５２と６１に押し付けられる。コネクターとしては、従来の基板コネクターを用いることができる。
【００２３】
突出部４２は、蓋板の突出部２１によって、上からと横からの衝撃に対して保護されている。
【００２４】
図５と図６は、一つの制御用の端子６１だけを持つ基板の別の実施形態を表している。さらに、固定手段用の貫通部７１の区域に、蓋板側の端子導体５１のぎざぎざ５３を形成している。このぎざぎざに刻まれた表面によって、蓋板との電気的な接続を改善することができる。
【００２５】
この基板は、モジュール容器の内部に、制御母線との接続端子としての機能を持つ別の突出部４３を有する。垂直の接続部品（ここには描かれていない）が、制御用の端子導体６２を母線と接続している。突出部２１に形成された貫通部７１の他に、別の固定手段用の貫通部を設けることができる。
【００２６】
図示した実施形態の他に、複数のコネクター用に互いに並んで配置された複数の突出部を用いることが考えられる。その場合、各コネクターの間には、それぞれ各突出部を保護するための蓋板の突出部を設けることができる。
【００２７】
さらに、基板の突出部毎に一つまたは二つより多い制御用の端子を設けることも考えられる。
【００２８】
特に、各導体層が少なくとも一つの端子を持つ三層または多層基板を有する実施例を考えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】蓋板と基板を有する、この発明にもとづく電力半導体モジュール
【図２】蓋板と第一の実施形態の基板を有する、図１の電力半導体モジュールの部
分図
【図３】図２の電力半導体モジュールのＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図
【図４】図２の電力半導体モジュールのＩＶ−ＩＶにおける断面図
【図５】図２に対応する、第二の実施形態の基板を上から見た図
【図６】図５の基板を下から見た図
【符号の説明】
【００３０】
１ 電力半導体回路
２ 導電性の蓋板、エミッタ板
３ 絶縁性の容器壁
４ 絶縁性の基板
５，５１ 蓋板側の端子導体
６，６２ 制御用の端子導体
７ 固定手段
８ 端子コネクター
９ 導電性の底板
２１，４１，４２，４３ 突出部
２２，５３ ぎざぎざ
５２ 蓋板側の端子
６１ 制御用の端子
７１ 固定手段用の貫通部

Claims (4)

1. 導電性の蓋板（２）と、この蓋板と基本的に平行に配置された導電性の底板（９）と、これらの蓋板と底板との間に配置された絶縁性の容器壁（３）を持つモジュール容器、
   一方の端子が蓋板と、他方の端子が底板と電気を導電する形で接続された少なくとも二つの出力端子を有する、このモジュール容器内に収容された電力半導体回路（１）、ならびに、
   このモジュール容器から引き出された、この電力半導体回路の少なくとも二つの端子（５，５２；６，６１）であって、これらの少なくとも二つの端子（５，５２）の中の第一の端子が蓋板（２）との接続端子として配備された少なくとも二つの端子（５，５２；６，６１）、
   を有する電力半導体モジュールにおいて、
   基本的に平らに形成された基板（４）が、モジュール容器から引き出されており、その際この基板（４）は、少なくとも二層の構造を持ち、上記の二つの端子は、この基板（４）の導体（５，６）として構成されるとともに、これらの導体（５，６）は、基板（４）の底面と基本的に平行に配置されること、ならびに、
   この基板（４）が、固定手段（７）により力で締め付ける形で蓋板（２）に固定され、その結果蓋板に面する側に配置された蓋板側の端子導体（５）が、電気を伝導する形で蓋板と接合されること、
   を特徴とする電力半導体モジュール。
2. 前記の固定手段（７）が、前記の接合箇所の区域に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電力半導体モジュール。
3. 前記の蓋板（２）および／または蓋板側の端子導体（５，５１）が、前記の接合箇所の区域に、接合を最適にするぎざぎざ（２２，５３）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力半導体モジュール。
4. 前記の蓋板（２）と基板（４）が、それぞれ少なくとも二つの突出部（２１）を有すること、
   これらの蓋板（２１）と基板（４１）それぞれの一つの突出部が、互いに重なり合う形で配置されること、
   前記の固定手段（７）が、これらの突出部（２１，４１）の区域に配置されること、
   この基板（４）が、これら二つの突出部（４１）の間に、少なくとも一つの別の突出部（４２）を有すること、ならびに、
   前記の端子（５２，６１）が、この別の突出部（４２）上に配置されること、
   を特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の電力半導体モジュール。