JP2007129228A - パワー半導体モジュールの位置決め装置及びパワー半導体モジュールの表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに離間された複数のパワー半導体モジュールを受容して位置決めするための装置と、これに付属の方法を紹介する。
【解決手段】装置としては、各穴（１２）がストッパ手段（２０）を有し、それにより各々のパワー半導体モジュール（４０）の主面が位置決め成形体（１０）の第１主面（１４）に対して面平行で一直線に並んで位置決めされ、更に穴（１２）が、第２主面（１６）から出発し、第１主面（１４）の方向で少なくとも一区画（１８）において円錐形状をもって形成されていること。方法としては、パワー半導体モジュール（４０）が、前記の装置内に配置されて固定されていて、適切な方法によりパワー半導体モジュール（４０）の第１主面が全面的に又は部分的に材料（６０）でコーティングされること。
【選択図】図２

Description

本発明は、互いに離間されている複数のパワー半導体モジュールの位置決め装置、並びに位置決めされたパワー半導体モジュールの表面処理方法に関する。

例として特許文献１から知られていて例として特許文献２を用いて互いに離間されて配置されているようなパワー半導体モジュールが本発明の出発点を構成する。

本発明は、例えば、特許文献２に従う運搬包装材内に配置されている特許文献１に従う複数のパワー半導体モジュールから出発する。パワー半導体モジュールが運搬後に他の表面処理を伴わずに直ちに例えば電流変換器である装置内に取付可能とされるために、運搬前には例えば熱伝導層がパワー半導体モジュールの基板上に施される。

前記のパワー半導体モジュールは２つの主面を有し、この際、第２主面上には電気的なコンタクトのための接触要素が配置されている。第１主面は基板により形成されている。この基板は、パワー半導体モジュールの内部の方を向いた側においてパワー半導体素子（パワー半導体構成品）を支持し、パワー半導体モジュールの内部とは反対の側において冷却構成部品に対する熱伝導接続のために用いられる。基板と冷却構成部品との間のこの熱伝導接続部は、従来技術に従い、熱伝導層、所謂熱伝導ペーストから成る中間層により形成される。

この熱伝導ペーストは、冷却体上にパワー半導体モジュールを取り付けた後の効果的な熱伝達を保証するために、均質な層として又は均質に配分された個々の層要素として形成されなくてはならない。しかし熱伝導ペーストから成るこの種の層は、ペースト状の層として均質性の損傷に対して敏感であるという短所を有する。この理由から、従来技術に従い、熱伝導ペーストは、好ましくは冷却体上にパワー半導体モジュールを配置する直前に塗布される。しかしこの層は、できるだけ高い均質性、即ち均等な層厚を有する必要があるので、そのために例えばスクリーンプリンティング法が適しているが、これらの方法は取付場所で必ずしも使用可能であるわけではない。

上記のパワー半導体モジュール用の運搬包装材は特許文献２に開示されている。この種の運搬包装材は、数ミリメートルに至るまでの許容誤差で定義された間隔をもって複数のパワー半導体モジュールを互いに配置する。更にこれらの包装材は、各々のパワー半導体モジュールの両方の主面が運搬包装材と接触しないように又は接触するとしても定義された僅かな部分だけで接触するように構成されている。

ＤＥ１９６３０１７３Ａ１ ＤＥ１０３５８８３４Ａ１

本発明の基礎を成す課題は、互いに離間された複数のパワー半導体モジュールを受容するための装置であって、１ミリメートルよりも小さい許容誤差をもって互いに位置決めするための装置を紹介し、またこれらの複数のパワー半導体モジュールを同時に表面処理するための付属の方法を紹介することである。

前記の課題は、本発明に従い、請求項１及び２の構成要件の措置により解決される。有利な実施形態は下位請求項に記載されている。

本発明の思想は、複数のパワー半導体モジュールであってこれらのパワー半導体モジュールが正確には定義されていないグリッド内に横方向（側方）で互いに配置されていて、これらのパワー半導体モジュールの水平方向の位置が互いに同様に定義されている複数のパワー半導体モジュールから出発する。本発明は、互いに離間された複数のパワー半導体モジュールを受容して位置決めするための装置に関する。そのために、平らな第１主面と、パワー半導体モジュールを受容するための複数の穴とを有する位置決め成形体が提案される。

前記の穴の各々は、第１主面の法線の方向においてストッパ手段を有し、それにより各々のパワー半導体モジュールの主面が前記の成形体の第１主面に対して面平行で一直線に並んで（即ち面を揃えて面一にして）位置決めされる。更にこれらの穴は、位置決め成形体の第２主面から出発し、その第１主面の方向で少なくとも一区画において円錐形状の延在形態を有する。

複数のパワー半導体モジュールを同時に表面処理するための付属の方法は、パワー半導体モジュールをそれらの位置で指向付けして固定するための前記の装置を利用し、そして、パワー半導体モジュールの第１主面を、材料を用いて全面的に又は部分的にコーティングするための対応的に適切なコーティング法を適用する。

次に本発明の解決策を図１〜図３の実施形態に基づいて更に説明する。

図１は、本発明に従う装置の位置決め成形体（１０）の一部分をその第１主面（１４）上の俯瞰図として示している。位置決め成形体（１０）は、好ましくは平らな第１主面（１４）を有するアルミニウムから成る。位置決め成形体（１０）は更に複数の穴（１２）を有し、これらの穴の横方向（側方）のサイズは、配置すべきパワー半導体モジュール（４０）の対応するサイズよりも僅かに大きい。この位置決め成形体（１０）を用いて実施すべき方法は、対応する寸法を決定する。各穴（１２）はストッパ手段（２０）を有し、ストッパ手段（２０）は、位置決め成形体（１０）の第１主面（１４）の面法線の方向における、配置すべきパワー半導体モジュール（４０）の移動を制限する。このストッパ手段（２０）はロックノーズとして形成されていて、位置決め成形体（１０）の穴（１２）における対向位置する２つの側に配置されている。位置決め精度に対する要求に応じ、全ての側に設けられたこの種のロックノーズ、必要な場合には側ごとに幾つも設けられたこの種のロックノーズは有利であり得る。同様に、穴（１２）の角において対応的に形成されたロックノーズも適している。

図２は、図１に従うＡ-Ａ線に沿った断面図として、本発明に従う装置の位置決め成形体（１０）をパワー半導体モジュール（４０）の位置決めの様々な段階で示している。

位置決め成形体（１０）は第１主面（１４）を有し、第１主面（１４）は本発明に従う方法の基準面として用いられる。更に位置決め成形体（１０）は、パワー半導体モジュール（４０）を受容するための穴（１２）を有する。これらの穴（１２）は、割り当てられるパワー半導体モジュール（４０）のハウジング（４２）の横方向の長さよりも僅かに大きな横方向の長さを有する。穴（１２）の横方向の長さは第２主面（１６）においてパワー半導体モジュール（４０）のハウジングサイズ（４２）よりも明らかに大きい。この第２主面（１６）から出発し、穴（１２）は第１主面（１４）の方向で少なくとも一区画（１８）において円錐形状に先細りされている。この形態は有利であり、その理由は、パワー半導体モジュール（４０）が、位置決め成形体（１０）内の配置前、例えば運搬包装材（５０）の一部分であるグリッド内で互いに横方向に配置されているが、この際、この位置の許容誤差が位置決め成形体（１０）の許容誤差よりも大きいためである。

配置すべきパワー半導体モジュール（４０）自体はハウジング（４２）を有し、ハウジング（４２）は基板（４６）を包囲し、それにより基板（４６）はパワー半導体モジュール（４０）の第１主面を形成し、横方向においてはハウジング（４２）が基板（４６）を僅かに越えている。この第１主面の面法線の方向において基板（４６）はパワー半導体モジュール（４０）のハウジング（４２）を越えている。パワー半導体モジュール（４０）の第２主面上には電気的な端子要素（４４）が配置されている。

各穴（１２）は、好ましくは対向位置するように配置されている少なくとも２つのストッパ手段（２０）を有する。これらのストッパ手段（２０）は好ましくはロックノーズとして形成されていて、この際、これらのロックノーズは位置決め成形体（１０）の第１主面（１４）をその面法線の方向において越えてはいない。ロックノーズ（２０）は、位置決め成形体（１０）の第１主面（１４）の面法線の方向におけるパワー半導体モジュール（４０）の運動を制限するために用いられる。そのためにパワー半導体モジュール（４０）は、基板（４６）を横方向において越えてそれによりストッパエッジ（４８）を形成するハウジング部分を用い、ロックノーズ（２０）のロック面（２２）に当接する。この際、基板（４６）はロックノーズ（２０）を通り過ぎて延在し、位置決め成形体（１０）の第１主面（１４）と共に面平行で一直線に並んだ面を形成する。

位置決め成形体（１０）と、包装材の部分ボディ（５０）と、その中に配置されているパワー半導体モジュール（４０）とを有する、説明した装置により、個々のパワー半導体モジュール（４０）が、互いに、１ｍｍ又はそれよりも小さな横方向の位置許容誤差、及び、位置決め成形体（１０）の平らな第１主面（１４）と、各々の基板（４６）により形成されているパワー半導体モジュール（４０）の各々の主面との間の０.５ｍｍよりも小さな高さ許容誤差をもって指向付けられる。

ここで、複数のパワー半導体モジュール（４０）の基板を同時に表面処理するための本発明に従う方法は、例として、横方向の位置決め精度が低い包装材の部分ボディ（５０）内のパワー半導体モジュール（４０）の配置構成から出発する。位置決め成形体（１０）の第２主面の面法線の方向からパワー半導体モジュール（４０）上に位置決めされる位置決め成形体（１０）を用い、これらのパワー半導体モジュール（４０）が横方向で必要な許容誤差に至るまで互いに指向付けられる。本発明に従うこの装置によりパワー半導体モジュール（４０）がそれらの位置に位置決めされている。

他のステップにおいてパワー半導体モジュール（４０）の第１主面がコーティングされ得る。このコーティングは、全基板（４６）が均質の厚さを有する層で覆われるように全面的に行なわれるか、又は、例えばパワー半導体モジュール（４０）の各々の基板（４６）上に同じ間隔を有する同じ島状部（６０）が互いに塗布されるように部分的にも行なわれる。

前記の方法を用い、好ましくは熱伝導ペースト及び接着剤、又は別の材料も基板（４６）上に塗布され得る。そのために特に有利な方法は、周知であるスクリーンプリンティング法又はステンシルプリンティング法である。

図３は、本発明に従う装置の位置決め成形体（１０）の３次元図を示している。この際、ロックノーズの形式のストッパ手段（２０）の形態、並びに穴（２０）の円錐形状の延在経過（１８）の形態が特に明らかである。更に位置決め成形体（１０）は、好ましくは対向位置する角に配置されている少なくとも２つのピン（２４）を有し、これらのピン（２４）は位置決め装置として用いられる。非図示のスクリーンのフレームが、対応する穴を有する。位置決め成形体（１０）のピン（２４）は、対応する穴に受容され、従ってスクリーンプリンティングプロセス中に、プリントすべきパワー半導体モジュール（４０）に対して相対的にプリンティングスクリーンを位置決めする。

本発明に従う装置の位置決め成形体の一部分を示す図である。 本発明に従う装置の位置決め成形体をパワー半導体モジュールの位置決めの様々な段階で示す図である。 本発明に従う装置の位置決め成形体の一部分を３次元図として示す図である。

符号の説明

１０ 位置決め成形体
１２ 穴
１４ 第１主面
１６ 第２主面
１８ 一区画
２０ ストッパ手段／ロックノーズ
２２ ロック面
２４ ピン
４０ パワー半導体モジュール
４２ ハウジング
４４ 端子要素
４６ 基板
４８ ストッパエッジ
５０ 運搬包装材／部分ボディ
６０ 島状部

Claims (9)

1. 互いに離間されている複数のパワー半導体モジュール（４０）を受容して位置決めするための装置であって、位置決め成形体（１０）を備え、この位置決め成形体（１０）が、平らな第１主面（１４）と、パワー半導体モジュール（４０）を受容するための複数の穴（１２）とを有する、前記装置において、
   各穴（１２）がストッパ手段（２０）を有し、それにより各々のパワー半導体モジュール（４０）の主面が位置決め成形体（１０）の第１主面（１４）に対して面平行で一直線に並んで位置決めされ、更に穴（１２）が、第２主面（１６）から出発し、第１主面（１４）の方向で少なくとも一区画（１８）において円錐形状をもって形成されていることを特徴とする装置。
2. 複数のパワー半導体モジュール（４０）を同時に表面処理するための方法において、これらのパワー半導体モジュール（４０）が、請求項１に従う装置内に配置されて固定されていて、適切な方法によりパワー半導体モジュール（４０）の第１主面が全面的に又は部分的に材料（６０）でコーティングされることを特徴とする方法。
3. 位置決め成形体（１０）が、パワー半導体モジュール（４０）が配置されている包装材の部分ボディ（５０）に対して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. ストッパ手段（２０）が、位置決め成形体（１０）の第１主面（１４）を越えることなく穴（１２）の内部に配置されている少なくとも２つのノーズとして形成されていて、割り当てられたパワー半導体モジュール（４０）のストッパエッジ（４８）に当接することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. パワー半導体モジュール（４０）のストッパエッジ（４８）が各々のパワー半導体モジュール（４０）のハウジング（４２）により形成され、このハウジング（４２）が、一直線に並ぶ主面を形成する割り当てられた基板（４６）を、少なくとも２つの縁の方向又は穴（１２）の角の方向で越えていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 位置決め成形体（１０）の平らな第１主面（１４）と、パワー半導体モジュール（４０）の各々の割り当てられた主面との間の高さ許容誤差が０.５ｍｍよりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 位置決め成形体（１０）がスクリーンプリンティング装置用の少なくとも２つの位置決め装置（２４）を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 前記のコーティングがスクリーンプリンティング又はステンシルプリンティングを用いて行なわれることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
9. 前記の材料（６０）が熱伝導ペースト又は接着剤であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。

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