JP2011101010A - パワー半導体モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】コンパクトにされおよび簡単かつコスト効果的に製造することができるパワー半導体モジュールを提供する。
【解決手段】パワー半導体モジュールであって、少なくとも１つのパワー半導体を備えた基板が第１の接触領域１０と第２の接触領域１１とを有し、第１の接触要素３を表面に備えた第１の負荷接続要素１が第１の接触領域１０に支持され、第２の接触要素４を表面に備えた第２の負荷接続要素２が第２の接触領域１１に支持され、少なくとも１つのバネ要素１９が、接触要素３、４と接触領域１０、１１との間に圧力接触を生じさせるために設けられるパワー半導体モジュールに関する。構造のサイズを小さくするために、接触要素３、４と接触領域１０、１１との間における圧力接触が、バネ要素１９と負荷接続要素１、２の１つとの間に配置された少なくとも１つの電気構成要素１２によってもたらされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の上位概念（プリアンブル部分、所謂おいて部分）に記載のパワー半導体モジュールに関する。
このようなパワー半導体モジュールは特許文献１から知られている。公知のパワー半導体モジュールの場合、第１及び第２の接触領域を有する基板は、その裏面（接触領域の反対側の面）によってヒートシンク上に支持される。パワー半導体が反対側の頂面に取り付けられ、前記パワー半導体が接触領域に導電接続される。接触領域は、例えば電流源と接続するように働く。このため、金属シートから製造された負荷接続要素を設けることができ、接触フットが上記負荷接続要素から延びている。電気接触部を形成するために、負荷接続要素は接触領域においてその接触フットによって支持される。このように形成された接触部が振動、衝撃等の影響を受けないように、圧力が負荷接続要素に加えられ、これにより、それらの接触フットが接触領域に押し付けられる。このため、少なくとも１つのバネ要素によって、圧縮弾性層、圧縮バネ等によって、負荷接続要素を接触領域に押し付けることができる。
この種類のパワー半導体モジュールの場合、別の構成要素、及び／又は回路を備えた回路基板が、時には負荷接続要素の上方に組み込まれる。例えば、構成要素は電解コンデンサであることができ、回路は、パワー半導体を駆動するための制御回路であることができる。構成要素、及び／又は回路を備えた回路基板が、負荷接続要素の上方に組み込まれる場合、ヒートシンクに固定接続されかつバネ要素が支持されるハウジングハーフシェルは、通常、このような構成要素を保護するために設けられる。その結果、バネ要素は構成要素にこのように並んで配置される。回路基板には、一例として、バネ要素を介して導くための穿孔を設けることが可能である。バネ要素と構成要素との間における並置は、比較的大きな空間要件を必要とする。回路基板に穿孔を設けることが複雑になり、さらに、前記回路基板の拡大する一因となり、したがってその結果、空間要件が大きくなる一因となる。
独国特許第１０２００６００６４２５Ｂ４号明細書
本発明の目的は、先行技術による欠点を排除することである。特に、本発明の目的は、できるだけコンパクトにされおよび簡単かつコスト効果的に製造することができるパワー半導体モジュールを提供することである。
この目的は、請求項１の特徴によって達成される。本発明の好ましい形態は請求項２〜１１の特徴から明らかになる。
本発明によれば、接触要素と接触領域との間における圧力接触が、バネ要素と負荷接続要素の１つとの間に配置された少なくとも１つの電気構成要素によってもたらされることが意図される。先行技術の発展形態において、本発明によれば、圧力接触が、今や、負荷接続要素に支持された電気構成要素によって生じることが提案される。このため、バネ要素が電気構成要素に圧力を加え、この圧力が電気構成要素から負荷接続要素に伝達される。ここで、バネ要素が電気構成要素の上方に配置されるという事実によって、全体的によりコンパクトな構造を実現することができる。
本発明の意味において、「バネ要素」という用語は、一般に、圧縮時に弾性復元力が生じる弾性要素を意味すると理解される。バネ要素は、渦巻きバネ、可撓性バネ舌部、弾性的に圧縮可能な材料であることができ、このバネ要素は、例えば、ゴム、弾性ポリマー、弾性発泡体等から製造することができる。「電気構成要素」という用語は、パワー半導体モジュールの回路の部分である構成要素を意味すると理解される。電気構成要素が実質的に剛性的に設けられるので、これにより、バネ要素によって加えられる力が負荷接続要素に伝達される。
電気構成要素は、特にコンデンサ、好ましくは電解コンデンサである。電解コンデンサは、多くの場合、比較的な大きな容量で具体化される。電解コンデンサを備えるパワー半導体モジュールの場合、提案される本発明を使用して、特にコンパクトな構造を実現することができる。
本発明の別形態によれば、コンデンサを受容するアッパーハウジング要素は、それに対応するロウワーハウジング要素に接続され、前記ロウワーハウジング要素は、基板を受容するか又は基板によって形成される。例えば、上部及び／又は下部のハウジング要素を、射出成形されるプラスチックから製造することができる。ヒートシンクをロウワーハウジング要素に受容することができ、このとき基板は前記ヒートシンク上に支持される。しかしながら、ロウワーハウジング要素自体がヒートシンクから形成されるということもあり得る。この場合、ロウワーハウジング要素を例えばアルミニウムから製造することができる。
有利には、アッパーハウジング要素は、コンデンサを実質的に確実ロック式（形状拘束的、確実なかみ合い様）に受容するための円筒状のカットアウト部（切欠き）を有する。取り付け中に、コンデンサを円筒状のカットアウト部に挿入することができる。そのコンデンサは、円筒状のカットアウト部でスライドさせて移動させることができるように保持される。
カットアウト部のカバーとカットアウト部に受容されたコンデンサとの間には、バネ要素を設けることができる。好ましくは、バネ要素は、永続的に弾性の発泡要素から製造されるか又はバネ舌部の形状で形成される。バネ要素は好ましくはカットアウト部のカバーに一体成形される。バネ要素は、例えば、カバーに一体成形されるバネ舌部から形成することができる。
本発明の別形態によれば、コンデンサから延びる第１の接続部は第１の接触要素の１つに接続され、コンデンサから延びる第２の接続部は第２の接触要素の１つに接続される。言い換えれば、コンデンサは負荷接続要素にこのように直接接続される。
第２の負荷接続要素は少なくとも１つの穿孔を有し、この穿孔を介して、第１の接触要素の１つ及び／又は第１の接続部が導かれる。このようにして、パワー半導体モジュールの構造のサイズをさらに小さくすることができる。
接続部を接触要素にロウ付け又は溶接することができる。さらに、そのことは、接続部が接触領域と接触要素との間に締め付けて保持される場合にも当てはまり得る。そのことにより、パワー半導体モジュールの製造が簡単になる。接続部を保持するための締め付け力は、好ましくはバネ要素によって発生し、これにより、接触要素が接触領域に押し付けられる。
図面を参照して、本発明の例示的な実施形態について以下により詳細に説明する。
パワー半導体モジュールの平面図を示している。 図１による第１の断面斜視図を示している。 図１による第２の断面斜視図を示している。
図において、第１の負荷接続要素は参照符号１で示されており、第２の負荷接続要素は参照符号２で示されている。第１の負荷接続要素１及び第２の負荷接続要素２のそれぞれは、プレート型の金属体から延びる第１の接触フット３及び第２の接触フット４を有するそのプレート型の金属体から形成される。第１の負荷接続要素１及び第２の負荷接続要素２は、電気絶縁層５を介在させた状態で上下に積層される。第２の負荷接続要素２及び電気絶縁層５のそれぞれは、第１の接触フット３が導かれる穿孔６を有する。
参照符号７は、パワー半導体８が受け止められる、例えばＤＣＢ法を用いて製造された基板を示している。パワー半導体８は、ボンディングワイヤ９によって第１の接触領域１０及び第２の接触領域１１に接続される。さらに、第１の接触領域１０及び／又は第２の接触領域１１は、互いに並んで配置されかつ基板７に当接する複数のボンディングワイヤ９から形成されることができる。第１の接触フット３は第１の接触領域１０に電気的に接触し、第２の接触フット４は第２の接触領域１１に電気的に接触する。
参照符号１２は電解コンデンサを示しており、これらの第１の接続部１３は第１の接触フット３に電気的に接続され、これらの電解コンデンサの第２の接続部１４は第２の接触フット４にそれぞれ電気的に接続される。この場合、例えばロウ付け又は溶接によって、接続を行うことができる。さらに、第１の接続部１３及び／又は第２の接続部１４が、接触フット３、４の下縁の周囲に導かれ、接触フット３、４と接触領域１０、１１との間に締め付けて保持されることが可能である。このため、接触フット３、４の下縁の領域には、接続部１３、１４を挿入するためのカットアウト部を設けることができる（本図には示さず）。
図３に見られるように、特に、基板７がロウワーハウジング要素１５に受容される。参照符号１６は、電解コンデンサ１２の各々のための円筒状のカットアウト部１７を有するアッパーハウジング要素を示している。電解コンデンサ１２をスライドさせて移動させることができるように、電解コンデンサ１２が円筒状のカットアウト部１７に挿入される。カバー１８は円筒状のカットアウト部１７の各々を閉じる。この場合、圧縮可能な弾性発泡要素１９の形態で具体化されたバネ要素が、カバー１８と電解コンデンサ１２との間に挿入される。発泡要素１９は、好ましくはディスクの形態で具体化される。
パワー半導体モジュールの組立について、最初に、第１の接触フット３が、電気絶縁層５及び第２の負荷接続要素に設けられた穿孔６を介して導かれるように、電気絶縁層５及びその上にある第２の負荷接続要素２が第１の接続要素１の上に積層される。次に、電解コンデンサ１２の第１の接続部１３が、例えばロウ付け又は摩擦溶接によって第１の負荷接続要素１の第１の接触フット３に接続される。その後、第２の接続部１４が、例えば同様にロウ付け又は摩擦溶接によって第２の接触フット４に接続される。ここで、電解コンデンサ１２が、円筒状のカットアウト部１７に挿入される。最後に、アッパーハウジング要素１４が、ねじ穴２０を介して挿入されたねじ（本図には示さず）によってロウワーハウジングにねじ留めされる。この場合、発泡要素１９が圧縮され、電解コンデンサ１２が負荷接続要素１、２に押し付けられるので、次に、接触フット３、４がそれぞれの接触領域１０、１１に押し付けられる。このように、接触フット３、４と接触領域１０、１１との間に安全かつ確実な接触を生じさせることが可能である。組立は簡単である。接触フット３、４と接触領域１０、１１との間に圧力接触をもたらすための圧力が、電解コンデンサ１２によって負荷接続要素１、２に加えられるという事実により、パワー半導体モジュールの特にコンパクトな構造を実現することができる。
１ 第１の負荷接続要素
２ 第２の負荷接続要素
３ 第１の接触フット
４ 第２の接触フット
５ 絶縁層
６ 穿孔
７ 基板
８ パワー半導体
９ ボンディングワイヤ
１０ 第１の接触領域
１１ 第２の接触領域
１２ 電解コンデンサ
１３ 第１の接続部
１４ 第２の接続部
１５ ロウワーハウジング要素
１６ アッパーハウジング要素
１７ 円筒状のカットアウト部
１８ カバー
１９ 発泡要素
２０ ねじ穴

Claims (11)

  1. 少なくとも１つのパワー半導体（８）を備えた基板（７）が第１の接触領域（１０）と第２の接触領域（１１）とを有するパワー半導体モジュールであって、
    表面に複数の第１の接触要素（３）を備えた第１の負荷接続要素（１）が前記第１の接触領域（１０）に支持され、表面に複数の第２の接触要素（４）を備えた第２の負荷接続要素（２）が前記第２の接触領域（１１）に支持されており、
    前記接触要素（３、４）と前記接触領域（１０、１１）との間に圧力接触を生じさせるために少なくとも１つのバネ要素（１９）を設けている、パワー半導体モジュールにおいて、
    前記接触要素（３、４）と前記接触領域（１０、１１）の間での前記圧力接触が、前記バネ要素（１９）と前記負荷接続要素（１、２）の１つとの間に配置された少なくとも１つの電気構成要素（１２）によってもたらされることを特徴とする、パワー半導体モジュール。
  2. 前記電気構成要素（１２）がコンデンサ、好ましくは電解コンデンサである、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
  3. 前記コンデンサを受容するアッパーハウジング要素（１６）が、前記アッパーハウジング要素（１６）に対応するロウワーハウジング要素（１５）に接続され、前記ロウワーハウジング要素が前記基板（７）を受容するか又は前記基板（７）によって形成されている、請求項１又は２に記載のパワー半導体モジュール。
  4. 前記アッパーハウジング要素（１６）が、前記コンデンサを実質的に確実ロック式に受容するための、少なくとも１つの円筒状のカットアウト部を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
  5. 前記バネ要素（１９）が、前記カットアウト部（１７）のカバー（１８）と前記カットアウト部（１７）に受容された前記コンデンサとの間に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
  6. 前記バネ要素（１９）が、永続的に弾性の発泡要素から作り出されるか又はバネ舌部の形状に形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
  7. 前記バネ要素（１９）が前記カットアウト部（１７）のカバー（１８）に一体成形されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
  8. 前記コンデンサから延びる第１の接続部（１３）が前記第１の接触要素（３）の１つに接続され、前記コンデンサから延びる第２の接続部（１４）が前記第２の接触要素（４）の１つに接続されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
  9. 前記第２の負荷接続要素（２）が少なくとも１つの穿孔（６）を有し、この少なくとも１つの穿孔（６）を介して、前記第１の接触要素（３）の１つ及び／又は第１の接続部（１３）が導かれている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
  10. 前記接続部（１３、１４）が前記接触要素（３、４）にロウ付けされ、又は溶接されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
  11. 前記接続部（１３、１４）が前記接触領域（１０、１１）と前記接触要素（３、４）との間に締め付けて保持されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
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