JP2015154077A - 電力ダイパッケージ及び三相電力変換装置 - Google Patents

電力ダイパッケージ及び三相電力変換装置 Download PDF

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Abstract

【課題】簡単に実現でき、良好な熱伝導性能を有する、電力ダイパッケージを提供する。【解決手段】第１の部分はダイが配置される額部で構成され、額部は電気絶縁基板上に配置された第１、第２及び第３の金属板で構成され、電気絶縁層は第４の金属板上に配置され、第２の部分は別の電気絶縁基板上に配置された第５及び第６の金属板で構成され、別の電気絶縁層は第７の金属板上に配置され、第４及び第７の金属板は機械的に接合され、ダイは、第１、第５及び第６の金属板との電気接触を有する第１のダイグループと、第２、第３及び第６の金属板と接触する第２のダイグループとの２つに分割され、第１の板は正のＤＣ電圧接続部であり、第２の板は負のＤＣ電圧接続部であり、第３の板は第２のダイグループにおけるダイのゲート接続部であり、第４の板はＡＣ電圧接続部であり、第５の板は第１のダイグループにおけるゲートのゲート接続部である。【選択図】図８

Description

本発明は、概して、複数の電力ダイで構成された電力モジュールのパッケージングに関する。
電力モジュールは、電力ダイによって発生された熱を取り除く必要がある。熱は、一般に、最も低い熱インピーダンスの方向に移動し、典型的な電力モジュールに関して、それは、６つの熱界面層を含み得る。発生される大量の熱ゆえに、電力モジュールに対する熱応力を最小化するために、典型的にはヒートシンクが必要とされ、より多くの熱界面を追加する。従って、伝統的な電力モジュールには著しい量の熱インピーダンスが存在し、熱層の数を低減するための方法論へと研究を導いている。
電力ダイを外界と電気的に接続するために、金属ボンドワイヤが、現在、電力用電子モジュールのために使用される最も有力な相互接続技術である。残念なことに、これらのボンドワイヤは、電力モジュール内の寄生素子の主要な誘因であるが、しかしそれらの相対的な工業的成熟度、構築コストの低さ及び構成可能性の高さゆえに、一般に用いられている。
本発明は、典型的な電力モジュールコンポーネント及び金属曲げから簡単に実現でき、良好な熱伝導性能も提供する、電力ダイパッケージを提供することを目標とする。
上記目的のために、本発明は、第１の部分及び第２の部分で構成される電力ダイパッケージであって、第１の部分はダイが配置されるキャビティで構成される額部で構成され、額部は電気絶縁基板上に配置された第１、第２及び第３の金属板上に配置され、電気絶縁層は第４の金属板上に配置され、第２の部分は別の電気絶縁基板上に配置された第５及び第６の金属板で構成され、別の電気絶縁層は第７の金属板上に配置され、第４及び第７の金属板は機械的に接合され、ダイは、第１、第５及び第６の金属板との電気接触を有する第１のダイグループと、第２、第３及び第６の金属板と接触する第２のダイグループとの２つのダイグループに分割され、第１の板は正のＤＣ電圧接続部であり、第２の板は負のＤＣ電圧接続部であり、第３の板は第２のダイグループにおけるダイのゲート接続部であり、第４の板はＡＣ電圧接続部であり、第５の板は第１のダイグループにおけるゲートのゲート接続部であることを特徴とする電力ダイパッケージに関する。
従って、電力ダイパッケージは、両面冷却を提供する。更に、モジュール構造の多くに対して基板の銅層を組み込むことによって、構成の複雑さの低減が達成される。従って、これらの銅平面を利用することによって、モジュールは、直接基板冷却及び両面冷却を特徴とし、一方で新たな電力デバイスの用途に必要なように主として寄生インダクタンスを低減する。
特定の特徴によれば、第１、第２及び第５の金属板は、機械的に接合された第４及び第７の金属板の外部に延び、且つ機械的に接合された第４及び第７の金属板の外部で折り曲げられる。
従って、幾つかの接続界面を有する代わりに、本発明は、複雑さ及び寄生成分を低減する。
特定の特徴によれば、折り曲げられた部分は、機械的支持体上に配置された相互接続コンポーネント上にある。
従って、本発明は、構成の複雑さを低減する。
特定の特徴によれば、機械的支持体は、伝熱媒体を含む貯蔵槽のカバーであり、機械的に接合された第４及び第７の金属板は、伝熱媒体に浸漬される。
従って、本発明は、効率的な熱伝導を提供する。
特定の特徴によれば、第１、第２、第３、第５及び第６の金属板は、機械的に接合された第４及び第７の金属板の外部に延び、且つダイのゲートドライバに接続される。
従って、本発明は、複雑さ及び寄生成分を低減する。
本発明はまた、３つの電力ダイパッケージを含む三相電力変換装置に関する。
従って、本発明は、三相用途に良く適している。１つの変換装置が必要とされるだけである。
本発明の特徴は、例示的な実施形態の以下の説明を読むことによって、より明確になろう。前記説明は、添付の図面に関連して作成されている。
電力ダイパッケージの第１の部分を表す。 電力ダイパッケージの第１の部分にダイを配置するために使用される額部を表す。 電力ダイパッケージのダイ及び第１の部分を配置するために使用される額部アセンブリを表す。 電力ダイパッケージの第１の部分に配置される図２のアセンブリ及びダイを表す。 図４の平面Ａに沿った断面を表す。 電力ダイパッケージの第２の部分を表す。 プレスされる前の電力ダイパッケージの第１及び第２の部分を表す。 プレスされ機械的に接合された後の電力ダイパッケージの第１及び第２の部分を表す。 相互接続コンポーネントとその支持体が配置されている電力ダイパッケージを表す。 伝熱媒体を含む貯蔵槽における電力ダイパッケージアセンブリを表す。 相互接続コンポーネントとその支持体が配置されている複数の電力ダイパッケージを表す。 伝熱媒体を含む貯蔵槽における電力ダイパッケージアセンブリを表す。 ダイの電気相互接続を表す。
図１は、電力ダイパッケージの第１の部分を表す。
電力ダイパッケージの第１の部分は金属板１０で構成される。金属板１０上には、電気絶縁及び熱伝導基板１５が配置されている。第１の金属板１１及び第２の金属板１４が、例えばセラミック層等の電気絶縁層上に配置される。金属板は、例えば銅板であり、且つ「直接銅接合(direct copper bonded)」基板を形成するために、絶縁基板１５と一緒に接合することができる。
金属板１１は、第１の接続部１２及び折り曲げられた第２の接続部ＤＣ＋を含む。
第２の接続部ＤＣ＋は、電力ダイパッケージを正のＤＣ電圧端子に接続するために使用され、第１の接続部１２は、ドライバ（図１には示されず）への接続を正の電圧端子に提供するために使用される。
金属板１４は、第１の接続部１６及び折り曲げられた第２の接続部ＤＣ−を含む。
第２の接続部ＤＣ−は、電力ダイパッケージを負のＤＣ電圧端子に接続するために使用され、第１の接続部１６は、ドライバ（図１には示されず）への接続を負の電圧端子に提供するために使用される。
第３の金属板１３が、電気絶縁板１５上に配置されている。第３の金属板１３の目的は、ドライバへのダイのゲートの電気接続を提供することである。金属板１３は、ダイの個別ゲートとの接触を提供するために形成されるが、しかし簡略化のために図１には示されていない。
図２は、電力ダイパッケージの第１の部分にダイを配置するために使用される額部を表す。
電力ダイパッケージの第１の部分にダイを配置するために使用される額部２０は、ダイの形状を有する複数の穴を含む。
例えば、額部２０は、２１ａ〜２１ｆと示された６つの穴を含む。
額部２０は、例えばセラミック額部である。
図３は、電力ダイパッケージのダイ及び第１の部分を配置するために使用される額部アセンブリを表す。
額部２０の穴２１ａ〜２１ｃは金属板１１への電気接触を可能にし、額部２０の穴２１ｄ〜２１ｆは金属板１４への電気接触を可能にする。
図４は、電力ダイパッケージの第１の部分に配置される図２のアセンブリ及びダイを表す。
ダイ４０ａ〜４０ｆは、穴２０ａ〜２０ｆにそれぞれ配置されるように意図されている。
図５は、図４の平面Ａに沿った断面を表す。
ダイ４０ａは金属板１１と電気接触し、ダイ４０ｄは金属板１４と電気接触する。絶縁基板１５は、金属板１０と金属板１１及び１４との間の電気接触を防止する。
図６は、電力ダイパッケージの第２の部分を表す。
電力ダイパッケージの第２の部分は金属板６０で構成されている。金属板６０上には、電気絶縁基板６１が配置されている。金属板６０が、例えばセラミック層等の電気絶縁層６１上に配置される。金属板は、例えば銅板である。
金属板６０は、第１の接続部６２及び折り曲げられた第２の接続部ＡＣを含む。
第２の接続部ＡＣは、電力ダイパッケージを交流電圧端子(alternative voltage terminal)に接続するために使用され、第１の接続部６２は、ドライバ（図６には示されず）への接続を交流電圧端子に提供するために使用される。
第２の金属板６３が、電気絶縁板６１上に配置されている。第２の金属板６３の目的は、ドライバへのダイのゲートの電気接続を提供することである。金属板６３は、ダイの個別ゲートとの接触を提供するために形成されるが、しかし簡略化のために図６には示されていない。
図７は、プレスされる前の電力ダイパッケージの第１及び第２の部分を表す。
金属板１０及び６０は向かい合って配置され、ダイ４０ａ〜４０ｆは板１０及び６０によって作られたサンドイッチの中間にある。
図８は、プレスされて機械的に接合された後の電力ダイパッケージの第１及び第２の部分を表す。
金属板１０及び６０の底部、左側及び右側は、一緒にプレスされて、金属板６０とダイ４０ａ〜４０ｆとの電気接触を保証する。
図９は、相互接続コンポーネントとその支持体が配置されている電力ダイパッケージを表す。
相互接続コンポーネント９５が、機械的支持体９０上に配置される。機械的支持体は、例えば金属支持体である。
相互接続コンポーネントは、互いに絶縁された３つの銅層で構成される。一層はＤＣ＋接続部用であり、一層はＤＣ−接続部用であり、一層はＡＣ接続部用である。
図１０は、伝熱媒体を含む貯蔵槽における電力ダイパッケージアセンブリを表す。
伝熱媒体は、例えば電気絶縁液又はガスである。
電力ダイパッケージは、電気絶縁液で満たされた金属貯蔵槽１００に配置される。
ゲートドライバ１０５が相互接続コンポーネント９５上に配置され、支持体９０が貯蔵槽１００上に固定される。
接続部１２、１３、１６、６２及び６３は、ゲートドライバ１０５に連結される。
図１１は、相互接続コンポーネントとその支持体が配置されている複数の電力ダイパッケージを表す。
図１２は、伝熱媒体を含む貯蔵槽における電力ダイパッケージアセンブリを表す。
伝熱媒体は、例えば電気絶縁液又はガスである。
相互接続コンポーネント１１５が、機械的支持体１１０上に配置される。機械的支持体は、例えば金属支持体である。
相互接続コンポーネント１１５は、互いに絶縁された３つの銅層で構成される。一層は各電力ダイパッケージ１１２ａ〜１１２ｃ用のＤＣ＋接続部用であり、一層は各電力ダイパッケージ１１２ａ〜１１２ｃ用のＤＣ−接続部用であり、一層は各電力ダイパッケージ１１２ａ〜１１２ｃ用のＡＣ接続部用である。
図１３は、ダイの電気相互接続を表す。
電力ダイパッケージは、電気絶縁液で満たされた金属貯蔵槽１２０に配置される。
ゲートドライバ１２５ａ〜１２５ｃは、相互接続コンポーネント１１５上に配置され、支持体１１０は、貯蔵槽１２０上に固定される。
当然、多くの変更が、本発明の範囲から逸脱せずに、上記の本発明の実施形態に対してなされ得る。

Claims (6)

  1. 第１の部分及び第２の部分を備えた電力ダイパッケージであって、
    前記第１の部分はダイが配置されるキャビティで構成される額部で構成され、前記額部は電気絶縁基板上に配置された第１、第２及び第３の金属板上に配置され、前記電気絶縁層は第４の金属板上に配置され、
    前記第２の部分は別の電気絶縁基板上に配置された第５及び第６の金属板で構成され、前記別の電気絶縁層は第７の金属板上に配置され、前記第４及び第７の金属板は機械的に接合され、
    前記ダイは、前記第１、第５及び第６の金属板との電気接触を有する第１のダイグループと、前記第２、第３及び第６の金属板と接触する第２のダイグループとの２つのダイグループに分割され、
    前記第１の板は正のＤＣ電圧接続部であり、前記第２の板は負のＤＣ電圧接続部であり、前記第３の板は前記第２のダイグループにおける前記ダイのゲート接続部であり、前記第４の板はＡＣ電圧接続部であり、前記第５の板は前記第１のダイグループにおける前記ゲートのゲート接続部である
    ことを特徴とする電力ダイパッケージ。
  2. 前記第１、第２及び第５の金属板は、機械的に接合された前記第４及び第７の金属板の外部に延び、且つ機械的に接合された前記第４及び第７の金属板の外部で折り曲げられる
    ことを特徴とする、請求項１に記載の電力ダイパッケージ。
  3. 前記折り曲げられた部分は、機械的支持体上に配置された相互接続コンポーネント上にある
    ことを特徴とする、請求項２に記載の電力ダイパッケージ。
  4. 前記機械的支持体は、伝熱媒体を含む貯蔵槽のカバーであり、
    機械的に接合された前記第４及び第７の金属板は、前記伝熱媒体に浸漬される
    ことを特徴とする、請求項３に記載の電力ダイパッケージ。
  5. 前記第１、第２、第３、第５及び第６の金属板は、機械的に接合された前記第４及び第７の金属板の外部に延び、且つ前記ダイのゲートドライバに接続される
    ことを特徴とする、請求項４に記載の電力ダイパッケージ。
  6. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の３つの電力ダイパッケージを含む三相電力変換装置。
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