JP4989941B2 - 固定装置を備えたパワー半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、冷却体上に取り付けるパワー半導体モジュールに関し、この際、このパワー半導体モジュールは長方形のベースグリッドを有する。更にこのパワー半導体モジュールは、ハウジングと、負荷端子要素と、好ましくは捩込み接続部用のものであり角部に配置されている固定装置とを有する。

本発明の出発点であり、その構成サイズと関連して高出力を有するパワー半導体モジュールの現代の形態が、例えば特許文献１又は特許文献２から知られている。

特許文献１は、冷却体上に取り付けるパワー半導体モジュールを開示し、このパワー半導体モジュールは、ハウジングと、負荷端子及び補助端子用の接続要素とを備えている。負荷端子要素は、この際、捩込み接続部用の孔を備えた金属成形体として形成されている。補助端子は、パワー半導体モジュールの上方に配置される導体プレート（プリント回路板）と押付け接触するためのバネ接触要素として形成されている。この導体プレートは、好ましくは負荷端子及び補助端子の全外部導線路（全外部リード）を形成している。

この種の形態は、パワー半導体モジュール内に配置されていて例えば三相ブリッジ回路の複数のハーフブリッジ回路を備えたパワー半導体モジュールにとって特に適している。そのために両方の直流電圧端子を細長い側面に配置し、交流電圧端子を幅広い側面に配置することは有利である。パワー半導体モジュールのこの形態において、このパワー半導体モジュールが極めてコンパクトに形成されていて、それに加え、固定装置がハウジングの最も外側の角部に配置されていると特に有利である。

特許文献２からはモジュール構成のパワー半導体モジュールが知られていて、このパワー半導体モジュールは複数の部分モジュールの並列配置により構成されている。この際、部分モジュールがパワー半導体モジュールへと組み合わされる又は直接的に隣接して並列配置され、共通のカバーと接続される。この際、部分モジュールが極めてコンパクトに且つ直接的に互いに隣接して配置されていることは有利であるが、共通のカバーにより個々の部分モジュールの交換が簡単には可能でないことは不利である。

ＤＥ１０２００４０２５６０９Ａ１ ＤＥ１０３１６３５６Ａ１

本発明の基礎を成す課題は、複数の同種のパワー半導体モジュールにおいてスペースを節約し直接的に隣接され且つ可逆式の配置を簡単に可能にするコンパクトなパワー半導体モジュール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に記載した装置により解決され、特別な形態は下位請求項に記載されている。本発明の基本思想は、冷却体上に取り付ける長方形のベースグリッドを備えたパワー半導体モジュールから出発する。このパワー半導体モジュールは、少なくとも１つのハウジングと、負荷端子要素とを有し、これらの負荷端子要素は、パワー半導体モジュールの１つの第１側面又は互いに対峙する２つの第１側面に配置されている。

同様にこのパワー半導体モジュールは、対角線上に対峙する第１角部の領域に配置されている２つの固定装置を有する。好ましくは、これらは冷却体に対して捩込み接続部を配置するための装置である。これらの固定装置はパワー半導体モジュールの部分成形体として構成されていて、パワー半導体モジュールの側面から部分的に、これらの側面の面垂直線の方向に、端子要素の設けられていない対峙する両方の第２側面において突出する。

更にこのパワー半導体モジュールは、対角線上に対峙する第２角部の領域に配置されている２つの凹部（切欠き部）を有し、この際、第２側面に直接的に隣接配置されている他のパワー半導体モジュールの各々の固定装置が、対応する凹部内に突出し得るように、第２側面においてそれらの凹部が形成されている。

次に図１及び図２と関連する実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明に従い構成されたパワー半導体モジュール（１）の形態を示し、この際、図１ａはパワー半導体モジュール（１）を３次元俯瞰図として示し、それに対し、図１ｂはそれに付属のベースプレート（２）を示している。

図１ａに従うパワー半導体モジュール（１）はベースプレート（２）並びにプラスチックハウジング（３）を有し、このプラスチックハウジング（３）はこの中に配置されているパワー半導体素子を包囲している。外部電気接続のためにこのパワー半導体モジュール（１）は負荷端子（４）及び不図示の補助端子を有する。負荷端子要素（４）は捩込み端子用の孔を各々に備えた金属成形体として形成されていて、パワー半導体モジュール（１）の１つの第１側面又はここで図示されているように互いに対峙する２つの第１側面（１０）に配置されている。

従来技術に従い、ハウジング（３）はプリント回路板を固定するための孔を有する。このプリント回路板は、例えばパワー半導体素子を駆動するため及びモジュール内部のセンサと接触するために用いられる。

本発明に従い、ハウジング（３）は、対角線上に対峙する第１角部（１４）に配置されている２つの固定装置（１４０）を有し、これらの固定装置はパワー半導体モジュールの部分ボディを形成している。そのために、電気絶縁に形成されているプラスチックハウジング（３）は突起部／延長部（３４）を有し、これらの突起部（３４）は、負荷端子要素（４）の設けられていない対峙する第２側面（１２）の両方でパワー半導体モジュール（１）の各々の第２側面（１２）から部分的に、対応する角部（１４）の領域で、対応する面垂直線（１２０）の方向に突出している。

ハウジング（３）の突起部（３４）は、それ自体、不図示の冷却体との捩込み接続を実現するための丸い孔（３２）を有する。ベースプレート（２）は、それ自体、パワー半導体モジュール（１）の第１角部（１４）の領域では延長部を伴わず、従ってそれらの対応する側面から突出することもない。ベースプレート（２）の対応する角部（２１４）には、ハウジング（３）の突起部（３４）の孔（３２）と一直線に並ぶ窪み（２４）が配置されている。これらの窪み（２４）は円切片（円セグメント）として形成されていて、この際、欠如する円切片はハウジング（３）の突起部（３４）の一部分により形成されている。

ハウジング（３）は、パワー半導体モジュール（１）のベースプレート（２）もそうであるが、対角線上に対峙する第２角部（１６）の領域に配置されている２つの凹部（１６０）を有する。第２側面（１２）におけるこれらの凹部（１６０）は、第２側面（１２）で直接的に隣接配置される他のパワー半導体モジュール（１）のハウジング（３）の突起部（３４）により、各々の固定装置（１４０）が、対応する凹部（１６０）内に突出し得るように形成されている。

パワー半導体モジュール（１）の本発明に従う形態においてこのパワー半導体モジュール（１）は２つの第１角部（１４）でのみ冷却体上に固定され得るので、ベースプレート（２）が対角線上で曲げられていると特に有利である。この際、ベースプレート（２）は、対角線上で円筒状の凸状形状を有し、パワー半導体モジュール（１）の第１角部（１４）に対応するベースプレート（２）の角部（２１４）はハウジング（３）の方向に曲げられている。ベースプレート（２）のこの曲げは、角部（２１４）において、ベースプレート（２）の最大エッジ長を１００としたときの２よりも小さく、平らなベースプレートからのずれを有している。

パワー半導体モジュール（１）のベースプレート（２）がその角部（２１６）で凹部（２６）を有し、これらの凹部（２６）がハウジング（３）の凹部（３６）よりも小さい程度でサイドラインから後退していると有利であり得る。それによりベースプレート（２）は押当てエッジ（２２）を形成する。この押当てエッジ（２２）は、図示されていないが、１つの第２側面（１２）で直接的に隣接配置される別のパワー半導体モジュール（１）の突起部（３４）であって対応する凹部（１６０）内に突出する突起部（３４）の部分により少なくとも部分的に覆われ得る。従って第２パワー半導体モジュールの延長部（３４）のこの部分は第１パワー半導体モジュール（１）の第２角部（１６）に作用し、この第２角部（１６）を、第２パワー半導体モジュールの捩込み固定時に同時に冷却体上に押し付ける。

図２は、複数の本発明に従うパワー半導体モジュール（１）の整列配置の様子を示している。ここでは３つのパワー半導体モジュールが描かれていて、この際、各々は、センタータップを有する２つのダイオードの直列回路を有している。従ってそれにより実現可能である回路トポロジーは３相入力ブリッジ回路である。左側には、パワー半導体モジュール当たり各々２つの負荷端子を有する交流電圧の３つの入力相が配置されていて、それに対して右側には、更に回路に適して接続されなくてはならない直流出力の負荷端子（４）が配置されている。

この図は、パワー半導体モジュール（１）がそれらの第２側面（１２）でいかに直接的に互いに隣接して配置されているかを示している。この際、１つのパワー半導体モジュール（１）の固定装置（１４０）は、隣接するパワー半導体モジュールの対応する凹部（１６０）内に突出している。

本発明に従うパワー半導体モジュールを示す図である。 本発明に従うパワー半導体モジュールに付属のベースプレートを示す図である。 本発明に従う複数のパワー半導体モジュールの並列配置を示す図である。

１ パワー半導体モジュール
１０ 第１側面（第１側）
１２ 第２側面（第２側）
１４ 第１角部
１６ 第２角部
１２０ 面垂直線
１４０ 固定装置
１６０ 凹部
２ ベースプレート
２２ 押当てエッジ
２４ 孔
２６ 凹部
２１４ 角部
３ プラスチックハウジング
３２ 孔
３４ 突起部／延長部
３６ 凹部
４ 負荷端子（負荷ターミナル）

Claims (5)

1. 冷却体上に取り付けるパワー半導体モジュール（１）であって、長方形のベースグリッドと、ハウジング（３）と、負荷端子要素（４）と、前記ベースグリッドの対角線上に対峙する第１角部（１４）に配置された２つの固定装置（１４０）と、前記ベースグリッドの対角線上に対峙する第２角部（１６）に配置された２つの凹部（１６０）とを有する前記パワー半導体モジュールにおいて、前記負荷端子要素（４）が、前記パワー半導体モジュール（１）の１つの第１側面又は互いに対峙する２つの第１側面（１０）に配置されていて、前記固定装置（１４０）が前記パワー半導体モジュール（１）の部分成形体として形成されていて、負荷端子要素（４）の配置されていない対峙する両方の第２側面（１２）で、前記固定装置（１４０）が前記パワー半導体モジュール（１）の各々の第２側面（１２）から部分的にこれらの側面の面垂直線（１２０）の方向に突出していて、更に、１つの第２側面（１２）に直接的に隣接配置された別のパワー半導体モジュール（１）の固定装置（１４０）が夫々、対応する前記凹部（１６０）内に突出し得るように前記第２側面（１２）の凹部（１６０）が形成されており、また前記ハウジング（３）が、前記固定装置（１４０）の前記部分成形体を形成する突起部（３４）を有し、これらの突起部（３４）が、それ自体、冷却体とのパワー半導体モジュール（１）の捩込み接続を実現するための孔（３２）を有することを特徴とする、パワー半導体モジュール（１）。
2. 前記パワー半導体モジュール（１）がベースプレート（２）を有し、このベースプレート（２）が対角線上に対峙する第２角部（２１６）で夫々凹部（２６）を有し、並びに対角線上に対峙する第１角部（２１４）で夫々、冷却体とのパワー半導体モジュール（１）の捩込み接続を実現するための凹部（２４）を有することを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１）。
3. 前記ベースグリッドの前記凹部（１６０）が、前記ハウジング（３）の凹部（３６）並びに前記ベースプレート（２）の凹部（２６）により形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のパワー半導体モジュール（１）。
4. 前記ハウジング（３）の凹部（３６）が、前記ベースプレート（２）の凹部（２６）よりも大きく形成されていて、それにより押当てエッジ（２２）が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のパワー半導体モジュール（１）。
5. 前記パワー半導体モジュール（１）の前記第１角部（１４）に対応する前記ベースプレート（２）の前記第１角部（２１４）が前記ハウジング（３）の方向に曲げられるように前記ベースプレート（２）が対角線上で曲げられていることを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１）。

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