JP5028317B2 - 押圧接触式のパワー半導体モジュール並びにその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は押圧接触式（プレッシャコンタクト式）のパワー半導体モジュール並びにその製造方法に関する。

この種のパワー半導体モジュールは様々な実施形で知られている。例えば特許文献１はそのようなパワー半導体モジュールを記載し、このパワー半導体モジュールは所定数の部分モジュールから成り、これらの部分モジュールは、各々、基本プレートと、フレーム状のハウジングと、負荷端子及び補助端子用の端子要素とを有する。個々の部分モジュールは共通のカバーを用いて及び／又は個々の部分モジュールを固定する接続部を用いてパワー半導体モジュールとして組み立てられる。

またパワー半導体素子が設けられている少なくとも１つの基板を有するパワー半導体モジュールが例えば特許文献２から知られている。更にこの周知のパワー半導体モジュールは、少なくとも１つの基板上に作用する押付装置を含み、この押付装置は、各基板を組み立てられた状態で冷却要素に対して押し付け、パワー半導体素子の損失熱を冷却要素に排出するために用いられる。この周知のパワー半導体モジュールではこの押付装置は、少なくとも１つのバネ弾性領域を有するモジュールハウジングにより形成されている。

ドイツ特許出願公開第１０３１６３５６号明細書 ドイツ特許出願公開第１０１４９８８６号明細書

本発明の基礎を成す課題は、簡単に構成され且つ低コストで製造可能である、冷却構成部品上に配置するための押圧接触式のパワー半導体モジュールを創作すること、並びにこのパワー半導体モジュールを製造するための方法を提示することである。

前記の課題は、本発明に従い、請求項１の構成要件により解決される。即ち、冷却構成部品上に配置するための押圧接触式のパワー半導体モジュールにおいて、
少なくとも１つの基板が備えられていて、この基板が冷却構成部品とは反対側の主面にて導体パス及びパワー半導体素子を有し、
組立基本ボディが備えられていて、その下側面には前記の少なくとも１つの基板が位置決めされ配置されていて、またこの組立基本ボディが、前記の少なくとも１つの基板の導体パスと押圧接触する接触フットを通過させるために設けられているリセスを備えて形成されていて、それらの接触フットが互いに絶縁されている帯板部分から立設されていて、これらの帯板部分を備えて負荷端子要素が形成されていて、これらの負荷端子要素が組立基本ボディに位置決めされ配置されていて、
形状安定性があり剛性の高いカバーが備えられていて、このカバーが組立基本ボディを位置決めして全側面で包囲し、組立基本ボディとスナップロック接続部を用いて接続されていて、また冷却構成部品にパワー半導体モジュールを固定するために固定穴を備えて形成されていて、更に、
前記の基板又は各基板に割り当てられている少なくとも１つの弾性的なクッション要素が備えられていて、このクッション要素がカバーと負荷端子要素の帯板部分の間で締め付けられていること。

この際、組立基本ボディがその下側面にて少なくとも１つの基板を正確に位置決めするために付属の周回するフレームバーを有すると有利である。周回するこのフレームバー又は各フレームバーは、付属の基板の外縁寸法にマッチングされている内のりの内寸法を有する。

組立基本ボディがその下側面にて、接触フットを包囲する竪穴隆起部のためのリセスを有すると有利である。これらの竪穴隆起部は負荷端子の接触フットのために好ましくは案内部を形成し、これらの案内部を通じて少なくとも１つの基板の導体パスに対する接触フットの位置決めが最適化されている。

本発明に従い、組立基本ボディは上側にて好ましくは周回するフレーム縁を備えて形成されていて、このフレーム縁から弾性的なロックフィンガが立設されている。またカバーは好ましくはロックフィンガのためのロック穴を備えて形成されている。組立基本ボディのロックフィンガとカバーのロック穴は組立基本ボディとカバーの間のスナップロック接続部を形成する。

本発明に従うパワー半導体モジュールでは、組立基本ボディが上側にて負荷端子要素のための台座を備え、カバーがその台座にマッチングされている竪穴を備えて形成されていると有利である。この種の構成により、負荷端子要素及び補助端子要素の備えられた組立基本ボディ上でカバーが簡単に且つ短時間で正確に位置決めされ配置され得るという長所が得られる。組立基本ボディとカバーの接続前、負荷端子要素の帯板部分上には少なくとも１つのクッション要素が配置される。

組立基本ボディの台座内には好ましくはネジ付きスリーブが組み込まれていて、このネジ付きスリーブは、負荷端子要素の端子接触部に形成されている通過穴と軸方向に一直線に並んでいる、即ち心合せされている。これらの端子接触部は、カバー内に形成されていて台座にマッチングされている竪穴を通じ、外部からアクセス可能であり、その結果、本発明に従うパワー半導体モジュールの組み立てられた状態で、これを冷却構成部品に固定した後に、端子接触部に端子ケーブルなどを接続すること即ちネジ止め固定することが可能である。

冷却構成部品にパワー半導体モジュールを固定するためにカバーは２つの竪穴間にて固定穴を有する追加的な固定竪穴を有し得る。

本発明に従うパワー半導体モジュールのカバーは、好ましくは適したプラスチック材料から射出成形されたカバーであり、このカバーはその上側面にて所望の剛性と形状安定性を達成するために好ましくは補強リブを備えて形成されている。この際、好ましくはこれらの補強リブは、カバーがその上側面にてコンデンサ用の受け区分を備えて形成されているように構成されている。

本発明に従うパワー半導体モジュールにおいて、少なくとも１つの基板が、組立基本ボディに位置決めされている弾性的な補助端子要素を用い、カバーに装着されていて且つ補助接触部が立設されている回路板と押圧接触されていると有利である。この際、カバーが補助接触部のための補助竪穴を備えて形成されていると有利である。同様にそのような構成において、組立基本ボディが補助竪穴のための補助台座を備えて形成されていて、この補助台座内にネジ付きスリーブが組み込まれていて、このネジ付きスリーブが補助接触部に形成されている穴と軸方向に一直線に並んでいる、即ち心合せされていると有利である。

本発明の基礎を成す課題は、方法に関し、以下の構成要件により解決される。即ち、先ずは互いに電気絶縁されている負荷端子要素が組立基本ボディに配置され、この際には負荷端子要素の接触フットが、組立基本ボディに形成されているリセスを通じて差し込まれ、それによりこれらの接触フットが下側にて組立基本ボディから突出すること、引き続き、負荷端子要素の帯板部分上に少なくとも１つのクッション要素が配置され、それ以前又はそれ以後に組立基本ボディに弾性的な補助端子要素が位置決めされること、引き続き、組立基本ボディにカバーが装着され、スナップロック接続部を用いて組立基本ボディと接続されること、そして引き続き、組立基本ボディの下側面にて、絶縁材料層で被覆されている少なくとも１つの基板がその絶縁材料層を用いて固定されること。この絶縁材料層は例えばシリコーンゲルであり、このシリコーンゲルは周知の被覆方法を用いて少なくとも１つの基板上に塗布される。それによりパワー半導体モジュールの効果的な内部絶縁が達成される。

そのようにして組み立てられたパワー半導体モジュールはその後、付属の冷却構成部品上に固定され得る。この固定により少なくとも１つの基板と負荷端子及び補助端子の押圧接触がもたらされる。

他の詳細と特徴と長所は、図面に図示されている本発明に従うパワー半導体モジュールの実施例に関する以下の説明から見てとれる。

図１は空間的な分解図として押圧接触式のパワー半導体モジュール１０の実施形態を示している。パワー半導体モジュール１０は２つの基板１２を有する。各基板１２はその下側面１４にて広い面状の金属被覆を有し、それによりパワー半導体モジュール１０が配置される非図示の冷却部品に対して最適の熱伝導が達成されている。各々の基板１２はその上側面１６にて導体パス（導電トラック）１８及びパワー半導体素子２０を備えていて、これらのパワー半導体素子２０は導体パス１８と例えば非図示のボンディングワイヤ（結合線）を用いて接触されている。

パワー半導体モジュール１０は組立基本ボディ２２を有し、その下側面２４に両方の基板１２が正確に位置決めされ配置されている。組立基本ボディ２２はリセス２６を備えて形成されていて、これらのリセス２６は、基板１２の導体パス１８と押圧接触する接触フット２８を通過させるために設けられている。これらの接触フット２８は、絶縁材料中間層３２を用いて互いに電気絶縁されている帯板部分３０から立設されている。接触フット２８を有する帯板部分３０は各々付属の端子接触部３４と共同でパワー半導体モジュール１０の負荷端子要素３８を形成している。この際、図面では端子接触部３４だけが見てとれ、それに対して別の両方の端子接触部３４からはそれらの接続部分３６だけが見てとれる。負荷端子要素３８の接続部分３６は付属の帯板部分３０とリベット４０を用いて固定接続されている。

負荷端子要素３８の帯板部分３０上にはクッション要素４２が配置されていて、これらのクッション要素４２は、接続部分３６に対応する切欠き４４及びリベット４０に対応する穴４６を備えて形成されている。

パワー半導体モジュール１０はカバー４８を有し、このカバー４８は負荷端子要素３８の備えられた組立基本ボディ２２を正確に位置決めして全側面で包囲し、スナップロック接続部５０を用いて組立基本ボディ２２と接続されている。

カバー４８はその四隅にて固定穴５２を備えて形成されていて、これらの固定穴５２は、非図示の冷却構成部品にパワー半導体モジュール１０を固定、即ちネジ固定するために用いられる。

組立基本ボディ２２の下側面２４にて両方の基板１２を正確に位置決めするために組立基本ボディ２２はその下側面２４にて、閉じて周回するフレームバー５４を備えて形成されている。組立基本ボディ２２は上側にて周回するフレーム縁５６を有し、このフレーム縁５６から弾性的なロックフィンガ５８が立設されている。カバー４８はロック穴６０を備えて形成されていて、これらのロック穴６０はロックフィンガ５８とスナップロック接続部５０を形成する。

組立基本ボディ２２の上側面からは材料一体式で台座６２が立設されていて、これらの台座６２は負荷端子要素３８のセンタリングと正確な位置決めのため及びカバー４８のセンタリングされた位置決めのために設けられている。この目的のためにカバー４８は台座６２にマッチングされている竪穴６４を備えて形成されている。

台座６２内にはネジ付きスリーブ６６が組み込まれている。ネジ付きスリーブ６６は、負荷端子要素３８の端子接触部３４に形成されている通過穴６８と一直線に並んでいる、即ち心合せされている。

カバー４８において２つの竪穴６４の間、即ち図面では右側の竪穴６４と中央の竪穴６４の間には固定竪穴７０が形成されていて、この固定竪穴７０は非図示の固定穴を有している。それを通じ、非図示の冷却構成部品におけるパワー半導体モジュール１０の追加的な固定が可能である。

カバー４８はその上側面にて補強リブ７２を備えて形成されている。これらの補強リブ７２は、カバー４８がその上側面にて非図示のコンデンサ用の受け区分７４を有するように構成されている。

基板１２は、組立基本ボディ２２に位置決めされている弾性的な補助端子要素７６を用いて回路板７８と押圧接触されていて、この回路板７８はカバー４８にて内側に固定されていて、この回路板７８からは補助接触部８０が立設されている。カバー４８は補助竪穴８２を備えて形成されていて、これらの補助竪穴８２は補助接触部８０のために設けられている。組立基本ボディ２２は、補助竪穴８２にマッチングされている補助台座８４を備えて形成されていて、その補助台座８４内にはネジ付きスリーブ８６が組み込まれていて、これらのネジ付きスリーブ８６は、図面では見ることのできない補助接触部８０の穴と、パワー半導体モジュール１０の組み立てられた状態で軸方向に一直線に並んでいる、即ち心合せされている。

空間的な分解図として本発明に従う押圧接触式のパワー半導体モジュールの実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ パワー半導体モジュール
１２ 基板
１４ 基板の下側面
１６ 基板の上側面
１８ 導体パス
２０ パワー半導体素子
２２ 組立基本ボディ
２４ 組立基本ボディの下側面
２６ リセス
２８ 接触フット
３０ 帯板部分
３２ 絶縁材料中間層
３４ 端子接触部
３６ 端子接触部の接続部分
３８ 負荷端子要素
４０ リベット
４２ クッション要素
４４ 切欠き
４６ 穴
４８ カバー
５０ スナップロック接続部
５２ 固定穴
５４ フレームバー
５６ フレーム縁
５８ ロックフィンガ
６０ ロック穴
６２ 台座
６４ 竪穴
６６ ネジ付きスリーブ
６８ 通過穴
７０ 固定竪穴
７２ 補強リブ
７４ 受け区分
７６ 補助端子要素
７８ 回路板
８０ 補助接触部
８２ 補助竪穴
８４ 補助台座
８６ ネジ付きスリーブ

Claims (10)

1. 冷却構成部品上に配置するための押圧接触式のパワー半導体モジュールにおいて、
   少なくとも１つの基板（１２）が備えられていて、この基板（１２）が前記冷却構成部品とは反対側の上側面（１６）にて導体パス（１８）及びパワー半導体素子（２０）を有し、
   組立基本ボディ（２２）が備えられていて、その下側面（２４）には前記少なくとも１つの基板（１２）が位置決め配置されていて、またこの組立基本ボディ（２２）が、前記少なくとも１つの基板（１２）の前記導体パス（１８）と押圧接触する接触フット（２８）を通過させるために設けられているリセス（２６）を備えて形成されていて、それら接触フット（２８）が互いに絶縁されている帯板部分（３０）から立設されていて、これら帯板部分（３０）を備えて負荷端子要素（３８）が形成されていて、これら負荷端子要素（３８）が前記組立基本ボディ（２２）に位置決め配置されていて、
   形状安定性があり剛性の高いカバー（４８）が備えられていて、このカバー（４８）が前記組立基本ボディ（２２）を位置決めして全側面で包囲し、前記組立基本ボディ（２２）と、スナップロック接続部（５８、６０）を用いて接続されていて、また前記冷却構成部品に前記パワー半導体モジュール（１０）を固定するために固定穴（５２）を備えて形成されていて、更に、
   前記基板（１２）又は各基板（１２）に割り当てられている少なくとも１つの弾性的なクッション要素（４２）が備えられていて、このクッション要素（４２）が前記カバー（４８）と前記負荷端子要素（３８）の前記帯板部分（３０）の間で締め付けられていること
   を特徴とするパワー半導体モジュール。
2. 前記組立基本ボディ（２２）がその下側面（２４）にて前記少なくとも１つの基板（１２）を正確に位置決めするために付属の周回するフレームバー（５４）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。
3. 前記組立基本ボディ（２２）が上側にて、周回するフレーム縁（５６）を有し、このフレーム縁（５６）から前記スナップロック接続部の弾性的なロックフィンガ（５８）が立設されていること、及び前記カバー（４８）が前記ロックフィンガ（５８）のためのロック穴（６０）を備えて形成さ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。
4. 前記組立基本ボディ（２２）が上側にて、前記負荷端子要素（３８）のための台座（６２）を備え、前記カバー（４８）がその台座（６２）にマッチングされている竪穴（６４）を備えて形成さ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。
5. 前記台座（６２）内にネジ付きスリーブ（６６）が組み込まれていて、このネジ付きスリーブ（６６）が、前記負荷端子要素（３８）の端子接触部（３４）に形成されている通過穴（６８）と軸方向に心合せされていることを特徴とする、請求項４に記載のパワー半導体モジュール。
6. 前記カバー（４８）が、前記冷却構成部品に前記パワー半導体モジュール（１０）を追加的に固定するために２つの竪穴（６４）間にて固定穴を備えた固定竪穴（７０）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。
7. 前記少なくとも１つの基板（１２）が、前記組立基本ボディ（２２）に位置決めされている弾性的な補助端子要素（７６）を用い、前記カバー（４８）に装着されていて且つ前記補助接触部（８０）が立設されている回路板（７８）と押圧接触されていることを特徴とする、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. 前記カバー（４８）が前記補助接触部（８０）のための補助竪穴（８２）を備えて形成されていることを特徴とする、請求項７に記載のパワー半導体モジュール。
9. 前記組立基本ボディ（２２）が補助台座（８４）を備えて形成されていて、この補助台座（８４）内にネジ付きスリーブ（８６）が組み込まれていて、このネジ付きスリーブ（８６）が前記補助接触部（８０）に形成されている穴と軸方向に心合せされていることを特徴とする、請求項７に記載のパワー半導体モジュール。
10. 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を製造するための方法において、先ずは互いに電気絶縁されている負荷端子要素（３８）が組立基本ボディ（２２）に配置され、この際、前記負荷端子要素（３８）の接触フット（２８）が、前記組立基本ボディ（２２）に形成されているリセス（２６）を通じて差し込まれ、それによりこれら接触フット（２８）が下側にて前記組立基本ボディ（２２）から突出し、続いて、前記負荷端子要素（３８）の帯板部分（３０）上に少なくとも１つのクッション要素（４２）が配置され、それ以前又はそれ以後に前記組立基本ボディ（２２）に弾性的な補助端子要素（７６）が位置決めされ、続いて、前記組立基本ボディ（２２）にカバー（４８）が装着され、スナップロック接続部（５０）を用いて前記組立基本ボディ（２２）と接続され、そして続いて、前記組立基本ボディ（２２）の下側面（２４）にて、絶縁材料層で被覆されている前記少なくとも１つの基板（１２）がその絶縁材料層を用いて固定されることを特徴とする方法。

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