JP5555477B2 - プレストレスされる補助接点ばねを有するパワー半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、接点ばねとして形成された少なくとも１つの端子要素を備えている、加圧接触方式パワー半導体モジュールに関するものである。本発明の出発点を成すパワー半導体モジュールは、パワー半導体モジュールとして例えば特許文献１が周知である。

このようなパワー半導体モジュールは、従来技術によると、ハウジングを有し、このハウジングは、好ましくは冷却部材に直接取り付けるために、ハウジングに配されている電気絶縁された少なくとも１つの基板を備えている。この基板の方は、絶縁材料体から成っており、基板にある相互絶縁されている複数の金属接続路と、これらの接続路にありこれらの接続路と回路整合性のある接続をしているパワー半導体素子とを備えている。さらに、周知のパワー半導体モジュールは、外部の負荷端子及び補助端子のための端子要素と、内部に配されている接続要素とを有している。パワー半導体モジュールの内部において回路整合性のある接続をするためのこれらの接続要素は、大抵ワイヤボンディング接続として形成されている。

同様に周知なのが加圧接触型パワー半導体モジュールであり、この種類のものとして特許文献２が周知である。この文献では、圧力装置が、圧力を構成するための安定し且つ好ましくは金属である圧力要素と、圧力を蓄積するための伸縮性のあるクッション要素と、基板表面の別々の領域に圧力を導入するためのブリッジ要素とを有している。ブリッジ要素は、クッション要素に対向する面を有するプラスチック成形体として構成されるのが好ましく、この面から複数の圧力フィンガーが基板表面方向に延びている。

このような圧力装置を用いて基板は冷却部材に加圧されるので、基板と冷却部材との間で熱伝達が永久且つ確実に確立される。この場合伸縮性のあるクッション要素は、異なる熱負荷の下で且つパワー半導体モジュールの全寿命サイクルにわたって一定の圧力状態を保持するために機能する。

特許文献３から、ベースプレートと、接点ばねとして形成されている補助端子要素とを備えているパワー半導体モジュールが周知である。この文献によると確実な電気接点接続のために接点ばねはカバーを用いて加圧される。この場合接点ばねはハウジングのマウントに配されているが、このマウントは詳細には開示されていない。

特許文献４から、接点ばねとして、第１接触装置とばね部分と第２接触装置とを備えて形成されている、少なくとも１つの端子要素を有しているパワー半導体モジュールが周知である。この場合、第１プラスチック成形体が、基板に対して垂直に配されているシャフトを、端子要素を取り入れるために有している。このシャフトの方は、端子要素の回転が確実である配置のための側面カットアウト部と、付設されている第２プラスチック成形体の部分体のためのリセスとを有し、この部分体は同様に、側面カットアウト部と、基板に対向する側に端子要素の第１接触装置のためのカットアウト部とを有し、カットアウト部を通じて第１接触装置に到達している。

同様に特許文献５から接点ばねを有するパワー半導体モジュールが周知である。この文献によると接点ばねは接触装置の下部領域にＳ字形状の成形部を有している。この成形部は、文献によると接点ばねが外側へ落下するのを防止するために機能する。接点ばねの成形部は、基板とハウジングのカットアウト部との間に位置している。

同様に特許文献６から外側への落下防止が確保されている接点ばねが周知である。この接点ばねは、この文献によると、ばねの上部の巻線よりも大きな直径を有しているばねの下部の巻線によって、ハウジングに保持され、ハウジングからのばねの外側落下防止を保証している。

これらの従来技術における欠点は、この場合、取り付けられていない状態で且つ制御回路基板が配されていないハウジングを越えて補助接点ばねが大きく突出していることを前提としている技術である。加圧接点ばねは、ばね最大全長でハウジングを越え、これは、ばね先端部と、同様に補助端子の接触装置上部とが、変形した形態で破損する危険が高まる。ばねが当たる面或いは取付け可能な制御回路基板の接触面は、どのような場合でも取付け可能な制御回路基板に対するパワー半導体モジュールの確実な電気接点接続を保証するよう十分広く形成されなければならない。

ＤＥ１９７１９７０３Ａ１ ＤＥ４２３７６３２Ａ１ ＤＥ１０２００４０２５６０９Ａ１ ＤＥ１０２００６００６４２１Ａ１ ＤＥ１０２００６０５８６９２Ａ１ ＤＥ１０２００５０２４９００Ａ１

本発明の課題は、加圧ばね接点を有するパワー半導体モジュールを提供することである。接触装置の上部の突出を低減することによって、変形の危険性も低減させる。

この課題は、本発明に従い、請求項１の特徴を有するパワー半導体モジュールによって解決される。好適実施例は従属項で述べられる。

本発明の思想は、接点ばねの形態をしている少なくとも１つの端子要素を有するパワー半導体モジュールを出発点としている。

パワー半導体モジュールは、さらに、ハウジングと、圧力部材と、少なくとも１つの接触面を備えている基板とを有している。

接点ばねは、第１接触装置とばね部分と第２接触装置とを有している。第１接触装置は、ネジ状或いはアーチ形状で形成されているのが好ましく、基板の接触面と導電接続している。

接点ばねの第２接触装置は、半円状形態を有し、その始端と終端とに夫々成形部が配されている。成形部は、第２接触装置の始端と終端とにＶ字形状で形成されているのが好ましい。圧力部材は、端子要素ごとにこれを配するための少なくとも２つのストップ要素を有している。圧力部材のストップ要素は、接点ばねの第２接触装置の成形部を押圧し、これによりばね部分を介して接点ばねがプレストレスされる。接点ばねのプレストレスによって、圧力部材を配置した後で、付設されているパワー半導体モジュールの基板の接触面に対する第１接触装置の確実で安定した電気接点接続がある。

接点ばねのプレストレスを用いて圧力部材を越える突出が減少するので変形の危険性も減少する。これに加えて、制御回路基板の接触が確実である配置が可能となる。

本発明の解決手段は、図１〜４の実施例に基づいてより詳細に説明される。

圧力部材を位置決めする前の、本発明に従うパワー半導体モジュールの断面図である。 圧力部材が位置決めされた、図１に従うパワー半導体モジュールの断面図である。 制御回路基板が配された、図１に従うパワー半導体モジュールの断面図である。 接点ばねの構造を示す図である。

図１は、圧力部材（６）を位置決めする前の、本発明に従うパワー半導体モジュール（２）の断面を示している。この場合、接点ばね（１２）はシャフトで可動であるように配されている。ここでは圧力部材（６）はストップ要素（２０；２２）を有して示されている。同様にパワー半導体モジュール（２）は基板（８）を有しており、この基板は接触面（１０）を有している。基板（８）の接触面（１０）は、接点ばね（１２）を介してパワー半導体モジュール（２）に取付け可能な制御回路基板（図３の２８）に対して基板（８）を電気接点接続するために機能する。

図２は、圧力部材（６）が位置決めされた、図１に従うパワー半導体モジュール（２）の断面を示している。圧力部材（６）を挿入する結果、圧力部材（６）のストップ要素（２０；２２）を用いて接点ばね（１２）の第２接触装置（１８）のＶ字形状の成形部（２４；２６）は押圧されることにより、接点ばね（１２）のプレストレスを生じる。接点ばね（１２）をプレストレスする結果、接点ばね（１２）の第１接触装置（図４の１４）は基板（８）の接触面（１０）に確実且つ安定して導電接続している。同じく接点ばね（１２）のプレストレスによって第２接触装置（１８）の圧力部材（６）を越える突出は縮小されるので接点ばね（１２）の第２接触装置（１８）の変形の危険は減少される。

図３は、制御回路基板（２８）が配された、図１に従うパワー半導体モジュール（２）の断面を示している。ここでは、接点ばね（１２）の第２接触装置（１８）は、制御回路基板（２８）によって押圧され、圧力部材（６）を越える第２接触装置（１８）の突出で押し下げられる。ここでは接点ばね（１２）を介して、制御回路基板（２８）の接触面と基板（８）の接触面（１０）との間に確実な電気接点接続がある。この場合、位置決めされた圧力部材（６）のストップ要素（２０、２２）によって第２接触装置（１８）のＶ字形状の成形部（２４、２６）はもう押圧されず、これにより制御回路基板（２８）の接触面と接点ばね（１２）の第２接触装置（１８）との確実な電気接点接続は、ストップ要素（２０、２２）によって押圧される成形部（２４、２６）を用いたプレストレスによってはもう保証されない。

図４は接点ばね（１２）の構造を示し、この接点ばね（１２）は第１接触装置（１４）とばね部分（１６）と第２接触装置（１８）とから成っている。第１接触装置（１４）はピン状或いはここでは図示されていないアーチ形状で形成される。第２接触装置（１８）は、制御回路基板（２８）との接点接続をするための半円形状部分を有している。半円形状部分の始端及び終端に夫々Ｖ字形状の成形部（２４；２６）が配され、Ｖ字形状の成形部（２４、２６）のうちの片方はばね部分（１６）と接続している。Ｖ字形状の成形部（２４；２６）両方の頂点は、接点ばね（１２）の縦軸から離れており、互いに向かい合って位置している。

２ パワー半導体モジュール
４ ハウジング
６ 圧力部材
８ 基板
１０ 接触面
１２ 接点ばね
１４ 第１接触装置
１６ ばね部分
１８ 第２接触装置
２０、２２ ストップ要素
２４、２６ 成形部
２８ 制御回路基板

Claims (5)

1. ハウジング（４）と、
   圧力部材（６）と、
   少なくとも１つの接触面（１０）及び外部に対する少なくとも１つの端子要素（１２）を備えている基板（８）と、を有している、パワー半導体モジュール（２）であって、
   前記端子要素（１２）が、第１接触装置（１４）とばね部分（１６）と第２接触装置（１８）とを備えている接点ばね（１２）として形成され、
   前記圧力部材（６）が前記端子要素（１２）ごとに少なくとも２つのストップ要素（２０；２２）を有し、
   前記接点ばね（１２）の前記第１接触装置（１４）が、前記基板（８）の前記接触面（１０）と導電接続し、
   前記接点ばね（１２）の前記第２接触装置（１８）が半円形状で形成され、前記接点ばね（１２）の前記第２接触装置（１８）の半円形状の始端及び終端に夫々少なくとも１つの成形部（２４；２６）が形成され、
   前記第２接触装置（１８）の前記成形部（２４；２６）により、前記圧力部材（６）の前記２つのストップ要素（２０；２２）を用いて、前記接点ばね（１２）は押圧され、これにより前記接点ばね（１２）がプレストレスを有している、パワー半導体モジュール。
2. 前記接点ばね（１２）の前記第２接触装置（１８）の前記成形部（２４；２６）がＶ字形状に形成され、
   各Ｖ字形状の前記成形部（２４；２６）の頂点がばねの縦軸から離れて延び、
   ２つの前記成形部（２４；２６）が互いに向かい合って位置し、
   ２つのＶ字形状の前記成形部（２４；２６）のうちの少なくとも１つが前記接点ばね（１２）の前記ばね部分（１６）と接続している、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
3. 前記第１接触装置（１４）がピン状或いはアーチ形状に形成されている、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
4. 前記接点ばね（１２）のプレストレスを用いて、該接点ばね（１２）の前記第２接触装置（１８）が、パワー半導体モジュール（２）上に取付け可能な制御回路基板（２８）の接触面に対して、位置がより精密である電気接点接続を有している、請求項１又は２に記載のパワー半導体モジュール。
5. 前記接点ばね（１２）のプレストレスを用いて、該接点ばね（１２）が、パワー半導体モジュール（２）の前記基板（８）の前記接触面（１０）に対して、該接点ばね（１２）の確実且つ安定した電気接点接続を有している、請求項１又は３に記載のパワー半導体モジュール。

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