JP5732260B2 - 少なくとも１つのパワー半導体モジュールと輸送包装を備えて構成される配列装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に少なくとも１つのパワー半導体モジュールの工場渡しの輸送のための配列装置を記載する。この場合、複数のパワー半導体モジュールを輸送包装中で一次元または二次元のマトリックスに配列することが好ましい。

原理上、ベース体およびカバーを有する単純な段ボール箱やプラスチックのブリスターなど、パワー半導体モジュール用に多くの異なる輸送包装が知られている。いわゆるスキン包装は最終消費者のための品物の包装で知られている。例えば特許文献１によれば、単純な段ボール箱は、一般的に、輸送中、機械的影響に対してパワー半導体モジュールを十分に保護しないという欠点がある。別の欠点は、そのような包装は、例えば税関手続きでの検査のために開封する必要があり、従って、パワー半導体モジュールに直に接触されることがあり、これが、静電放電による、または傷つきやすい表面、例えば銀被覆接続要素に触れることによる損傷をもたらす可能性がある。

例えば特許文献２から公知のもののようないわゆるスキン包装は本発明の出発点をなし、かつ、段ボール箱と、包装されるべき製品を封入するプラスチックフィルムとの組み合わせである。公知のように、そのような包装には、包装された製品を簡単に開封して取り出すことができないという著しい欠点がある。

独国特許出願公開第３９０９８９８Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９９２８３６８Ａ１号明細書

本発明は、少なくとも１つのパワー半導体モジュールと輸送包装を備えて構成される配列装置であって、少なくとも別の外装と組み合わされているこの輸送包装は、輸送中に発生する機械的影響に対して特に堅固であり、かつまた、原理上は、静電放電に対して保護がしやすく、および輸送包装を開封しなくても、少なくとも１つのパワー半導体モジュールに適用された識別情報を読みやすく、さらに、包装貨物からのパワー半導体モジュールの取り出しを、器具を使用せずに簡単に行えるようにする配列装置を提供するという目的に基づく。

この目的は、本発明に従って、請求項１の特徴を備える配列装置によって達成される。好ましい実施形態は従属請求項で説明する。

本発明の概念は、上述のスキン包装に基づく。スキン包装は、少なくとも１つのパワー半導体モジュールを備えて構成される配列装置を形成するために開発された。この場合、この配列装置は、少なくとも１つのパワー半導体モジュール、好ましくは一次元にまたは二次元マトリックスに配列された複数のパワー半導体モジュール、および輸送包装を有する。

その一般的な実施形態では、パワー半導体モジュールはベース要素、好ましくは金属性のベースプレートと、絶縁材料で構成されたハウジングと、ベースプレートに対して絶縁されて内部に配置されたパワー半導体部品との接触を外部から行うための接続要素とを有する。この場合、用語「パワー半導体モジュール」は、ベース要素に対して電気的に絶縁されて組み立てられたパワー半導体モジュールに加えて、長いこと従来技術の一部であったもののような、２つのプレーナ接続要素とそれらの間に配置されたセラミックやプラスチックで構成された絶縁材料本体とを有するディスク型のサイリスタも意味すると理解されたい。本発明による配列装置の輸送包装は、一方で、カバー層と、各切り欠きが少なくとも１つのパワー半導体モジュールに割り当てられた中間層と、カバーフィルムとを有する。カバー層は、好ましくは、その全体が散逸性である複合ボール紙として供され、平面的に構成され、それゆえ、輸送包装のベースを形成する。少なくとも１つのパワー半導体モジュールは、好ましくは前記パワー半導体モジュールのベース要素をカバー層の第１の主面上に置くようにして、前記カバー層の第１の主面上に配置する。

同様に、カバー層の前記第１の主面上に中間層を配置し、割り当てられたパワー半導体モジュールは前記中間層の各切り欠きに配置され、当然ながら、前記中間層からその第１の主面の方向に突出する。この場合、中間層の切り欠きの縁が最大で５０％程度のみ、好ましくは最大で２５％程度のみ、割り当てられたパワー半導体モジュールに直接接触し、および縁の残りの部分がパワー半導体モジュールから少し離れていると、特に好ましい。好都合には、カバー層の第１の主面と中間層の第２の主面との接続は、取り外し可能な接続によって、好ましくは取り外し可能接着接続として供される。

カバーフィルムは、パワー半導体モジュールのかなりの部分を覆い、この場合、ハウジング、およびカバー層の第１の主面上に置かれない部分、例えば、パワー半導体モジュールの接続要素などに実質的に接触する。さらに、カバーフィルムを好ましくは中間層の第１の主面に接着接続させる。この場合、中間層とカバーフィルムとの接触よりも小さい接着力で、カバー層および中間層が取り外し可能な接続を有すると、好ましい。なぜなら、パワー半導体モジュールを取り出すために、カバー層を中間層から分離する必要があるためである。同様に、安定性の理由から、カバーフィルムを同様に取り外し可能な方法でカバー層の第１の主面の中間領域に接続することも好ましく、前記中間領域は、パワー半導体部品の横の中間層の各切り欠きによって切り離されている。

パワー半導体モジュールを静電放電に対して保護するために、カバーフィルムが、金属が蒸着された外面があるまたはない導電性または散逸性プラスチックフィルムからなると、好ましい。同様に、カバーフィルムを少なくとも部分的に、好ましくは完全に透明にして供することが好都合である。

本発明による配列装置の形態によって以下が可能となる。
・包装されたパワー半導体モジュールを互いに対して機械的に、相互に少し離して固定すること；
・輸送包装を開封する必要なく、携帯用スキャナなどの光電子補助装置によることを含めて、各パワー半導体モジュールに適用された識別情報を読み取ること；
・静電帯電に対する保護として輸送包装を形成すること；
・環境からの有害ガスによることを含めて、パワー半導体モジュールへの直接的な作用に対する保護として輸送包装を形成すること。パワー半導体モジュールを封入するカバー層および／またはカバーフィルムの部分に、パワー半導体モジュールの接続要素を保護するための腐食防止剤を提供することをさらに有利とし得る；
・輸送包装からパワー半導体モジュールを１つだけでも簡単に取り出せること、および
・包装を分離することにより、かつまた他の包装と比較してボリュームが小さく低質量であるために包装を簡単に環境に優しい方法で廃棄できること。

複数のパワー半導体モジュールが一次元にまたは二次元マトリックスに配列されている場合に、前記パワー半導体モジュールが、カバー層の主面に対して平行かつハウジングの面に対する垂線に対して平行な少なくとも一次元において、前記次元におけるハウジングの幅よりも大きい相互の距離を有すると、別の好ましい実施形態が生じる。それゆえ、このタイプの２つの配列装置を組み合わせることが可能となる。この場合、カバー面の第１の主面を相互に向き合わせ、かつ２つのパワー半導体モジュール間の距離の半分だけ互いに対してオフセットさせて、パワー半導体モジュールの実装密度の高い全体的な配列装置を形成する。

本発明による解決法を、図１〜図４の例示的な実施形態に基づいてさらに説明する。

本発明による２つの配列装置を三次元の図で示す。 本発明による配列装置を通る断面図を示す。 本発明による配列装置を通る別の断面図を示す。 本発明による配列装置を通る別の断面図を示す。

図１に、輸送包装２および複数のパワー半導体モジュール５をそれぞれ備えて構成される本発明による２つの配列装置１、１’の三次元の図を示す。いずれの場合も前記パワー半導体モジュール５のハウジング５０および複数の接続要素６０を示す。図示していないそれらのベース要素４０（図２を参照）は、ここでは金属性のベースプレートであり、前記パワー半導体モジュール５は各輸送包装２のカバー層１０の第１の主面１００上に、いずれの場合もベース要素４０（図２を参照）をその上に直接置くことにより、二次元マトリックスに配列されている。

カバー層１０の前記第１の主面１００上に中間層２０の第２の主面２１０があるように、中間層２０を配置する。前記中間層２０は複数の切り欠き２３０を有し、切り欠きはそれぞれパワー半導体モジュール５に割り当てられている。この場合、切り欠き２３０の縁２２０がパワー半導体モジュール５のハウジング５０に直接接触するのは数セクションのみとなるように、パワー半導体モジュール５を前記切り欠き２３０に配置する。主にパワー半導体モジュール５のハウジング５０と切り欠き２３０の縁２２０との間に隙間を設け、前記隙間は中間領域２４０を形成する。

ベース要素４０を除いたパワー半導体モジュール５を封入し、接着技術によって中間層２０の第２の主面２１０に接続されている輸送包装２の透明なカバーフィルム３０自体は図示されていない。二次元マトリックス配列装置内にあるここで図示している複数のパワー半導体モジュール５の場合、一次元配列装置の場合と同じように、ここでは第２の配列装置１’の場合のみを図示している輸送包装２が、各パワー半導体部品５の間に、包装されたパワー半導体モジュール５を簡単に１つずつ分離するための打ち抜き穴７０（図２を参照）を有すると、さらに有利である。

図２に、抜粋として、図１に従う本発明による配列装置１を通る線Ａ−Ａに沿った断面を示す。ここでは、図面は、第１の主面１００および第２の主面１１０を備える輸送包装２のカバー層１０を示す。包装されるパワー半導体モジュール５を、互いに対して同一の距離でマトリックス様にカバー層１０の第１の主面１００上に配置する。包装されるパワー半導体モジュール５のベース要素４０、ハウジング５０および接続要素６０のみを示す。

通常金属性のベースプレートまたは直接内部回路の基板とし得るベース要素４０をカバー層１０の第１の主面１００上に配置するように前記パワー半導体モジュール５を配置することが有利である。しかしながら、これは、長手方向軸の一方の周りで９０°または１８０°回転させるようにパワー半導体モジュール５を配置する可能性を制限するものではない。ここでもたらされた形態の場合には、接続要素６０は、カバー層１０に対してパワー半導体モジュール５の反対側にある。

中間層２０の第２の主面２１０がカバー層１０の第１の主面１００に取り外し可能な方法で接続されている中間層２０をさらに示す。限定するものではないが、好ましくは、カバー層１０のように中間層２０も、板紙またはボール紙または複合ボール紙からなる。中間層２０、および、好ましいことにすぎないが、カバー層１０が導電性または散逸性の複合ボール紙で構成されているようにすることが、静電放電に対する保護に対して特に有利であることが分かっている。この場合、その複合ボール紙は、例えば導電性または散逸性のフィルム中間層を有する。

中間層２０はさらに切り欠き２３０を有し、その結果、それに割り当てられたパワー半導体モジュール５はその下部領域が取り囲まれるが、直接および完全に接触して囲まれることはない。パワー半導体モジュール５の外周全体において、切り欠き２３０の縁２２０が最大で５０％程度、好ましくは最大で２５％程度のみ、割り当てられたパワー半導体モジュール５に直接接触し、かつ縁２２０の残りの部分は、パワー半導体モジュール５から少なくとも２ｍｍの距離にあり、それゆえ中間領域２４０を形成するようにされている。しかしながら、パワー半導体モジュール５を相互にそれらの位置に確実に固定するために、少なくともいくつかの位置において、好ましくはパワー半導体モジュール５の隅部において直接接触することが必要である（図１を参照）。

ここで、もっぱらより明瞭にするために、カバー層１０および中間層２０から離間しており、かつパワー半導体モジュール５からも離間しているカバーフィルム３０を示す。さらに、カバーフィルム３０を、接着技術によって中間層２０の第１の主面２００に接続する。特に重いパワー半導体モジュール５の場合には、上述の中間領域２４０においてもカバー層１０の第１の主面１００への接続を提供することが同様に望ましい。この接続は、中間層２０へのカバー層１０の取り外し可能な接続の代わりにまたはそれに加えてもたらすことができる。カバーフィルム３０は、可撓性を有することが可能である限りにおいて、パワー半導体モジュール５に接触して、いずれの場合もそれらをカバー層１０の方へ封入する。

限定するものではないが、上述のパワー半導体モジュール５の典型的な寸法は、幅５００と高さが１ｃｍ〜６ｃｍの範囲の場合、長さが３ｃｍ〜１５ｃｍの範囲である。輸送包装２のカバー層１０の典型的な厚さは０．２ｍｍ〜１ｍｍであり、中間層２０の厚さは０．５〜３ｍｍである一方、カバーフィルム３０の厚さは１００μｍのオーダーである。

金属が蒸着された外面があるまたはない導電性または散逸性プラスチックフィルムからカバーフィルム３０を構成すること、および導電性または散逸性複合ボール紙からカバー層１０を構成することによって、静電帯電に対する保護を十分に可能にする輸送包装２を生み出す。様々な監視目的のためにカバーフィルム３０は少なくとも部分的に、好ましくは完全に透明にして供されるため、この保護包装を開封する必要もない。

図２に従う本発明による配列装置１を、さらに、パワー半導体モジュール５間の距離７００がパワー半導体モジュール５の幅５００よりも大きくなるような構成にして、その結果、第２の配列装置１’（点線で示す）を、第１の配列装置１に対してその距離の半分だけオフセットしかつ１８０°だけ回転させて（図１を参照）提供することが可能となり、それゆえ、全体的な配列装置を小型にする。その配列装置は実装密度が高く、同時に個々のパワー半導体モジュール５が互いに対して十分に固定されている。

図３および図４に、図１に従う本発明による配列装置１を通る線Ｂ−Ｂに沿った別の断面図を示す。これらの図面からこの配列装置の特別な利点が明白になる。図３は再度、パワー半導体モジュール５、および輸送包装２の一部を示す。しかしながら、この場合、カバー層１０を中間層２０から部分的に分離させて示す。この図面は、輸送包装２を開封して、そこからパワー半導体モジュール５を取り出すことに対応している。この場合、カバー層１０と中間層２０との間および／またはカバー層１０とカバーフィルム３０との間の取り外し可能な接続は、中間領域２４０において切り離される。

言うまでもないが、この場合カバー層１０と中間層２０との間の取り外し可能な接続の接着力が、中間層２０とカバーフィルム３０との間の接続よりも小さいと、特に有利である。同様に、カバー層１０が中間層２０よりも薄く、従って機械的に剛性が低いように供される場合、有利である。なぜなら、そのために中間層が実質的に輸送包装２の残りの部分の保持フレームとしての役割を果たすためである。

次いで図４に、輸送包装２からパワー半導体モジュール５を取り出す別のステップを示す。この場合、ハウジング５０の上面によって形成された平面と中間層２０がほぼ同じ高さになるまで、中間層２０の第１の主面２００に対して垂直な面の方向に中間層２０を押圧した。この中間層２０を変位させる最中、カバーフィルム３０が少なくとも部分的にパワー半導体モジュール５のハウジング５０から引き離され、その結果、簡単にかつ器具を用いずに、パワー半導体モジュール５を輸送包装２から取り出すことができる。

１ 第１の配列装置
１’ 第２の配列装置
２ 輸送包装
５ パワー半導体モジュール
１０ カバー層
２０ 中間層
３０ カバーフィルム
４０ ベース要素
５０ ハウジング
６０ 接続要素
７０ 打ち抜き穴
１００ カバー層の第１の主面
１１０ カバー層の第２の主面
２００ 中間層の第１の主面
２１０ 中間層の第２の主面
２２０ 切り欠きの縁
２３０ 切り欠き
２４０ 中間領域

Claims (12)

1. 少なくとも１つのパワー半導体モジュール（５）と輸送包装（２）を備えて構成される配列装置（１）であって、
   前記パワー半導体モジュール（５）はベース要素（４０）と、ハウジング（５０）と、接続要素（６０）とを有し、前記輸送包装（２）はカバー層（１０）と、各切り欠き（２３０）が前記少なくとも１つのパワー半導体モジュール（５）に割り当てられた中間層（２０）と、カバーフィルム（３０）とを有し、かつ
   前記カバー層（１０）は、配置されるべき前記パワー半導体モジュール（５）に第１の主面（１００）を向かい合わせて、平面的に設け、前記中間層（２０）は、その第２の主面（２１０）が前記カバー層（１０）の前記第１の主面（１００）上にあるように配置され、前記カバー層（１０）と前記中間層（２０）が、取り外し可能に互いに接続されていて、かつ、前記中間層（２０）の少なくとも１つの切り欠き（２３０）では、前記切り欠きに割り当てられた前記パワー半導体モジュール（５）が、前記カバー層（１０）の前記第１の主面（１００）に配置され、それで前記カバー層（１０）の前記第１の主面（１００）上に位置するようになり、前記カバーフィルム（３０）は、前記パワー半導体モジュール（５）の相当の部分を覆い、前記ハウジング（５０）に実質的に接触し、および前記カバーフィルム（３０）は、前記中間層（２０）の前記第１の主面（２００）に接続されている、配列装置（１）。
2. 前記カバーフィルム（３０）が、パワー半導体部品に並んだ前記中間層（２０）の前記各切り欠き（２３０）によって切り離された中間領域（２４０）にて、取り外し可能に前記カバー層（１０）の前記第１の主面（１００）に接続されている、請求項１に記載の配列装置（１）。
3. 一次元または二次元のマトリックスに配列された複数のパワー半導体モジュール（５）の場合、前記パワー半導体モジュールが、前記カバー層（１０）の前記主面に対して平行かつ前記ハウジング（５０）の面に対する垂線に対して平行な少なくとも一次元にて、前記次元における前記ハウジング（５０）の幅（５００）よりも大きい相互の距離（７００）を有する、請求項１に記載の配列装置（１）。
4. 一次元または二次元のマトリックスに配列された複数のパワー半導体モジュール（５）の場合、前記輸送包装（２）は、パワー半導体部品間に打ち抜き穴（７０）を有する、請求項１に記載の配列装置（１）。
5. 前記カバーフィルム（３０）が、金属が蒸着された外面を備えるか備えない導電性または散逸性プラスチックフィルムから成る、請求項１に記載の配列装置（１）。
6. 前記カバーフィルム（３０）が、少なくとも部分的に、好ましくは完全に透明に形成されている、請求項１に記載の配列装置（１）。
7. 前記中間層（２０）および／または前記カバー層（１０）が板紙またはボール紙または複合ボール紙からなる、請求項１に記載の配列装置（１）。
8. 前記中間層（２０）および／または前記カバー層（１０）が、好ましくは複合ボール紙の導電性または散逸性フィルム中間層によって、導電性または散逸性である、請求項１に記載の配列装置（１）。
9. 前記カバー層（１０）と前記中間層（２０）の間の前記取り外し可能な接続の接着力が、前記中間層（２０）と前記カバーフィルム（３０）の間の接続の接続力よりも小さい、請求項１に記載の配列装置（１）。
10. 前記切り欠き（２３０）の縁（２２０）が、前記割り当てられたパワー半導体モジュール（５）に最大で５０％程度、好ましくは最大で２５％程度で直接接触し、かつ前記縁の残りの部分は、前記パワー半導体モジュール（５）から少なくとも２ｍｍの距離にある、請求項１に記載の配列装置（１）。
11. 前記カバー層（１０）は、前記中間層（２０）よりも薄く、それゆえ機械的に剛性が低いように構成されている、請求項１に記載の配列装置（１）。
12. 前記カバー層（１０）の厚さが０．２ｍｍ〜１ｍｍであり、前記中間層（２０）の厚さが０．５〜３ｍｍである、請求項１に記載の配列装置（１）。

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