JP7117309B2 - 半導体スイッチングデバイス - Google Patents
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Description
本発明は、パワーエレクトロニクスの分野に関し、特に半導体スイッチングデバイスに関する。
半導体スイッチングデバイスは、カソード-アノード-ゲート構造を有する強力かつ高速なターンオフ部品である。具体的には、半導体スイッチングデバイスは、スイッチングデバイスのカソード、アノード、およびゲートが堆積された半導体素子を備える。デバイスは、スイッチングデバイスのカソード、アノードおよびゲートを外部回路ユニットに電気的に接続するための接続手段をさらに備える。
本発明の目的は、取り付けが容易であり、費用効率が高くかつ信頼性がある、ばねシステムを有する半製品スイッチングデバイスおよび半導体スイッチングデバイス自体を提供することである。
添付の図面に示される好ましい例示的な実施形態を参照して、本発明の主題を以下の文でより詳細に説明する。
図1は、カソード面10およびカソード面10とは反対のアノード面12を有するIGCTといった半導体素子1とハウジング2とを備える半製品半導体スイッチングデバイスを示す。例示的実施形態では、半導体素子1は、IGBTである。ハウジング2は、カソード面10上の半導体素子1上に配置されたカソード電極部品3、アノード面12上の半導体素子1上に配置されたアノード電極部品4とを備え、カソード電極部品3およびアノード電極部品4は、半導体素子1から横方向に突出し、ハウジング2はさらに、カソード電極部品3とアノード電極部品4との間に半導体素子1をクランプするために半導体素子1を横方向に取り囲むばねシステムを備える。ばねシステムは、撓むことが可能であり、すなわち半導体スイッチングデバイスの電極部品3,4を一緒にクランプすることによって圧縮可能である。半製品スイッチングデバイスは、半導体素子1をクランプするためにカソードおよびアノード電極部品3,4間に設けられるばねシステムを用いて、半導体素子1がカソード電極部品3とアノード電極部品4との間に組み立てられることを意味する。
1 半導体素子
10 カソード面
12 アノード面
2 ハウジング
20 クランプ素子
3 カソード電極部品
4 アノード電極部品
5,5’ ひずみ緩衝プレート
6 ワッシャ
60 第1の面
61 第1の接触領域
62 第2の面
63 第2の接触領域
64,64_1,64_2 ひずみ距離
65 内縁
66 外縁
68,68’ 支持素子
69,69’ 皿ばね
7 第1の撓ませ素子
70,70’,70’’,70’’’ 第1の突出素子
72 第1の高さ
73 第1のリング当接面
75 第3の突出素子
76 第3の高さ
8 第2の撓ませ素子
80,80’,80’’,80’’’ 第2の突出素子
82 第2の高さ
83 第2のリング当接面
85 第4の突出素子
86 第4の高さ
9 絶縁リング
90 絶縁体
92 絶縁管
Claims (17)
- カソード面(10)および前記カソード面(10)とは反対のアノード面(12)を有する半導体素子(1)とハウジング(2)とを備える半製品半導体スイッチングデバイスであって、
前記カソード面(10)上の前記半導体素子(1)上に配置されたカソード電極部品(3)と、
前記アノード面(12)上の前記半導体素子(1)上に配置されたアノード電極部品(4)とを備え、前記カソード電極部品(3)および前記アノード電極部品(4)は、前記半導体素子(1)を超えて横方向に突出し、前記半製品半導体スイッチングデバイスはさらに、
前記半導体素子(1)を前記カソード電極部品(3)とアノード電極部品(4)との間にクランプするために前記半導体素子(1)を横方向に取り囲むばねシステムを備え、
前記ばねシステムは、前記半導体素子(1)を横方向に取り囲むリング形状のワッシャ(6)を備え、ワッシャ(6)は、第1の面(60)および前記第1の面(60)とは反対の第2の面(62)を備え、ワッシャ(6)は、少なくともばね撓みまでの変形下においてその形状を再現可能に保つ材料から作られ、
前記ワッシャ(6)は、前記第1の面(60)上の前記ワッシャ(6)の第1の接触領域(61)において前記ワッシャ(6)に接触する少なくとも1つの第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’;75)を備える第1の撓ませ素子(7)と、前記第2の面(62)上の前記ワッシャ(6)の第2の接触領域(63)において前記ワッシャ(6)に接触する少なくとも1つの第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’;85)を備える第2の撓ませ素子(8)とによって、前記カソード電極部品(3)と前記アノード電極部品(4)との間で撓むことが可能であり、前記第1の接触領域(61)および前記第2の接触領域(63)が前記カソード面(10)に平行な平面において互いに横方向に配置されるように、前記第1の接触領域(61)は、前記第2の接触領域(63)に対して横方向に変位され、前記第1の撓ませ素子(7)および前記第2の撓ませ素子(8)は、クランプ中に前記ばね撓み以下のひずみ距離(64)だけ前記ワッシャ(6)を撓ませるように適合され、前記ひずみ距離(64)は、クランプされた状態において前記カソード電極部品(3)、前記半導体素子(1)および前記アノード電極部品(4)間で電気的接触が達成可能であるように十分大きいことを特徴とする、半製品半導体スイッチングデバイス。 - 前記デバイスは、1つが前記半導体素子(1)と前記カソード電極部品(3)との間に配置され、1つが前記半導体素子(1)と前記アノード電極部品(4)との間に配置された、ひずみ緩衝プレート(5,5’)を備えることを特徴とする、請求項1に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。
- ワッシャ(6)は、鋼から作られることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。
- 前記第1の撓ませ素子(7)は、各々が第1の高さ(72)を有する複数の前記第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)を有するリング形状であり、第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)は、前記第1の面(60)に向かって第1のリング当接面(73)に沿って互いに離間され、
前記第2の撓ませ素子(8)は、各々が第2の高さ(82)を有する複数の前記第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’)を有し、第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’)は、前記第2の面(62)に向かって第2のリング当接面(83)に沿って互いに離間され、前記第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)は、前記第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’)に対して変位されて位置決められ、前記第1の高さ(72)および前記第2の高さ(82)は、前記ひずみ距離(64)と少なくとも同じ大きさであり、前記第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)は、前記第1の接触領域(61)で前記ワッシャ(6)に接触し、前記第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’)は、前記第2の接触領域(63)で前記ワッシャ(6)に接触することを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。 - 前記第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)は、互いに一定の間隔で配置され、または少なくとも1つの第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)は、2つの第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’)の間の中央位置に配置されることを特徴とする、請求項4に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。
- 前記半導体素子(1)のゲート電極は、外部回路ユニットに前記第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)を介して電気的に接続されることを特徴とする、請求項4または請求項5に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。
- 第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)の数は、第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’)の数とは異なることを特徴とする、請求項4から請求項6のいずれか1項に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。
- 前記第2の撓ませ素子(8)は、絶縁材料から作られ、前記第2の撓ませ素子(8)は、前記半導体素子(1)を前記ワッシャ(6)から分離することを特徴とする、請求項4から請求項7のいずれか1項に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。
- 前記第1の突出素子(75)は、リング形状であり、第3の高さ(76)を有し、前記第1の突出素子(75)は、前記ワッシャの内縁(65)に沿って前記第1の接触領域(61)で前記ワッシャ(6)に接触し、前記第2の突出素子(85)は、リング形状であり、第4の高さ(86)を有し、前記第2の突出素子(85)は、前記ワッシャ(6)の外縁(66)に沿って前記第2の接触領域(63)で前記ワッシャ(6)に接触し、前記第3の高さ(76)および前記第4の高さ(86)の各々は、前記ひずみ距離(64)と少なくとも同じ大きさである、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。
- 前記第1の突出素子(75)および前記第2の突出素子(85)は、前記ワッシャの横方向の幅の25%未満の横方向の幅を有することを特徴とする、請求項9に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。
- 前記第2の撓ませ素子(8)は、前記電極部品のうちの1つと一体に形成されることを特徴とする、請求項9または請求項10に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。
- 前記第1の撓ませ素子(7)は、各々が第1の高さ(72)を有する複数の第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)と、前記ワッシャの内縁(65)に沿って前記ワッシャ(6)に接触する第3の高さ(76)を有するリング形状の第3の突出素子(75)とを有するリング形状であり、第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)は、第1のリング当接面(73)に沿って互いに離間され、
前記第2の撓ませ素子(8)は、各々が第2の高さ(82)を有する複数の第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’)と、前記ワッシャの外縁(66)に沿って前記ワッシャ(6)に接触する第4の高さ(86)を有するリング形状の第4の突出素子(85)とを有するリング形状であり、第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’)は、第2のリング当接面(83)に沿って互いに離間され、
前記第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)は、前記第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’)に対して互いに横方向に変位されて位置決めされ、
少なくとも、
- 前記第1の高さ(72)および前記第2の高さ(82)が、前記ひずみ距離(64)と少なくとも同じ大きさであるか、
- 前記第3の高さ(76)および前記第4の高さ(86)が、前記ひずみ距離(64)と少なくとも同じ大きさであり、
- 前記第1の突出素子(70,70’,70’’,70’’’)は、前記第1の接触領域(61)で前記ワッシャ(6)に接触し、前記第2の突出素子(80,80’,80’’,80’’’)は、前記第2の接触領域(63)で前記ワッシャ(6)に接触することを特徴とする、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の半製品半導体スイッチングデバイス。 - 請求項1~請求項12のいずれか1項に記載の半製品半導体スイッチングデバイスは、前記カソード電極部品(3)、前記半導体素子(1)および前記アノード電極部品(4)を電気的に接続するように、クランプ素子(20)によって前記カソード電極部品(3)と前記アノード電極部品(4)との間にクランプされ、前記クランプ素子(20)は、前記カソード電極部品(3)および前記アノード電極部品(4)上に力を印加し、
前記第1の撓ませ素子(7)および前記第2の撓ませ素子(8)は、前記ワッシャ(6)を前記ひずみ距離(64)だけ撓ませることを特徴とする、半導体スイッチングデバイス。 - 前記第1の撓ませ素子(7)および前記第2の撓ませ素子(8)は、前記ワッシャ(6)を少なくとも1kNのばね力を用いて撓ませることを特徴とする、請求項13に記載の半導体スイッチングデバイス。
- 前記ひずみ距離(64)は、少なくとも0.2mmであることを特徴とする、請求項13または請求項14に記載の半導体スイッチングデバイス。
- 前記ひずみ距離(64)は、0.2mm~1.5mmであることを特徴とする、請求項15に記載の半導体スイッチングデバイス。
- 前記ひずみ距離(64)は、0.4mm~0.6mmであることを特徴とする、請求項16に記載の半導体スイッチングデバイス。
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