JPH08288456A - パワー半導体モジュール - Google Patents

パワー半導体モジュール

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JPH08288456A
JPH08288456A JP8085407A JP8540796A JPH08288456A JP H08288456 A JPH08288456 A JP H08288456A JP 8085407 A JP8085407 A JP 8085407A JP 8540796 A JP8540796 A JP 8540796A JP H08288456 A JPH08288456 A JP H08288456A
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JP
Japan
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module
control unit
power semiconductor
connection
power
Prior art date
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JP8085407A
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Thomas Stockmeier
シュトックマイアー トーマス
Uwe Thiemann
ティーマン ウーヴェ
Reinhold Bayerer
バイエラー ラインホルト
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ABB Management AG
Original Assignee
ABB Management AG
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御ユニットへの接続線ができるだけ短く、
それ故、装置が可能な限り低いインダクタンスを有し
た、パワー半導体モジュールを提供する。 【解決手段】 パワー接続部がベースプレートと平行に
延びたパワー半導体モジュールに関する。このことは、
制御ユニットがハウジングに直接配列されること、ま
た、低インダクタンス構造を短い接続線から守ることを
意味する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーエレクトロ
ニクスに関する。これは、請求項第１項の前書によるパ
ワー半導体モジュールに基礎をおく。
【０００２】
【従来の技術】このようなパワー半導体モジュールは、
例えば、ドイツのＤＥ−Ａ１−３９３１ ６３４やＤＥ
−Ａ１−４３ ３０ ０７０に既述されている。これら
のパワー半導体モジュールの場合、なお、これらのパワ
ー半導体モジュールは、少なくとも１つのパワー半導体
スイッチ素子を有したベースプレートを備えている、パ
ワー接続部がベースプレートに対して垂直に延びている
（ＤＥ３９ ３１ ６３４の図４およびコラム５の２４
行目、および、ＤＥ−Ａ１−４３３０ ０７０の図８を
参照のこと）。パワー接続部は、モジュールハウジング
からベースプレートに対して直角に出されている。この
ことは、制御ユニットが、例えば、モジュールの上部、
若しくは、横側に、ある距離で配列されなければならな
いことを意味する。このため、モジュールを駆動する働
きを持つ制御ユニットへの接続線が比較的長いものとな
ってしまう。この長い接続線により、装置に不所望な高
インピーダンスが生じることとなり、このインダクタン
スによって、特に、高いスイッチング周波数に関して効
果が制限されることになる。
【０００３】
【発明の概要】故に、本発明の目的は、制御ユニットへ
の接続線ができるだけ短く、それ故、装置が可能な限り
低いインダクタンスを有した、パワー半導体モジュール
を提供することにある。この目的は、請求項第１項の特
徴による前書に記載された型を持つパワー半導体モジュ
ールの場合に達成される。故に、本発明の本質は、パワ
ー接続部がベースプレートと平行に延びていること、お
よび、パワー接続部がベースプレートと平行にハウジン
グから出されていることである。これは、制御ユニット
を、ベースプレートに対向したモジュールハウジングの
表面に直接取り付けることを可能にする。これにより、
短い接続線の使用が可能にされ、それ故、低いインダク
タンス構造が可能にされる。また、制御ユニットに関し
て、最も小さな電位差を持つ、理想的には全く電位差を
持たない、制御接続部が、ベースプレートから最も遠く
に離れて配列されている場合、このパワー接続部は、制
御ユニットのために、モジュールのスイッチングによっ
て生じた電磁界に対するシールドとして機能する。
【０００４】制御ユニットをモジュールに固着するた
め、例えば、螺子穴や螺子が、ベースプレートに対向し
たモジュールハウジングのその側の上に設けられてい
る。制御補助接続は、ハウジングの上部で外に出すこと
ができる。制御ユニットはその後、これらの接続部の上
に押しつけられて、モジュールの制御補助接続部と制御
ユニットの対応する接続部が、例えば、簡単な螺子若し
くはプラグ接触によって接続される。このことは、制御
補助接続部と制御ユニット間の直接接続が達成されるこ
とを意味するものであり、さもなければ、比較的長く、
それ故に、インダクタンス負荷された電源ラインが排除
される。更に、例示の実施例は対応する従属請求項から
明らかである。この結果、本発明によるモジュールを回
路装置の製造のために使用することができる。この回路
装置では、モジュールの制御ユニットが、モジュール上
に直接適合されており、また、この回路装置では、モジ
ュールと制御ユニットの間の接続を好ましくは低いイン
ダクタンスを用いて確立することが可能であり、この結
果、モジュールを取り分け高い周波数に使用することが
できる。
【０００５】
【発明の実施の形態及び実施例】図３は、パワー半導体
モジュール１と制御ユニット１２を有する回路装置の構
造を示す。制御ユニット１２は、対応する螺子穴１１を
通過する螺子１０により、モジュール１のハウジング２
上に固着されている。モジュールハウジング２も同様
に、装置に固着するために使用される螺子穴８を有する
ことができる。パワー半導体モジュール１は、多数の制
御補助接続部１３を有する。これらの接続部は、制御ユ
ニット１２に、特にプラグ接続によって接続されてい
る。制御補助接続部は、一方で、モジュール１のスイッ
チを入れたり切ったりするために使用され、また一方
で、モジュール１を監視するために使用される。更に、
モジュール１は、少なくとも２つのパワー接続部５、６
を有する。これらの接続部は、ハウジングから側部に出
されている。半ブリッジモジュールの場合は、負荷接続
部７が更に設けられる。制御ユニット１２は、モジュー
ルのハウジング２の上に直接配置されるため、制御補助
接続部１３と制御ユニットの間の接続線を非常に短くな
るように選択することができ、それ故、低いインダクタ
ンスとすることができる。
【０００６】この発明は、原則的には、図１に示されて
いるように、パワー接続部５、６を、パワー半導体スイ
ッチ素子４がその上に適合されているベースプレート３
と平行に延長することによって達成される。パワー半導
体スイッチ素子は、特に、ＩＧＢＴチップ、つまり、絶
縁して配列されたゲートを有するバイポーラ型トランジ
スタチップである。図２に上から、また、図１に断面で
示されているように、パワー電極と、それに対応するパ
ワー接続部５、６の間の接続は、例えば、ボンディング
ワイヤ９によって確立され得る。それ故、本発明による
パワー半導体モジュールは、原則的には以下のようにし
て構成される。セラミック基板１５がベースプレート
３、例えば、８ｍｍの厚さの銅プレート、の上に半田付
けされる。この銅プレートは、もし必要ならば、いまだ
に冷却器としても使用され得る。基板が各々のスイッチ
素子４に割り当てられる。これは、例えば、関連するフ
リーホイールダイオード（freewheeling diode) を備え
る。基板が全領域上でメタライズされる。パワー接続部
５、６と、もし応用可能ならば、７が、接続線９によっ
て、特に、ボンディングワイヤ（「ワイヤボンド」）、
若しくは、半田付けされたストリップ（「半田付けスト
リップ」）によって、側部から付与される。接続線９
は、対応するパワー接続部５、６へ、もし応用可能なら
ば、負荷接続部７へ導くものであり、また、異なる面に
配列され、ベースプレートと平行に延びる制御補助接続
部１３へ導くものである。
【０００７】パワー接続部５、６と、もし応用可能なら
ば、７は、ベースプレート３と平行に、ハウジング２か
ら側部へ出される。パワー接続部５、６、もし応用可能
ならば、７と対照すると、補助制御接続部１３をベース
プレート３に対して直角に出すことができる。これらの
接続部を用いることにより、制御ユニット１２は、簡単
なプラグ作業によって対応する接続部上に接続され得
る。そのパワー接続部、例えば、電位に関して、制御ユ
ニット１２のそれから最少の状態で逸脱しているパワー
接続部６が、ベースプレート３から最も遠くに離され、
且つ、制御ユニット１２に最も近く配置されている場
合、このパワー接続部は、更に、電磁シールドとしても
機能する。このシールドは、モジュールのスイッチ動作
によって引き起こされる電界の影響から制御ユニット１
２を保護する。これらの電界は、モジュールを使用する
のに可能な最も短時間でスイッチングされる高電流、電
圧によって引き起こされる。特別のシーリングがない場
合、電界によってパワー電気回路装置の調子が非常に悪
くなることがあり、また、他の影響要因によってより高
いスイッチング周波数の発生が妨げられることもある。
また、本発明による構造を用いることにより、完全な半
ブリッジモジュール、若しくは、より拡張されたパワー
電子回路、例えば、３位相モジュール、を構成すること
も可能である。図４は、半ブリッジの等価回路図を示
す。ここでは、２つのスイッチング素子４が、正、負の
接続の間に直列に接続されている。各スイッチ素子は、
ここではＩＧＢＴ（ＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ２）の形態を
し、関連するフリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２を有
した、少なくとも１つのスイッチチップである。共通の
接合部は、この場合、負荷接続部７に相当し、正、負の
接続部は、負荷接続部５、６に相当する。これら２つの
ＩＧＢＴは、各々の場合において、１つのゲート、若し
くは、制御接続部１３によって駆動される。
【０００８】図５は、このようなモジュールを断面で示
す。スイッチ素子４の基板１５、即ち、ＩＧＢＴ（ＩＧ
ＢＴ１、ＩＧＢＴ２、４）は、ベースプレート３の上に
適合される。パワー接続部５、６も、共通の負荷接続部
７と共に、異なる面に配列され、接続ワイヤ９を介し
て、半導体スイッチの対応する電極に接続される。図示
の例では、ＩＧＢＴの２つの制御接続部１３が同じ接続
プレート上に配列されている。この場合、対応する接続
面が、例えば、導体トラックによって、構成され、この
結果、これらの接続部は電気的に隔離される。絶縁層１
４は、２つの隣接する面、若しくは、接続部の間に挿入
されなければならない。勿論、基板とスイッチ素子をベ
ースプレート３の両側に配列することも想定できる。こ
のような半ブリッジモジュールが図３に示す構造に統合
された場合、負荷接続部７は図中の一方の側に出され、
パワー接続部５、６は異なる面で反対側に出される。ま
た、制御ユニット１２がどのような方法で制御補助接続
部１３上に押しつけられるかも明確に理解することがで
きる。制御ユニット１２への接続は、例えば、簡単なプ
ラグ若しくは螺子接続によって行うことができる。故
に、パワー半導体モジュールの本発明による構造によ
り、低いインダクタンスの、故に、高速な、それにもか
かわらず、簡易な、電磁気的に互換可能な回路構成を構
築することが可能である。このことは、より高いスイッ
チング周波数では最も重要な事である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハウジングを有しない、本発明による切断開口
モジュールの断面図。
【図２】本発明による開口モジュールを示す図。
【図３】制御ユニットが配置された本発明によるモジュ
ールを上部から示した図。
【図４】ＩＧＢを有する半ブリッジの等価回路図。
【図５】半ブリッジモジュールの断面を示す図。
【符号の説明】
１ パワー半導体モジュール ２ ハウジング ３ ベースプレート ４ パワー半導体スイッチ素子 ５ パワー接続部 ６ パワー接続部 ７ 負荷接続部 ８ 螺子穴 ９ 接続線 １０ 螺子 １１ 螺子穴 １２ 制御ユニット １３ 制御補助接続部 １４ 絶縁層 １５ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラインホルト バイエラー ドイツ連邦共和国 デー64385 ライヒェ ルスハイム フォルシュトルシュトラーセ 27アー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パワー半導体モジュールであって、該パ
    ワー半導体モジュールは、ハウジングと、その上に少な
    くとも１つのパワー半導体スイッチ素子が配列されたベ
    ースプレートとを備えており、前記パワー半導体スイッ
    チ素子は、対応するパワー接続部に接続された少なくと
    も２つのパワー電極を有し、前記パワー接続部は、ベー
    スプレートに平行に延長され、且つ、ベースプレートと
    平行にハウジングの外に出て、これにより、複数の面で
    互いに上部で延長されてパワー半導体スイッチ素子の対
    応するパワー電極に接続ワイヤによって接続されてお
    り、前記パワー半導体モジュールは、多数の制御補助接
    続部を有している、パワー半導体モジュールにおいて、 前記制御補助接続部は、ハウジングから直角にベースプ
    レートへ出されており、前記制御補助接続部は、モジュ
    ールを駆動する制御ユニットに押し込まれており、前記
    パワー半導体モジュールは更に、ハウジング上に設けら
    れて制御ユニットをモジュールのハウジング上に固定す
    る固着手段によって特徴づけられているパワー半導体モ
    ジュール。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のパワー半導体モジュール
    において、制御ユニットに対して最少の電位差を有する
    制御接続部の接続が、ベースプレートから最も離され
    て、また、制御ユニットに最も接近して、配置されてい
    るモジュール。
  3. 【請求項３】 モジュールを駆動する制御ユニットに接
    続された少なくとも１つのパワー半導体スイッチモジュ
    ールを有する回路構造において、前記モジュールは、請
    求項１若しくは２に従って構成されており、前記制御ユ
    ニットは、モジュールのハウジング上のベースプレート
    に平行に配列されているモジュール。
JP8085407A 1995-04-14 1996-04-08 パワー半導体モジュール Abandoned JPH08288456A (ja)

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