KR101865927B1 - 커패시터 시스템 및 커패시터 시스템의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커패시터 시스템 및 커패시터 시스템의 제조방법, 보다 구체적으로는 전력반도체 모듈의 커패시터 시스템에 관한 것이다. 일 실시형태에 있어서, 본 발명은 오목부를 갖는 금속형상체; 오목부 내에 적어도 일부가 배치된 커패시터; 전기절연재로 구성되며, 커패시터와 오목부 내의 금속형상체 사이에 적어도 일부가 배치된 스페이서; 및 오목부 내에 제공된 전기절연성 매립재료를 포함하여 이루어지며, 매립재료는 커패시터가 금속형상체와 접촉하지 않는 방식으로 오목부 내에 커패시터를 고정시키도록 하는 커패시터 시스템에 관한 것이다.

Description

커패시터 시스템 및 커패시터 시스템의 제조 방법{CAPACITOR SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING A CAPACITOR SYSTEM}
본 발명은 커패시터 시스템 및 커패시터 시스템의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전력반도체 모듈의 커패시터 시스템에 관한 것이다.
커패시터는 전력전자기기, 그 중에서도 컨버터의 전압중간회로에 사용되거나 또는 필터 커패시터로서 사용된다. 이 시스템의 제조비용, 크기 및 신뢰도에 관한 이런 전력전자시스템으로 만들어진 필수품이 점점 증가하고 있다. 이와 관련하여, 유럽특허 EP 0 994 494는 컨버터의 중간회로구성에 합체될 수 있고 컴팩트하고 신뢰할 수 있는 구성형태를 가능하게 하는데 적합한 낮은 인덕턴스 구조의 필름 커패시터를 제시한다. 이 경우, 이 교시 내용은 특히 냉각 영역상에 정확히 결합 배치하기 위하여 일측면상의 커패시터와 접촉시키는 것을 포함한다.
본 발명은 개량된 커패시터 시스템 및 개량된 커패시터 시스템의 제조방법을 명시하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 특히 전력반도체 회로를 냉각시키는데 적합한 금속 히트싱크의 홈형상의 오목부 내에 매립용 수지에 의해 하우징이 없는 커패시터 구조를 고정하는데, 커패시터 구조는 스페이서로서 작용하는 바스켓 형상의 플라스틱 프레임 내에 배치되며, 매립용 수지는 커패시터 구조를 히트싱크로부터 전기적으로 절연시킨다. 이에 의해 컴팩트한 구조가 만들어질 수 있다는 것을 개시한다.
본 발명은 특히 커패시터 시스템, 보다 구체적으로는 전력반도체 모듈의 커패시터 시스템에 관한 것이다.
커패시터 시스템은 오목부를 갖는 금속형상체, 오목부 내에 적어도 일부가 배치된 커패시터, 및 오목부 내에 제공된 전기절연성 매립재료를 갖는데, 매립재료는 커패시터가 금속형상체와 접촉하지 않아서 금속형상체로부터 전기적으로 절연되도록 하는 방식으로 커패시터를 오목부 내에 배치한다.
금속형상체는 커패시터 내에서 발생된 열의 발산을 촉진시킨다. 그러나 다른 방법으로서, 상기 금속형상체는 동등한 정도로 튼튼하고 전열성의 비금속재료로 구성될 수도 있다.
이하 매립재료는 액체상태로부터 영구적인 고체상태, 종종 "경화"상태라고 지시하는 상태로 전환될 수 있는 재료라고 이해된다. 이 전환은 예를 들어 액체 매립재료와 공기의 화학적 반응에 의해 수동적으로 이루어지거나 또는 예를 들어 화학반응체를 액체 매립재료와 혼합시키거나 액체 매립재료를 자외선으로 조사함으로써 능동적으로 이루어질 수 있다. 흔히 "경화"라고 부르는 이 전환은 통상적으로 수초 내지 수분간 지속된다.
매립재료는 전기절연특성에도 불구하고 열전도성이 공기보다 예를 들어 10 내지 100의 인수만큼 양호한 재료가 될 수 있다. 따라서, 매립재료는 간단한 방법으로 커패시터를 금속형상체로부터 전기적으로 절연시키고 커패시터와 금속형상체 사이에 연속적인 열전달을 이루는 역할을 할 수 있다. 이 전기절연은 금속형상체로부터 이격된 위치에 경화후의 커패시터의 매립재료에 의해 영구적으로 이루어지는 위치 결정과 매립재료의 전기절연특성에 의해 얻어진다. 이 경우, 커패시터를 금속형상체에 대하여 경화상태로 고정하기 위해 매립재료가 커패시터와 금속형상체 사이에 액체상태로 도입될 수 있음을 알아야 한다.
액체 매립재료는 커패시터 전에 오목부 속으로 도입됨으로써 커패시터와 금속형상체 사이에 도입될 수 있다. 이 경우, 커패시터가 오목부 속에 도입되어 매립재료가 커패시터와 금속형상체 사이의 공간을 일부 채울 때, 바람직하게는 매립재료의 양에 따라서 완전히 채울 때 매립재료는 커패시터에 의해 이동된다. 커패시터와 금속형상체 사이에 액체 매립재료의 도입은 마찬가지로 커패시터가 오목부 속에 도입된 후에 압력하에서 부어져 주입되거나 오목부 내로의 진공에 의해 커패시터와 금속형상체 사이의 공간으로 흡입됨에 의해 이루어질 수 있다. 주입을 위해서는 오목부의 측벽에 적어도 하나의 대응 주입개구부를 제공할 수 있다. 커패시터와 금속형상체 사이의 거리가 작거나 또는 예를 들어 커패시터와 금속형상체 사이의 매립재료에 의해 얻어지는 주입 중에 매립재료는 사용압력 때문에 유전강도에 대하여 측정하여 최소가 되는 경우라도 매립재료는 사용압력 때문에 커패시터와 금속형상체 사이로 가압된다.
오목부는 커패시터를 적어도 일부 둘러싸는 하우징을 구성하며, 동시에 액체상태의 매립재료를 수용하는 용기로서 작용할 수 있으므로 커패시터 시스템의 제조를 간단히 할 수 있다. 따라서 오목부는 홈 형상이 될 수 있다. 이 오목부는 커패시터가 적절한 경우에는 후술하는 스페이서와 함께 그 오목부 속에 완전히 수용될 수 있는 크기를 갖거나 또는 단지 커패시터의 일부만을 수용하는 크기를 가질 수 있다. 오목부의 각각의 치수들은 커패시터가 금속형상체와 접촉함 없이 오목부 내에 커패시터를 수용할 수 있는 치수가 되도록 하려는 것이다. 오목부는 커패시터가 커패시터 접속부를 제외하고는 오목부 내의 매립재료로 완전히 둘러싸일 수 있는 치수로 될 수 있다. 오목부의 치수 및 커패시터와 금속형상체 사이의 거리는 커패시터와 금속형상체 사이의 매립재료에 의해 유전강도가 얻어지고 또한 커패시터와 금속형상체 사이의 매립재료에 의해 열전달이 이루어질 수 있는 크기를 가져야 한다.
커패시터 시스템은 전기절연재료로 구성된 스페이서를 가질 수 있는데, 상기 스페이서는 커패시터와 금속형상체 사이에 적어도 일부 배치된다. 스페이서는 커패시터와 금속형상체 사이의 오목부 내에 적어도 일부 배치될 수 있다. 따라서 스페이서는 금속형상체에 대하여 보다 구체적으로는 매립재료의 경화 중에 커패시터를 정확히 위치시키는 역할을 할 수 있다. 따라서 커패시터 시스템의 제조가 간단하게 된다. 스페이서가 전기절연재료로 제조되기 때문에, 금속형상체로부터의 커패시터의 전기적 절연이 유지된다.
커패시터는 적어도 두 개의 금속접촉전극과 적어도 두 개의 전극 및 유전체로 구성된 층상적층체를 가질 수 있다. 바로 인접하게 배치된 다수의 커패시터층을 갖는 커패시터들의 구조는 당업자에게 충분히 알려져 있는데, 여기서 각 커패시터층은 두 개의 평면 전극 사이에 배치된 유전체를 갖는다. 특히, 유전체는 플라스틱막이나 유사한 막형상의 유전재(예를 들어 절연지)로 실현될 수 있으며, 이런 이유로 이런 커패시터는 종종 막커패시터로 지명된다. 관련 전극들은 플라스틱막상에 금속층을 증착시킴으로써 실현될 수 있다. 막커패시터는 통상적으로 매우 컴팩트한 설계와 전력전자기기 응용에 적절히 높은 유전강도를 갖는다. 접촉 전극들은 층상적층체의 각 외측영역상에 직접 배치될 수 있다. 그 결과, 개개의 커패시터 층들의 일부 또는 전부의 병렬접속이 당업자에게 공지된 방식으로 이루어질 수 있다. 접촉전극들은 커패시터를 외부회로에 접촉 접속시키기 위한 커패시터 접속부로서 작용한다. 그러나, 접촉 전극에 연결되고 통상적으로 낮은 임피던스를 갖는 커패시터 접속부들도 역시 접촉 전극과는 별개로 형성될 수 있다. 접촉전극들은 커패시터의 외측 영역의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
스페이서는 층상적층체 및/또는 접촉전극들 중의 적어도 하나 및/또는 금속형상체에 바로 인접할 수 있다. 스페이서는 적어도 하나의 개구부를 가질 수 있으며, 커패시터 시스템은 매립재료가 개구부를 통하여 연속적인 접속부를 형성하여 커패시터와 금속형상체 사이에 열전달이 이루어지도록 설계될 수 있다. 스페이서는 정확히 끼워지는 방식으로 커패시터를 수용하는 형상의 중공체일 수 있다. 중공체는 1 또는 2mm 미만의 벽두께를 가질 수 있다. 스페이서는 적어도 실질적으로 평행육면체 바스켓의 형태를 가질 수 있다. 스페이서는 외측벽을 가질 수 있는데, 개구부는 개개의 외측벽의 면적의 절반보다 크게 또는 심지어 80%나 90%보다 크게 구성한다. 오목부는 정확히 끼워지는 방식으로 스페이서를 수용하도록 설계될 수 있다.
앞의 절에서 설명한 특징들은 커패시터의 전류통과요소가 금속형상체와 접촉함 없이 상업적인 생산에 필요한 재생 신뢰도를 갖고 오목부의 영역 내의 금속형상체에 매우 근접하게 배치될 수 있고 마찬가지로 믿을만한 방식으로 오목부의 영역내의 금속형상체와 커패시터 사이의 매우 양호한 열전달을 이룰 수 있다는 사실에 개별적으로나 상호작용 방식으로 기여한다.
오목부와 스페이서는 스페이서의 다른 부분이 실질적으로 정확한 끼움 방식으로 가능한한 오목부 내에 배치되는 경우라도 오목부로부터 스페이서의 일부가 돌출하도록 형성될 수 있다. 이런 방식으로 특히 오목부 또는 매립재료로부터 돌출하는 커패시터의 부분들과 금속형상체 사이에 전기적 절연을 실현할 수 있다. 스페이서는 스페이서의 측벽에 실질적으로 직각으로 오목부로부터 돌출하는 스페이서의 상측 엣지상의 돌출부들을 가질 수 있다. 이런 돌출부들은 커패시터 접속부에 연결된, 전력반도체 회로나 그 외의 전류통과선의 접속부들이나 커패시터 접속부와 금속형상체의 상측 영역 사이의 전기적 접촉을 방지하는 전기적 절연 구조를 형성할 수 있다.
금속형상체는 히트싱크로서, 예를 들어 리브형 및/또는 액체냉각식 히트싱크, 예를 들어 수냉식 히트싱크로서 형성될 수 있다. 이 커패시터 시스템은 전력반도체 회로를 포함하는 전력반도체 모듈의 일부가 될 수 있다. 커패시터 시스템은 전력반도체 회로의 일부가 될 수 있다. 전력반도체 회로는 금속형상체가 전력반도체 회로용 히트싱크로서 작용하는 방식으로 금속형상체에 배치될 수 있다. 금속형상체와 이 금속형상체와 전력반도체 회로 사이의 열전달은 정격 동작중에 금속형상체가 40℃ 미만까지 냉각될 때 전력반도체 회로에서 발생된 폐열의 적어도 70%, 80% 또는 90%까지도 금속형상체에 의해 발산될 수 있는 방식으로 설계될 수 있다.
커패시터의 커패시터층들과 접촉전극들은 통상적으로 특히 커패시터층들을 기계적 손상으로부터 보호하고 접촉전극들을 바람직하지 못한 전기적 접촉으로부터 보호하기 위해 종래기술에 따라서 하우징 속에 봉입될 수 있다. 이런 방식으로 봉입된 커패시터들은 개개의 요소들로서 판매되어 설치되었다. 본 발명의 한가지 교시에 따르면, 제조사에 의한 커패시터의 이런 봉입이 필요 없게 된다. 이렇게 수용되지 않은 커패시터는 그 대신에 금속형상체 내에 배치되는데, 이 금속형상체는 커패시터를 기계적으로 보호할 뿐만 아니라 커패시터의 사용자 응용에 관련된 작용을 달성한다. 예로서, 금속형상체는 커패시터 자체 및/또는 커패시터에 연결된 전력반도체 회로에 대한 히트싱크로서 역할을 할 수 있다. 이런 방법으로 비교적 큰 커패시터를 필요로 하는 전력반도체 회로의 구조크기가 상당히 줄어들 수 있다. 게다가, 큰 커패시터를 갖는 이런 전력반도체 회로의 냉각 및 장착을 간단하게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 커패시터 시스템은 전력반도체 회로를 포함하는 전력반도체 모듈의 일부가 될 수 있다. 이 경우, 전력반도체 회로는 커패시터의 접촉전극에 직접 전기전도적으로 접속되거나 바람직하게는 용접된 접촉 접속부를 가질 수 있다. 큰 커패시터를 갖는 이런 전력반도체 회로의 장착은 이런 방식으로 간단하게 된다. 반드시 이런 용접에 의해 결정되는 전력반도체 회로와 커패시터 사이의 근접성 때문에 전력반도체 모듈의 구조적 크기를 무리하게 증가시킬 필요 없이 전력반도체 회로와 커패시터의 합동냉각이 더욱 촉진된다.
본 발명의 의미 내의 전력반도체 회로는 100V보다 높은, 심지어는 600V보다 높은 정격전압을 갖는 적어도 하나의 반도체 부품을 포함하는 회로가 될 수 있다. 본 발명의 의미내의 전력반도체 회로는 실질적으로 닫힌(낮은 임피던스) 상태와 실질적으로 열린(높은 임피던스) 상태 사이에서 선택적으로 적어도 하나의 제어신호에 따라서 전류경로를 제 1 전위와 제 2 전위 사이에서 전환시키는데 사용될 수 있는 회로가 될 수 있는데, 여기서 제 1 전위와 제 2 전위 사이의 차이는 100V보다 크고, 심지어는 600V보다 크거나, 또는 전류경로를 통해 통상적으로 닫힌 상태에서 흐르는 전류는 100A보다 크거나 심지어 1000A보다 크다.
본 개시내용에서 설명된 특징들은 커패시터 시스템과 관련하여 설명되었지만, 개시된 모든 특징들은 물론 커패시터 시스템을 제조하는 방법에 대해서도 마찬가지로 개시되는 것으로 간주되어야 한다.
본 발명은 도면을 참조하여 보다 상세하기 설명하는 모범적인 실시형태에 근거하여 이하에 설명한다.
본 발명에 따르면, 보다 컴팩트한 구조를 가지고 개량된 커패시터 시스템을 제작할 수 있는 것이다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 커패시터 모듈용 금속형상체의 하측면의 사시도.
도 2는 도 1에 따른 실시형태에 따른 커패시터 모듈용 금속형상체의 상단면의 제 1 사시도.
도 3은 도 1에 따른 실시형태에 따른 커패시터 모듈의 상단면의 제 2 사시도.
도 4는 도 1에 따른 실시형태에 따른 커패시터 모듈용 금속형상체의 개략단면도.
도 5는 도 1에 따른 실시형태에 따른 커패시터 모듈의 개략분해도.
이하의 설명에서, 동일한 참조부호는 동일하거나 동일하게 작용하는 부분들에 대하여 사용된다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 커패시터 모듈(100)의 금속형상체(10)의 하측면의 사시도를 보여주는데, 그 개개의 요소들은 도면에서 이탈한 상태에서 역시 전술한 구조를 취할 수 있다. 도시한 금속형상체(10)는 커패시터(20)는 커패시터(20)를 수용하도록 설계된 오목부(11)를 갖는다(도 1에는 도시하지 않음). 금속형상체(10)는 액체냉각식 히트싱크로서 구현되며 냉각유체를 안내하기 위한 입구(12) 및 액체 출구(13)를 갖는다.
도 2는 도 1에 따른 실시형태에 따른 커패시터 모듈(100)의 금속형상체(10)의 상단면의 제 1 사시도를 보여주는데, 여기서 커패시터 모듈(100)은 전력반도체 모듈(200)의 일부를 형성한다. 여기서 전력반도체 회로(210)들은 금속형상체(10)가 전력반도체 회로(210)에 대한 히트싱크로서 작용하는 방식으로 금속형상체(10)상에 배치된다. 전력반도체 회로(210)는 제 1 접속부(211)를 갖는데, 이를 통해 커패시터(20)(도 2에 도시하지 않음)의 개개의 접점(23, 24)(도 2에 도시하지 않음)과 직접 전기적으로 접촉할 수 있다. 전력반도체 회로(210)는 또한 교류전압 접속부로서 구체화된 제 2 접속부(212)를 갖는다.
도 2의 예시에서, 커패시터 모듈(100)은 아직 커패시터(20)를 구비하고 있지 않다. 도 1과 마찬가지로, 도 2는 커패시터(20)(도 2에 도시하지 않음)를 수용하도록 설계된 오목부(11), 및 금속형상체(10)를 냉각시키기 위한 냉각액체가 통과하는 액체입구(12) 및 액체출구(13)를 보여준다.
도 3은 도 1에 따른 실시형태에 따른 커패시터 모듈(100)의 상단면의 제 2 사시도를 보여주는데, 커패시터 모듈(100)은 전력반도체 모듈(200)의 일부를 형성한다. 도 2에 이미 개시한 바와 같이, 도 3의 예시에서 전력반도체 회로(210)는 금속형상체(10)가 전력반도체 회로(210)에 대한 히트싱크로서 작용하는 방식으로 금속형상체(10)상에 배치된다. 전력반도체 회로(210)는 제 1 접속부(221)를 갖는데, 이를 통해 예를 들어 용접에 의해 커패시터(20)의 각각의 접점(23, 24)과 직접 전기적으로 접촉시킬 수 있다.
도 1 및 도 2와 마찬가지로, 도 3은 금속형상체(10)를 냉각시키기 위한 냉각액체를 안내하기 위한 액체입구(12) 및 액체출구(13)를 보여준다.
도 3의 예시에서, 커패시터 모듈(100)은 커패시터(20)를 구비하고 있는데, 이 커패시터는 금속형상체(10)의 오목부(11)(도 3의 예시에서는 볼 수 없음) 속에 배치된다.
커패시터(20)는 전기절연재료로 구성된 바스켓형상의 스페이서(30)(도 3의 예시에서는 거의 볼 수 없음) 속에 배치되어 있다. 게다가, 커패시터(20)는 매립재료(40)가 스페이서(30)와 함께 커패시터 접속부(23, 24)에서만 제외하고는 커패시터(20)를 완전히 둘러싸서 전기적으로 절연시키는 방식으로 오목부(11) 속에 마련된 전기절연성 매립재료(40)(도 3의 예시에서는 볼 수 없음)에 박혀있다. 스페이서(30)의 일부 부분(33)은 매립재료(40)의 상측 영역을 넘어서 돌출하므로 커패시터(20)의 일부 상측 영역을 기계적으로 보호하고 게다가 전기적으로 절연시킨다.
도 4는 도 1에 따른 실시형태에 따른 커패시터 모듈(100)의 금속형상체(10)의 개략단면도를 보여준다. 금속형상체(10)는 금속형상체(10)를 냉각시키기 위한 냉각액체를 안내하기 위한 액체입구(12) 및 액체출구(13)를 구비하고 있다. 이 경우, 냉각액체는 액체입구(12)로부터 개구(14)를 통해 금속형상체(10)의 공동(15) 속으로 유입할 수 있으며, 공동(15)으로부터 개구(16)를 통해 액체출구(13) 속으로 유입할 수 있다.
금속형상체(10)는 전기절연재료로 구성된 바스켓 형상의 스페이서(30) 속에 배치된 커패시터(20)를 수용하도록 설계된 오목부(11)를 갖는다. 오목부(11)는 전기절연성의 액체매립재료(40)로 부분적으로 채워지는데, 이 매립재료 속에는 커패시터(20)가 스페이서(30)와 함께 눌려질 수 있다. 이 경우, 매립재료(40)는 매립재료(40)가 스페이서(30)와 함께 커패시터(20)와 금속형상체(10) 사이의 공간의 연속영역을 완전히 채우는 방식으로 배치된다. 이 영역의 크기는 물론 매립재료(40)의 양에 따라서 달라진다. 오목부(11)내에 충분한 매립재료(40)가 존재한다면, 커패시터 접속부(23, 24)를 제외하고 커패시터(20)가 완전히 둘러싸여서 전기적으로 절연된다. 스페이서(30)는 돌출부(32)를 갖는데, 이는 커패시터 접속부(23)를 금속형상체(10)로부터 전기적으로 절연시킨다. 스페이서(30)의 일부 부분(33)은 매립재료(40)의 상측 영역을 지나서 돌출하므로 커패시터(20)의 일부 상측 영역을 기계적으로 보호하고 게다가 전기적으로 절연시킨다.
커패시터(20)는 전술한 방식으로 적어도 두 개의 금속접촉전극(21, 22)과 적어도 두 개의 전극 및 유전체로 된 층상적층체를 갖는다. 접촉전극(21, 22)은 커패시터(20)의 외측 영역의 일부를 구성한다. 각각의 접촉전극(21, 22)의 뾰족한 형상부는 커패시터 접속부(23, 24)로서 작용한다.
스페이서(30)는 정확하게 끼워지는 방식으로 커패시터(20)를 수용하는 중공체로서 형성된다. 스페이서(30)의 외측벽의 대부분은 개구부(31)에 의해 개방된다. 따라서 스페이서(30)는 그에 따라서 바스켓 형상의 구조를 갖는다. 스페이서(30)의 상측 엣지에는 선택적인 돌출부(32)가 제공되어 있다. 이 돌출부(32)는 전력반도체 회로(21)의 각각의 커패시터 접속부(23, 24)와 각각의 접속부(211)(도 4에 예시하지 않음) 사이에 연장되는 전류통과선을 금속형상체(10)로부터 전기적으로 절연시키기는 역할을 한다. 스페이서(30)에 돌출부(32)들이 구비되고 따라서 금속형상체에 별개의 요소로서 장착될 필요가 없다는 사실은 전력반도체 모듈(200)의 장착을 간소화시킨다.
도 5는 도 1에 따른 실시형태에 따른 커패시터 모듈(100)의 개략분해도를 보여주는데, 커패시터 모듈(100)은 전력반도체 모듈(200)의 일부를 구성한다. 커패시터 모듈(100)은 금속형상체(10), 커패시터(20) 및 전기절연재로 제조된 스페이서(30)를 갖는다.
금속형상체(10)는 스페이서(30)를 구비한 커패시터(20)를 수용하는 역할을 하는 오목부(11)를 갖는다.
도 5에 예시한 바와 같이, 전력반도체 모듈(200)의 전력반도체 회로(210)들은 금속형상체(10)가 전력반도체 회로(210)에 대한 히트싱크로서 작용하는 방식으로 금속형상체(10)상에 배치될 수 있다. 이 경우, 액체 입구(12)를 통해 금속형상체(10)에 공급된 냉각액체는 제 1 액체라인(도시하지 않음)에 의해 액체입구(12)에 연결된 입구개구부(14)를 통하여 금속형상체(10)의 공동(15) 속으로 유입할 수 있으며 그리고 제 2 액체라인(도시하지 않음)에 의해 액체출구에 연결된 출구개구부(16)를 통해 다시 금속형상체(10)의 공동(15)으로부터 유출될 수 있다. 전력반도체 회로(210)의 하측면은 전력반도체 회로(210)의 전류통과요소로부터 전기적으로 절연되어 있는 것으로서, 냉각액체가 전력반도체 회로(210)의 하측면을 따라서 흐르고 그리고 냉각액체가 공동(15)으로부터 빠져나갈 수 없게 하는 방식으로 공동(15)을 덮을 수 있다. 이런 방법으로 전력반도체 회로(210)에서 발생하는 폐열을 매우 양호하게 발산시킬 수 있게 된다.
커패시터(20)는 전술한 바와 같은 방식으로 적어도 두 개의 금속접촉 전극(21, 22)과, 적어도 두 개의 전극 및 유전체로 된 층상 적층체(25)를 갖는다. 접촉전극(21, 22)은 커패시터(20)의 외측 영역의 일부를 구성한다. 각각의 접촉전극(21, 22)의 뾰족한 형상부는 커패시터 접속부(23, 24)로서 작용한다.
스페이서(30)는 정확히 끼워지는 방식으로 커패시터(20)를 수용하기 위한 중공체로서 형성된다. 스페이서(30)의 외측벽의 대부분은 개구부(31)에 의해 개방된다. 따라서 스페이서(30)는 그에 따른 바스켓 형상구조를 갖는다. 스페이서(30)의 상측 엣지에는 선택적 돌출부(32)가 구비되어 있다. 돌출부(32)들은 전력반도체 회로(210)의 각 접속부와 각각의 커패시터 접속부(23, 24) 사이에 연장되는 전류통과선을 금속형상체(10)로부터 전기적으로 절연시키는 역할을 할 수 있다. 스페이서(30)상에 돌출부(32)가 구비되고 따라서 금속형상체 상에 별개의 요소로서 장착될 필요가 없다는 사실은 전력반도체 모듈(200)의 장착을 간단하게 한다.
도 5에 도시한 전력반도체 모듈(200)은 매우 단순한 장착에 의해 구별된다. 오목부(11) 속에는 도 4에 예로서 도시한 방식으로 매립재료(40)(도 5에는 도시하지 않음)가 도입되어 있다. 스페이서(30)는 이후에 커패시터(20)와 함께 오목부(11) 속으로 가압된다. 전체 영역에 대해서가 아니라고 하더라도 적어도 일부 전류가 통과하는 외측 영역을 갖는 커패시터(20)가 오목부(11)의 측벽, 즉 금속형상체(10)와 접촉하는 것을 스페이서(30)가 방지하는 한편, 스페이서(30) 및 커패시터(20)에 의한 변위 때문에 커패시터(20)와 금속형상체(10) 사이의 공간을 매립재료가 채운다. 커패시터(20)는 매립재료(40)와 스페이서(30)에 의해 금속형상체(10)로부터 전기적으로 절연된다. 매립재료(40)가 경화된 후, 커패시터(20) 및 스페이서(30)는 오목부 속에 영구적으로 고정된다. 도 5에 예시한 실시형태에 있어서, 커패시터 접속부(23, 24)는 오목부(11) 속의 커패시터(20)의 장착 후에 금속형상체(10)에 장착된 전력반도체 회로(210)의 접속부(211)에 근접하게 배치되어 커패시터 접속부(23, 24)가 전력반도체 회로(210)의 접속부(211)에 직접 용접되어 커패시터(20)와 전력반도체 회로(210) 사이에 전기적 접촉을 이루는 방식으로 구현된다.
이 시점에서 도면에 예시된 실시형태들은 본 개시내용에 설명된 어떠한 방식으로도 변경될 수 있음을 분명하게 지적하여야 한다. 또한 이 시점에서 그 자체만으로 그리고 임의의 조합으로 알 수 있는 바와 같은 전술한 모든 특징들과 특히 도면에 예시된 상세부들은 본 발명에 필수적인 것으로서 주장될 수 있다. 그 수정예들은 당업자들에게 잘 알려진 것이다.
10: 금속형상체(metal shaped body)
11: 오목부(depression)
20: 커패시터(capacitor)
21, 22: 접촉전극(contract electrode)
25: 층상적층체(layered stack)
30: 스페이서(spacer)
31: 개구부(opening)
40: 매립재료(potting material)
100: 커패시터 시스템(capacitor system)
210: 전력반도체 회로(power semiconductor circuit)

Claims (14)

  1. 오목부(11)를 갖는 금속형상체(10);
    상기 오목부(11) 속에 적어도 부분적으로 배치되는 커패시터(20);
    전기절연재로 구성되며, 커패시터(20)와 오목부(11) 내의 금속형상체(10) 사이에 적어도 일부가 배치되는 스페이서(30); 및
    상기 오목부(11) 내에 제공된 전기절연성 매립재료(40)를 포함하고,
    상기 스페이서(30)와 상기 매립재료(40)는 커패시터(20)가 금속형상체(10)와 접촉하지 않고 금속형상체(10)로부터 전기적으로 절연되는 방식으로 오목부(11) 내의 커패시터(20)를 배치하며,
    상기 스페이서(30)는 적어도 하나의 개구부(31)를 가지는 바스켓 형상이고,
    상기 매립재료(40)는 개구부(31)를 통하여 연속적인 접속부를 형성하며, 따라서 커패시터(20)와 금속형상체(10) 사이에 열전달이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커패시터(20)는 적어도 두 개의 금속접촉전극(21, 22)과 적어도 두 개의 전극 및 유전체로 이루어진 층상적층체(25)를 가지고,
    상기 접촉전극(21, 22)은 층상적층체(25)의 각 외측영역상에 직접 배치되며,
    상기 접촉전극(21, 22)은 커패시터의 외측영역의 적어도 일부를 구성하는 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스페이서(30)는 층상적층체(25) 및 접촉전극(21, 22) 중의 적어도 하나 또는 금속형상체(10)에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스페이서(30)의 상측에는 돌출부(32)가 형성되는 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스페이서(30)는 끼워지는 방식으로 커패시터(20)를 수용하는 형상을 갖는 중공체인 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속형상체(10)는 수냉식 히트싱크인 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템.
  7. 전력반도체 회로(210); 및
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 커패시터 시스템(100)을 포함하여 이루어지고,
    상기 금속형상체(10)는 히트싱크로서 구현되며, 전력반도체 회로(210)는 금속형상체(10)에 대하여 배치되는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전력반도체 회로(210)는 커패시터(20)의 접촉전극(21, 22)에 전기전도적으로 직접 연결된 접촉 접속부(211)를 갖는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  9. 전기절연재로 만들어진 스페이서(30) 내에 커패시터(20)를 배치하는 단계;
    커패시터(20)를 스페이서(30)와 함께 금속형상체(10)의 오목부(11) 내에 적어도 일부 배치하는 단계; 및
    커패시터(20)와 오목부(11) 사이의 스페이서(30)에 의해 형성된 공동 속에 전기절연성 매립재료(40)를 도입하는 단계;를 포함하고,
    상기 스페이서(30)는 적어도 하나의 개구부(31)를 가지는 바스켓 형상이고,
    상기 매립재료(40)는 개구부(31)를 통하여 연속적인 접속부를 형성하며, 따라서 커패시터(20)와 금속형상체(10) 사이에 열전달이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템의 제조방법.
  10. 전기절연재로 만들어진 스페이서(30) 내에 커패시터(20)를 배치하는 단계;
    금속형상체(10)의 오목부(11) 속에 전기절연성 매립재료(40)를 도입하는 단계;
    커패시터(20)를 스페이서(30)와 함께 금속형상체(10)의 오목부(11) 내에 적어도 일부 배치하는 단계를 포함하고,
    이 경우에 매립재료(40)는 커패시터(20)와 오목부(11) 사이의 스페이서(30)에 의해 형성된 공동 속으로 유입되며,
    상기 스페이서(30)는 적어도 하나의 개구부(31)를 가지는 바스켓 형상이고,
    상기 매립재료(40)는 개구부(31)를 통하여 연속적인 접속부를 형성하며, 따라서 커패시터(20)와 금속형상체(10) 사이에 열전달이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템의 제조방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 스페이서(30)는 상기 금속형상체의 오목부(11) 내에 커패시터(20)를 배치할 때 커패시터(20)가 금속형상체(10)와 접촉하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템의 제조방법.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 스페이서(30)는 끼워지는 방식으로 커패시터(20)를 수용하는 형상을 갖는 중공체인 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템의 제조방법.
  13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 금속형상체(10)는 수냉식 히트싱크인 것을 특징으로 하는 커패시터 시스템의 제조방법.
  14. 삭제
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