KR101900108B1 - 냉각장치를 포함하는 전력 전자 시스템 - Google Patents

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엘드너 나드자
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세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이지
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Abstract

본 발명은 냉각장치를 포함하며, 각각 제 1 절연체, 상기 제 1 절연체에 밀착 연결된 정확히 하나의 제 1 도체 트랙, 상기 제 1 도체 트랙상에 배치된 정확히 하나의 전력 스위치를 포함하는 다수의 서브모듈, 층 순서가 교대로 된 적어도 하나의 전기 전도막 및 적어도 하나의 전기 절연막을 구성된 적어도 하나의 내부 연결 장치를 포함하며, 적어도 하나의 전기 전도막은 적어도 하나의 제 2 도체 트랙을 형성하며, 외부 연결 요소를 포함하는 전력 전자 시스템 및 관련 제조 방법에 관한 것이다. 이 경우, 서브모듈은 그 제 1 주표면이 냉각장치상에 있는 상태에서 밀착 방식으로 또는 강제 록킹 방식으로 그리고 서로 이격되는 방식으로 배치된다. 적어도 하나의 제 2 도체 트랙은 두 개의 서브모듈의 제 1 도체 트랙을 적어도 일부 덮고 이를 서로 전기적으로 연결하며 서브모듈 사이의 공간을 덮는다.

Description

냉각장치를 포함하는 전력 전자 시스템{Power electronic system comprising a cooling device}
본 발명은 바람직하게는 컨버터, 예를 들어 3상 인버터의 형태로 실현된 회로 장치를 형성하기 위한 전력 전자 시스템에 관한 것이다. 이런 시스템은 예를 들어 베이스플레이트를 갖는 전력 반도체 모듈로서, 또는 냉각장치를 포함하는 베이스플레이트 없는 전력 반도체 모듈의 배열체로서 알려져 있다.
독일 특허 제 10 2009 045 181 A1호는 공통 하우징 내의 정류기 및 인버터로 구성된 이러한 전력 전자 시스템을 개시한다. 여러 가지 요구조건을 만족시키기 위해 이 시스템은 두 개의 기판을 갖는데, 이들은 어느 경우라도 양측 주표면상에 금속 박판이 있는 절연체로 형성된다. 시스템의 내부와 대향하는 기판의 각 측면은 금속 박판의 구조화체를 갖는데, 따라서 이 구조화체는 다수의 도체 트랙을 형성한다.
모든 일반적인 전력 전자 시스템에서 요구되는 기본적인 요구조건은 전력 반도체 부품의 전력 손실로 생기는 열이 시스템으로부터 냉각장치로 또는 시스템으로부터 냉각장치를 통해 발산되어야 하는 것이다. 이 경우 시스템은 동작중에 주기적인 온도 변화를 받는다는 것도 고려하여야 한다. 이런 온도 변동은 특히 서로 다른 열팽창계수를 갖는 경우에 전력 전자 시스템의 여러 가지 부품들의 서로에 대한 접속에 스트레스를 가한다.
따라서 이런 전력 전자 시스템의 구성에서 할 수 있는 노력의 목적은 열에 의해 야기된 기계적 부하를 보상하여, 내구성과, 다른 방법으로서 또는 바람직하게는 동시에 열부하 능력을 증대시키기는 것이다. 이를 위해, 독일 특허 제 10 2006 011 995 A1호는 추가의 냉각장치에 대한 연결을 개량하기 위해 다양한 방법으로 전력 반도체 모듈의 베이스플레이트를 분절하여 어느 정도 완전히 차단하는 것을 개시한다. 독일 특허 제 197 07 514 A1호는 분절화에 대하여 예비 굴곡이 있는 추가의 베이스플레이트 섹션을 제공하는 것을 추가로 제안한다.
본 발명은 전력 반도체 부품을 냉각장치에 연결하며 열적 결합 및 기계적 내구성이 향상된 연결부를 갖는 전력 전자 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라서 청구항 1의 특징을 포함하는 전력 전자 시스템에 의해 그리고 또한 청구항 9 및 11의 특징을 포함하는 전력 전자 시스템의 제조 방법에 의해 달성된다. 바람직한 실시형태들은 각각의 종속항에 설명되어 있다.
제시된 전력 전자 시스템은 베이스플레이트를 포함하는 전력 반도체 모듈로서 구현될 수 있는데, 상기 베이스플레이트는 냉각장치의 기능을 수행하며, 통상적으로 보다 효율적인 다른 냉각장치에 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 이는 전기절연성 하우징 내에 배치되어 부하 및 보조 연결부를 구성하는 외부 연결 요소를 포함하는 전력 반도체 모듈의 다양하게 알려진 구성과 일치한다.
마찬가지로, 이 전력 전자 시스템은 냉각장치와 함께 베이스플레이트가 없는 전력 반도체 모듈로서 구현될 수 있다. 이런 전력 반도체 모듈은 마찬가지로 하우징과 전술한 기능성을 갖는 외부 연결 요소를 갖는다.
또한, 전력 전자 시스템은 보다 큰 유니트를 구성하기 위한 서브시스템으로서 구현될 수 있다. 이 경우, 시스템은 바람직하게는 전술한 전력 반도체 모듈에서 알려진 것처럼 자체 하우징을 갖지 않는다. 외부 연결 요소들은 보다 큰 유니트 내에서의 내부 연결용 또는 외부 연결용의 작용을 한다.
이 경우, 전술한 외부 연결 요소들은 다양한 방법으로 구현될 수 있는데, 여기서는 전력 전자 시스템내의 이들 구성중의 단지 하나만을 제공할 수 있는 것은 아니다.
본 발명에 따른 전력 전자 시스템의 어떤 구성이라도 각각의 제 1 주표면이 냉각장치상에 있는 상태에서 밀착 방식으로 또는 강제 록킹 방식 및 서로 이격된 방식으로 배치된 다수의 제 1 절연체를 갖는다. 바람직하게는 세라믹 재료로 구성되는 이들 절연체들은 전력 전자 시스템의 전력 스위치를 그 냉각장치로부터 전기적으로 절연시키는 작용을 한다.
상기 제 1 절연체는 어느 경우라도 본 발명에 따라서 제 1 절연체의 제 2 주표면상에 배치되어 거기에 밀착 연결되는 정확히 하나의 제 1 도체 트랙을 더 갖는 서브모듈의 일부이다. 이 경우, 제 2 주표면은 제 1 주표면의 반대측에 배치되며, 그 결과 각각의 제 1 도체 트랙은 냉각장치의 반대측으로 향하는 지정된 제 1 절연체의 면에 배치된다.
또한, 서브모듈은 다음과 같이 다양한 바람직한 실시형태로 구성되는 정확히 하나의 전력 스위치를 갖는다.
● 전력 스위치는 정확히 하나의 전력 다이오드로서, 또는 정확히 하나의 전력 트랜지스터로서, 또는 본질적으로 구현된 전력 다이오드가 병렬로 역방향으로 연결된 상태의 정확히 하나의 전력 트랜지스터로서 구현될 수 있다.
● 전력 스위치는 정확히 하나의 전력 다이오드가 병렬로 역방향으로 연결된 상태의 정확히 하나의 전력 트랜지스터로서 구현될 수 있다.
● 전력 스위치는 적어도 하나의 전력 다이오드가 병렬로 역방향으로 연결된 상태의 적어도 하나의 전력 트랜지스터로서 구현될 수 있는데, 이 경우에는 적어도 3개의 전력 반도체 부품이 전력 스위치를 형성한다.
전용의 제 1 절연체상에 정확히 하나의 전력 스위치를 포함하는 서브모듈의 이 실시형태에 의해, 전력 스위치에서 발생되는 전력 손실이 냉각장치 쪽으로 매우 효과적으로 발산될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전력 전자 시스템은 층 순서가 교대로 된 적어도 하나의 전기 전도막 및 적어도 하나의 전기 절연막으로 구성된 적어도 하나의 내부 연결 장치를 갖는데, 적어도 하나의 전기 전도막은 적어도 하나의 제 2 도체 트랙을 구성한다. 이 경우, 내부 연결 장치의 적어도 하나의 전기 전도막은 고유한 구조를 가질 수 있으며 다수의 제 2 도체 트랙을 형성한다. 마찬가지로 도체층들을 전기적으로 연결하기 위해 절연층을 관통하는 관통 도금이 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 내부 연결 장치의 일부로서의 적어도 하나의 제 2 도체 트랙은 두 개의 서브모듈 사이의 적어도 하나의 공간을 덮는다. 이를 위해 상기 제 2 도체 트랙은 적어도 부분적으로 덮고 서브모듈의 제 1 도체 트랙과 접촉하므로 이들 두 개의 도체 트랙을 서로 전기적으로 연결시킨다.
서브모듈 사이이 공간은 적어도 하나의 서브모듈 또는 다른 서브모듈의 전체 폭에 걸쳐서 덮이는 것이 아니라 실제로 두 개의 서브모듈 사이의 전체 길이가 덮이는 방식으로 제 2 도체 트랙에 의해 덮인다.
제 2 도체 트랙과 냉각장치 사이의 전기 절연을 보장하기 위해서는 제 2 도체 트랙과 냉각장치 사이의 공간을 절연재로 채우는 것이 유리할 수 있는데, 이때 절연재는 적어도 제 1 절연체 또는 서브모듈의 가장자리 영역 사이의 덮음 영역에서 연장되고 각각 상기 제 1 절연체와 인접하는 방식으로 채워진다. 물론 전기 절연 때문에 상기 절연재를 제 2 도체 트랙 바로 아래뿐만 아니라 그에 대하여 측방에도 제공하는 것이 유리할 수 있다.
이 경우, 상기 절연재는 예를 들어 내부 절연용의 전력 반도체 모듈에서 다양하게 사용되는 것 같은 겔형태 액체로서 구현될 수 있다. 이 구조는 제 1 절연체의 해당 가장자리 영역에 양호하게 연결할 수 있는 이점을 갖는다.
다른 방법으로서, 상기 절연재는 또한 제 1 절연체의 해당 가장자리 구간에 대하여 가압상태로 놓여 있는, 유리하게는 압축성 재료로 구성된 제 2 절연체로서 구현될 수도 있다.
반드시 비압축성 재료로 구성되는 것은 아닌 제 2 절연체와 겔형태의 액체의 조합도 마찬가지로 특정 사용 영역에서 절연재의 구조로서 유리하다.
본 발명에 따른 전력 전자 시스템의 구조의 본질적인 이점은 냉각장치와 각각의 전력 반도체 부품의 실질적인 기계적 분리에 있다. 제 1 도체 트랙은 전형적으로 구리로 구성되기 때문에 전형적으로 알루미늄이나 구리로 구성되는 냉각장치와 유사하거나 심지어 동일한 열팽창계수를 갖는다. 한편, 제 1 절연체 및 전력 반도체 부품은 이보다 상당히 작은 열팽창계수를 갖는다. 이 기판의 실시형태가 제 1 도체 트랙 및 서로 이격된 다수의 제 1 절연체로 구성됨에 의해, 열팽창의 관점에서 보아서 냉각장치에 대한 전력 반도체 부품이 종래 기술에서 알려진 것보다 덜 견고하게 기계적으로 연결된다. 그 결과, 각각의 부품의 연결부들이 더 작은 정도로 기계적으로 부하를 받으며 보다 큰 내구성을 얻는다. 동시에 냉각장치에 대한 전력 반도체 부품의 열적 결합이 특히 바람직한 소결 연결 때문에 대략 최적이 된다.
본 발명에 따르면, 이런 전력 전자 시스템은 다음과 같은 본질적인 단계들, 즉
a) 냉각장치를 제공하는 단계,
b) 제 1 절연체, 이 제 1 절연체에 밀착 연결된 정확히 하나의 제 1 도체 트랙, 상기 제1 도체 트랙상에 배치된 정확히 하나의 전력 스위치로 서브모듈을 형성하는 단계,
c) 바람직하게는 적어도 하나의 절연재를 배치한 직후에 서브모듈을 밀착 방식으로 또는 강제 록킹 방식으로 냉각장치에 연결하는 단계,
d) 층 순서가 교대로 된 전기 전도막 및 전기 절연막으로 적어도 하나의 내부 연결 장치를 형성하는데, 적어도 하나의 전기 전도막은 적어도 하나의 제 2 도체 트랙을 형성하도록 하는 단계, 및
e) 적어도 하나의 제 2 도체 트랙이 서브모듈 사이의 공간을 덮는 방식으로 적어도 하나의 제 2 도체 트랙을 적어도 두 개의 서브모듈의 제 1 도체 트랙에 밀착 연결하는 단계에 의해 제조된다.
유리하게는 상기 단계들은 상기 주어진 순서로 또는 a), b), d), c), e)의 순서로 실시된다.
전술한 본 발명에 따른 방법의 대안 방법으로서, 이런 전력 전자 시스템은 다음과 같은 본질적 단계들, 즉,
a) 냉각장치를 제공하는 단계,
b) 서브모듈의 부분으로서 제 1 절연체 및 각각의 지정된 제 1 도체 트랙을 제공하는 단계,
c) 냉각장치를 제 1 절연체에 밀착 연결하는 단계,
d) 전력 스위치를 각 제 1 도체 트랙 상에 배치하는 단계,
e) 유리하게는 적어도 하나의 절연재를 배치한 직후에 전력 스위치를 지정된 제 1 도체 트랙에 밀착 연결하는 단계,
f) 층 순서가 교대로 된 전기 전도막 및 전기 절연막으로부터 적어도 하나의 내부 연결 장치를 형성하는데, 적어도 하나의 전기 전도막은 적어도 하나의 제 2 도체 트랙을 형성하도록 하는 단계, 및
g) 적어도 하나의 도체 트랙이 서브모듈 사이의 공간을 덮는 방식으로 적어도 하나의 제 2 도체 트랙을 적어도 두 개의 서브모듈의 제 1 도체 트랙에 밀착 연결하는 단계에 의해 제조된다.
유리하게는 상기 단계들은 전술한 순서로 실시되거나 e)단계 및 g)단계가 f)단계 후에 함께 실시된다. 이와는 별개로, c)단계 중에 절연체를 지정된 제 1 도체 트랙에 동시에 연결하는 것이 유리하다.
절연재가 겔형태 액체로만 구성되는 경우, 양 방법에서 겔형태 액체는 제조 공정의 나중의 시점에 맞춰서 배치될 수 있다. 구체적으로 겔형태 액체가 저점도 상태에 있도록 하고 점도가 증가하고 겔형태 상태가 형성되는 열적 또는 그 외의 가교 개시의 결과로서만 이루어지게 하는 방식으로 이런 액체를 형성하는 것이 알려져 있다.
원칙적으로 밀착 연결부로서 제 1 절연체와 냉각장치 사이를 제외하고 전력 전자 시스템의 두 개의 연결 대상부의 모든 연결부를 형성하는 것이 유리하다. 냉각장치와 제 1 절연체 사이의 연결을 위해 강제 록킹 연결이 바로 밀착 연결로서 적합하다.
이런 강제 록킹 연결은 제 1 절연체 상에 압력을 가함에 의해 종래의 방식으로 이루어진다. 이 경우 압력은 제 1 도체 트랙을 통하여 또는 제 1 도체 트랙 및 추가의 구성요소를 통하여 전열체에 직접 가해질 수 있다.
밀착 연결부로서는 다양한 솔더 연결 구조가 적합하며, 바람직하게는 뛰어난 기계적 및 열적 부하 능력, 내구성 및 전류 운반 능력 때문에 소결 연결부가 적합하다. 이런 소결 연결부를 형성하기 위해, 전통적으로 실시하는 것은 연결 상대부의 연결 위치에 귀금속 표면을 제공하고, 두 개의 연결 위치 사이에 연결 수단으로서 귀금속 함유 소결 페이스트를 배치하고, 연결 상대부를 압력 소결 장치에 의해 고압 및 적정 온도에서 연결하는 것이다. 이 소결법의 본 실시형태에 있어서, 다수의 연결부, 예를 들어 전력 스위치를 전술한 형태의 내부 연결 장치와 제 1 도체 트랙에 연결하는 연결부들도 동시에 형성된다. 그러나 동시 연결을 위해 연결 상대부들의 다른 조합을 선택하는 것도 마찬가지로 유리할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력 반도체 부품을 냉각장치에 연결하며 열적 결합 및 기계적 내구성이 향상된 연결부를 갖는 전력 전자 시스템을 제공할 수 있고, 냉각장치와 각각의 전력 반도체 부품의 실질적인 기계적 분리에 이점이 있다.
본 발명의 해결수단을 도 1 내지 도 7에 따라서 예시적 실시형태에 근거하여 더욱 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 하나 또는 다수의 전력 전자 시스템에 의해 구현될 수 있는 전형적인 회로 장치를 보여주는 도.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 제 1 제조 방법의 단계들을 보여주는 도.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 제 2 제조 방법의 단계들을 보여주는 도.
도 1은 본 발명에 따른 하나 또는 다수의 전력 전자 시스템에 의해 구현될 수 있는 전형적인 회로 장치인 3상 브릿지 회로를 보여준다. 이 3상 브릿지 회로의 3개의 하프 브릿지 각각은 여기서 그 상세 정도가 서로 다르게 도시되어 있다.
첫 번째 좌측 하프 브릿지 회로는 일반적인 도해를 보여주는데, "TOP"라고도 부르는 첫 번째 상측 전력 스위치(10) 및 "BOT"라고도 부르는 두 번째 하측 전력 스위치(12)를 갖는다. 이들 전력 스위치(10, 12)는 직류전압원에 연결되는 한편, 그 중앙 탭은 제 1 상의 교류전압 출력을 형성한다.
추가의 하프 브릿지 회로에는 여러 가지 보다 구체적인 구조가 도시되어 있다. 예로써, 전력 스위치(10, 12)는 외부 또는 고유한 전력 다이오드(106, 126)가 병렬로 역방향으로 연결된 전력 트랜지스터(102, 122)로서 구현될 수 있다. 마찬가지로 전력 스위치를 형성하기 위해 다수의 이런 변형이 제공될 수 있다. 예로써, 여기서는 상측 전력 스위치(10) 및 하측 전력 스위치(12)에 대하여 두 개의 전력 트랜지스터(102, 104, 122, 124) 및 두 개가 전력 다이오드(106, 108, 126, 128)가 제공된다.
본 발명에 따른 전력 전자 시스템은 이제 전술한 하프 브릿지 회로 중의 적어도 하나를 형성할 수 있지만 세 개 모두를 동시에 형성할 수도 있다. 원칙적으로 예를 들어 브릿지 회로 당 두 개 이상의 직렬로 연결된 전력 스위치를 갖는 직류 전압 브릿지 또는 멀티레벨 브릿지 회로 같은 다른 회로 접속 형태도 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 제 1 제조방법의 단계들을 보여준다. 도 2는 전력 전자 시스템과 두 개의 서브모듈(16)을 제조하는 한 단계를 발췌하여 개략적으로 보여준다. 이 도해는 냉각장치(14), 두 개의 제 1 절연체(160)를 보여주는데, 각 절연체는 그 위에 제 1 도체 트랙(162)이 이미 배치되어 있다. 이와 이격되는 방식으로 전력 다이오드(106)는 본 발명에 따라서 제공된 전력 스위치(10, 12)의 한 가지 가능한 구조로서 각각 도시되어 있다. 상기 전력 다이오드(106)는 지정된 제 1 도체 트랙(162)에 밀착 연결되며, 이를 위해 연결 수단(114)이 제공된다. 각각의 전력 다이오드(106), 보다 일반적으로는 각각의 전력 스위치(10, 12), 및 제 1 도체 트랙(162)을 갖는 제 1 절연체(160)는 서브모듈(16)을 구성하며, 따라서 전력 전자 시스템의 기본적인 독창적 요소를 구성한다.
이 서브모듈(16)은 연결 수단(144)에 의해 냉각장치(14)에 밀착 연결된다. 먼저 서브모듈(16)을 완전히 형상한 다음에 개별 서브모듈(16)을 냉각장치(14)에 연결하는 것이 유리할 수 있다. 이 경우, 개별 서브모듈(16)은 이미 제 1 전자 테스트에 공급될 수 있고, 성공적으로 테스트된 서브모듈(16)만이 이후에 더 합체된다. 서브모듈(16)을 냉각장치(14)에 연결하는 것이 강제 록킹 방식으로 도시하지 않은 방법으로 이루어지는 경우는 물론 이 연결을 제조방법의 시간에 맞춰 나중의 시점에만 제공하는 것이 편리하다.
특히 동일한 타입의 밀착 연결을 제공할 때 제조경제의 이유로, 도시된 구성부품들을 단일 제조 단계에서 밀착 연결하는 것이 유리할 수도 있다.
도 3은 고유한 구조의 전기 전도막(310, 312, 314), 전기 절연막(320) 및 다시 한 번 고유한 구조의 전기 전도막(330, 332)의 층 순서로 구성된 내부 연결장치(30)를 보여준다.
이 경우, 전력 전자 시스템의 회로 합치 내부 연결부를 형성할 수 있도록 하기 위해 종래 기술에서 다양한 구조로 이미 알려진 것 같은 도금 통공(340)도 제공된다. 정확히 이 목적으로 개별 전도층들은 고유한 구조를 가지며 다수의 도체 트랙을 형성한다.
이들 도체 트랙중의 하나는 서브모듈(16)의 제 1 도체 트랙(162)을 본 발명에 따라서 서로 연결하기 위한 제 2 도체 트랙(310)을 형성한다. 상기 제 2 도체 트랙(310)을 제 1 도체 트랙(162)에 연결하는 것은 이 경우에 적절히 제공된 연결 수단(354)에 의한 밀착 연결에 의해 다시 한 번 이루어지는데, 연결 수단의 하나만이 도시되어 있다. 이들 접촉 위치에서 제 2 도체 트랙(310)은 제 1 도체 트랙(162)을 덮고 있다. 전술한 방식과 같이, 내부 연결 장치(30)의 전기 전도막(314)도 각각의 서브모듈(16)의 전력 스위치(10, 12)의 전력 다이오드(106, 108)의 접촉 부위에 연결된다. 이를 위해, 상기 접촉 부위는 제 1 절연체(160)의 반대측으로 향하는 전력 다이오드(106, 108)의 면에 제공된다.
도 4는 내부 연결 장치(30)를 서브모듈에 대하여 배치한 후의 본 발명에 따른 전력 전자 시스템의 발췌부를 보여주는데, 여기서 두 개의 전기 전도막 및 전기 절연막이 교대로 된 층 순서에 의한 내부 연결 장치(30)의 플렉시블한 구조가 명확해진다.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 제 2 제조방법의 단계들을 보여준다. 이 경우, 도 5는 냉각 장치(14)를 제 1 절연체(160)와 제 1 도체 트랙(162)에 연결하는 것을 보여준다. 유리하게는, 이들 3개의 구성부품은 하나의 제조 단계에서 서로 연결된다. 다른 방법으로서, 먼저 제 1 도체 트랙(162)을 제 1 절연체(160)에 연결한 다음에 제 1 절연체를 냉각장치(14)에 연결하는 것도 가능하다.
도 6은 도 3에 관하여 이미 설명한 내부 연결 장치(30)를 보여준다. 유리한 방식으로, 상기 장치는 지정된 연결 수단(364)에 의해 전력 다이오드(106, 108)의 실시형태에서 도시된 전력 스위치(10, 12)에 밀착 연결된다.
그 다음 단계에서, 전력 다이오드(106, 108) 및 내부 연결 장치(30)로 구성된 복합조립체는 지정된 연결 수단(354)에 의해 냉각장치(14), 제 1 절연체(160) 및 제 1 도체 트랙(162)으로 구성된 복합조립체에 밀착 연결된다.
다른 방법으로서, 내부 연결 장치(30) 및 전력 다이오드(106, 108)는 한 제조 단계에서 지정된 연결 수단(354, 364)에 의해 냉각장치(14), 제 1 절연체(160) 및 제 1 도체 트랙(162)로 구성된 복합조립체에 밀착 연결될 수 있다.
도 7은 냉각장치(14), 그 위에 배치된 서브모듈(16) 및 내부 연결 장치(30)를 포함하며 전술한 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 전력 전자 시스템의 발췌부를 보여준다. 이 경우 상기 내부 연결 장치(30)의 전기 전도막의 구성에 의해 형성된 제 2 도체 트랙(310)은 서브모듈(16), 특히 그 제 1 도체 트랙(162)들을 회로 합치 방식으로 서로 연결한다. 내부 연결 장치(30)는 전력 전자 시스템의 내부 회로 합치 연결에 도움이 될 뿐만 아니라 추가의 과정(도시하지 않음)에서 자체가 외부 연결 요소를 구성하거나 외부 연결 요소에 연결될 수 있다.
따라서 상기 제 2 도체 트랙(310) 아래의 서브모듈(16)이 가장자리 영역(166) 사이에는 상기 제 2 도체 트랙(310)과 냉각장치(14) 사이에 공간(18)이 생긴다. 상기 공간(18) 내의 필요한 위치에는 절연재(40, 42)가 제공되는데, 상기 절연재는 발췌확대도에서 겔형태의 액체(42)로서 또는 제 2 압축성 절연체(40)로서 구현된다. 양 구조는 조합으로 함께 제공될 수도 있음은 물론이다.
10, 12: 전력 스위치(power switch)
14: 냉각장치(cooling device)
16: 서브모듈(submodule)
30: 내부 연결 장치(internal connecting device)
102, 104, 122, 124: 전력 트랜지스터(power transistor)
106, 108, 126, 128: 전력 다이오드(power transistor)
160: 제 1 절연체(first insulating material body)
162: 제 1 도체 트랙(first conductor track)
310, 312, 314, 330, 332: 전기 전도막(electrically conductive film)
320: 전기 절연막(electrically insulating film)

Claims (15)

  1. 냉각장치(14)를 포함하며, 각각 제 1 절연체(160), 상기 제 1 절연체에 밀착 연결된 정확히 하나의 제 1 도체 트랙(162), 상기 제 1 도체 트랙(162) 상에 배치된 정확히 하나의 전력 스위치(10, 12)를 포함하는 다수의 서브모듈(16), 층 순서가 교대로 된 적어도 하나의 전기 전도막(310, 312, 314, 330, 332) 및 적어도 하나의 전기 절연막(320)으로 구성된 적어도 하나의 내부 연결 장치(30)를 포함하며, 적어도 하나의 전기 전도막은 적어도 하나의 제 2 도체 트랙(310)을 형성하며, 외부 연결 요소를 포함하는 전력 전자 시스템으로서,
    서브모듈(16)은 제 1 주표면이 냉각장치(14) 상에 있는 상태에서 밀착 방식으로 또는 강제 록킹 방식으로 배치되고, 서브모듈(16)은 서로 이격되는 방식으로 배치되며,
    적어도 하나의 제 2 도체 트랙(310)은 두 개의 서브모듈(16)의 제 1 도체 트랙(162)을 적어도 일부 덮고 이를 서로 전기적으로 연결하며 서브모듈(16) 사이의 공간(18)을 덮는 것을 특징으로 하는 전력 전자 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 전력 스위치(10, 12)는 정확히 하나의 전력 다이오드로서, 또는 정확히 하나의 전력 트랜지스터로서, 또는 전력 다이오드가 병렬로 역방향으로 연결된 상태의 정확히 하나의 전력 트랜지스터로서 구현되는 것을 특징으로 하는 전력 전자 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 전력 스위치(10, 12)는 정확히 하나의 전력 다이오드(106, 126)가 병렬로 역방향으로 연결된 상태의 정확히 하나의 전력 트랜지스터(102, 122)로서 구현되는 것을 특징으로 하는 전력 전자 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 전력 스위치(10, 12)는 적어도 하나의 전력 다이오드(106, 108, 126, 128)가 병렬로 역방향으로 연결된 상태의 적어도 하나의 전력 트랜지스터(102, 104, 122, 124)로서 구현되는 것을 특징으로 하는 전력 전자 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 1 절연체(160)는 세라믹 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 전자 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 내부 연결 장치의 적어도 하나의 전기 전도막은 다수의 제 2 도체 트랙(310, 312)을 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 전자 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 2 도체 트랙(310)으로 덮여지는 두 개의 서브모듈(16) 사이의 적어도 하나의 공간(18)은 적어도 서브모듈(16)의 가장자리 영역(166) 사이의 덮음 영역에서 연장되는 방법으로 절연재(40, 42)로 채워지며, 각각 상기 서브모듈(16)에 이웃하는 방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는 전력 전자 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 절연재는 제 2 절연체(40)로서 또는 겔형태 액체(42)로서 또는 이들의 조합으로서 구현되는 것을 특징으로 하는 전력 전자 시스템.
  9. 냉각장치(14), 다수의 서브모듈(16), 적어도 하나의 내부 연결 장치(30) 및 외부 연결 요소를 포함하는 전력 전자 시스템의 제조 방법으로서,
    a) 냉각장치(14)를 제공하는 단계,
    b) 제 1 절연체(160), 제 1 절연체에 밀착 연결된 정확히 하나의 제 1 도체 트랙(162), 상기 제 1 도체 트랙(162) 상에 배치된 정확히 하나의 전력 스위치(10, 12)로 서브모듈(16)을 형성하는 단계,
    c) 서브모듈(16)을 밀착 방식으로 또는 강제 록킹 방식으로 냉각장치(14)에 연결하는 단계,
    d) 층 순서가 교대로 된 전기 전도막 및 전기 절연막으로 적어도 하나의 내부 연결 장치(30)를 형성하는데, 적어도 하나의 전기 전도막은 적어도 하나의 제 2 도체 트랙(310)을 형성하도록 하는 단계, 및
    e) 적어도 하나의 제 2 도체 트랙(310)이 서브모듈(16) 사이의 공간(18)을 덮는 방식으로 적어도 하나의 제 2 도체 트랙(310)을 적어도 두 개의 서브모듈(16)의 제 1 도체 트랙(162)에 밀착 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제조 방법은 a), b), d), c), e)의 순서로 실시되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  11. 냉각장치(14), 다수의 서브모듈(16), 적어도 하나의 내부 연결 장치(30) 및 외부 연결 요소를 포함하는 전력 전자 시스템의 제조 방법으로서,
    a) 냉각장치(14)를 제공하는 단계,
    b) 서브모듈(16)의 부분으로서 제 1 절연체(160) 및 각각의 지정된 제 1 도체 트랙(162)을 제공하는 단계,
    c) 냉각장치(14)를 제 1 절연체(160)에 밀착 연결하는 단계,
    d) 전력 스위치(10, 12)를 각 제 1 도체 트랙(162) 상에 배치하는 단계,
    e) 전력 스위치(10, 12)를 지정된 제 1 도체 트랙(162)에 밀착 연결하는 단계,
    f) 층 순서가 교대로 된 전기 전도막 및 전기 절연막으로부터 적어도 하나의 내부 연결 장치(30)를 형성하는데, 적어도 하나의 전기 전도막은 적어도 하나의 제 2 도체 트랙(310)을 형성하도록 하는 단계, 및
    g) 적어도 하나의 제 2 도체 트랙(310)이 서브모듈(16) 사이의 공간을 덮는 방식으로 적어도 하나의 제 2 도체 트랙(310)을 적어도 두 개의 서브모듈(16)의 제 1 도체 트랙(162)에 밀착 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제조 방법은 e)단계 및 g)단계가 f)단계 후에 함께 실시되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, c)단계 중에 제 1 절연체(160)들은 지정된 제 1 도체 트랙(162)에 동시에 연결되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  14. 제 9 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제 2 도체 트랙(310)이 서브모듈(16) 사이의 공간(18)을 덮는 방식으로 적어도 하나의 제 2 도체 트랙(310)을 적어도 두 개의 서브모듈(16)의 제 1 도체 트랙(162)에 밀착 연결하는 단계 전에, 적어도 두 개의 서브모듈(16) 사이에 절연재(40, 42)가 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  15. 제 9 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 밀착 연결부를 형성하기 위해 연결 수단(114, 144, 354, 364)으로서 소결 페이스트가 제공되며, 상기 연결부는 어느 경우라도 압력 소결 장치에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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