KR101941711B1 - 전력 반도체 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전력 반도체는 적어도 하나의 전력 반도체 소자가 배치된 지지 플레이트를 갖는다.

Description

전력 반도체{Power semiconductor}
본 발명은 하우징, 전력 단자 및 제어 단자를 구비한 전력 반도체에 관한 것이다.
예를 들어 공지된 IGBT를 포함하는 상기 전력 반도체는 예컨대 전자 공학의 다양한 분야에서, 예를 들어 전기 모터용 구동 제어장치에서 사용된다.
EP 0 513 410 B1호 및 DE 196 46 396 C2호에 전력 반도체 모듈이 공지되어 있으며, 상기 전력 반도체 모듈은 전기 절연 기판을 포함하고, 상기 기판 위에 전력 반도체 소자들을 포함하는 회로 장치가 배치된다. 기판은 플라스틱 하우징의 베이스를 형성하고, 상기 하우징은 회로 장치를 둘러싼다. 회로 장치와 접속하는 반도체 소자의 전력 단자들은 하우징을 통해 외부로 연장된다. 하우징은 회로 장치의 보호를 위해 밀봉제로 채워진다. 하우징에 있는 고정점들은 히트 싱크와 모듈을 나사로 결합하는데 이용된다.
EP 1 976 358 B1호에는 절연 세라믹 기판으로 이루어지고 하우징의 베이스를 형성하는 지지 플레이트를 포함하는 전력 반도체가 공지되어 있다. 지지 플레이트는 상측 면과 하측 면에 금속층을 갖고, 이 경우 상부 금속층은 도체 트랙을 형성하기 위해 구조화된다. 전력 반도체 소자와 반도체 소자의 전력 단자 및 제어 단자는 상기 도체 트랙에 전기 접속된다. 전력 및 제어 단자들은 하우징으로부터 측면으로 유도되어 나온다. 전력 반도체의 전력 및 제어 단자들은 SMD(Surface-Mounted Device)라고도 하는 표면 실장 소자의 단자로서 형성된다. SMD 소자는 프린트 회로기판상에 설치된다.
하우징 내부에 놓인 전력 및 제어 단자 섹션과 지지 플레이트 사이 및 하우징 외부에 놓인 전력 및 제어 단자 섹션과 프린트 회로기판 사이의 공간 거리와 연면 거리인 전기 작동에 요구되는 절연 거리를 유지하기 위해, 전력 및 제어 단자들은 하우징 내에서 먼저 지지 플레이트로부터 떨어져서 수직으로, 하우징을 통해 측면 외부로, 그리고 프린트 회로기판에 대해 수직으로 연장되도록 형성된다. 모든 전력 및 제어 단자들은 동일한 간격을 갖는다.
본 발명의 과제는 개선된 기술적 특성을 갖는 전력 반도체를 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 청구범위 제 1 항에 제시된 특징에 의해 해결된다. 종속 청구항은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전력 반도체는 적어도 하나의 전력 반도체 소자가 배치된 지지 플레이트를 갖는다. 적어도 하나의 전력 반도체 소자를 포함하는 지지 플레이트는 적어도 부분적으로 하우징에 의해 둘러싸인다. 적어도 하나의 전력 반도체 소자에 전력 단자들 및 제어 단자들이 전기 접속되고, 상기 전력 및 제어 단자들은 하우징으로부터 유도되어 나온다.
본 발명에 따른 전력 반도체는, 하우징의 한 측면에는 전력 단자들이 일렬로 배치되고 하우징의 다른 측면에는 제어 단자들이 일렬로 배치되는 것을 특징으로 한다. 이 경우 나란히 배치된 전력 단자들 사이의 간격은 나란히 배치된 제어 단자들 사이의 간격보다 크다. 하우징의 2개의 측면에 전력 및 제어 단자들이 특수하게 배치됨으로써 특히 고전압과 전류에 사용시 개선된 전기 특성이 주어지는데, 그 이유는 공간 거리와 연면 거리인 절연 거리가 공지된 전력 반도체의 경우보다 크기 때문이다.
바람직한 실시예에서 전력 단자들은 제어 단자들보다 큰 횡단면을 가지므로, 전력 반도체는 고전류의 접속에 적합하다.
전력 및 제어 단자들의 상기 배치 외에도 단자들이 특수하게 형성됨으로써 임계적 공간 거리 또는 연면 거리가 저지된다. 전력 및 제어 단자들은 다른 바람직한 실시예에서 하우징으로부터 측면으로 연장된 제 1 섹션, 제 1 섹션으로부터 프린트 회로기판으로 연장된 제 2 섹션 및 제 2 섹션으로부터 측면 외부로 연장된 제 3 섹션을 갖는다. 바람직하게 각각의 섹션들은 약 90˚의 각도를 형성한다.
지지 플레이트 상에 다수의 전력 반도체 소자들이 배치될 수 있다. 특히 바람직한 실시예는 지지 플레이트 상에 2개의 전력 반도체 소자들을 배치하는 것이다. 전력 반도체 소자들은 공통의 전력 단자들과 별도의 제어 단자들을 포함하고, 상기 전력 단자들은 하우징의 한 측면에 배치되고, 상기 제어 단자들은 하우징의 다른 측면에 배치된다. 제 1 전력 반도체 소자에 할당된 제어 단자들은 하우징의 제 1 열에 나란히 배치되고, 제 2 반도체 전력 소자에 할당된 제어 단자들은 제 2 열에 나란히 배치된다. 바람직하게 제어 단자들의 제 1 열과 제 2 열 사이의 간격은 제 1 열과 제 2 열의 인접한 제어 단자들 사이의 간격보다 크다. 이러한 특수한 배치에 의해 제어 단자들은 개별 그룹으로 나뉘고, 이 경우 각각의 그룹의 단자들은 하나의 전력 반도체에만 할당된다. 이로써 전위와 관련해서 더 분명하게 서로 구별될 수 있는 상이한 그룹의 제어 단자들은 충분한 절연 거리로 배치되는 한편, 전위와 관련해서 거의 구별할 수 없는 한 그룹의 제어 단자들은 조밀하게 나란히 배치된다. 제어 단자의 제 1 열과 제 2 열 사이의 간격은 인접한 전력 단자들의 간격에 상응하거나 더 작을 수 있다.
어떤 소자가 전력 반도체 모듈인지는 본 발명에서 기본적으로 중요하지 않다. 전력 반도체 모듈은 예컨대 IGBT, MOSFET 또는 다른 공지된 전력 반도체 소자일 수 있다.
히트 싱크 상에 설치를 위해 히트 싱크를 향한 지지 플레이트의 측면은 바람직하게 하우징과 동일 평면으로 끝난다.
하기에서 본 발명의 실시예는 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 반도체의 실시예의 후면 사시도.
도 2는 도 1의 전력 반도체의 평면도.
본 발명에 따른 전력 반도체 소자는 하우징(1)을 포함하고, 상기 하우징은 바람직하게 절연 재료, 예컨대 에폭시 재료로 이루어진다. 하우징(1)은 적어도 부분적으로 금속으로 제조될 수도 있다. 도 1 및 도 2는 상이한 관점에서 전력 반도체의 하우징을 도시한다. 전력 반도체는 상기와 같이 공지되어 있으므로, 전력 반도체 소자의 설명 및 하우징 내부에서 상기 전력 반도체 소자들의 접속에 대한 설명은 생략된다. 이 실시예에서 사각형의 납작한 하우징은 25 mm x 23 mm x 5.5 mm의 치수를 갖는다.
하우징(1)은 절연 세라믹 기판으로 이루어진 지지 플레이트(2)를 부분적으로 둘러싸고, 지지 플레이트(2)는 하우징(1)의 베이스(3)를 형성한다. 지지 플레이트(2)는 하우징을 향한 측면에는 물론 하우징으로부터 떨어져 있는 측면에 금속층을 갖고, 이 경우 하우징을 향한 금속층은 회로 장치의 도체 트랙에 상응하게 구조화된다. 이 실시예에서 상기 구조화된 금속층에 도면에 도시되지 않은 2개의 전력 반도체 소자들, 예컨대 IGBT들이 배치된다. 전력 반도체 소자들의 하측면에는 구조화된 금속층이 납땜될 수 있다. 전력 반도체 소자들의 상측면에는 도시되지 않은 본딩 와이어에 의해 구조화된 금속층의 도체 트랙이 전기 접속되고, 이 경우 본딩 와이어의 단부들은 각각 전력 반도체 소자 및 도체 트랙과 납땜된다. 전력 반도체는 도시되지 않은 히트 싱크 상에 장착되고, 이 경우 하우징의 베이스(3)는 히트 싱크 위에 배치된다.
2개의 전력 반도체 모듈은 전력 단자(4, 5, 6)들 및 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들을 갖는다. 2개의 전력 반도체 소자들의 전력 단자(4, 5, 6)들은 이 실시예에서 하우징(1)으로부터 측면으로 유도되어 나온 3개의 공통의 전력 단자들이다. 2개의 전력 반도체 소자들은 각각 3개의 별도의 제어 단자(7, 8, 9 또는 10, 11, 12)들을 포함하고, 상기 제어 단자도 하우징(1)으로부터 유도되어 나온다.
전력 및 제어 단자(4 내지 12)들은 스트랩 형태로 형성된 단자이고, 상기 단자은 표면 실장 소자, 즉 SMD 소자(Surface Mounted Device)의 단자로서 형성된다. 모든 단자들은 하우징(1)으로부터 측면 외부로 연장된 제 1 섹션(A)을 포함한다. 상기 제 1 섹션(A)에 도시되지 않은 프린트 회로기판을 향하는 제 2 섹션(B)이 연결되고, 상기 제 2 섹션은 제 1 섹션과 거의 90˚의 각도를 형성한다. 제 2 섹션(B)은 외부로 향한 제 3 섹션(C)으로 이어지고, 상기 제 3 섹션은 제 2 섹션(B)과 함께 다시 거의 90˚의 각도를 형성한다. 각각의 단자의 제 3 섹션은 도시되지 않은 프린트 회로기판과 전기 접속된다. 전력 및 제어 단자들(4 내지 12)의 횡단면은 상이하고, 이 경우 전력 단자(4, 5, 6)들은 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들보다 큰 횡단면을 갖는다.
전력 단자(4, 5, 6)들은 하우징의 하나의 종측면에 균일한 간격 a로 일렬로 배치되는 한편, 인접한 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들은 하우징의 다른 종측면에 간격 b로 일렬로 배치된다. 인접한 전력 단자(4, 5, 6)들 사이의 간격 a는 외부 전력 단자과 하우징의 가장자리 사이의 간격보다 크다. 2개의 전력 반도체 소자들의 인접한 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들은 제 1 그룹(7, 8, 9)과 제 2 그룹(10, 11, 12)을 형성하고, 상기 제1 그룹과 제2 그룹은 하우징(1)의 다른 종측면 에 간격 c로 나란히 배치되고, 상기 간격 c는 한 그룹의 인접한 제어 단자(4, 5, 6)들 사이의 간격 b보다 크다. 간격 c는 간격 a에 상응하거나 또는 간격 a보다 작다. 전력 및 제어 단자들의 특수한 배치 및 특수한 형상에 의해 고전압 및 고전류에서 전기 작동을 위해 충분한 공간 거리와 연면 거리가 제공되므로, 반도체 소자의 전기적 특성이 개선된다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 전력 반도체 소자가 배치된 지지 플레이트(2)와
    적어도 하나의 전력 반도체 소자를 포함하는 지지 플레이트를 적어도 부분적으로 둘러싸는 하우징(1)
    을 포함하는 전력 반도체로서, 상기 적어도 하나의 전력 반도체 소자는 상기 하우징(1)에서 나오는 전력 단자 및 제어 단자(4 내지 12)에 전기 접속되고,
    상기 전력 반도체는 방열체 상에 장착되고,
    전력 단자(4, 5, 6)들은 상기 하우징(1)의 한 측면에 일렬로 배치되고, 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들은 상기 하우징의 다른 측면에 일렬로 배치되고, 인접한 상기 전력 단자(4, 5, 6)들 사이의 간격(a)은 인접한 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들 사이의 간격(b)보다 크고,
    두 개의 전력 반도체 소자가 상기 지지 플레이트 상에 배치되고, 상기 전력 반도체 소자는 상기 하우징(1)의 한 측면에 배치된 공통의 전력 단자(4, 5, 6)들과 별도의 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들을 포함하고, 제 1 전력 반도체 소자에 할당된 제어 단자(7, 8, 9)들은 상기 하우징의 다른 측면에 제 1 열로 나란히 배치되고, 제 2 전력 반도체 소자에 할당된 제어 단자(10, 11, 12)들은 상기 하우징의 다른 측면에 제 2 열로 나란히 배치되고,
    상기 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들의 상기 제 1 열과 상기 제 2 열 사이의 간격(c)은 상기 제 1 열과 제 2 열의 상기 제어 단자(7, 8, 9 또는 10, 11, 12)들 사이의 간격(b)보다 크고,
    상기 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들의 상기 제 1 열과 상기 제 2 열 사이의 간격(c)은 상기 전력 단자(4, 5, 6)들 사이의 간격(a)에 상응하거나 상기 전력 단자(4, 5, 6)들 사이의 간격(a)보다 작고,
    상기 지지 플레이트(2)는 상기 하우징(1)의 베이스(3)를 형성하는 절연 세라믹 기판으로 이루어지고 상기 하우징을 향한 측면과 상기 하우징으로부터 떨어져 있는 측면 모두에 금속층을 갖고,
    상기 전력 단자(4, 5, 6)들과 상기 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들은 표면 실장 소자(SMD)의 단자로서 구성되는 브라켓 형상의 단자들이고,
    상기 전력 단자(4, 5, 6)들과 상기 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들은 하우징(1)으로부터 측면으로 연장된 제 1 섹션(A), 상기 제 1 섹션으로부터 프린트 회로기판을 향해 연장된 제 2 섹션(B) 및 상기 제 2 섹션으로부터 측면 외부로 연장된 제 3 섹션(C)을 포함하고,
    상기 방열체를 향해 있는 상기 지지 플레이트(2)의 측면은 상기 하우징(1)과 동일한 평면이고,
    상기 하우징(1)을 향해 있는 상기 지지 플레이트(2)의 금속층은 회로 장치의 도체 트랙에 상응하여 구조화된 것을 특징으로 하는,
    전력 반도체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 단자(4, 5, 6)들은 상기 전력 반도체 소자의 상기 제어 단자(7, 8, 9, 10, 11, 12)들보다 큰 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는,
    전력 반도체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 전력 반도체 소자는 IGBT인 것을 특징으로 하는,
    전력 반도체.
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