KR102354246B1 - 전력 반도체 디바이스 - Google Patents

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KR102354246B1
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semiconductor device
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발터 크리스티안
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세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이지
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Abstract

본 발명은 기판과, 기판 상에 배치되고 기판에 전기 도전적으로 연결된 전력 반도체 구성 요소를 포함하는 전력 반도체 디바이스에 있어서, 전기 도전성 DC 전압 부스바 시스템과, 상기 DC 전압 부스바 시스템에 전기 도전적으로 연결된 커패시터를 포함하고, 상기 전력 반도체 디바이스는 상기 커패시터를 고정하기 위해 상기 커패시터의 적어도 부분이 배치되는 커패시터를 수용하기 위한 리셉터클 디바이스를 포함하는 커패시터 고정 장치를 구비하고, 상기 DC 전압 부스바 시스템으로부터 상기 시스템에 전기 도전적으로 연결된 전기 도전성 부스바 시스템의 단자 요소는 기판의 방향으로 연장되고, 상기 커패시터 고정 장치에 실질적으로 접합되고 엘라스토머로부터 형성되는 적어도 하나의 탄성적인 제 1 변형 요소는 DC 전압 부스바 시스템을 향하는 커패시터 고정 장치의 면 상에 배치되며, 상기 전력 반도체 디바이스는 상기 커패시터 고정 장치가 적어도 하나의 제 1 변형 요소를 통해 상기 DC 전압 부스바 시스템을 기판의 방향으로 가압하여 상기 부스바 시스템의 단자 요소가 상기 기판의 전기 도전성 접촉 영역과 전기 도전적으로 압력 접촉되도록 상기 기판의 전기 도전성 접촉 영역에 상기 부스바 시스템의 단자 요소를 가압한다.

Description

전력 반도체 디바이스{Power semiconductor device}
본 발명은 전력 반도체 디바이스에 관한 것이다.
DE 10 2009 046 403 B4는 기판과, 기판 상에 배치되고 기판에 전기 도전적으로 연결된 전력 반도체 구성 요소를 포함하는 전력 반도체 디바이스에 대하여 개시하고 있으며, 전기 도전성 DC 전압 부스바(busbar) 시스템과, 상기 DC 전압 부스바 시스템에 전기 도전적으로 연결된 커패시터를 포함하고, 상기 전력 반도체 디바이스는 상기 커패시터를 고정하기 위해 상기 커패시터가 배치되는 커패시터를 수용하기 위한 리셉터클 디바이스를 포함하는 커패시터 고정 장치를 구비하고, 상기 DC 전압 부스바 시스템에 전기 도전적으로 연결된 전기 도전성 부스바 시스템의 단자 요소는 상기 DC 전압 부스바 시스템으로부터 기판의 방향으로 연장되고, 상기 커패시터 고정 장치에 실질적으로 접합되지 않고 커패시터 고정 장치의 블로킹 요소(blocking element)와 커패시터의 사이에 배치되는 폼 요소(foam element)에 의하여 커패시터를 통해 부스바 시스템의 단자 요소가 상기 기판의 전기 도전성 접촉 영역과 전기 도전적으로 압력 접촉되도록 상기 기판의 전기 도전성 접촉 영역에 상기 부스바 시스템의 단자 요소를 가압한다.
커패시터를 통해 부스바 시스템의 단자 요소에 압력이 가해지기 때문에, 커패시터는 심각한 기계적 부하를 받아 손상되거나 파괴될 수 있다. 더욱이, 전력 반도체 디바이스의 제조 중에, 폼 요소는 블로킹 요소와 커패시터 사이에 배치되어야 하며, 이는 폼 요소 중 적어도 하나를 삽입하는 것을 잊어 버릴 수 있는 위험이 있기 때문에 시간 소모적이고 에러가 발생하기 쉽다.
본 발명의 목적은 효율적으로 생산 가능하며 전력 반도체 디바이스의 커패시터가 기계적 부하를 거의 받지 않는 신뢰성 있는 전력 반도체 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이러한 목적은 기판과, 기판 상에 배치되고 기판에 전기 도전적으로 연결된 전력 반도체 구성 요소를 포함하는 전력 반도체 디바이스에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 전력 반도체 디바이스는 전기 도전성 DC 전압 부스바 시스템과, 상기 DC 전압 부스바 시스템에 전기 도전적으로 연결된 커패시터를 포함하고, 상기 전력 반도체 디바이스는 상기 커패시터를 고정하기 위해 상기 커패시터의 적어도 부분이 배치되는 커패시터를 수용하기 위한 리셉터클 디바이스를 포함하는 커패시터 고정 장치를 구비하고, 상기 DC 전압 부스바 시스템으로부터 상기 시스템에 전기 도전적으로 연결된 전기 도전성 부스바 시스템의 단자 요소는 기판의 방향으로 연장되고, 상기 커패시터 고정 장치에 실질적으로 접합되고 엘라스토머로부터 형성되는 적어도 하나의 탄성적인 제 1 변형 요소는 DC 전압 부스바 시스템을 향하는 커패시터 고정 장치의 면(side) 상에 배치되며, 상기 전력 반도체 디바이스는 상기 커패시터 고정 장치가 적어도 하나의 제 1 변형 요소를 통해 상기 DC 전압 부스바 시스템을 기판의 방향으로 가압하여 상기 부스바 시스템의 단자 요소가 상기 기판의 전기 도전성 접촉 영역과 전기 도전적으로 압력 접촉되도록 상기 기판의 전기 도전성 접촉 영역에 상기 부스바 시스템의 단자 요소를 가압한다.
본 발명의 유리한 실시예는 종속항에 의하여 명백해진다.
적어도 하나의 제 1 변형 요소는 매우 높은 기계적 부하를 가능하게 하는 방식으로 커패시터 고정 장치에 연결되기 때문에, 적어도 하나의 제 1 변형 요소의 일부는 상기 커패시터 고정 장치의 컷아웃(cutout)에 배치되며, 상기 컷아웃은 각각의 제 1 변형 요소에 할당되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다.
상기 전력 반도체 디바이스는 AC 부하 전류 도전 요소를 구비하고, 상기 커패시터 고정 장치는 압력 요소를 구비하고, 상기 압력 요소에 실질적으로 접합되고 엘라스토머로부터 형성되는 탄성적인 제 2 변형 요소는 상기 AC 부하 전류 도전 요소를 향하는 상기 압력 요소의 면 상에 배치되며, 상기 전력 반도체 디바이스는 상기 커패시터 고정 장치가 상기 제 2 변형 요소를 통해 상기 AC 부하 전류 도전 요소가 상기 기판과 전기 도전적으로 압력 접촉되도록 상기 기판의 추가의 전기 도전성 접촉 영역에 상기 AC 부하 전류 도전 요소를 가압하는 방식으로 구현되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다. 결과적으로 AC 부하 전류 도전 요소는 매우 신뢰성 있는 방식으로 기판과 전기 도전적으로 압력 접촉된다.
게다가 제 2 변형 요소는 매우 높은 기계적 부하를 가능하게 하는 방식으로 압력 요소에 연결되기 때문에, 상기 제 2 변형 요소의 일부는 상기 압력 요소의 컷아웃에 배치되며, 상기 컷아웃은 상기 제 2 변형 요소에 할당되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다.
또한, 결과적으로, 인쇄 회로 기판에 작용하는 기계적 부하, 특히 기계적 진동 부하는 감소되기 때문에, 상기 전력 반도체 디바이스는 인쇄 회로 기판을 구비하고, 상기 커패시터 고정 장치는 블로킹 요소를 구비하며, 상기 블로킹 요소에 실질적으로 접합되고, 엘라스토머로 형성되며, 상기 인쇄 회로 기판과의 기계적 접촉을 갖는 탄성적인 제 3 변형 요소는 상기 인쇄 회로 기판을 향하는 상기 블로킹 요소의 면 상에 배치되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다.
더욱이 제 3 변형 요소는 매우 높은 기계적 부하를 가능하게 하는 방식으로 블로킹 요소에 연결되기 때문에, 상기 제 3 변형 요소의 일부는 상기 블로킹 요소의 컷아웃에 배치되며, 상기 컷아웃은 상기 제 3 변형 요소에 할당되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다.
게다가 상기 리셉터클 디바이스는 리셉터클 요소를 구비하고, 상기 커패시터는 상기 리셉터클 요소와 상기 DC 전압 부스바 시스템 사이에 배치되며, 상기 리셉터클 요소에 실질적으로 접합되고, 엘라스토머로부터 형성되며, 상기 커패시터와의 기계적 접촉을 갖는 탄성적인 제 4 변형 요소는 상기 커패시터를 향하는 상기 리셉터클 요소의 측면 상에 배치되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다. 결과적으로, 각 커패시터에 작용하는 기계적 부하, 특히 기계적 진동 부하는 감소된다.
또한, 실리콘 고무가 특별히 좋은 탄력성을 가지기 때문에, 상기 엘라스토머는 가교된(crosslinked) 실리콘 고무, 특히 가교된 액체 실리콘 고무 또는 가교된 고체 실리콘 고무로서 구현되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다.
더욱이 양 전위 부스바 및 음 전위 부스바는 신뢰성 있게 서로 전기적으로 절연되기 때문에, 상기 DC 전압 부스바 시스템은 전기 도전성 양 전위 부스바와 전기 도전성 음 전위 부스바 사이에 배치되는 전기 비도전성 절연 층에 의해 서로 전기적으로 절연된 방식으로 배치되는 전기 도전성 양 전위 부스바 및 전기 도전성 음 전위 부스바를 갖는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다.
게다가 부스바 시스템의 단자 요소는 특히 간단한 방식으로 생산 가능하기 때문에, 각각의 부스바 시스템의 단자 요소는 상기 양 전위 부스바 또는 상기 음 전위 부스바와 일체로 구현되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다.
또한, 상기 적어도 하나의 제 1 변형 요소가 상기 DC 전압 부스바 시스템을 갖는 상기 기계적 접촉 영역은 상기 커패시터 고정 장치를 향하는 상기 DC 전압 부스바 시스템의 영역의 최대 70%, 특히 최대 40%, 특히 최대 20%이며, 적어도 하나의 제 1 변형 요소는 상기 부스바 시스템의 단자 요소에 직접 근접하게 배치되는 상기 DC 전압 부스바 시스템의 영역과 기계적으로 접촉하는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다. 결과적으로, 기판의 전기 도전성 접촉 영역과 부스바 시스템의 단자 요소의 압력 접촉을 실현하기 위해 커패시터 고정 장치로부터 DC 전압 부스바 시스템으로 힘을 도입하는 것이 부스바 시스템의 단자 요소가 배치되는 위치에서 실질적으로 목표한 방식으로 기계적으로 편리하게 발생한다.
더욱이 상기 전력 반도체 디바이스는 금속 주요 몸체 및 압력 생성 수단을 구비하고, 상기 기판은 상기 주요 몸체 상에 배치되고, 상기 압력 생성 수단은 상기 커패시터 고정 장치에 상기 기판의 방향으로 압력을 가하며, 상기 커패시터 고정 장치는 상기 적어도 하나의 제 1 변형 요소를 통해 상기 기판의 방향으로 상기 DC 전압 부스바 시스템을 가압하는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다. 결과적으로, 압력이 기판의 방향으로 커패시터 고정 디바이스에 장기간에 걸쳐 신뢰성 있게 안정적으로 가해진다.
게다가 압력 생성 수단은 특히 간단한 방식으로 구현되기 때문에, 상기 압력 생성 수단은 적어도 하나의 나사로서 구현되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다.
또한, 기판이 특히 신뢰성 있는 방식으로 구현된 기판을 구성하기 때문에, 기판이 직접 구리 접합 기판(direct copper bonded substrate) 또는 절연 금속 기판으로서 구현되는 경우에 유리하다는 것이 입증되었다.
본 발명에서는 전력 반도체 디바이스를 효율적으로 생산할 수 있고, 커패시터가 기계적 부하를 거의 받지 않는 신뢰성 있는 전력 반도체 디바이스를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 아래의 도면을 참고하여 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 반도체 디바이스의 사시도.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3 은 전력 반도체 디바이스의 DC 전압 부스바 시스템이 기판 상에 배치되는 것을 나타내는 사시도.
도 4는 전력 반도체 디바이스의 커패시터 고정 장치와 제 1 변형 요소를 하부에서 바라본 사시도.
도 5는 전력 반도체 디바이스의 커패시터 고정 장치와 제 1 변형 요소를 나타내는 단면도.
도 1은 본 발명에 따른 전력 반도체 디바이스의 사시도이고, 도 2는 도 1을 측면에서 바라본 측면도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 전력 반도체 디바이스의 구성요소를 다른 방향에서 바라본 도면이다.
본 발명에 따른 전력 반도체 디바이스(1)는 기판(2)을 가지며, 기판 위에는 기판(2)에 전기 도전적으로 연결된 전력 반도체 구성 요소(3)가 배치된다. 각각의 전력 반도체 구성 요소(3)는 바람직하게는 전력 반도체 스위치 또는 다이오드의 형태로 존재한다. 이 경우에, 전력 반도체 스위치는 일반적으로 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)와 같은 트랜지스터의 형태 또는 사이리스터의 형태로 존재한다. 기판(2)은 절연 물질 몸체(32)(예를 들어, 세라믹 몸체)와, 절연 물질 몸체(32)의 제 1 면 상에 배치되고 절연 물질 몸체(32)에 연결되는 전기 도전성 구조화된 제 1 도전 층(31)을 가지며, 이의 구조 때문에 전기 도전성 접촉 영역(11)을 형성한다. 바람직하게는, 기판(2)은 전기적으로 도전, 바람직하게는 구조화되지 않은 제 2 도전 층(33)을 가지며, 절연 물질 몸체(32)는 구조화된 제 1 도전 층(31)과 제 2 도전 층(33) 사이에 배치된다. 예시적인 실시예에서와 같이, 기판(2)은 예를 들어 직접 구리 접합 기판(direct copper bonded substrate; DCB 기판)의 형태 또는 절연 금속 기판(insulated metal substrate; IMS)의 형태로 존재할 수 있다. 전력 반도체 구성 요소(3)는 바람직하게는 (예를 들어 납땜 또는 소결 층에 의해) 실질적으로 접합된 방식으로 기판(6)의 할당된 접촉 영역(6a)에 연결된다.
더욱이, 전력 반도체 디바이스(1)는 전기 도전성 DC 전압 부스바 시스템(4)과, 전기 단자 요소(56)를 통해 DC 전압 부스바 시스템(4)에 전기 도전적으로 연결된 커패시터(44)를 갖는다. DC 전압 부스바 시스템(4)은 양 전위 부스바(7)와 음 전위 부스바(8) 사이에 배치되는 전기적으로 비도전 절연 층(55)(예를 들어, 플라스틱 필름)에 의해 바람직하게는 서로 전기적으로 절연된 방식으로 배치되는 전기 도전성 양 전위 부스바(7) 및 전기 도전성 음 전위 부스바(8)를 갖는다.
예시적인 실시예와 관련하여, 전력 반도체 구성 요소(3)는 예를 들어 전기 전압 및 전류를 정류하고 반전시키기 위해 사용될 수 있는 반 브리지 회로를 형성하도록 전기적으로 상호 연결된다. 전력 반도체 디바이스(1)는 전기 에너지 저장소(store)로서의 커패시터(44)를 가지며, 상기 커패시터는 전력 반도체 디바이스(1)에서 발생하는 DC 전압을 버퍼링한다. 예시적인 실시예에서, 커패시터(44)는 이러한 방식으로 링크 커패시터(link capacitor)의 역할을 하지만, 또한 상이한 목적을 제공할 수 있다. 가장 단순한 경우에, 단지 하나의 커패시터(44)가 존재할 수도 있다.
전력 반도체 디바이스(1)는 커패시터(44)를 고정하기 위해 커패시터(44)를 수용하기 위한 리셉터클 디바이스(30)를 포함하는 커패시터 고정 장치(6)를 구비한다. 각 커패시터(44)의 적어도 일부는 각각의 리셉터클 디바이스(30)에 배치된다. 예시적인 실시예와 관련하여, 커패시터 고정 장치(6)는 커패시터(44)용 개구를 구비한 커패시터 고정판(13)을 가지며, 어떤 판으로부터 웨브(web)(17)는 상기 판의 개구 주위에 배치되고, 커패시터(44)를 프레임(frame)화하고, 이러한 방식으로 리셉터클(receptacle) 디바이스(30)를 형성하며, 기판(3)으로부터 멀어지는 방향으로 연장된다. 커패시터 고정 장치(6)는 바람직하게는 일체 식으로 구현된다. 커패시터 고정 장치(6)는 바람직하게는 플라스틱, 특히 플라스틱 사출 성형 부품으로서 형성된다.
DC 전압 부스바 시스템(4)에 전기 도전적으로 연결된 전기 도전성 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')는 DC 전압 부스바 시스템(4)으로부터 기판(2)의 방향으로 연장된다. 커패시터(44)의 전기 단자 요소(56)는 실질적으로 접합된 방식으로(예를 들어, 납땜, 소결 또는 용접 연결에 의해) 부스바 시스템의 단자 요소(5 및 5')와 전기 도전적으로 접촉된다. 각각의 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')는 양 전위 부스바(7) 또는 음 전위 부스바(8)와 일체로 구현된다.
커패시터 고정 장치(6)에 실질적으로 접합되고 엘라스토머로부터 형성되는 적어도 하나의 탄성적인 제 1 변형 요소(12)는 DC 전압 부스바 시스템(4)을 향하는 커패시터 고정 장치(6)의 면(9) 상에 배치되고, 바람직하게는, 복수의 제 1 변형 요소(12)는 DC 전압 부스바 시스템(4)을 향한 커패시터 고정 장치(6)의 면(9) 상에 배치된다. 전력 반도체 디바이스(1)는 커패시터 고정 장치(6)가 적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)를 통해 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)을 기판(2)의 방향으로 가압하여 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')가 기판(2)의 전기 도전성 접촉 영역(11)과 전기 도전적으로 압력 접촉되도록 기판(2)의 전기 도전성 접촉 영역(11)에 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')를 가압한다.
본 발명의 경우에 부스바 시스템의 단자 요소(5 및 5')에 대한 압력의 도입이 캐패시터(44)를 통해 매우 작은 정도로만 발생하거나 전혀 발생하지 않고, 오히려 DC 전압 부스바 시스템(4)을 향하는 커패시터 고정 장치(6)의 면(9)을 통해, 본 발명의 경우에 상기 커패시터는 매우 낮은 기계적 부하만을 받으며, 따라서 수명이 매우 길다. 적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)가 커패시터 고정 장치(6)에 실질적으로 접합되며, 따라서 커패시터 고정 장치(6) 및 적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)가 구조적 유닛(42)을 형성하기 때문에, 전력 반도체 디바이스(1)가 신뢰성 있는 방식으로 효율적으로 생산 가능하도록 전력 반도체 디바이스(1)의 생산 중에 예를 들어 폼 요소의 기술적 일상적인 삽입을 잊을 수 없다.
적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)가 DC 전압 부스바 시스템(4)을 갖는 기계적 접촉 영역(50)은 커패시터 고정 장치(6)를 향하는 DC 전압 부스바 시스템(4)의 영역(51)의 최대 70%, 특히 최대 40%, 특히 최대 20%이며(도 3 참조), 적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)는 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')에 직접 근접하게 배치되는 DC 전압 부스바 시스템(4)의 영역(53)과 기계적으로 접촉한다. 결과적으로, 기판(2)의 전기 도전성 접촉 영역(11)과 부스바 시스템의 단자 요소(5 및 5')의 압력 접촉을 실현하기 위해 커패시터 고정 장치(6)로부터 DC 전압 부스바 시스템(4)으로의 힘의 도입은 부스바 시스템의 단자 요소(5 및 5')가 배치되는 위치에서 실질적으로 목표된 방식으로 기계적으로 편리하게 달성된다.
적어도 하나의 제 1 변형 요소(5)의 일부는 커패시터 고정 장치(6)의 컷아웃(cutout)(43)에 배치되고(도 5 참조), 상기 컷아웃은 이것에 할당된다.
제 1 변형 요소(5)는 변형 요소(5)가 형성되는 엘라스토머(elastomer)로부터 형성된 연결부(56)를 통해 서로 연결될 수 있다.
전력 반도체 디바이스(1)는 바람직하게 AC 부하 전류 도전 요소(16)와 압력 요소(19)를 구비하고, 상기 압력 요소(19)에 실질적으로 접합되고 엘라스토머로부터 형성되는 탄성적인 제 2 변형 요소(20)는 AC 부하 전류 도전 요소(16)를 향하는 압력 요소(19)의 면(21) 상에 배치되며, 전력 반도체 디바이스(1)는 커패시터 고정 장치(6)가 제 2 변형 요소(20)를 통해 AC 부하 전류 도전 요소(16)가 기판(2)과 전기 도전적으로 압력 접촉되도록 기판(2)의 추가의 전기 도전성 접촉 영역(11)에 상기 AC 부하 전류 도전 요소(16)를 가압하는 방식으로 구현된다.
전력 반도체 디바이스(1)는 바람직하게 인쇄 회로 기판(27)을 구비하고, 커패시터 고정 장치(6)는 블로킹 요소(23)를 구비한다. 블로킹 요소(23)에 실질적으로 접합되고, 엘라스토머로 형성되며, 인쇄 회로 기판(27)과의 기계적 접촉을 갖는 탄성적인 제 3 변형 요소(24)는 인쇄 회로 기판(27)을 향하는 블로킹 요소(23)의 측면(25) 상에 배치된다. 인쇄 회로 기판(27)은 탄성적인 제 3 변형 요소(24)를 통해 내진동(vibration-resistant) 방식으로 전력 반도체 디바이스(1)의 나머지 부분에 연결된다. 인쇄 회로 기판(27)에 작용하는 기계적 부하, 특히 기계적 진동 부하는 탄성적인 제 3 변형 요소(24)에 의해 감소된다. 제 3 변형 요소(24)의 일부는 바람직하게 블로킹 요소(23)의 컷아웃(26)에 배치되며, 상기 컷아웃은 제 3 변형 요소(24)에 할당된다. 일 예로서, 전력 반도체 구성 요소(3)를 구동하기 위한 구동기 회로는 인쇄 회로 기판(27) 상에 배치될 수 있다.
리셉터클 디바이스(30)는 바람직하게 리셉터클 요소(28)를 구비하고, 커패시터(44)는 리셉터클 요소(28)와 DC 전압 부스바 시스템(4) 사이에 배치된다. 리셉터클 요소(28)에 실질적으로 접합되고, 엘라스토머로부터 형성되며, 커패시터(44)와의 기계적 접촉을 갖는 탄성적인 제 4 변형 요소(29)는 커패시터(44)를 향하는 리셉터클 요소(28)의 측면(61) 상에 배치된다. 각각의 커패시터(44)에 작용하는 기계적 부하, 특히 진동 부하는 탄성적인 제 4 변형 요소(29)에 의해 감소된다.
엘라스토머는 바람직하게 가교된 실리콘 고무, 특히 가교된 액체 실리콘 고무 또는 가교된 고체 실리콘 고무로서 구현된다.
변형 요소(12, 20, 24, 29)와 함께 커패시터 고정 장치(6)는 전력 반도체 디바이스(1)가 특히 효율적으로 생산 가능하도록 구조적 유닛(42)을 형성한다. 구조적 유닛(42)은 바람직하게는 커패시터 고정 장치(6)가 플라스틱 사출 성형 부품으로서 생산되고, 그 후에 사출 기술에 의해 탄성적인 변형 요소를 형성하기 위해 설계된 카운터몰드(countermold)에 배치되며, 그 다음에 탄성적인 변형 요소를 형성하기 위한 비가교된 화학적 전구체(uncrosslinked chemical precursor) 형태(예를 들어, 비가교된 실리콘 고무)의 엘라스토머는 카운터몰드 내로 주입되고 여기에서 가교된다.
가장 단순한 경우에, 커패시터 고정 장치(6)가 지구의 중심에 대해 DC 전압 부스바 시스템(4) 위에 배치되는 경우 DC 전압 부스바 시스템(4)에 대해 커패시터 고정 장치(6)를 가압하는 중력에 의해 생성되는 필수적인 압력에 의해 커패시터 고정 장치(6)는 적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)를 통해 기판(2)의 방향으로 DC 전압 부스바 시스템(4)을 가압할 수 있다.
전력 반도체 디바이스(1)는 바람직하게 금속 주요 몸체(63) 및 압력 생성 수단(62)을 구비한다. 기판(2)은 주요 몸체(63) 상에 배치된다. 이 경우에, 기판(2)은 주요 몸체(63)와 기판(2) 사이에 배치된 납땜 또는 소결 층을 통해 주요 몸체(63)에 실질적으로 접합될 수 있다. 대안으로, 열 도전 페이스트는 기판(2)과 주요 몸체(63) 사이에 배치될 수 있다. 압력 생성 수단(62)은 커패시터 고정 장치(6)에 기판(2)의 방향으로 압력을 가한다. 결과적으로, 커패시터 고정 장치(6)는 적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)를 통해 기판(2)의 방향으로 DC 전압 부스바 시스템(4)을 가압하여, 부스바 시스템의 단자 요소(5 및 5')는 기판(2)의 전기 도전성 접촉 영역(11)에 가압한다. 압력 생성 수단(62)은 바람직하게는 적어도 하나의 나사(62)로서 구현된다. 예시적인 실시예에 관련하여, 커패시터 고정 장치(6)는 나사(62)의 일부가 안내되고 나사(62)가 암나사가 제공되는 주요 몸체(63)의 구멍(40)에 죄어지는 관통 구멍(41)을 갖는다. 대안으로, 주요 몸체(63)의 구멍(40)은 또한 암나사를 갖지 않을 수 있으며, 나사(62)는 구멍(40)을 통과하고 기판(2)으로부터 멀어지는 주요 몸체(63)의 측면 상에 나사 너트와 함께 죄어진다.
주요 몸체(63)는 예를 들어 예시적인 실시예에서와 같이 히트 싱크(63)로서 구현될 수 있다. 히트 싱크(63)는 바람직하게는 히트 싱크(63)의 베이스플레이트(14)로부터 연장되는 냉각 핀(cooling fin)(15) 또는 쿨링 핀(cooling pin)을 가질 수 있다. 기판(2)은 히트 싱크(63)의 베이스플레이트(14) 상에 배치된다. 히트 싱크(63)는 공기 기반(air-based) 히트 싱크 또는 수성(water-based) 히트 싱크로서 구현될 수 있다. 대안으로, 주요 몸체는 또한 히트 싱크(예를 들어, 공기 기반 히트 싱크 또는 수성 히트 싱크) 상에 장착하기 위해 제공되는 베이스플레이트(14)(냉각 핀(15) 또는 쿨링 핀 없이)로서 구현될 수 있다.
만약 그 자체로 배제된 것이 아니라면, 단수로 언급된 구성요소는, 특히 제 2, 제 3 및 제 4 변형 요소는, 본 발명에 따른 전력 반도체 디바이스에서 복수로 존재할 수 있는 것은 말할 나위도 없다.
본 발명의 더 나은 향상을 위하여 본 발명의 다양한 구성은 개별적으로 또는 결합되어 실시될 수 있다. 특히 위에서 언급되거나 아래에서 설명될 특징들은 특별한 결합뿐만 아니라 상호 배타적이 아니거나 본 발명의 기술 분야에서 벗어나지 범위에서 서로 결합되어 사용될 수 있다.
1 : 전력 반도체 디바이스(power semiconductor device)
2 : 기판(substrate)
3 : 전력 반도체 구성 요소(power semiconductor component)
4 : DC 전압 부스바 시스템(DC voltage busbar system)
5, 5' : 부스바 시스템의 단자 요소(busbar system terminal element)
6 : 커패시터 고정 장치(capacitor securing apparatus)
11 : 접촉 영역(contact area)
12 : 제 1 변형 요소(first deformation element)
16 : AC 부하 전류 도전 요소(AC load current conduction element)
30 : 리셉터클 디바이스(receptacle device)
44 : 커패시터(capacitor)

Claims (13)

  1. 기판(2)과, 기판(2) 상에 배치되고 기판(2)에 전기 도전적으로 연결된 전력 반도체 구성 요소(3)를 포함하는 전력 반도체 디바이스에 있어서,
    전기 도전성 DC 전압 부스바 시스템(4)과, 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)에 전기 도전적으로 연결된 커패시터(44)를 포함하고, 상기 전력 반도체 디바이스(1)는 상기 커패시터(44)를 고정하기 위해 상기 커패시터(44)의 적어도 부분이 배치되는 커패시터(44)를 수용하기 위한 리셉터클 디바이스(30)를 포함하는 커패시터 고정 장치(6)를 구비하고, 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)으로부터 상기 시스템에 전기 도전적으로 연결된 전기 도전성 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')는 기판(2)의 방향으로 연장되고, 상기 커패시터 고정 장치(6)에 실질적으로 접합되고 엘라스토머로부터 형성되는 적어도 하나의 탄성적인 제 1 변형 요소(12)는 DC 전압 부스바 시스템(4)을 향하는 커패시터 고정 장치(6)의 면(9) 상에 배치되며, 상기 전력 반도체 디바이스(1)는 상기 커패시터 고정 장치(6)가 적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)를 통해 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)을 기판(2)의 방향으로 가압하여 상기 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')가 상기 기판(2)의 전기 도전성 접촉 영역(11)과 전기 도전적으로 압력 접촉되도록 상기 기판(2)의 전기 도전성 접촉 영역(11)에 상기 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')를 가압하는 방식으로 구현되고,
    상기 전력 반도체 디바이스(1)는 AC 부하 전류 도전 요소(16)를 구비하고, 상기 커패시터 고정 장치(6)는 압력 요소(19)를 구비하고, 상기 압력 요소(19)에 실질적으로 접합되고 엘라스토머로부터 형성되는 탄성적인 제 2 변형 요소(20)는 상기 AC 부하 전류 도전 요소(16)를 향하는 상기 압력 요소(19)의 면(22) 상에 배치되며, 상기 전력 반도체 디바이스(1)는 상기 커패시터 고정 장치(6)가 상기 제 2 변형 요소(20)를 통해 상기 AC 부하 전류 도전 요소(16)가 상기 기판(2)과 전기 도전적으로 압력 접촉되도록 상기 기판(2)의 추가의 전기 도전성 접촉 영역(11)에 상기 AC 부하 전류 도전 요소(16)를 가압하는 방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  2. 기판(2)과, 기판(2) 상에 배치되고 기판(2)에 전기 도전적으로 연결된 전력 반도체 구성 요소(3)를 포함하는 전력 반도체 디바이스에 있어서,
    전기 도전성 DC 전압 부스바 시스템(4)과, 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)에 전기 도전적으로 연결된 커패시터(44)를 포함하고, 상기 전력 반도체 디바이스(1)는 상기 커패시터(44)를 고정하기 위해 상기 커패시터(44)의 적어도 부분이 배치되는 커패시터(44)를 수용하기 위한 리셉터클 디바이스(30)를 포함하는 커패시터 고정 장치(6)를 구비하고, 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)으로부터 상기 시스템에 전기 도전적으로 연결된 전기 도전성 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')는 기판(2)의 방향으로 연장되고, 상기 커패시터 고정 장치(6)에 실질적으로 접합되고 엘라스토머로부터 형성되는 적어도 하나의 탄성적인 제 1 변형 요소(12)는 DC 전압 부스바 시스템(4)을 향하는 커패시터 고정 장치(6)의 면(9) 상에 배치되며, 상기 전력 반도체 디바이스(1)는 상기 커패시터 고정 장치(6)가 적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)를 통해 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)을 기판(2)의 방향으로 가압하여 상기 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')가 상기 기판(2)의 전기 도전성 접촉 영역(11)과 전기 도전적으로 압력 접촉되도록 상기 기판(2)의 전기 도전성 접촉 영역(11)에 상기 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')를 가압하는 방식으로 구현되고,
    상기 전력 반도체 디바이스(1)는 인쇄 회로 기판(27)을 구비하고, 상기 커패시터 고정 장치(6)는 블로킹 요소(23)를 구비하며, 상기 블로킹 요소(23)에 실질적으로 접합되고, 엘라스토머로부터 형성되며, 상기 인쇄 회로 기판(27)과의 기계적 접촉을 갖는 탄성적인 제 3 변형 요소(24)는 상기 인쇄 회로 기판(27)을 향하는 상기 블로킹 요소(23)의 면(25) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 변형 요소(20)의 일부는 상기 압력 요소(19)의 컷아웃(21)에 배치되며, 상기 컷아웃은 상기 제 2 변형 요소(20)에 할당되는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 변형 요소(24)의 일부는 상기 블로킹 요소(23)의 컷아웃(26)에 배치되며, 상기 컷아웃은 상기 제 3 변형 요소(24)에 할당되는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)의 일부는 상기 커패시터 고정 장치(6)의 컷아웃(43)에 배치되며, 상기 컷아웃은 각각의 제 1 변형 요소(12)에 할당되는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리셉터클 디바이스(30)는 리셉터클 요소(28)를 구비하고, 상기 커패시터(44)는 상기 리셉터클 요소(28)와 상기 DC 전압 부스바 시스템(4) 사이에 배치되며, 상기 리셉터클 요소(28)에 실질적으로 접합되고, 엘라스토머로부터 형성되며, 상기 커패시터(44)와의 기계적 접촉을 갖는 탄성적인 제 4 변형 요소(29)는 상기 커패시터(44)를 향하는 상기 리셉터클 요소(28)의 면(61) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엘라스토머는 가교된 실리콘 고무로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 전압 부스바 시스템(4)은 전기 도전성 양 전위 부스바(7)와 전기 도전성 음 전위 부스바(8) 사이에 배치되는 전기 비도전성 절연 층(55)에 의해 서로 전기적으로 절연된 방식으로 배치되는 전기 도전성 양 전위 부스바(7) 및 전기 도전성 음 전위 부스바(8)를 갖는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각각의 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')는 상기 양 전위 부스바(7) 또는 상기 음 전위 부스바(8)와 일체로 구현되는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)가 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)을 갖는 기계적 접촉 영역(50)은 상기 커패시터 고정 장치(6)를 향하는 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)의 영역(51)의 최대 70%이며, 적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)는 상기 부스바 시스템의 단자 요소(5, 5')에 직접 근접하게 배치되는 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)의 영역(53)과 기계적으로 접촉하는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 반도체 디바이스(1)는 금속 주요 몸체(63) 및 압력 생성 수단(62)을 구비하고, 상기 기판(2)은 상기 주요 몸체(63) 상에 배치되고, 상기 압력 생성 수단(62)은 상기 커패시터 고정 장치(6)에 상기 기판(2)의 방향으로 압력을 가하며, 상기 커패시터 고정 장치(6)는 적어도 하나의 제 1 변형 요소(12)를 통해 상기 기판(2)의 방향으로 상기 DC 전압 부스바 시스템(4)을 가압하는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 압력 생성 수단(62)은 적어도 하나의 나사로서 구현되는 것을 특징으로 하는, 전력 반도체 디바이스.
  13. 삭제
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