KR20010041162A - 매트릭스 컨버터 - Google Patents

Abstract

9개의 양방향 블로킹 파워 일렉트로닉스 부품이 기판 상에 상기 부품 상부 및 하부에 서로 평행하게 배치된 세 개의 전류 전도체(4)마다 3열의 매트릭스 형태로 장착된다. 매트릭스 상부의 전류 전도체가 매트릭스 하부의 전류 전도체에 대해 직각으로 연장된다. 게이트 단자 및 보조 이미터 단자로 가는 도체 스트립이 얇은 절연 프린트 회로 기판 또는 박막의 위 또는 안에 위치하며, 전류 전도체의 리세스(5)내 칩의 해당 콘택으로 연결된다.

Description

매트릭스 컨버터{MATRIX CONVERTER}

EP 0 833 431 A2에 3 개의 스위치군내에 집중된 9 개의 메인 스위치 및 상기 스위치군 사이에 각각 사분할 스위치로서 형성된 보조 스위치를 갖는 보조 정류 장치가 존재하는 삼상 매트릭스 컨버터가 공지되어있다. 스위치로서 각각의 역 다이오드, 병렬 연결된 두 개의 차단 가능 GTO-사이리스터 또는 역 다이오드가 장착된 비대칭 GTO의 직렬 연결된 병렬 회로를 갖는 IGBTs가 제공된다. 상기 장치를 사용하면 사전설정된 진폭 및 주파수의 교류 전압을 임의의 진폭 및 주파수의 교류 전압으로 변환시킬 수 있다. 상기 매트릭스 컨버터는 차후에 전기 회로망으로의 반작용이 작을 때 그로 인해 제어된 모터의 제너레이터식 작동시 상기 모터가 공급하는 에너지를 전기 회로망으로 다시 공급할 수 있는 가능성을 열어준다는 점에서 매우 큰 의미를 얻게 될 것이다. 이러한 방식의 매트릭스 컨버터에 적합한 기존의 파워 스위치 장치들은 비용이 높아서 고밀도 집적이 불가능하다.

1990년 파워 반도체 소자 및 ICs에 관한 국제 심포지엄 회보의 252 ~ 255 페이지에 나와있는, T. Ogura의 간행물 "매입형 게이트 구조를 갖는 고주파 6000V 더블 게이트 GTOs"에는 기판의 서로 대립 배치된 두 상부면상에 GTO-사이리스터의 형성을 위해 도핑된 영역을 갖는 반도체 돌출부 및 콘택팅이 형성된 부품 구조가 공지되어있다. US 5.608.237에는 반도체 재료로 된 기판의 서로 대립 배치된 두 상부면의 IGBT 구조가 형성된 양방향 반도체 스위치가 공지되어있다. 상기 양방향 IGBT는 부가 제어 전극을 통해 이미터 효율의 제어를 가능하게 하고, 상기 방식으로 매우 좋은 스위칭 특성 및 전도 특성을 가진 부품이 실현될 수 있다. DE 198 04 192에는 웨이퍼 본딩을 사용하여 양방향 파워 반도체 스위치를 제조하는 방법이 제공되어있다.

거기에 공지된 부품과는 반대로 종래 IGBTs는 세 개의 단자(콜렉터, 이미터 및 게이트)를 갖는다. 가장 빈번하게 사용되는 구조형태인 IGBT-모듈에서는 콜렉터가 세라믹 기판상으로 납땜되고, 이미터 및 게이트는 본드 결합에 의해 접촉된다. 또한 디스크셀 안에 IGBTs 및 파워 다이오드가 존재한다. 그 안에서 이미터와 콜렉터가 압축 콘택에 의해 연결되고, 게이트 단자는 스프링 컨택에 의해 이루어진다. 서로 대립 배치된 두 기본면상에 단자 콘택을 갖는 양방향 부품은 그것과 상이한 새로운 설계 기술을 필요로 한다. 상기 부품을 위한 하우징 또는 조립 장치는 다양한 단자들이 서로 전기적으로 절연되어 접촉될 수 있도록 형성되어야 한다.

본 발명은 매트릭스 컨버터로서의 적절한 조립 장치내 파워 반도체 부품의 설치에 관한 것이다.

도 1은 매트릭스 컨버터의 하부를 나타낸다.

도 2는 매트릭스 컨버터의 상부를 나타낸다.

도 3은 프린트 회로 기판의 형상 또는 도체 스트립이 제공된 박막의 형상을 나타낸다.

도 4는 양방향 반도체 스위치의 횡단면도이다.

도 5는 범위내 칩의 매트릭스형 장치의 횡단면도이다.

도 6은 범위내 칩의 매트릭스형 장치의 도면이다.

도 7은 파워 반도체 부품의 대안으로 가능한 단자 형상의 횡단면도이다.

본 발명의 목적은 높은 전류 강도 및 전압을 위해 견고하게 제조된 매트릭스 컨버터를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제 1항의 특징들을 갖는 장치에 의해 달성된다. 종속 청구항에 실시예가 제시된다.

본 발명에 따른 매트릭스 컨버터는 서로 대립 배치된 기본면상에 적어도 하나씩의 전류 전도용 접속 콘택(하기에서는 이미터 단자로 표시됨)을 갖는 9 개의 양방향 파워 반도체 스위치로 구성된다. 또한 각 기본면상에는 스위칭 기능을 제어하기 위한 콘택(하기에서는 게이트-콘택으로 표시됨)이 존재한다. 상기 파워 반도체 스위치는 예컨대 양방향 IGBT일 수 있으며, 상기 양방향 IGBT의 경우 대립 배치된 두 기본면의 각각에 게이트 전극에 의해 제어되는 채널을 가진 IGBT 구조가 존재한다. 적절한 전위의 인가에 의해 게이트 전극의 게이트 콘택에 양방향 IGBT가 전도 또는 차단되는 두 전류 방향으로 스위칭된다. 스위칭을 위해 인가된 전압에 대한 기준 전위를 갖기 위해, 이미터 단자에 각각 보내진 전위가 측정되고 부품의 스위칭을 위해 제공된 제어 회로에 공급된다. 이것은 스위칭될 전선에 경우에 따라 정류될 교류 전압의 높은 변동이 발생하기 때문에 필요하다.

9 개의 양방향 블로킹 파워 반도체 부품은 3 열 매트릭스의 형태로 배치됨에 따라, 하나의 기본면이 최대한 하나의 평면에 배치되고 다른 기본면이 상기 평면과 이격 배치된 평면에 배치됨으로써, 매트릭스형 구조의 각 면에 9 개의 기본면이, 즉 위에서 봤을 때 장치상에서 각각 서로 반대편인 두 방향 중 한 방향으로 놓이게 된다. 장치의 양측에는 바람직하게는 서로 평행하게 배치된 각각 3 개의 전류 전도체가 존재한다. 상기 전류 전도체는 매트릭스형 구조의 한 면에 일정각으로, 바람직하게는 구조의 다른 면상에 있는 전류 전도체에 대해 직각으로 연장된다. 다르게 표현하자면, 부품 매트릭스 위에 서로 나란히 설치된 3 개의 전류 전도체가 종방향으로 진행되고, 부품 매트릭스 아래에 서로 나란히 설치된 3 개의 전류 전도체는 횡방향으로 진행된다. 상기 파워 반도체 부품은 각각 하나의 전류 전도체로, 바람직하게는 상기 전류 전도체의 상부 및 하부에 인접 배치되며, 각각 하나의 개별 칩일 수 있다.

스위치의 양방향 폐쇄를 통해 종방향으로 진행되는 3 개의 전선중 하나가 횡방향으로 진행되는 3 개의 전선중 하나와 연결된다. 따라서 상기 구조에 의해 3 개의 입력부가 세 개의 출력부와 선택적으로 연결될 수 있다. 각각 입력부 또는 출력부로서 작용하는 3 개의 전선이 바람직하게는 금속 도체 레일에 의해 형성된다. 상기 도체 레일상에서 상승 형성된, 파워 반도체 부품의 콘택이 납땜, 접착 또는 압착 장치에 의해 전기 전도적으로 지속 설치될 수 있다.

도체 스트립으로서 게이트 단자 및 보조 이미터 단자로 가는 역방향 라인이 절연된 얇은 프린트 회로 기판 또는 박막 위에 또는 안에 형성되는 것이 매우 바람직하다. 이를 위해 제공된 콘택면에는 파워 반도체 부품의 관련 콘택이 고정된다. 또한 파워 반도체 부품은 프린트 회로 기판 또는 박막의 다른 면에도 추가로 고정될 수 있으며, 그로 인해 9 개의 파워 반도체 부품이 지속적으로 고정될 수 있다. 이러한 프린트 회로 기판 또는 박막은 파워 반도체 부품 구조의 양측에 모두 존재할 수 있거나, 각각의 두 기본면 중 하나에만 존재할 수 있다. 하부 도체 레일이 기판 위에 고정되면, 게이트 단자 및 보조 이미터 단자로 가는 전류 인입선은 상기 기판의 내부에 설치돌 수 있다. 그러면 상부 단자는 매트릭스형 구조의 상부면상에 설치되는, 프린트 회로 기판 또는 박막내 공급 라인을 통해 형성될 수 있다. 하부 도체 레일에 횡으로 연장되는 상부 도체 레일이 바람직하게는 위로부터 파워 반도체 부품을 갖는 칩상으로 압력을 가하는 상부에 배치된다. 대안으로는 도체 스트립을 갖는 박막이 기판상에 설치된 하부 도체 레일과 매트릭스형 구조 사이에 존재할 수 있다. 이러한 경우 상부면상에는 파워 반도체 부품의 단자가 공지된 방식으로, 예컨대 본딩 와이어를 사용하여 적절히 배치된 도체 스트립과 연결될 수 있으며, 상기 도체 스트립은 예컨대 상부 도체 레일을 지지하는 상부에 고정된다.

본 발명에 따른 매트릭스 컨버터의 실시예에 대한 더 자세한 설명이 첨부된 도면에 따라 제시된다.

도 1에는 매트릭스 컨버터의 하부(1)에 대한 실시예가 도시되어있다. 기계적 안정성때문에 바람직하게는 고유 기판(3)의 재료와 유사한 열적 팽창 계수를 갖는 재료로 이루어진 베이스 플레이트(2)가 존재한다. 상기 베이스 플레이트는 예컨대 AlSiC, CuC 또는 CuSiC와 같은 MMC-재료(금속 매트릭스 혼합)일 수 있다. 회로망의 전류 인입선을 지지하는 기판(3)은 바람직하게는 AIN이다. 상기 전류 인입선은 도 1의 실시예에서 예컨대 구리로 된 금속 도체 레일(4)에 의해 구성된다. 필요한 세 개의 도체 레일이 바람직하게는 도시된 바와 같이 서로 평행하게 설치된다. 게이트 단자 및 보조 이미터 단자를 콘택팅하기 위해 점선으로 둘러싸인 위치에 설치된 칩용 리세스(5)가 도체 레일내에 존재한다. 그러나 상기 리세스는 없을 수도 있다.

본 실시예에서는 전류 전도를 위해 폐쇄 스위치에 의해 제공된 칩의 이미터 단자가 도체 레일상에 직접 설치될 수 있다. 도 1의 도면은 각 용도에 따른 특수 설계를 고려하지 않은 본질적인 구성 요소를 보여준다. 도체 레일은 더 작을 수도 있으며, 그 사이의 간격은 더 넓을 수 있다. 따라서 스위치로서 작용하는 칩도 도체 레일 옆의 측면으로 배치될 수 있다. 이미터 단자의 콘택팅은 예컨대 기판 위, 별도의 프린트 회로 기판 위 또는 도체 스트립이 제공된 박막 위에 존재할 수 있는 접속 라인 또는 도체 스트립에 의해 실행될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예는 조립이 간단하다는 장점을 갖는다.

3x3 매트릭스내 칩 장치의 특별한 장점은 상부 도체 레일이 하부 도체 레일의 배치에 대해 횡으로 배치됨으로써 이미 매트릭스 컨버터의 기능이 실현된다는 것이다.

도 2는 도 1에 따른 하부와 유사하게 구성된, 매트릭스 컨버터의 적합한 상부(6)를 나타낸다. 상기 상부는 위로부터 하부에 설치된 칩으로 배치되며, 그리하여 도 2에 도시된 배치에 상응하게 상부의 전류 인입선이 하부의 도체 인입선 방향에 횡으로 연장된다. 전류 인입선의 상기 두 실시예의 경우 마찬가지로 세 개의 금속 도체 레일(40)이 존재한다. 바람직한 칩 장치는 마찬가지로 도 2에서 점선으로 나타난 테두리에 의해 표시된다. 상기 실시예에는 또한 상부의 도체 레일내에 게이트 단자 및 보조 이미터 단자용 리세스(50)가 도시되어있다.

도 1 및 2에 도시된 실시예에는 게이트 콘택이 칩의 상부면 및 하부면 모두에서 각각 칩의 중앙에 위치한다. 칩의 가장자리 또는 에지에는 상기 게이트 콘택 대신 게이트 단자가 존재할 수 있다. 보조 이미터 단자는 이미터 콘택으로 보내지는 전기적 전위를 기준 전위로서 제어 회로로 전송하는 역할만 하기 때문에, 상기 보조 이미터 단자는 예컨대 칩 근처의 도체 레일의 모서리에 설치될 수 있다.

도 3은 도체 스트립(8)을 갖는 바람직한 플렉시블 프린트 회로 기판(7)을 나타낸다. 상기 프린트 회로 기판은 유전체 물질로 이루어진 박막일 수 있다. 여기에는 폴리이미드(예: Kapton)가 매우 적합하다. 상기 박막은 충분한 절연 효과에서 적절한 두께로 제조될 수 있다. 상기 박막내 도체 스트립은 각 칩의 게이트 단자 및 보조 이미터 단자를 위해 전자 제어 장치로 제공된다. 따라서 박막상에는 소형의 얇은 도체 스트립이 충분하다. 박막 재료의 적어도 두 개 층으로 이루어진 다층 구조는 도체 스트립 양쪽이 잘 절연될 수 있게 해 준다. 또한 박막의 다수의 층이 겹쳐서 존재할 수 있으며, 그 사이에는 각각 도체 스트립의 일부가 배치된다.

도 3에 도시된 구조화된 프린트 회로 기판(7)은 본 실시예에서 측면에 서로 떨어져 있는 부분(70)(여기서는 설형 또는 브래킷형)이 돌출되어있는 개구(71)를 갖는다. 상기 설형부는 도 1에 도시된 도체 레일(4)의 리세스내로 삽입된다. 도 3의 설형부(70)상에 도시된 정방형 면은 게이트용 단자(9) 및 보조 이미터용 단자(10)를 나타내며, 상기 단자들은 각 칩의 하부면상의 게이트 콘택 및 바람직하게는 칩의 하부면상의 이미터 콘택의 작은 영역과 접촉된다. 보조 이미터 단자의 경우 각 이미터 콘택에 대해 가장 근거리의 전위를 측정하는 것에만 좌우되기 때문에, 보조 이미터용 단자(10)는 전류 인입선의 적절한 콘택면에 직접 설치될 수도 있다. 또한 상기 보조 이미터용 단자(10)는 도체 레일의 관련 리세스내에 적절한 콘택면이 제공되는 경우 게이트 단자(9)의 반대편에 놓인 기판(7)면상에 설치될 수도 있다. 칩의 이미터 콘택에 보조 이미터 단자를 제공하도록 제시된 실시예는 게이트 단자 및 보조 이미터 단자가 동일한 공정 단계에서 제조될 수 있기 때문에 간편한 제조가 가능하다는 장점을 갖는다.

구조화된 프린트 회로 기판내, 예컨대 박막의 두 층 사이에 연장되는 도체 스트립(8)이 점선으로 표시되어 있으며, 상기 도체 스트립의 아래쪽에 도시된 단부로부터 도시되지 않은 전자 제어장치까지 이어진다. 상기 도체 스트립은 프린트 회로 기판으로부터 가장자리에 유도되어 나올 수 있으며, 상기 전자 제어 장치는 상기 프린트 회로 기판 안에 또는 위에서 결합될 수 있다.

프린트 회로 기판(7)은 완전 평면으로 형성될 수 있다. 칩에 설치된 이미터 콘택을 전류 인입선(도체 레일(4))상에 콘택팅하기 위해, 박막내에 관련 개구(71) 또는 리세스가 콘택팅을 위해 제공된 전류 인입선 영역에 존재한다. 게이트 단자(9) 및 보조 이미터 단자(10)상에 칩을 설치함으로써 매트릭스형 장치가 이미 충분히 고정된다. 이미터 콘택과 도체 레일 사이에 전기 콘택을 제조할 수 있게 하기 위해서, 전류 인입선에 걸쳐서 배치된 기판(7)영역을 위해 적어도 편평한 리세스가 전류 인입선내에 존재하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나 프린트 회로 기판 두께의 적어도 일부는 이미터 콘택과 전류 인입선 상부면 사이의 납땜층 또는 전기 전도성 접착층에 의해 평준화될 수 있다. 전체 장치가 하부(1) 및 상부(6)의 압축에 의해 장착되는 경우(압축 콘택), 전류 인입선상에 있는 프린트 회로 기판 영역내 상기 전류 인입선의 충분히 깊은 리세스에 의해 또는 콘택팅될 칩의 이미터 콘택 영역내 전류 인입선상에 적절히 상승되어 형성된 콘택면에 의해 프린트 회로 기판의 두께가 완전히 평준화되어야 할 수도 있다.

도 3에 따라 내부에 및/또는 상부면상에 도체 스트립이 제공된 유사한 구조의 프린트 회로 기판 또는 박막이 칩의 게이트 단자 및 보조 이미터 단자를 위해 상부면상에 제공된다. 그런 다음 구조화된 상기 프린트 회로 기판 또는 박막은 예컨대 상부면(6)의 도체 레일(40)의 관련 리세스(50) 안으로 삽입된다. 거기에는 또한 도체 스트립을 갖는 완전 평면 박막이 존재할 수 있으며, 상기 박막은 이미터 콘택을 상부 도체 레일(40)로 접속시키기 위해 제공된 영역내에 리세스를 갖는다.

파워 반도체 스위치의 매트릭스 장치를 위해 하부 및 상부에 각각 서로 평행하게 설치된 세 개의 전류 인입선이 존재하며, 상기 전류 인입선 중 상부는 하부에 대해 일정각으로, 바람직하게는 직각으로 설치된다. 전류 인입선이 각각 칩 아래 내지는 위에 존재할 필요는 없다. 그 대신에 예컨대 이미터 단자를 갖는 칩이 하부 도체 레일상에 직접 장착되긴 하지만, 상부 전류 인입선이 칩의 측면에 배치될 수 있다. 칩의 이미터 단자는 이러한 경우 예컨대 본딩 와이어를 사용하여 이를 위해 제공된, 상부 전류 인입선의 접속면에 전기 전도적으로 연결될 수 있다. 그러면 칩 및 상부 전류 인입선은 하나의 평면으로 설치될 수 있다. 게이트 단자 및 보조 이미터 단자를 칩의 상부면에 설치하는 것은 완전 평면 프린트 회로 기판 또는 도체 스트립 박막을 통해 비교적 간단하게 실현될 수 있다.

도체 레일상으로 직접 납땜되거나 접착되고, 또는 압착되는 이미터 단자를 사용한 매우 간단하고 견고한 실시예 형태가 바람직하게는 도 4에 실시예로서 단면으로 도시된 바와 같이 각각 양방향 반도체 스위치를 갖는 칩의 실시예에 의해 실현된다. 도입부에 언급된 문서에 공지되어있는 IGBT, GTO 또는 MOSFET로서 작용하는 도핑된 구조를 갖는 칩(12)의 반도체 바디는 두 기본면상에 적어도 하나의 이미터 콘택(14) 및 적어도 하나의 게이트 콘택(13)을 가지며, 상기 기본면에는 스위치 작동에 필요한 전위가 인가된다. 상기 이미터 콘택은 다수로 존재할 수 있으며, 칩의 관련 기본면상에 분포될 수 있다. 상기 게이트 콘택은 관련 기본면의 임의의 위치에 설치될 수 있으며, 기본면의 중심에 있어야만 하는 것은 아니다.

반도체 재료에 적층되고 콘택으로서 제공된, 예컨대 알루미늄과 같은 금속층(15)은 바람직하게는 예컨대 통상 두께가 약 30 ㎛ 인 두꺼운 니켈층에 의해 보강된다. 이러한 니켈 콘택의 보강은 전기 없이 금속층으로 증착될 수 있으며, 이는 제조시 매우 바람직하다. 그 외에도 니켈층의 표면은 예컨대 연마에 의해 평탄화될 수 있다. 칩의 유전성 가장자리는 그 상부면에 바람직하게는 폴리이미드인 패시베이션(16)을 갖는다. 콘택은 상기 폴리이미드층 위로 명확히 돌출되어 전류 인입선 내지는 게이트 단자 및 보조 이미터 단자와의 간단한 전기적 연결을 가능하게 한다. 도 4의 실시예에는 칩의 가장자리에 제조시 칩의 분리를 손쉽게 하는 분리 프레임이 도시되어있다.

칩의 가장자리에는 전류 인입선상의 높은 전압에 대한 충분한 절연이 요구된다. 따라서 프린트 회로 기판(7)이 전류 인입선에 전기적으로 연결되는 이미터 콘택(14)의 외부에 있는 칩의 가장자리를 커버하는 것이 바람직하다. 전류 인입선에 대한 칩의 더 나은 전기적 절연을 보증하기 위해서 바람직하게는 프린트 회로 기판이 칩의 가장자리, 특히 거기에 존재하는 폴리이미드 패시베이션(16)에 의해 접착된다. 도 4에는 칩의 위 및 아래에 각 프린트 회로 기판(7)의 일부분(70)이 패시베이션(16) 위로 도시되어있다. 상기 실시예에서는 이미터 콘택이 전도성 접착층(11)에 의해 전류 인입선(4, 40)상에 설치된다. 전류 인입선의 리세스(5, 50)내에는 프린트 회로 기판(7)의 설형부(70)가 배치된다. 여기에는 게이트 단자로 표시되어있다. 또한 상부 전류 인입선(40)이 투영면에 대해 수직으로 연장되며, 하부 전류 인입선(4)이 상기 투영면 안에서 연장되는 것을 알 수 있다.

도체 레일이나 다른 전류 인입선상에서의 조립 내지는 도체 스트립과 게이트 및 보조 이미터 단자가 제공되어 구조화된 프린트 회로 기판 또는 박막상에서의 조립에 추가로 칩이 서로 매트릭스형 장치내에 고정될 수 있다. 이것은 예컨대 도 5에 도시된 횡단면에 상응하게 칩의 측면 가장자리가 리세스를 갖는 플레이트 또는 프레임(18)내에 부착될 수 있다. 칩(12)의 측면(에지면)과 상기 프레임의 리세스 내부면 사이에 칩을 고정시키는 얇은 접착층(19)이 있다.

도 6은 프레임(18)내 칩(12)의 상기와 같은 매트릭스 구조를 나타낸다. 도 5에 도시된 횡단면의 위치는 도 6에 표시되어있다. 칩 상부면의 작은 정사각형은 칩의 게이트 콘택(13)을 나타낸다.

도 7은 칩의 또 다른 콘택팅 가능성을 보여준다. 여기에는 도 5 및 6의 실시예에 상응하게 프레임내에 접착층(19)에 의해 고정된 칩(12)이 실시예로서 제시되어있다. 이미터 콘택(14) 및 게이트 콘택(13)이 상기 프레임에 걸쳐서 위쪽 및 아래쪽으로 돌출된다. 상기 프레임은 제외될 수 있다. 칩의 상부 이미터 콘택 단자로 가는 상부 도체 레일(40)의 횡단면이 도 7에 제시되며 투영면에 대해 수직으로 연장된다. 상기 실시예에는 도체 레일이 상부의 하부면에 고정되지 않고, 접착층(21)에 의해 고정장치(20) 또는 다른 프레임내에 고정된다. 상기 고정 장치의 상부면상에는 본딩 와이어(22)에 의해 칩의 상부면 위에 있는 게이트 콘택(13)과 결합되는 전기 전도성 접속면(23)이 존재한다. 이를 위해 도체 레일내에 게이트 콘택의 상부면을 노출시키는 해당 리세스(24)가 각각 존재한다.

게이트 단자에 대한 또 다른 실시예로서 칩의 하부면상에 프린트 회로 기판(7)이 플렉시블 도체 스트립 박막으로 제시된다. 상기 도체 스트립 박막내에는 칩의 하부면상에 게이트 콘택(13)을 접속시키기 위해 제공되는 도체 스트립(8)이 존재한다. 투영면의 앞뒤 영역에는 도체 스트립 박막내에 리세스가 존재하며, 상기 리세스내에서는 도체 레일이, 칩이 전류 인입선상에 지속적으로 고정되도록 하기 위해 예컨대 전기 전도성 접착층(30)에 의해 칩의 적어도 하나의 하부 이미터 콘택(14)과 연결된다. 도 7에는 상기 도체 스트립 박막이 명확한 표현을 위해 너무 지나치게 두껍게 도시되어있다.

매우 얇은, 예컨대 폴리이미드로 된 도체 스트립 박막을 사용하는 경우, 이미터 콘택을 도체 레일상에 직접 고정시키기는 데에는 매우 얇은 접착층(30)으로도 충분하다.

게이트 콘택의 접속을 위한 도체 스트립(8)이 프린트 회로 기판내에 설치되는 도면을 위해, 도 7에는 상기 도체 스트립의 횡단면이 이미 칩의 게이트 콘택상에 설치된 중앙의 접속 콘택(9)에서부터 칩으로 이르는 하부 도체 레일(4)의 방향에 평행하게 도시되어있다. 도시된 횡단면도에서 상기 하부 도체 레일(4)은 투영면의 수평선에 배치된다. 바람직하게는 실시예에서 도체 스트립이 먼저 도체 레일의 측면 영역에서- 여기서는 투영면에 대해 수직으로- 유도되어, 거기서 꺾여진 다음 상기 도체 레일에 대해 평행하게 연장된다.

도체 스트립(8)의 접속 콘택(9)과 칩의 게이트 콘택(13)간의 확실한 콘택을 달성하기 위해, 도체 레일이 그 내부에 바람직하게는 유전성 물질(26)로 절연된 벽을 가지며, 내부에 스프링(32)에 의해 가압되고 프린트 회로 기판을 누르는 첨두(31) 또는 그와 유사한 것이 존재하는 리세스(25)를 갖는다. 칩이 도체 레일의 측면에 설치되거나, 상기 칩의 적어도 하나의 측면 부분이 도체 레일 위로 돌출되고, 게이트 콘택이 상기 위치에 설치되면, 프린트 회로 기판의 압착을 위해 게이트 콘택에 존재하는 첨두가 전류 인입선과 분리된 기판 영역내 도체 레일의 측면으로도 설치될 수 있다. 기판의 상부면이 평면일 필요는 없다. 상기 기판은 도체 레일간의 영역을 메울 수 있다. 도체 레일의 상부면에 평탄하게 연결되는 기판 상부 영역내에는, 그 안에 있는 접속 콘택(9)을 전류 인입선의 측면에 설치된, 칩의 게이트 콘택과 접촉시키기 위해 바람직하게는 도체 스트립 박막 또는 플렉시블 프린트 회로 기판을 누르는 상기와 같은 첨두가 설치될 수 있다.

또한 칩의 상부면상에 상응하는 장치가 제공될 수 있다. 그렇게 되면 스프링 장치가 된 첨두가 예컨대 상부 도체 레일을 지지하는 상부에 설치될 수 있다.

제시된 부품들의 가능 실시예 및 구조는 각각의 요구사항에 상응하게 서로 결합될 수 있으며, 종래의 단방향 반도체 부품 조립으로부터 공지된 다른 콘택팅 실시예로 수정될 수 있다.

본 발명에 따른 매트릭스 컨버터는 초소형 공간에 배치될 수 있다는 장점을 갖는다. 전형적으로 치수가 13 mm x 13 mm인 칩을 갖는 파워 반도체 스위치를 사용하게 되면 전체 매트릭스 컨버터는 5 cm x 5 cm 미만의 단면적을 갖는다. 그러나 상기 칩은 기본적으로 더 작게 제조될 수도 있으며(예: 5 mm x 5 mm), 이는 각각의 응용 분야 및 처리될 전류 강도에 따라 좌우된다. 고밀도 설계방식에 추가로 본 발명에 따른 매트릭스 컨버터는 칩 하부면이 열 전도력이 높은 전류 인입선과 직접 연결됨으로써 손실열의 배기가 잘 이루어질 수 있다. 또한 게이트 라인 및 보조 이미터 라인을 전기적으로 절연하여 둘러싸는 플렉시블 프린트 회로 기판 또는 절연 박막을 사용함으로써 칩의 두 기본면의 충분한 절연이 달성된다.

Claims (6)

1. 입력부 및 출력부로서 9 개의 스위치 및 각각 세 개의 전류 인입선을 갖는 매트릭스 컨버터에 있어서,

   - 상기 스위치가 양방향으로 스위칭 가능한 파워 반도체 부품(12)이고,

   - 상기 파워 반도체 부품이, 서로 대립 배치된 두 기본면상에 스위치의 입력부 및 출력부로서 적어도 하나의 이미터 콘택 및, 각각 전기적 전위의 인가를 위해 제공되고 스위칭 기능을 수행하는 게이트 콘택(13)을 가지며,

   - 상기 파워 반도체 부품이 각 3 개의 파워 반도체 부품에 대해 3 열로 배치됨으로써, 각 파워 반도체 부품의 두 기본면이 서로 이격 배치된 두 면 중 각각 하나에 배치되고,

   - 3 개의 전류 인입선(4, 40)이 하나의 면에 서로 나란히 인접 배치되고, 다른 3 개의 전류 인입선이 상기 면에 횡으로 연장되어 다른 면에 서로 나란히 인접 배치되며,

   - 각 이미터 콘택(14)이 전류 인입선에 전기 전도적으로 연결됨으로써, 처음 3 개의 전류 인입선 중 하나와 다른 세 개의 전류 인입선 중 하나로 이루어진 쌍에 하나의 파워 반도체 부품이 존재하며, 상기 부품의 이미터 콘택이 각각 상기 전류 인입선 중 하나와 연결되고, 및

   - 서로 및 전류 인입선에 대해 전기적으로 절연된 36 개의 도체 스트립(8)이 존재하며, 그 중 18 개가 각 게이트 콘택과 전기 전도적으로 연결되고, 다른 18 개가 보조 이미터 단자로서 파워 반도체 부품의 각 기본면상에서 각 이미터 콘택과 전기 전도적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 도체 스트립(8)의 적어도 일부가 프린트 회로 기판(7) 또는 박막내에서 절연되고, 게이트 콘택 및 이미터 콘택 또는 상기 이미터 콘택에 인접하는 전류 인입선 부분에 단자가 제공되는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 프린트 회로 기판 또는 박막이 개구(71)를 가지고, 상기 개구 내에서 이미터 콘택(14)이 전류 인입선과 연결되며, 및

   상기 프린트 회로 기판이 전류 인입선에 대해 전기적으로 절연되는 방식으로 파워 반도체 부품의 가장자리에 설치되거나 부착되는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터.
4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전류 인입선이 금속 도체 레일이며, 그 중 3 개가 기판상에 서로 평행하게 배치되고, 다른 3 개는 그에 대해 직각으로 파워 반도체 부품의 다른 면상에 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터.
5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   이미터 콘택(14)을 갖는 상기 파워 반도체 부품이 전류 인입선상에 설치되고, 상기 전류 인입선내에는 프린트 회로 기판(7) 또는 박막의 일부(70)가 삽입되고, 게이트 콘택(13)으로의 단자(9)를 갖는 도체 스트립(8)의 단부가 배치된 리세스(5, 50)가 존재하는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터.
6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 도체 스트립이 하나 또는 다수의 폴리이미드 박막내에 또는 상기 박막들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 매트릭스 컨버터.