KR20060064532A - 보조 연결부를 구비하는 전력 반도체 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하우징의 내부에 배치된 전력 반도체 부품을 포함하는 전력 반도체 모듈, 양호하게는 디스크셀에 관한 것이다. 디스크셀은 2개의 부하 연결부 및 적어도 하나의 보조 연결부를 포함하며, 보조 연결부는 전력 반도체 부품으로부터 개시되어 관련 외부 연결 요소에서 종결된다. 보조 연결부의 외부 연결 요소는 하우징을 관통하여 내부에 핀형상 금속형 부품으로서 형성된다. 보조 연결부는 전력 반도체 부품의 보조 연결 접촉부 상의 접촉 장치, 전기 도전성 결합 요소 및 부분적으로 클램프 디스크로 형성된 접촉 요소를 통해 형성되며, 클램프 디스크는 외부 연결 요소의 핀형상 금속형 부품 상에 배치된다.
하우징, 전력 반도체 부품, 디스크셀, 부하 연결부, 보조 연결부, 접촉 장치

Description

보조 연결부를 구비하는 전력 반도체 모듈{POWER SEMICONDUCTOR MODULE WITH AUXILIARY CONNECTION}
도1은 디스크셀의 3차원적 도면.
도2는 상기 디스크셀의 중앙을 통한 단면도.
도3은 보조 연결부와 외부 연결 요소를 결합하기 위한 본 발명에 따른 접촉 요소의 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 보조 연결부
110: 접촉 요소
114: 클램프 디스크
120: 전기 도전성 결합 요소
122: 와이어 요소
140: 접촉 장치
142: 스프링 요소
144: 합성 수지형 몸체
200: 전력 반도체 부품
300: 하우징
본 발명은 안에 배치되어 있는 전력 반도체 부품의 보조 연결 접촉부와 외부 연결 요소가 확실하게 내부 결합되는 전력 반도체 모듈을 제안한다. 예를 들면 복수의 전력 반도체 부품이 위에 배치되어 있는 기판 및 이를 둘러싸는 합성 수지형 하우징을 포함하는 전력 반도체 모듈의 다양한 구조가 공지되어 있다. 또한, 상기 전력 반도체 모듈은 부분적으로 금속 기부판도 포함한다. 마찬가지로 밀폐식 밀봉된 하우징 및 대부분 그 내부에 위치되는 각각의 반도체 부품만을 포함하는 디스크셀(disc cell)도 공지되어 있다. 상기 제안된 구조는 모든 유형의 전력 반도체 모듈에 대해 적합하지만, 특히 디스크셀에 대해 특별한 장점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 디스크셀을 예로 들어 설명되며, 디스크셀은 오래전부터 공지된 종래 기술이며 다양하게 제작되었다. 이러한 디스크셀은 예를 들면 제DE 101 32 169 A1호에서 알 수 있는 바와 같이 하우징인 원통형 절연 몸체로 이루어진다. 상기 원통형 절연 몸체의 내부에는 적어도 하나의 전력 반도체 부품, 예를 들면 전력 다이오드, 전력 트랜지스터 또는 전력 사이리스터(thyristor)가 배치된다. 본 발명은 주로 그 내부에 위치되는 제어형 전력 반도체 부품을 구비하는 상기 유형의 디스크셀에 관련된다.
보조 연결부는 주로 전력 반도체 부품의 제어 연결부의 결합부로 이해된다. 그러나, 보조 이미터(emitter) 연결부 또는 전력 반도체 모듈에 일체된 센서용 연 결부도 같은 범주에 포함된다.
디스크셀의 보조 연결부는 종래 기술에 따르면 보조 연결부를 전력 반도체 부품의 보조 연결 접촉부와 결합하기 위한 접촉 장치, 결합 요소 및 일반적으로 하우징의 관통 접촉부인 외부 연결 요소와 결합하기 위한 접촉 요소로 구성된다.
보조 연결부를 전력 반도체 부품의 보조 연결 접촉부와 결합하기 위한 접촉 장치는 대부분 납땜 결합 방법인 재료 결합식 결합 방법 또는 대부분 가압 접촉 방법인 재료 접촉식 결합 방법으로 구성된다. 납땜 결합 방법은 일반적으로 다른 결합 기술에 비해 가장 적은 내구성을 갖는다는 단점을 갖는다. 가압 접촉식 결합 방법은 복수의 변형예가 공지되어 있으며, 새로운 변형예가 공개되지 않은 제DE 10 2004 050 588호에 개시되어 있다.
보조 연결부는 상기 접촉 장치로부터 개시되어 대부분 전기 절연 와이어 요소로 이루어지며, 상기 전기 절연 와이어 요소는 연결 요소에 납땜 또는 용접된다. 여기서 용접 결합은 보다 큰 내구성이라는 장점을 갖는다. 모든 공지된 재료 접촉식 방법은, 그 제작에 의해 디스크셀의 내부, 특히 밀접하게 인접한 부하 연결 접촉부 중 하나가 오염되어 내구성이 약화된다는 단점을 갖는다. 또한, 납땜 연결 방법은, 외측 연결부에 납땜 결합을 형성함으로써 내측 납땜 결합이 분리된다는 단점을 갖는다.
기판을 구비하는 전력 반도체 모듈에 대해, 보조 연결부는 전력 반도체 부품 또는 기판의 전도체로부터 개시되어 확실하고 내구성있는 전기적 결합부로서 구성되는 것이 필요하다.
본 발명의 목적은 확실하고 내구성있는 전기적 결합을 가능케 하고 간단한 조립을 허용하는 전력 반도체 부품 및/또는 기판의 보조 연결부용 외부 연결 요소를 구비하는 전력 반도체 모듈, 양호하게는 디스크셀을 제안하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구범위 제1항의 특징부의 수단을 통해 달성된다. 양호한 실시예가 종속항에 개시되어 있다.
본 발명에 따른 전력 반도체 모듈은 하우징, 하우징의 내부에 배치된 적어도 하나의 전력 반도체 부품 및 적어도 2개의 부하 연결부 및 적어도 하나의 보조 연결부를 포함한다. 디스크셀로서 형성된 전력 반도체 모듈에서 외부 연결 요소를 구비하는 하우징이 밀폐식 밀봉 형성되는 것이 특히 양호하다.
또한 전력 반도체 모듈은 전력 반도체 부품, 양호하게는 전력 반도체 부품의 제어 연결 접촉부로부터 개시되는 적어도 하나의 보조 연결부를 포함한다. 대안으로, 상기 보조 연결부는 기판으로부터 개시될 수도 있다. 각 보조 연결부는 관련 외부 연결 요소에서 종결되며, 각 외부 연결 요소는 하우징을 관통한다. 하우징의 내부에서 상기 연결 요소는 핀형상 금속형 부품으로 형성된다.
보조 연결부는 전력 반도체 부품의 보조 연결 접촉부 또는 기판의 상응하는 연결 접촉부상의 접촉 장치를 통해 형성되며, 전기 도전성 결합 요소에 의해 더 안내되어 부분적으로 클램프 디스크로 형성된 접촉 요소에서 종결된다. 여기서 클램프 디스크는 외부 연결 요소의 핀형상 금속형 부품 상에 배치된다.
양호하게는 접촉 요소는 양호하게는 전기 절연된 와이어 요소로 구성된 결합 요소와 압착 결합하기 위한 크림프(crimp) 연결부를 구비하는 금속형 부품으로 형성된다. 클램프 디스크는 양호하게는 3개 또는 5개의 해제되어 있는 복수의 클램프 립(lip)을 구비하는 외측링으로 형성된다.
양호하게는 전력 반도체 부품의 보조 연결 접촉부 상의 접촉 장치는 접촉 저널의 고정을 위한 합성 수지형 부품, 및 전력 반도체 부품의 보조 연결 접촉부와 접촉 저널의 가압 접촉 결합을 위한 스프링 요소로 형성된다.
본 발명의 사상은 도1 내지 도3의 실시예에 의해 보다 상세히 설명된다.
도1은 여기서 디스크셀인 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 내부를 바라본 것이다. 세라믹 하우징(300)이 도시되어 있으며, 이 안에는 전력 반도체 부품(200), 여기서는 구체적으로 전력 사이리스터가 배치되어 있다. 전력 사이리스터(200)는 중앙에 배치된 보조 연결 접촉부, 여기서는 제어 연결 접촉부를 포함한다. 그 외의 표면은 부하 접촉부, 여기서는 음극 접촉부로서 사용된다. 상기 부하 접촉부의 외부에 대한 부하 연결부는 여기에 도시되어 있지 않지만, 물론 본질적으로 종래 기술에 상응하는데, 즉 보조 연결부(100)를 배치하기 위한 리세스를 포함한다.
보조 연결부(100)는 그 자체로 접촉 장치(140), 전기 도전성 결합 요소(120), 및 부분적으로 클램프 디스크(114)로 형성된 접촉 요소(110)로 이루어진다. 여기서 결합 요소는 와이어 요소(122)가 연결되어 있는 접촉 저널(124)로서 형성되어 있다. 접촉 저널은 접촉 장치(140)에 의해 유지되어 안내된다. 상기 접촉 장치 (140)는 합성 수지형 몸체(144) 및 스프링 요소(142)로 이루어진다. 접촉 저널(124)은, 디스크셀의 조립 후 압력이 접촉 장치(120) 상으로 가해지고 이 접촉 장치는 접촉 저널(130)을 전력 반도체 부품(200)의 보조 연결 접촉부 상으로 가압하여 보조 연결부(100)를 확실하게 영구적으로 전기 접촉시키도록 형성된다.
보조 연결부(100)의 제2 단부는 접촉 요소(110)를 형성한다. 접촉 요소는 크림프 연결부(112)를 구비하는 금속형 부품으로 형성된다. 크림프 연결부에는 와이어 요소(120)가 압착 결합 장치에 의해 전기 결합된다. 접촉 요소(110)는 클램프 디스크(114)를 더 포함하며, 상기 클램프 디스크(114)는 외부 연결 요소의 핀형상 금속형 부품 상에 배치된다.
도2는 도1에 따른 디스크셀의 중심을 통한 단면도를 도시한다. 마찬가지로 원통형 하우징(300)이 도시되어 있으며, 상기 하우징의 외부 표면은 전기적 안정성을 이유로 파동형으로 형성되어 있다. 하우징(300)은 외부 연결 요소(310)를 포함한다. 이 연결 요소는 하우징(300)의 내부에 핀형상 금속형 부품으로 형성되어 있다. 양극의 주 연결 요소(190)는 여기서 금속 실린더로서 형성되어 있으며, 이 금속 실린더 상에는 양호하게는 몰리브덴으로 이루어진 다른 금속 디스크 및 이 위에는 전력 반도체 부품(200)이 배치되어 있다.
전력 반도체 부품(200)의 보조 연결 접촉부를 외부 연결 요소(310)와 연결시키기 위한 보조 연결부(100)는 접촉 장치(140), 전기 도전성 결합 요소(120) 및 접촉 요소(110)로 형성된다. 접촉 요소(110)를 외부 연결 요소(310)의 핀형상 금속형 부품 상에 배치하는 것도 마찬가지로 여기에 도시되어 있다.
상기 본 발명에 따른 보조 연결부(100)의 구성에 의해, 보조 연결부(100)는 외부 연결 요소(310) 영역에서 디스크셀의 내부 챔버내로 매우 약간만 돌출되어 도시되지 않은 음극의 부하 연결 요소를 위한 충분한 공간을 형성할 수 있게 한다. 상기 부하 연결 요소에 의해 접촉 장치(140)의 합성 수지형 몸체(142)는 전력 반도체 부품(200) 방향으로 가압된다. 이에 따라, 스프링 요소(144)에 의해 압력이 접촉 저널(124) 상으로 가해지며, 따라서 접촉 저널(124)은 전기적으로 확실하게 영구적으로 전력 반도체 부품(200)의 보조 연결 접촉부와 결합된다.
상술된 구조에 대한 대안으로서, 보조 연결부(100)는 보조 회로 기판으로서 하우징의 내부에 구성되는 기판을 기초로 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 상기 기판은 반도체 부품의 제어 연결부와 와이어 본딩 결합에 의해 전기 도전성 결합되는 적어도 하나의 금속 표면을 포함한다.
도3은 본 발명에 따른 접촉 요소(110)를 평면도 및 3차원적 도면으로 도시하고 있다. 접촉 요소(110)는 외부 연결 요소(310)와 결합되는 보조 연결부(100)의 결합 부재이다. 접촉 요소(110)는 와이어 요소로 형성된 결합 요소(120)와 압착 결합하기 위한 크림프 연결부(112) 및 클램프 디스크(112)를 구비하는 금속형 부품으로 형성된다. 클램프 디스크는 양호하게는 3개 또는 여기에 도시되지 않은 5개의 해제되어 있는 클램프 립(116)을 구비하는 외측링(118)으로 이루어진다. 클램프 디스크(114)의 중앙 리세스의 직경은 외부 연결 요소(310, 도1 참조)의 핀형상 금속형 부품의 직경보다 양호하게는 0.1mm 내지 0.5mm 정도 더 작다.
클램프 립(116)이 외측링(118)에 의해 형성된 평면으로부터 전력 반도체 모 듈의 내부 방향으로 만곡될 때 특히 양호하다. 여기서, 상기 평면에 대한 클램프 립의 각도의 탄젠트가 외부 연결 요소(310)의 핀형상 금속형 부품 및 클램프 디스크(114)의 재료 사이의 미끄럼 마찰 계수보다 더 작을 때, 특히 양호한 것으로 증명되었다. 이러한 경우, 상기 만곡의 각도 범위는 상기 한계 각도와 상기 한계 각도의 절반 사이에 존재한다. 이를 통해, 외부 연결 요소(310)의 핀형상 금속형 부품 상으로의 조립이 단순화되고 미끄러짐이 확실히 방지된다.
본 발명에 따르면, 확실하고 내구성있는 전기적 결합을 가능케 하고 간단한 조립을 허용하는 전력 반도체 부품 및/또는 기판의 보조 연결부용 외부 연결 요소를 구비하는 전력 반도체 모듈, 양호하게는 디스크셀을 제안하는 것이다.

Claims (5)

  1. 하우징(300), 하우징(300)의 내부에 배치된 적어도 하나의 전력 반도체 부품(200), 적어도 2개의 부하 연결부(190) 및 적어도 하나의 보조 연결부(100)를 포함하는 전력 반도체 모듈이며,
    적어도 하나의 보조 연결부(100)는 전력 반도체 부품(200) 및/또는 기판으로부터 개시되어 관련 외부 연결 요소(310)에서 종결되며, 적어도 하나의 보조 연결부(100)의 적어도 하나의 외부 연결 요소(310)는 하우징(300)을 관통하여 내부에 핀형상 금속형 부품으로서 형성되며, 보조 연결부(100)는 전력 반도체 부품(200) 또는 기판의 보조 연결 접촉부 상의 접촉 장치(140), 전기 도전성 결합 요소(120) 및 부분적으로 클램프 디스크(114)로 형성된 접촉 요소(110)를 통해 형성되며, 클램프 디스크(114)는 외부 연결 요소(310)의 핀형상 금속형 부품 상에 배치되는 전력 반도체 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 접촉 요소(110)는 와이어 요소(122)로 구성된 결합 요소(120)와 압착 결합하기 위한 크림프 연결부(112) 및 클램프 디스크(112)를 구비하는 금속형 부품으로 형성되며, 상기 클램프 디스크(112)는 해제되어 있는 복수의 클램프 립(116)을 구비하는 외측링(118)으로 구성되는 전력 반도체 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 클램프 립(116)은 외측링(118)에 의해 형성된 평면으로부터 전력 반도체 모듈의 내부 방향으로 만곡되는 전력 반도체 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 전력 반도체 부품(200)의 보조 연결 접촉부 상의 접촉 장치(140)는 접촉 저널(124)의 고정을 위한 합성 수지형 부품, 및 전력 반도체 부품(200)의 보조 연결 접촉부와 접촉 저널(124)의 가압 접촉 결합을 위한 스프링 요소를 포함하는 전력 반도체 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 전력 반도체 모듈은 하우징(300)이 외부 연결 요소(310)에 의해 밀폐식 밀봉 형성되는 디스크셀로서 형성되며, 기판은 보조 회로 기판으로서 하우징의 내부에 구성되는 전력 반도체 모듈.
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