KR20100029728A - 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 반도체 디바이스(2a~2d)를 포함하고, 바람직하게는 개방 구조를 갖으며, 히트싱크 사이에 분산되고 액상 유전체에 적어도 부분적으로 잠겨진 것이 채택되며 개방 구조를 갖는 적어도 하나의 반도체 디바이스를 포함한다. 상기 개방 구조는 액상 유전체에 잠기거나 넘치도록 하는 적어도 하나의 반도체 디바이스(2a~2d)를 의미한다. 한편으로는 적어도 하나의 반도체 디바이스중의 다양한 소자부품 사이의 공간 또는 갭에 적절한 유전체 환경을 제공하는 액성 유전체가 충진된다.

액상 유전체, 냉매, 반도체 디바이스

Description

반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리{Stack assemblies containing semiconductor devices}

본 발명은 반도체 디바이스(Semiconductor device)를 포함하는 스택 어셈블리(Stack assemblies)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액상 유전체에 잠기도록 특수하게 고안된 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리에 관한 것이다.

본 발명은 액상 유전체에 최소한 일부(및 가장 바람직하게는 전체)가 담겨지도록 설치되고, 히트 싱크 사이에 분산된 적어도 하나의 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리(Stack assembly)에 관한 것이다.

상기 스택 어셈블리는 바람직하게는 한쌍의 히트싱크 사이에 위치된 각 반도체 디바이스를 갖는 다수의 반도체 디바이스를 포함한다.

상기 스택 어셈블리는, 비록 선호되는 전체 웨이퍼 디바이스(예를 들면, 사이리스터, 게일 턴오프 사이리스터(Gate Turn-off Thyristors:GTOs), 게이트 정류 사이리스터(Gate Commutated Thyristors) 또는 게이트 제어 사이리스터(Gate Controlled Thyristors:GCTs) 및 다이오드)가 바람직하지만, 광범위하게 서로 다른 종류의 반도체 디바이스를 사용하여 형성될 수 있다. 또한 다이(Die)에 기초하 는 장치 디바이스(예를 들면, 절연-게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 및 다이오드) 또는 상기와 같은 디바이스의 하이브리드가 채택될 수도 있다.

싱글 스택 어셈블리는 반도체 디바이스의 요구되어지는 조합을 포함하는데, 이들 모두에게는 압축에서 히트싱크 및 반도체 디바이스를 유지하도록 사용되고 이하에서 상세히 기재된 동일한 접촉 압축력이 적당하다.

일반적으로 반도체 디바이스는 반도체 웨이퍼 또는 바디, 저항 접촉식 피복, 압력 접촉 시스템, 패시베이션 레이어(Passivation Layer)(예를 들면, 유리(Glassy), 폴리아미드(Polyamide), 폴리이미드(Polyimide), 실리콘 러버(Silicone rubber) 또는 단일 또는 멀티 레이어 배치구조에서 적당한 기타 재료) 및 온도보상되는 기계식 접촉 플레이트를 포함할 것이다.

일반적인 프레스 팩 구조(Press pack construction)에서 상기 반도체 몸체와 접촉판(Contact Plates)은 한쌍의 구리 계자철심(Copper pole piece) 사이에 압착된다. 일반적인 프레스 팩 구조의 일예가 미국특허 제6441407호에 개시되었다. 더욱 상세하게는 미국특허 제6441407호의 도 2c와 도 3a는 반도체 몸체(31)가 절연 하우징에서 밀봉되어 봉인되고 그리고 접촉판(32)에 정렬되는 GTO의 투시도를 개시하였다. 상기 반도체 몸체(31)와 접촉판(32)은 구리 계자철심(Copper pole piece)(33, 34) 사이에서 압착된다.

전체 또는 각각의 반도체 디바이스는 '개방'구조 또는 환경에 따라서 통상적인 프레스팩구조를 포함할 수 있다. 일반적인 명칭으로서 '개방'구조를 갖는 반도체 디바이스는 구성 일부가 액상 유전체와 직접 접촉되도록 하기 위하여 상기 하우 징을 용접밀폐하지 않는 디바이스를 의미한다. 상기 디바이스는 압축형 어셈블리와 함께 사용하는 것이 바람직하다.

스택 어셈블리는 '개방'구조를 갖는 적어도 하나 이상의 반도체 디바이스와 프레스팩구조를 갖는 적어도 하나 이상의 반도체 디바이스를 포함할 수 있다. 따라서 다른 반도체 디바이스 구조의 조합은 동일한 스택 어셈블리 내에서 가능하게 될 것이다.

개방 구조를 갖는 반도체 디바이스는 액상 유전체에 담겨질 수 있다는 점에서 이점을 갖는 것으로 알려져 왔다. 이는 반도체 디바이스의 다양한 소자부품 사이의 공간 또는 갭(Gap)을 적절한 유전체 환경을 제공하여 액상 유전체에 담겨지도록 할 것이다. 반도체 디바이스에 사용되는 재료는 반도체 디바이스 또는 액상 유전체가 접촉된 결과로서 그 특성이 하향 되지 않도록 액상 유전체와 화학적, 구조적 및 유전적으로 친화되어야 한다. 이러한 반도체 디바이스는 반도체 몸체(4)의 전체 영역이 적당히 다소 가압된 유전체 가스(예를 들면, 드라이 니트로젠(Dry Nitrogen))에 의하여 에워 쌓여서 퍼지게 하는 하우징에 용접 밀폐되지 않으므로 종래의 프레스 팩과는 다르다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

상기 반도체 디바이스는 또한 종래의 프레스 팩 반도체 디바이스에 연결되는 구리계자철심이 또한 결여된다. 상기 구리계자철심은 히트싱크에 의해 효과적으로 대체된다. 종래의 인클로져 부품(Enclosure part)은 종래의 프레스 팩 반도체 디바이스의 전체 비용의 약 절반을 차지한다. '개방'구조를 갖는 반도체 디바이스에서 종래의 인클로져 부품의 결여는 중요한 비용 이익을 제공할 것이다.

'개방'구조를 갖는 반도체 디바이스의 표면은 스택 어셈블리 내에 집약되거나 저장되는 동안 오염원의 진입을 제한하기 위하여 캡슐(Encapsulation) 또는 다른 것으로 밀봉될 것이다. 더욱이 캡슐(예를 들면, 고무 또는 타 연성재질의 외부 링)은 기계를 운전하는 동안 임팩트 또는 쇼크에 대항하여 반도체 디바이스를 보호하는 데에 사용할 수 있다. 상기 반도체 디바이스의 표면을 둘러쌓는 캡슐은 상술한 '개방'구조의 이점을 떨어뜨리지 않는 것이 중요하다.

접촉 압축력은 전체 또는 각각의 반도체 디바이스 그리고 인접된 히트싱크 사이에서 적절한 온도보상 및 전기적 접속을 위하여 통상적으로 스택 어셈블리의 축방향을 따라서 가해지는 것이 바람직하다. 상기 접촉 압축력은 반도체 디바이스의 전기단자와 반도체 웨이퍼(또는 몸체) 사이에서 전기적 접속과 적절한 온도를 보상한다. 반도체 몸체(4)의 두 면의 접촉 영역은 각각의 접촉영역이 차이가 있고 서로 다른 접촉 압축력을 겪게 되는 것을 고려하여 선택하고, 적절한 온도와 전기접속이 용이하게 하도록 적절하게 금속화된다. GTOs의 경우에서는 다 수개가 각각 양각된 이미터 메사(Emitter mesa), 즉 애노드 접촉 영역에 대응되는 것보다 상당히 적은 접촉영역을 포함하는 양각된 캐소드 접촉 영역의 어레이가 적용되고, 각각의 접촉 압축력은 실제로 차이가 있으나 적절하게 선택 되어질 것이다.

상기 스택 어셈블리는 보통의 압력접촉시스템(클램핑시스템)에 의한 가압으로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 접촉 압축력은 대체로 상기 스택 어셈블리의 축방향을 따라서 상기 압력접촉시스템에 의해 실질상 연속적으로 가해지고 정확하게 결정될 것이다. 상기 압력접촉시스템은 금속표면의 주변에 울퉁불퉁하거나 얇은 돌출부가 플라스틱 변형을 겪고, 때문에 전기 접촉저항과 온도접촉저항을 감소시키는 것이 요구되어짐에 따라서 내부금속 접촉영역을 증가시킨다. 실제적으로 상기 압력 접촉시스템에 의해 가해지는 접촉 압축력은 반도체 웨이퍼 또는 몸체 파손의 원인에서 50%가 된다. 상기 접촉 압축력의 증가에 비례하여 접촉저항을 감소하기 위한 기간도 비생산적이다. 첫번째 압력과 연결되는 플라스틱 공정 이후에 상기 접촉 압축력은 이해할 수 없는 접촉 저항의 감소 없이 제한된 정도를 낮출 수 있을 것이다. 즉 상기 공정은 히스테리시스(Hysteresis)의 대상이다. 따라서 상기 압력접촉시스템은 정밀하게 수용되어야 한다.

종래의 공통 압력접촉시스템은 사용될 것이다.

상기 스택 어셈블리는 전기 쇼크로부터 전체 또는 각 반도체 디바이스를 대체로 절연하는 중에 일반적으로 사용하는 스택 어셈블리를 위치를 지지하기에 적합하도록 탄력적으로 실장 될 수 있는 계통구조를 포함한다. 상기 히트싱크는 정렬되고 위치하는 스택 어셈블리에 가해지는 외부 힘을 수용하는 것이 필요한 것으로서 적용될 것이다. 방사형의 정렬은 슬라이딩 인터페이스를 통하여 계통구조에 의해 제공될 것이다. 예를 들면, 상기 계통구조는 상기 히트싱크의 접촉면을 슬라이딩 접촉하는 하나 또는 그 이상의 계통 수평부재를 포함한다.

현저히 늘어나는 부하를 이송하기 위한 지지막대는 상기 히트싱크에서 개방각진 개방위치를 통하여 통과될 것이다. 상기 지지막대의 끝단은 상기 스택 어셈블리의 계통구조에 안전한 것이 바람직하다.

반도체 디바이스는 일반적인 전원 회로 토폴로지(Power curcuit topology), 예를들면 전류 소스 인버터(Current source inverter), 전압 소스 인버터(Voltage source inverter), 매트릭스 컨버터(Matrix converter)와 정류기(Rectifier)에 적용된다. 전원회로 토폴로지는 수동형 소자에 연결되어 일체화될 수 있다. 온전한 전원 회로 토폴로지는 통상적인 갯 수의 스택 어셈블리에서 분산되거나 또는 하나의 스택 어셈블리 내에 형성될 수 있다. 상기 반도체 디바이스는 동일한 스택 어셈블리 내에서 또는 서로 다른 스택 어셈블리 내에서 직렬 또는 평행로 연결된다. 전원 회로 토폴로지는 스택 어셈블리의 일반적인 갯 수를 사용하여 배치되며, 각각의 스택 어셈블리는 통상적인 물리적 사이즈 중 어느 것 또는 통상적인 반도체 디바이스 갯 수를 포함할 것이다. 상기 반도체의 조합은 '개방'과 완전 밀폐된 프레스팩 구조로서 사용되는 것을 포함한다.

케이블 또는 버스바(40)는 요구되는 전원 회로 토폴로지를 달성하기 위하여 상세하게는 스택 어셈블리 내의 반도체 디바이스에 연결되어 사용할 수 있다. 예를 들면, 6 펄스 그레이쯔 브릿지 다이오드 정류기(Greatz bridge diode rectifier)는 양(+)의 직류터미널을 제공하도록 모인 다른 세 개의 다이오드 디바이스의 캐소드(Cathode)와 링크(Link)하는 제2버스바(40)와 음(-)의 직류터미널을 제공하기 위해 모인 세개의 다이오드 디바이스의 애노드(Anode)와 링크되는 제1버스바(40)를 사용하였다. 케이블 또는 버스바(40)는 다른 스택 어셈블리에서 반도체 디바이스, 하나의 스택 어셈블리에서 하나의 반도체 디바이스에 연결하는데 사용될 것이다.

단일 스택 어셈블리 또는 다수의 스택 어셈블리는 다른 장치(예를 들면, 일체화된 전원전자부품을 갖는 전기기계)와 물리적으로 일체화되는 단일 표준의 전원 컨버터 또는 전원 컨버터중 어느 하나의 기본 구성을 형성한다.

액상 유전체에 상기 스택 어셈블리가 잠기면 공기절연 반도체 디바이스와 일반적으로 관련되는 절연파괴의 위험이 방지되도록 적용되어 간단히 열을 매개하고, 고효율이 영구적이다. 상기 스택 어셈블리는 최대한 주어진 공간 내에서 달성되는 전류, 전압과 전력의 비율을 가능하게 할 것이다. 상기 스택 어셈블리 구조는 특별히 소자와 시스템이 확장되어 일체화 될 때, 매우 높은 전력밀도와 낮은 비용을 갖는 전원 변환장치를 가능케 한다. 상기 액상 유전체는 상기 스택 어셈블리가 안전하게 구동되도록 유전체 환경과 냉기를 제공한다.

상기 액상 유전체의 사용은 상기 스택 어셈블리에 밀접하거나 그거에 연결되어 잠겨지게 되므로 게이트 드라이브 소자와 다른 관련된 능동형 소자, 네트워크 구성을 지원하는 스위칭의 냉각과 전기 절연에 이점이 있다.

적합한 액상 유전체는 적용될 것이다. 상기 용어 '액상 유전체'는 특별히 제품화된 액체를 전용하여 대표하는 의도가 아니며, 충분한 유전체 저항을 갖는 어느 액상 유상체로 해석하는 것이 바람직하다. 이는 이온수와 플루어리너트(FLUORINERT)와 다른 등가의 불화탄소 용액(perfluorocarbon fluids), 오일변환 미네랄, 오일변환 실리콘, 합성오일(Synthetic oil)과 에스테르(ester), 염화메틸렌(methylene chloride)등을 포함한다. 특히 바람직한 냉매는 미드엘(MIDEL)과 그 등가의 화합물로서 트랜스포머 전용의 절연 용액이다. 액상 유전체중에서 다양한 환경과 화학적 호환성을 고려하여 채택될 것이다.

상기 히트싱크는 액상 유전체가 둘러쌓여 상기 스택 어셈블리의 동작중에 발 생되는 열을 방출시키기 위한 다 수개의 방사형 냉각 핀을 갖는다. 상기 히트싱크는 알루미늄, 구리 및 상기 알루미늄과 구리의 합금과 같은 적절한 재료와, 압출성형(Extrusion), 주조Casting), 단조(Sintering), 소결단조(Sinterforging), 기계가공(Machining)등과 같은 적절한 공정에 의해 제작된다. 더욱이 상기 히트싱크의 표면은 열교환행위와 액상 유전체가 흐르는 바운드리 레이어(Boundary Layer)에 이익된 영향을 주거나 또는 그것의 표면영역을 강화하기 위하여 어느 적합한 공정에 의하여 짜여지게 될 것이다. 상기 히트싱크는 종래의 프레스 팩 반도체 디바이스에서 발견되는 구리 계자철심을 전기적 연결과 열과 적합한 압축력을 제공하고, 그러나 대형의 습식 금속재 열 교환영역과 전체 또는 각각 반도체 디바이스 영역 사이에서 짧은 열을 전도하는 통로를 부가하여 제공한다. 상기 반도체 디바이스의 동작중에 발생되는 열은 상기 스택 어셈블리를 둘러쌓은 상기 액상 유전체에 효과적으로 전달될 수 있다.

상기 스택 어셈블리를 둘러쌓은 액상 유전체는 정지될 수 있다 하더라도, 향상된 냉각을 제공하기 위하여 상기 스택 어셈블리에 이전에 흘러간 액상 유전체가 바람직하다. 만약 상기 히트싱크가 방사형의 핀을 포함한다면 그 다음으로 상기 액상 유전체가 방사형의 핀 사이와 주변으로 흘러가기 위하여 상기 스택 어셈블리의 축방항에서 실질적으로 평행 방향으로 흐르는게 바람직할 것이다. 그러나 실제에서 상기 액상 유전체는 상기 스택 어셈블리의 축과 상대적인 어느 방향에서 흘러가게 될 것이다.

상기 스택 어셈블리를 지나친 액상 유전체의 흐름은, 예를 들면, 자연 대 류(Thermosyphon)에 의해 또는 적합한 펌프시스템에 의해 제공되어 질 것이다. 배플 또는 덕트는 상기 스택 어셈블리의 냉각을 최적화시키기 위해 액상 유전체의 흐르는 방향으로 제공될 것이다.

상기 액상 유전체는 실질적인 기체 및 탄산가스가 제거되어야 한다. 공기와 가스 기포 분리기를 갖는 자기 출혈 유체 회로가 적용될 수 있다.

본 발명은 더욱이 액상 유전체를 포함하여 저장하거나 또는 챔버에 위치된 상기의 스택 어셈블리가 정렬되어 제공되며, 상기 스택 어셈블리는 액상 유전체에 적어도 부분적으로(바람직하게로는 완전히) 잠긴다. 상기 스택 어셈블리는 전기기계의 유체 냉각회로 내에서 적절하게 이전에 존재하거나 또는 특별한 목적의 챔버 또는 저장고에서 잠길 수 있다.

선택적으로 상기 스택 어셈블리는 파이프 또는 매니폴드(Manifolds)를 통하여 제거 및 공급되는 액상 유전체의 유체 밀봉 하우징에 위치될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 스택 어셈블리를 포함하는 다 수개의 하우징은 공기 냉각되는 전기기계의 고정자 어셈블리의 주변에 각을 이룬 위치에서 제공되어 진다. 전체 또는 각각의 하우징은 전체 또는 각각의 반도체 디바이스의 조정을 위해 버스바(40) 또는 케이블을 통하여 교류전원 또는 직류전원이 공급될 것이다. 상기 전체 또는 각각의 유체밀봉하우징은 통상적인 재료로서 제작될 것이다. 만약 상기 하우징은 금속재료로 제작된다면, 그다음에 절연 부쉬(Bush) 또는 그와 유사한 것에 적합한 것을 어스(Earthed)되는 것이 바람직하다. 제거가능한 뚜껑은 상기 스택 어셈블리의 수리와 유지를 위해 하우징의 내부를 확인할 수 있도록 제공한다.

하나 또는 그 이상의 방사형 핀은, 예를들면, 적당한 케이블 또는 버스바(40)에 의해 외부 소자 또는 히트싱크 사이에서 제작되는 전기연결구조를 수용하고, 상기 히트싱크에 장착되는 보조전기소자(예를 들면, 게이트 드라이브 전자 및 스위칭 지원 네트워크)를 수용하도록 채택된다.

본 발명은 반도체 디바이스(Semiconductor device)를 포함하는 스택 어셈블리(Stack assemblies)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액상 유전체가 주입되도록 특수하게 고안되는 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.

본 발명의 제1실시예에 따르면, 본 발명에 따른 스택 어셈블리에 있어서, 적어도 하나의 반도체 디바이스는 개방구조를 갖는 것인 히트싱크 사이에 분산되고 액상 유전체에 적어도 일부가 잠겨지도록 설치된 적어도 하나의 반도체 디바이스: 및 스택 어셈블리의 축을 따라서 실질적으로 접촉 압축력을 가하기 위한 접촉 압축력을 포함한다.

본 발명의 제2실시예에 따르면, 제1실시예에 있어서, 다수 개의 반도체 디바이스를 추가로 포함하고 각각의 반도체 디바이스는 한 쌍의 히트싱크 사이에 위치 하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스를 포함한다.

본 발명의 제3실시예에 따르면, 상술한 전 실시예중에서 스택 어셈블리에 방사형의 정렬된 힘을 가하기 위한 수단을 더 포함한다.

본 발명의 제4실시예에 따르면, 상술한 전 실시예중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 히트싱크는 다수 개의 방사형 냉각핀을 포함한다.

본 발명의 제5실시예에 따르면, 제4실시예에 있어서, 하나 이상의 방사형 냉각핀은 보조 전기소자의 설치용으로 개조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6실시예에 따르면, 상술한 전 실시예에 따른 스택 어셈블리가 적어도 일부 액상 유전체에 잠기도록 액상 유전체를 포함하는 챔버 내에 상기 스택 어셈블리가 위치되는 것을 특징으로 하는 배열구조를 포함한다.

본 발명의 제7실시예에 따르면, 제6실시예에 있어서, 상기 액상 유전체는 정지된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8실시예에 따르면, 제6실시예에 있어서, 상기 액상 유전체는 스택 어셈블리를 지나서 흐르도록 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9실시예에 따르면, 제8실시예에 있어서, 상기 액상 유전체는 스택 어셈블리의 축에 실질적으로 평행인 방향으로 스택 어셈블리를 지나서 흐르도록 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10실시예에 따르면, 제6내지 제9항중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 챔버는 유체 밀봉 하우징으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제11실시예에 따르면, 제6 내지 제10실시예중 어느 한 실시예에 있어서, 제1 실시예 내지 제5실시예 중 어느 한 실시예에 따른 다수 개의 스택 어셈블리는 챔버안에 위치하여, 상기 스택 어셈블리가 적어도 일부가 액상 유전체에 잠기는 것을 특징으로 하는 배열구조를 포함한다.

본 발명의 제12실시예에 따르면, 제11실시예에 있어서, 하나 이상의 스택 어셈블리의 적어도 하나의 반도체 디바이스는 적어도 하나의 다른 스택 어셈블리중 적어도 하나의 반도체 디바이스에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배열구조를 포함한다.

본 발명은 액상 유전체가 주입되도록 특수하게 고안되는 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리를 제공하므로 히트싱크 사이에 분산되고 액상 유전체에 적어도 부분적으로 잠겨진 것이 채택되며 개방 구조를 갖는 적어도 하나의 반도체 디바이스를 포함하므로 반도체 디바이스 중의 다양한 소자부품 사이의 공간 또는 갭에 적절한 유전체 환경을 제공하는 액성 유전체 냉매가 충진되므로 절연 및 냉각의 효율이 매우 높다.

또한 본 발명은 전체 스택 어셈블리는 액상 유전체가 채워지기 때문에, 연결된 스누버 회로와 연결되는 게이트과 전기적으로 내부가 연결되어 종속된 부품은 냉매환경과 액상 유전체에 의한 이득을 기대할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예라 할지라도 적용되는 전원 반도체 디바이스는 '개방'구조를 갖는다. 이는 일반적으로 동일한 배치구조 내에서 완전히 밀폐된 프레스 팩 반도체 디바이스로서 적용됨이 가능하다.

이하에서는 본 발명에 따른 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 하나의 기초 스택 어셈블리는 현재 도 1과 도2에서 언급되어 설명할 것이다.

상기 스택 어셈블리는 일반적으로 적합한 토폴로지를 포함하는 4개의 반도체 디바이스(2a~2d)를 포함한다. 예를 들면, 상기 반도체 디바이스(2d)는 게이트 턴오프 사이리스터(GTO)이며, 그 다음으로 독립적으로 양각된 다수 개의 메사에 의해 한정되는 캐소드층(Cathod layer)이 있는 웨이퍼(Wafer) 또는 반도체 몸체(4)(Semiconductor body)를 포함한다. 상기 양각된 메사(Rased mesa)의 외측 표면은 다수 개의 개별적인 캐소드 전극을 형성하는 금속층으로 덮혀진다. 상기 베이스층(Base layer)의 외측 표면은 캐소드층의 양각된 메사를 효과적으로 둘러쌓으므로 하나의 게이트 전극을 형성하는 연속적인 금속층으로 덮혀진다.

몰리브뎀 디스크의 형식에 있어서 캐소드판(6)은 반도체 몸체(4)의 개별적인 캐소드 전극과 접촉된다. 또한 몰리브뎀 디스크 형식에서 하나의 애노드판은 상기 반도체 몸체(4)의 애노드층에 외측표면에 접촉된다.

상기 반도체 몸체(4)는 캐소드 및 애노드판(6, 8)과 연성의 외측 링 내에서 캡슐화된다. 상기 외측링(10)은 기계의 운전동안 임팩트 또는 쇼크에 대비하여 반도체 몸체(4)를 보호하고, 상기 스택 어셈블리 내에 조립되거나 또는 저장되는 동안에 반도체 디바이스 오염원이 침투하는 것을 제한한다.

게이트 드라이브 연결구조(12)는 게이트 전류와 보조 캐소드 전류가 외부 게이트 드라이브 회로(14)와 반도체 디바이스사이에 흐를 수 있도록 제공된다.

상기 반도체 디바이스(2a~2d)는 동일한 구조의 5개의 히트싱크(20a~20e) 사이에서 분산된다. 각 히트싱크는 통상적인 프레스 팩 구조에서 구리계자철심과 등가이다. 상기 게이트 드라이브 연결구조(12)는 인접된 히트싱크에서 제공되는 개구(22)에 위치된다. 더욱 상세하게는 제1반도체 디바이스를 위한 상기 게이트 드라이브 연결구조(12)는 제1히트싱크(20a)에서 제공되는 개구에서 수신된다; 제2반도체 디바이스를 위한 상기 게이트 드라이브 연결구조(12)는 제2히트싱크(20b)에서 제공되는 개구(22)에서 수신된다; 제3반도체 디바이스(2c)를 위한 게이트 드라이브 연결구조(12)는 제4히트싱크(2d)에서 제공되는 개구(22)에 수신된다; 제4반도체 디바이스(2d)용 게이트 드라이브 연결구조(12)는 제5히트싱크(20e)에서 제공되는 개구에 수신된다. 여기에서 제3히트싱크(20c)에서 제공되는 개구(22)를 수신하는 게이트 드라이브 연결구조(12)는 없고, 실제로 개구(22)가 완전히 생략되었다.

제1히트싱크(20a)는 제1반도체 디바이스(2a)를위한 캐소드측 계자철심으로서 동작한다. 상기 제2히트싱크는 제2반도체 디바이스(2b)용 캐소드 측 계자철심 및 제1반도체디바이스(2a) 용 애노드측 계자철심으로서 동작한다. 상기 제3히트싱크(20c)는 제2 및 제3반도체 디바이스(2b, 2c)용 애노드측 계자철심으로서 동작한다. 제4히트싱크(20d)는 제4반도체 디바이스(2d)용 애노드측 계자철심 및 제3반도체 디바이스(2c)용 캐소드측 계자철심으로서 동작한다. 제5히트싱크(20e)는 제4반도체 디바이스(2d)용 캐소드측 계자 철심으로서 동작한다.

좁은 슬롯(24)은 각 히트싱크(20a~20e)의 개구(22)에서 외측표면으로 외향되어 방사형으로 확장된다. 게이트 드라이브 연결구조(12)의 방사형으로 확장되는 컨덕터 엘리먼트는, 도 1과 도 2에 도시된 것은 오직 하나이나, 상기 게이트 드라이브 회로에 연결될 수 있도록 상기 히트싱크의 외측표면을 지나서 주입되어 슬롯(24) 내에 위치된다.

상기 히트싱크(20a~20q)에서 상기 개구(22)와 슬롯(24)은 그들 사이에서 전기적으로 접촉됨이 방지되도록 상기 히트싱크(20a~20e)로부터 이격된다. 비록 도시되지는 않았지만, 히트싱크(20a~20e)와 게이트 드라이브 연결구조(12) 사이의 갭(Gap)은 유전체 재료에 의해 채워질 것이다.

압축가능한 절연 디스크(16)는 제1, 제2, 제4, 제5히트싱크(20a, 20b, 20d, 20e)에 제공되는 개구(22)에 위치된다. 각 절연디스크의 일측은 연결되는 게이트 드라이브 연결구조(12)에 직접 접촉되고, 반면에 반대측은 절연패드(도시되지 않음) 또는 인접된 반도체 디바이스의 애노드판과 직접 접촉된다. 절연디스크의 두께는 요구되는 상기 게이트드라이브 연결구조(12) 용 수직 접촉 압축력을 제공하여 선택될 수 있도록 한다. 한편으로는 절연디스크의 두께는 상기 게이트 드라이브 연결구조(12)와 반도체 몸체(4) 사이에 가해지는 최대 수직 접촉 압축력에서, 또는 그 반대로, 결정될 것이다.

상기 히트싱크(20a~20e)는 반도체 디바이스가 동작중에 발생된 열을 방열시키기 위하여 액상 유전체로 에워쌓여져 원주에서 다 수개의 방사형 냉각핀이 제공된다. 상기 히트싱크(20a~20q)는 4개의 동일하게 이격되고 증가된 두께로 핀을 포 함한다. 상기 각각의 핀은 하기에서 상세히 설명되는 지지막대를 수신하기 위하여 개구와, 한쌍의 마운팅 암(Mounting arm)(32a, 32b)을 포함한다.

공통의 접촉 압축력 시스템(Common contact pressure system)은 각각의 반도체 디바이스(2a~2e) 중에 캐소드판(6) 및 애노드판(8)과 인접된 히트싱크의 접촉면 간에 유지되는 적당한 전기적 및 온도 접촉을 유지하도록 상기 스택 어셈블리의 축을 따라서 접촉 압축력을 가한다. 상기 접촉 압축력은 상기 각각의 반도체 디바이스(2a~2e)의 반도체 몸체(4)와 캐소드 및 애노드판(6, 8) 사이에 접촉되는 열과 전기력을 적절하게 유지한다.

완전한 스택 어셈블리의 바람직한 구성은 하기의 도 3 내지 도 6을 참조하여 지금부터 설명한다.

스택 어셈블리는 17개의 알루미늄 히트싱크(20a~20q) 사이에서 분산된 16개의 반도체 디바이스로 구성된다. 따라서 상기 히트싱크(20i)는 각각 다른(예를 들면, 반도체 디바이스에 의해 이격되지 않은) 방향으로 접촉되는 3개의 개별적인 히트싱크로 구성되어 스택 어셈블리에 관하여 대칭적으로 배열되는 것으로 이해하는 것이 바람직하다. 상기의 용어 '히트싱크'는 반도체 디바이스와 이격 되지 않은 두 개 또는 그 이상의 히트싱크를 포함하여 사용한다.

일반적인 용어로서 스택 어셈블리는 n+1개의 히트싱크 사이에 분포된 n개의 반도체 디바이스로 구성될 것이다. 스택 어셈블리를 형성하는 상기 반도체 디바이스는 동일한 토폴로지 또는 다른 토폴로지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 모두 16개의 반도체 디바이스는 GTOs를 할 수 있다. 선택적으로 상기 스택 어셈블리는 적 당한 전원회로 토폴로지에서 해석되는 다른 반도체 디바이스를 포함할 것이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 반도체 디바이스의 특별한 정렬은 4상 브릿지 아암마다 4.5KV GTOs로 두 개가 직렬 연결되는 4상 브릿지이다. 이는 도 6A의 배선도에서 개시된다.

상기 브릿지는 DC1과 DC2로 부여된 두개의 직류 터미널과 ~1, ~2, ~3 및 ~4로 부여된 4개의 교류 터미널을 포함한다. 상기 아암(Arm)은 각각의 직류터미널과 교류 터미널 사이에 배열된다. 예를 들면, 제1아암은 제1직류터미널과 제1교류터미널(~1)사이에 배열되고 그리고 제2아암은 제1교류터미널(~1)과 제2직류터미널(DC2)사이에 배열된다. 모아서 제1 및 제2아암(32a, 32b)은 4개의 반도체 디바이스를 갖는 브리지의 제1위상으로 구성한다. 제2, 제3 및 제4위상은 동일한 방법으로 형성된다.

전형적인 12펄스 직렬 사이리스터 정류기(Thyristor rectifier)는 도 6B에서 배선도로 도시되었다. 비록 도시되지는 않았지만, 스택 어셈블리는 히트싱크사이에 분산되는 12 사이리스터 반도체 디바이스를 적용했을 것이다. ~1a, ~2a 및 ~3a로 부여된 첫번째 3상 교류 터미널은 DC1과 DC2로 부여된 직류터미널을 갖는 제1정류기 브릿지에 전원을 공급한다. ~1b, ~2b 및 ~3b로 부여되는 두 번째 3상 교류 터미널은 DC2와 DC3로 부여된 직류 터미널을 포함하는 제2 정류기 브릿지에 전원을 공급하고 그리고 첫번째 교류 터미널에 대하여 30도의 위상이 변환된다. 상기 직류터미널(DC2)은 두개의 정류기 브릿지와 공통이고 그러므로 제1 및 제2 정류기 브릿지의 각각의 직류출력은 직렬로서 연결되고, 그 조합된 출력은 직류터미널(+)(DC3) 과 (-)DC1 사이가 된다. 중간점 직류터미널(DC2)은 동일한 어플리케이션으로 또한 사용될 수 있다.

각 히트싱크(20a~20q)의 방사형 핀(26, 28)은 수직 열로 설정되어 정렬된다. 수직 통로는 액상 유전체가 스택 어셈블리가 사용을 위해 위치될때 흐를 수 있도록 방사형 핀 사이를 따라서 형성된다. 히트싱크의 방사형 배열은 하기에서 더욱 상세시 설명되는 스택 어셈블리의 수명을 초과하여 유지시키는 방법이다.

도 3은 방사형 핀(28)의 아암(32a, 32b)로 연결될 수 있는 서로 다른 종류의 버스바(40), 기계 지지 및 보조 전기 소자(예를 들면, 스너버회로(Snubber circuit))를 도시 하였다. 예를 들면, 스너버 커패시터(34)의 시리즈는 전기적 연결과 기계식 지지 모두를 제공하는 U형상의 버스바(40)에 의해 히트싱크(20a~20h, 20j~20q)의 방사형 핀(28) 중 하나의 아암(Arm)에 연결된다.

4 버스바(40)는 상기 스택 어셈블리(도시되지는 않았지만, ~1, ~2, ~3 및 ~4로 부여된 교류터미널에 의해 도 6A의 배선도에서 표시된다)의 교류 터미널의 외측에 전기적 연결과, 그리고 기계식지지를 제공한다. 다른 버스바(40)(40)는 외측의 직류 버스바(40)(도시되지는 않았지만 DC1과 DC2로 부여되는 직류터미널에 의해 도 6A에서 배선도에 표시되었다)에 연결되고 상기 스택 어셈블리의 측면을 따라서 움직이는 한쌍의 직류 버스바(40)와 전기적으로 연결 및 기계식 지지를 제공한다. 도 6A의 배선도에서 도시되는 히트싱크의 내부연결은 열 팽창의 차이의 결과로서 중요한 힘이 발생이 방지되기에 충분한 유연성을 제공하는 특징을 선택적으로 통합하도록 버스바(40)에 의해 수행될 것이다. 이와 같은 특징은 버스바(40)의 전용으로 형성되는 영역을 포함하고, 그러나 유연한 장식 또는 얇은 박편고리는 설정된 경우에 사용된다.

조임새는 다양한 버스바(40)와 히트싱크에서 안전하게 사용되었고 상기 방사형 핀(28)의 아암(32a, 32b)은 조임새를 수신하기 위한 개구에 적합한 나사가 제공된다.

상기 외부회로와 직류 버스바(40)와 스택 어셈블리의 외부 교류 터미날(도시되지 않음) 사이의 연결은 커넥터(도시되지 않음)가 매우 감소되어 적용될 것이다.

게이트 드라이브 연결구조(12)용 게이트 드라이브 회로(14)는 작은 클립(44)에 의해 한쌍의 방사형 핀(26) 사이에 고정되어 유지된다.

도 4와 도 5를 참조하면, 상기 스택 어셈블리는 단단한 외부지지프레임에 둘러 쌓여진다. 상기 프레임은 사이에 연결되는 4개의 수평부재(50)를 갖는 한 쌍의 엔드 플레이트(End plate)(48a, 48b)를 포함한다. 상기 수평부재(50)는 고체이며, 제1 엔드 플레이트(48a)에 의해 단단히 연결된다. 상기 수평부재(50)는 제2 엔드 플레이트(48b)와 함께 슬라이딩 인터페이스를 포함한다.

상기 수평부재(50)는 제2엔드 플레이트(48b), 개구(22) 및 방사형 핀(28)의 아암(30a, 30b) 사이에서 수직통로를 통해 통과한다. 수평부재 사이의 슬라이딩 인터페이스와 상기 히트싱크(20a~20q)와 상기 제2엔드 플레이트(48b)는 방사형의 방향에서 스택 어셈블리를 정한다. 더욱 상세하게는 상기 방사형 핀(28)은 상기 수평부재(50)와 슬라이딩 접촉되는 상기 아암(32a, 32b) 사이의 편평한 면(28a)를 포함한다. 상기 제2엔드 플레이트(48b)는 수평부재(50)에 슬라이딩 접촉되는 유사한 편 평한 면을 포함한다. 90도의 연속적인 변위각을 갖는 4개의 수평부재(50)를 포함하는 배열구성을 갖기 때문에 각각 다른 것에 상대적이고, 수직방향의 강성은 각 방향에서의 인접된 수평부재(50)의 쌍에 상응하는 벡터 쌍의 힘으로 제2엔드 플레이트(48b)와 히트싱크(20a~20q)로부터 전송되어진다. 동일한 경우에서 상기 슬라이딩 인터페이스는 추가적으로 베어링의 표면영역을 제공하기 위하여 편평한 면(28a)의 어느 한쪽 측면에 방사형 핀의 표면을 따라서 연속된다.

상기 수평부재(50)는 적당한 수단에 의해 상기 히트싱크(20a~20q)로 부터 전기적으로 절연된다. 적절한 예는 상기 수평부재(50)로 가해지는 히트 슈링크 슬리브(Heat shrink sleeves) 또는 다른 코팅을 포함한다. 절연은 수평부재와 히트싱크사이의 갭을 정확하게 메워서 형성되는 절연 재료 영역에 의해 선택적으로 제공될 수 있다. 상기 절연 재료는 상기 스택 어셈블리의 길이방향으로 의도된 접촉 압축력을 간섭이 없는 축 방향에서 절연재료와 수평부재(50)에 각각으로 슬라이딩하여 상기 히트싱크에서 인가하는 적절하게 낮은 응력상수를 제공하고, 마모에 저항해야 한다. 상기 수평부재(50)와 제2엔드 플레이트(48b)사이에서 슬라이딩 인터페이스는 히트싱크(20a~20q)를 위해 전기적으로 절연될 필요는 없다. 그러나 그것은, 예를 들면, 응력감소에 의해 슬라이딩 인터페이스의 성과를 향상시키거나 또는 편리함의 이유를 위해 절연되어야 한다.

4개의 지지막대(52)는 각 방사형 핀(28)에서 제공되는 개구(30)를 통하여 연장된다. 상기 지지막대(52)는 전체 스택 어셈블리와 히트싱크(20a~20q)의 방사형배열에 작은 기여를 한다. 상기 엔드 플레이트(48a, 48b)는 지지막대(52)를 수신하기 위한 4개의 개구를 포함한다. 엔드 플레이트(48a, 48b)에서 개구(22)를 통하여 통과하는 지지막대(52)의 끝단은 외부나사를 포함한다. 그리고 상기 지지막대(52)는 너트 또는 일반적인 기계식 고정기구를 사용하여 단단한 외부 지지프레임(46)을 강화시킨다.

상기 지지막대(52)는 통상적인 수단으로 상기 히트싱크(20a~20q)와 전기적으로 절연된다. 적절한 예로서 상기 지지막대(52)로 가해지는 히트 슈링크 슬리브(Heat shrink sleeves) 또는 다른 코팅을 포함한다. 절연은 지지막대(52)와 히트 싱크(20a~20q) 사이의 갭을 정확하게 메워서 형성되는 절연 재료 영역으로 제공될 수 있다.

상기 절연 재료는 상기 스택 어셈블리의 전체길이를 의도하는 접촉 압축력으로 간섭이 없는 축방향에서 절연재료와 지지막대(52)에 각각 슬라이딩하여 상기 히트싱크에서 인가하는 적당히 낮은 응력상수를 제공한다.

공통 접촉 압축력 시스템(클램핑시스템)(100)은 적당한 전기적 및 온도 접촉이 유지되도록 확실하게 스택 어셈블리의 축을 따라 접촉 압축력이 가해진다. 상기 접촉 압축력 시스템(100)은 스택 어셈블리의 수명을 초과하는 접촉 압축력을 통제하고 설정할 수 있다. 접촉 압축력 시스템(100)의 상세한 모양은 도 7 내지 도 9에서 도시되었다.

도 7은 설정된 접촉 압축력에 안전해지는 외부 도구를 조립하는 동안의 접촉압력 시스템을 도시한다. 상기 접촉 압축력 시스템(100)은 부하 핀(104)을 보정 하기 위한 휴식기를 갖는 부하패드(102)를 포함한다. 상기 부하 핀(104)은 외부나사 영역(108)과 부하 플랜지(106)을 통합한다. 압축 스프링(110)은 직-평행 디스크 스프링 시스템(Belleville washers)으로 표시된다. 그러나 이는 다른 적절한 스프링 시스템을 적용하는 것도 가능하다.

잠금고리(112)는 기계적 인터페이스와 부하핀(104)에 정확하게 일치되어 내부에 장착되는 것이 강조된다. 상기 잠금고리(112)는 부하 핀(104)에 대해 회전되는 것이 가능한 철봉 형상으로 통합한다. 이러한 경우 상기 잠금고리(112)는 지스패너(G Spanner) 또는 다른 적절한 도구를 수용하도록 설계되는 연속되는 개구 또는 각을 이룬 위치에서 홀을 포함한다. 상기 잠금고리(112)는 엔드 플레이트(48a)에 일치하는 표면에 대항하여 편평한 가압 면과 엔드 플레이트(48a) 내측에 슬라이딩에 적합한 내측 영역을 횡단하여 순환하는 지역을 갖는다.

외부 도구는 힘의 균형을 보존하기 위하여 엔드 플레이트(48a)의 말단에서 장장력이 -Fj/2이고 부하핀(104)의 끝단에서 압축력 Fj를 가하는 고정물 조정력을 통합한다. 명쾌한 이유로서, 도 7 내지 도 9의 엔드 플레이트(48a)는 오직 두 개의 말단과 두 개의 일치된 힘을 갖는 것으로 도시되었다. 따라서 상기 엔드 플레이트(48a)는 바람직한 스택 어셈블리가 네개의 말단과 일치하는 4개의 대응 압축력 -Fj/4으로 도 3 내지 도 5에 도시되어 적당한 숫자의 말단을 갖는 것으로 해석됨이 바람직하다. 상기 힘은 캘리브레이트 하이 드라울릭 잭(Calibrated hydraulic jack) 또는 다른 적당한 디바이스에 의해 제공될 수 있다.

부하패드(102)는 지지구조와 접촉 압축력 시스템(100)으로부터 스택 어셈블리를 전기적으로 절연하는 동안 상기 스택 어셈블리에 접촉 압축력을 전달하는 히 트싱크(20q)에 차례대로 반대하는 절연패드(도시되지 않음)의 반대이다. 유사한 절연패드(118)(도 3)는 상기 히트싱크(20a)와 엔드 플레이트(48b) 사이에서 스택 어셈블리의 다른 끝단에서 제공되며, 상기 스택 어셈블리는 상기 지지구조와 접촉 압축력 시스템(100)으로 부터 상기 스택 어셈블리를 전기적으로 절연하는 동안 상기 접촉 압축력 시스템(100)과 엔드 플레이트(48b)가 효과적으로 클램프된다.

도 7은 접촉 압축력 Fc를 Fc=Fj로서 상기 부하패드(102)에 가해지는 바람직한 접촉 압축력을 도시하였다. 이는 잠금고리(112)와 엔드 플레이트(48a)의 유사표면 사이에 수직 갭 또는 관리됨을 보여 줄 수 있다. 상기 유사장력 Ft/2는 힘의 균형을 보전하기 위하여 지지막대(52)에서 실험되었다. 반복적으로 명쾌한 해명을 위하여 도 7 내지 도 9의 상기 엔드 플레이트(48a)는 두 개의 지지막대(52)와 두 개의 말단을 갖는 것으로 도시되었다. 따라서 이는 엔드 플레이트(48a)가 4개의 지지막대(52)와 4개의 말단인 도 3 내지 도 5에 도시된 바람직한 스택 어셈블리로부터 실제적으로 적당한 숫자의 말단을 갖는 것으로 해석하는것이 좋다.

도 8은 잠금고리(112) 엔드 플레이트(48a)와 잠금고리(112)의 대응표면 사이에서 수직 갭 또는 보정이 유사하도록 상기 잠금고리(112)가 회전된 이후에 접촉 압축력 시스템을 도시하였다. 이번 단계에서 상기 나사는 잠금고리(112)와 부하핀(104) 사이를 체결하므로, 매우 단단한 고정물 조정력은 접촉 압축력 Fc의 작은 영향을 제거할 수 있다. 따라서 실질적으로 나사체결은 약한 탄성이며 접촉 압축력 Fc는 고정물 고정력이 제거될 때 상대적으로 약간 감소한다.

도 9에서 도시된 바와 같이 고정물 고정력을 제거한 후, 반발력은 부하 핀(104) 내에서 압축력 -Fc로 강화된 나사 체결에 의해 전달되고 잠금고리(112)에 의해 실험된 장력 Ft/2와 등가이다.

일반적인 접촉 압축력은 모든 동작 조건 그리고 실내 온도가 대략 32 kN±10%일 것이다.예를 들면, 증가하는 접촉 압축력을 야기하면서 수반되는 것: 각 반도체 디바이스의 상기 캐소드판와 애노드판 , 상기 반도체 몸체(4), 그리고 다른 부품 압축에 유지되는 다른 부품과 히트싱크에서 열이 확장된다. 접촉 압축력이 감소하는 원인은:열확장 또는 장력에 유지되는 다른 부품의 변형(Creep) 또는 열 확장, 엔드 플레이트에서 변형(Creep) 히트싱크에서의 플라스틱 흐름, 벨레비레 와셔 등(Belleville washere. etc)을 위한 착석, 스크류나사와 같은 장소에 따른 고 부하의 클램핑 중장비에서 플라스틱 흐름이다. 히트싱크에서 온도 팽창, 상술한 바와 같이 슬라이딩 인터페이스에서 접촉 압축력에 대한 응력의 효과는 반드시 최소화되고 실제로 접촉 압축력에 매우 작은 영향(다른 열 확장의 순환주기에 의해 통제되는 히스테리스를 포함하는 영향)을 줄 것이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 전체 스택 어셈블리는 전기 기계에 관련되거나 또는 그것으로부터 독립되거나 또는 전기 기계의 저장고 또는 챔버(Chamber) 내에 위치될 수 있다. 상기 챔버는 미드엘(MIDEL)과 같은 액상 유전체로 채워진다. 상기 액상 유전체는 상기 스택 어셈블리의 수평축과 평행인 방향에서 상기 스택 어셈블리를 지나쳐 흘러가므로 만들어진다. 예를 들면, 상기 챔버는 펌핑된 액상 액상 유전체를 통하여 냉매회로의 부품을 형성한다. 상기 반도체 디바이스의 구동에 의해 발생된 열은 상기 히트싱크(20a~20q)의 방사형 핀(26, 28) 사이를 지나쳐서 흐르는 액상 유전체에 전달된다.

상기 전체 스택 어셈블리는 유체 밀봉하우징(도시되지 않음) 내에 위치될 것이다. 다수 개의 하우징은 전기 기계의 고정자 어셈블리의 주변을 안전하게 한다. 냉매 매니폴드(Manifold)는 액상 유전체를 하우징에 공급하고, 하우징으로부터 액상 유전체를 제거한다. 상기 하우징은 액상 유전체가 흘러들어가 채워지고 고정자 어셈블리는 액상 유전체에 완전히 잠긴다. 상기 액상 유전체는 상기 고정자 어셈블리에서 안전하게 동작 될 수 있도록 유전체 환경과 냉기를 제공한다.

단단한 외부 구조의 수평부재(50)는 챔버 또는 유체 밀봉하우징 내에서 고정자 어셈블리를 지지하는 주요수단이다 상기 수평부재(50)는 액상 유전체가 흘러가는 방향으로 박스 구조 또는 통합된 시트 표면의 외부구조(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 상기 수평부재(50)는 공기로 냉각되는 전자회로에 연결되는 액상 유전체에 잠기는 게이트 드라이브 전자부품에 인가되어 통과하는 전원공급기의 전기적인 내부연결구조와 다양한 신호레벨을 통한 침투판에 연결되거나 지지된다. 상기 게이트 드라이브 전자부품은 수평부재(50) 및/또는 침투판(도시되지 않음)에서 하나 또는 그 이상으로 차례대로 설정되는 임의의 구조에 지지되어 상기 액상 유전체에 잠겨진다.

모든 반도체 디바이스는 '개방'구조를 갖기 때문에 상기 액상 유전체는 전원 반도체 디바이스의 영역에서 스택 어셈블리 내에 침투할 수 있다. 특히, 상기 액상 유전체는 상기 히트싱크 사이를 흘러간다. 반도체 디바이스에 포함되고, 상기 반도체 몸체(4)와 각각의 접촉판 사이에 존재하는 캐비티 또는 빈공간으로 잠재적으로 진입할 수 있고, 게이트 드라이브 회로 연결구조(12)에 연결된다. 스택 어셈블리내에 액상 유전체의 침투는 손상이 없고 또는 캐소드 및 애노드 판(6, 8)을 둘러쌓고 각 반도체 디바이스의 반도체 몸체(4)와 유연한 외측 링에 의해 저지된다. 반도체 디바이스의 모든 영역은 화학적으로 액상 유전체와 친화되어야 한다. 상기 액상 유전체는 접촉 압축력이 가해질 때까지 상기 스택 어셈블리에 이송되지 않아야 한다. 그리고 접촉 압축력의 합성은 상술한 바와 같은 접촉시 마찰때문에 액상 유전체의 침투에 저항한다.

전체 스택 어셈블리는 액상 유전체가 채워지기 때문에, 연결된 스누버 회로와 연결되는 게이팅과 전기적으로 내부가 연결되어 종속된 부품은 냉매환경과 액상 유전체에 의한 이득을 기대할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예라 할지라도 적용되는 전원 반도체 디바이스는 '개방'구조를 갖는다. 이는 일반적으로 동일한 배치구조 내에서 완전히 밀폐된 프레스 팩 반도체 디바이스로서 적용됨이 가능하다.

도 1은 다섯개의 히트싱크 사이에 분포된 4개의 개방구조의 반도체 디바이스를 포함하는 본 발명의 기본 스택 어셈블리의 사시도가 도시되었다.

도 2는 도 1의 스택 어셈블리가 조립된 횡단면도이다.

도 3은 공통 압력 접촉시스템, 지지막대, 버스바(40) 및 보조 전기소자 등을 갖고 완성된 본 발명의 스택 어셈블리를 상세히 도시한 사시도이다.

도 4는 계통지지구조를 도시한 도 3의 스택 어셈블리의 상세한 사시도이다.

도 5는 계통 지지구좋를 도시한 도 3의 상세 스택 어셈블리의 측면도이다.

도 6A는 4개의 위상 브릿지를 표시한 배선도이다.

도 6B는 12 펄스 직렬 사이리스터 정류기를 표시한 배선도이다.

도 7에서 도 9는 스택 어셈블리에서 접촉 압축력을 적용하여 사용할 수 있는 공통 압력 접촉 시스템의 상세도면이다.

Claims (12)

1. 스택 어셈블리에 있어서,

   적어도 하나의 반도체 디바이스(2a~2d)는 개방구조를 갖는 것인 히트싱크 사이에 분산되고 액상 유전체에 적어도 일부가 잠겨지도록 설치된 적어도 하나의 반도체 디바이스; 및 스택 어셈블리의 축을 따라서 실질적으로 접촉 압축력을 가하기 위한 접촉 압축력수단(100)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 다수 개의 반도체 디바이스를 추가로 포함하고 각각의 반도체 디바이스는 한 쌍의 히트싱크(20a~20e) 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리.
3. 상술한 전항 중 어느 한 항에 있어서, 스택 어셈블리에 방사형의 정렬된 힘을 가하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리.
4. 상술한 전항중 어느 한 항에 있어서, 상기 히트싱크는 다수 개의 방사형 냉각핀(26, 28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리.
5. 제4항에 있어서, 하나 이상의 방사형 냉각핀은 보조 전기소자의 설치용으로 개조되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스를 포함하는 스택 어셈블리.
6. 상술한 전항중 어느 한 항에 따른 스택 어셈블리가 적어도 일부 액상 유전체에 잠기도록 액상 유전체를 포함하는 챔버 내에 상기 스택 어셈블리가 위치되는 것을 특징으로 하는 배열구조.
7. 제6항에 있어서, 상기 액상 유전체는 정지된 것을 특징으로 하는 배열구조.
8. 제6항에서 있어서, 상기 액상 유전체는 스택 어셈블리를 지나서 흐르도록 된 것을 특징으로 하는 배열구조.
9. 제8항에 있어서, 상기 액상 유전체는 스택 어셈블리의 축에 실질적으로 평행인 방향으로 스택 어셈블리를 지나서 흐르도록 되는 것을 특징으로 하는 배열구조.
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버는 유체 밀봉 하우징으로 설정되는 것을 특징으로 하는 배열구조.
11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 다수 개의 스택 어셈블리는 챔버안에 위치하여, 상기 스택 어셈블리가 적어도 일부가 액상 유전체에 잠기는 것을 특징으로 하는 배열구조.
12. 제11항에 있어서, 하나 이상의 스택 어셈블리의 적어도 하나의 반도체 디바이스는 적어도 하나의 다른 스택 어셈블리중 적어도 하나의 반도체 디바이스에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배열구조.

Images