KR20100056410A - 보조접촉스프링이 초기응력을 받는 전력반도체 스프링 - Google Patents

보조접촉스프링이 초기응력을 받는 전력반도체 스프링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하우징, 가압부재, 적어도 하나의 접촉면을 포함하는 기판, 및 외측으로 이어지는 적어도 하나의 접속요소를 포함하는 전력반도체 모듈을 개시한다. 접속요소는 제 1 접촉장치, 탄성부 및 제 2 접촉장치를 포함하는 접촉스프링으로 구현된다. 가압부재는 접촉스프링의 배치를 위한 두 개의 정지요소를 갖는다. 접촉스프링의 제 1 접촉장치는 기판의 접촉면에 전기적으로 전도될 수 있게 접속된다. 접촉스프링의 제 2 접촉장치는 반원형으로 구현되며 어느 경우라도 접촉스프링의 제 2 접촉장치의 반원형부의 개시부 및 단부에 적어도 하나의 변형부를 가지며, 제 2 접촉장치의 변형부의 결과로서, 가압부재의 두 개의 정지요소에 의해 접촉스프링에 압력이 인가되고 따라서 접촉스프링은 초기응력을 갖게 된다.
전력반도체, 모듈, 접속, 접촉, 접촉스프링, 초기응력

Description

보조접촉스프링이 초기응력을 받는 전력반도체 스프링{Power semiconductor module with prestressed auxiliary contact spring}
본 발명은 접촉스프링으로 구현되는 적어도 하나의 접속요소를 포함하는 압력접촉 구현예의 전력반도체 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 출발점은 예를 들어 독일특허 제 DE 197 19 703 A1호에 공지된 것 같은 전력반도체 모듈에서 시작된다.
이런 타입의 전력반도체 모듈은 종래기술에 따르면 바람직하게는 냉각부품 상에 직접 장착하기 위해 내부에 적어도 하나의 전기절연 기판이 배치된 하우징을 포함한다. 이 기판은 그 상면에 위치하는 절연체, 서로 절연된 다수의 금속접속트랙, 및 그 상면에 위치하여 상기 접속트랙에 회로와 일치하는 방식으로 연결된 전력반도체 부품을 포함한다. 또한, 공지의 전력반도체 모듈은 외부의 부하에 대한 접속요소 및 내부에 배치된 요소를 접속하는 보조접속부를 갖는다. 전력반도체 모듈 내에 회로와 일치하게 접속하기 위한 이들 접속요소들은 통상적으로 와이어본딩 접속으로 구현된다.
또한 독일특허 제 DE 42 37 632 A1호에 공지된 것 같이 압력접촉접속된 전력반도체 모듈이 공지되어있다. 상기 문헌에서, 가압장치는 압력을 형성하기 위한 안정하고 바람직하게는 금속재의 가압요소, 압력을 저장하기 위한 탄성쿠션요소 및 압력을 기판표면의 별개영역에 도입하기 위한 브릿지요소를 갖는다. 브릿지 요소는 바람직하게는 쿠션요소와 대향하는 표면을 갖는 플라스틱 몰딩으로 구성되는데, 이 표면으로부터 다수의 가압핑거가 기판표면의 방향으로 진행한다.
이런 타입의 가압장치에 의해, 기판이 냉각부품 상에 가압되고 따라서 기판과 냉각부품 사이의 열전달이 영구적이고 확실하게 이루어진다. 이 경우, 탄성쿠션요소는 서로 다른 열적부하에서 그리고 전력반도체 모듈의 전체수명사이클에 걸쳐서 일정한 압력조건을 유지하는 역할을 한다.
독일특허 제 DE 10 2004 025 609 A1호는 베이스플레이트와 접촉스프링으로 구현되는 보조접속요소를 포함하는 전력반도체 모듈을 개시한다. 상기 문헌에 따르면 커버에 의해 확실한 전기적 접촉접속을 이루기 위해 접촉스프링에 압력이 인가된다. 이 경우, 접촉스프링은 하우징 내의 마운트 속에 배치되는데, 상기 마운트는 상세히 개시하지 않는다.
독일특허 제 10 2006 006 421 A1호는 제 1 접촉장치, 탄성부 및 제 2 접촉장치를 포함하는 접촉스프링으로 구현되는 적어도 하나의 접속요소를 포함하는 전력반도체모듈을 개시한다. 이 경우, 제 1 플라스틱 몰딩은 기판에 수직하게 배치되어 접속요소를 수용하는 역할을 하는 샤프트를 갖는다. 상기 샤프트는 그 일부가 접속요소의 회전하게 안전한 배치를 위한 측방향 절제부 및 제 2 플라스틱 몰딩의 지정된 부분체에 대한 오목부를 갖는데, 상기 부분체는 또한 측방향 절제부를 가지며, 그리고 기판으로부터 떨어진 측에 접속요소의 제 1 접촉장치용 절제부를 갖는 다.
독일특허 제 DE 10 2006 058 692 A1호는 또한 접촉스프링을 구비한 전력반도체 모듈을 개시한다. 상기 문헌에 따르면, 접촉스프링은 하측 접촉장치의 영역에 S형상 변형부를 갖는다. 상기 문헌에 따르면, 상기 변형부는 접촉스프링이 떨어지는 것을 보호할 수 있게 하는 역할을 한다. 접촉스프링의 변형부는 기판과 하우징의 절제부 사이에 위치한다.
독일특허 제 10 2005 24 900호는 또한 떨어지지 않도록 고정된 접촉스프링을 개시한다. 상기 문헌에 따르면, 접촉스프링은 스프링의 상측 권선부보다 큰 직경을 갖는 스프링의 하측 권선부에 의해 하우징 속에 고정되며, 따라서 하우징으로부터 스프링이 떨어지는 것을 확실하게 보호한다.
종래기술에서 불리한 것은 장착되지 않은 상태에서 제어회로기판의 배치 없이 하우징을 지나서 보조접촉스프링이 기술적으로 결정된 대로 과도하게 크게 돌출하는 것이다. 압력접촉스프링은 기껏해야 전체 스프링 운동에 의해 하우징을 지나서 돌출하는데, 이는 스프링 헤드, 즉 보조접속부의 상측 접촉장치의 변형부의 형태가 손상되는 위험을 증대시킨다. 장착형 제어회로기판 상의 스프링 충격영역 또는 접촉영역은 모든 환경하에서 전력반도체 모듈을 장착형 제어회로기판에 확실하게 전기적으로 접촉시켜 접속하는데 충분하도록 크게 만들어져야 한다.
본 발명은 상측 접촉장치의 돌출부가 감소되고 따라서 변형의 위험이 감소되 는, 가압접촉스프링을 포함하는 전력반도체 모듈을 특정하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 포함하는 전력반도체 모듈에 의해 본 발명에 따라서 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속청구항에 설명되어 있다.
본 발명의 개념은 접촉스프링 형태의 적어도 하나의 접속요소를 포함하는 전력반도체 모듈에 기초한다.
또한 전력반도체 모듈은 하우징, 가압부재, 적어도 하나의 접촉영역을 포함하는 기판을 갖는다.
접촉스프링은 제 1 접촉장치, 탄성부 및 제 2 접촉장치를 갖는다. 제 1 접촉장치는 바람직하게는 핀형상 또는 원의 원호형상으로 구현되며 기판의 접촉영역에 전기적으로 전도될 수 있게 접속된다.
접촉스프링의 제 2 접촉장치는 반원형태를 갖는데, 그 개시부 및 단부에는 각각 변형부가 배치된다. 제 2 접촉장치의 개시부와 단부에서의 변형부는 바람직하게는 V형상으로 구현된다. 가압부재는 접속요소 당 적어도 두 개의 정지요소를 갖는다. 가압부재의 정지요소는 접촉스프일의 제 2 접촉장치의 변형부에 압력을 인가하므로, 접촉스프링이 탄성부를 통해 초기응력을 받는다. 접촉스프링의 초기응력에 의해, 가압부재의 배치 후에는 전력반도체 모듈의 기판의 지정된 접촉영역에 제 1 접촉장치가 확실하고 일정하게 전기적으로 접촉하여 접속된다.
접촉스프링의 초기응력은 가압부재를 지나서 돌출하는 정도를 줄여주며 따라서 변형의 위험을 줄여준다. 제어회로기판의 확실한 접촉배치는 추가적으로 이루 어질 수 있다.
본 발명의 해결수단을 도 1 내지 도 4의 모범 실시예에 기초하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 가압부재(6)의 위치결정 전에 본 발명에 따른 전력반도체 모듈(2)의 단면도를 보여준다. 이 경우, 접촉스프링(12)은 샤프트 속에 움직일 수 있게 배치된다. 여기서 가압부재(6)는 정지요소(20; 22)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 전력반도체 모듈(2)은 역시 접촉영역(10)을 갖는 기판(8)을 갖는다. 기판(8) 상의 접촉영역(10)은 전력반도체 모듈(2)에 장착될 수 있는 제어회로기판(28, 도 3)에 접촉스프링(12)을 통해 기판(8)을 전기적 접촉 접속하는 역할을 한다.
도 2는 가압부재(6)가 위치 결정된 도 1에 따른 전력반도체 모듈(2)의 단면을 보여준다. 가압부재(6)의 삽입의 결과로서 가압부재(6)의 정지요소(20; 22)에 의해 접촉스프링(12)의 제 2 접촉장치(18)의 V형 변형부(24; 26)에 압력이 가해지고 따라서 상기 변형부가 접촉스프링(12)에 초기응력을 생성시킨다. 접촉스프링(12)의 초기응력의 결과로서, 접촉스프링(12)의 제 1 접촉장치(14, 도 4)는 확실하고 일정하게 기판(8)의 접촉영역(10)에 전기적으로 전도 가능하게 접속된다. 접촉스프링(12)의 초기응력은 또한 가압부재(6)를 지나서 제 2 접촉장치(18)가 돌출하는 것을 줄여주며 따라서 접촉스프링(12)의 제 2 접촉장치(18)의 변형의 위험을 줄여준다.
도 3은 제어회로기판(28)이 배치된 도 1에 따른 전력반도체 모듈(2)의 단면 을 보여준다. 압력이 제어회로기판(28)에 의해 접촉스프링(12)의 제 2 접촉장치(18)에 인가되고 상기 제 2 접촉장치는 제 2 접촉장치(18)가 가압부재(6)를 지나서 돌출함에 의해 압축된다. 접촉스프링(12)에 의해, 제어회로기판(28)의 접촉영역과 기판(8) 상의 접촉영역(10) 사이에 확실한 전기적 접촉 접속이 이루어진다. 이 경우, 위치 결정된 가압부재(6)의 정지요소(20, 22)에 의해 제 2 접촉장치(18)의 V형 변형부(24, 26)에는 더 이상 압력이 인가되지 않으므로, 정지요소(20, 24)에 의해 압력이 인가되는 변형부(24, 26)에 의해 초기응력에 의해 제어회로기판(28)의 접촉영역과 접촉스프링(12)의 제 2 접촉장치(18)의 확실한 전기적 접촉접속이 더 이상 보장되지 않는다.
도 4는 제 1 접촉장치(14), 탄성부(16) 및 제 2 접촉장치(18)를 포함하는 접촉스프링(12)의 구성을 보여준다. 제 1 접촉장치(14)는 핀형상으로 또는 원의 원호형태(여기서 도시하지 않음)로 구현된다. 제 2 접촉장치(18)는 제어회로기판(28)과 접촉하기 위한 반원형부를 갖는다. 각각의 V형 변형부(24; 26)는 반원형부의 단부와 개시부에 배치되는데, V형 변형부(24, 26) 중의 하나는 탄성부(16)에 접속된다. 두 개의 V형 변형부(24; 26)의 정점은 접촉스프링(12)의 종축으로부터 연장되며 서로 반대측에 위치한다.
도 1은 가압부재가 위치 결정되기 전에 본 발명에 따른 전력반도체 모듈을 단면도.
도 2는 가압부재가 위치 결정된 도 1에 따른 전력반도체 모듈의 단면도.
도 3은 제어회로기판이 배치된 도 1에 따른 전력반도체 모듈의 단면도.
도 4는 접촉스프링의 구성을 보여주는 도면.

Claims (5)

  1. 하우징(4), 가압부재(6), 적어도 하나의 접촉면(10)을 포함하는 기판(8) 및 외측으로 이어지는 적어도 하나의 접속요소(12)를 포함하는 전력반도체 모듈(2)로서,
    상기 접속요소는 제 1 접촉장치(14), 탄성부(16) 및 제 2 접촉장치(18)를 포함하는 접촉스프링(12)으로 구현되고,
    상기 가압부재(6)는 접속요소(12) 당 적어도 두 개의 정지요소(20; 22)를 가지며,
    상기 접촉스프링(12)의 제 1 접촉장치(14)는 기판(8)의 접촉면(10)에 전기적으로 전도될 수 있게 접속되고,
    상기 접촉스프링(12)의 제 2 접촉장치(18)는 반원형으로 구현되고, 제 2 접촉장치(18)의 반원형부의 개시부와 단부에는 적어도 하나의 변형부(24; 26)가 형성되며,
    제 2 접촉장치(18)의 변형부(24, 26)의 결과로서, 가압부재(6)의 두 개의 정지요소(20; 22)에 의해 접촉스프링(12)에는 압력이 인가되고 접촉스프링(12)이 초기응력을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉스프링(12)의 제 2 접촉장치(18)의 변형부(24; 26)는 V형상으로 구현되고, 각 V형 변형부(24; 26)의 정점은 스프링의 종축선으로부터 연장되며 두 개의 변형부(24; 26)는 서로 반대측에 위치하며, 두 개의 V형 변형부(24, 26) 중의 적어도 하나는 접촉스프링(12)의 탄성부(16)에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 접촉장치(14)는 핀형상 또는 원의 원호형상으로 구현되는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 접촉스프링(12)의 초기응력에 의해 접촉스프링은 전력반도체 모듈(2)에 장착될 수 있는 제어회로기판(28) 상의 접촉면 상에 보다 위치적으로 정확하게 전기적으로 접속되도록 하는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 접촉스프링(12)의 초기응력에 의해 접촉스프링은 전력반도체 모듈(2)의 기판 상의 접촉면(10)에 접촉스프링(12)이 안전하고 일정하게 전기적으로 접촉하여 접속할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
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