KR20110063614A - 하이브리드 축압기를 구비하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈 - Google Patents

하이브리드 축압기를 구비하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20110063614A
KR20110063614A KR1020100120367A KR20100120367A KR20110063614A KR 20110063614 A KR20110063614 A KR 20110063614A KR 1020100120367 A KR1020100120367 A KR 1020100120367A KR 20100120367 A KR20100120367 A KR 20100120367A KR 20110063614 A KR20110063614 A KR 20110063614A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pressure
power semiconductor
semiconductor module
substrate
connected power
Prior art date
Application number
KR1020100120367A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101695499B1 (ko
Inventor
레더러 마르코
폽 라이너
Original Assignee
세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이지 filed Critical 세미크론 엘렉트로니크 지엠비에치 앤드 코. 케이지
Publication of KR20110063614A publication Critical patent/KR20110063614A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101695499B1 publication Critical patent/KR101695499B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02Containers; Seals
    • H01L23/04Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32153Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H01L2224/32175Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate the item being metallic
    • H01L2224/32188Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being arranged next to each other, e.g. on a common substrate the item being metallic the layer connector connecting to a bonding area protruding from the surface of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4847Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161Cap
    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16195Flat cap [not enclosing an internal cavity]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 출원은 압력 접속식 실시예의 전력 반도체 모듈에 관한 것으로서, 이 전력 반도체 모듈은 적어도 하나의 기판, 그 상측에 배치되는 전력 반도체 부품, 하우징 및 외부를 향해 도출되는 부하 접속 부재를 포함하고, 또 압력 부재를 구비하는 압력 장치를 포함하고, 상기 기판은 상기 전력 반도체 모듈의 내부에 대면하는 제1의 주면 상에 부하 포텐셜을 가지는 도체 트랙를 가진다. 제1의 부하 접속 부재 및 적어도 하나의 추가의 부하 접속 부재는 각 경우 압력 전달 부분 및 각 경우 상기 압력 전달 부분으로부터 연장하는 적어도 하나의 접촉 피트를 구비하는 금속 성형체로서 구현되고, 각 압력 전달 부분은 기판의 표면에 대해 대략 평행하게 그리고 기판으로부터 이격된 상태로 배열되고, 상기 접촉 피트는 압력 전달 부분으로부터 기판까지 연장하고, 또 회로 정합식으로 기판과 접촉을 이루고 있다. 상기 압력 부재로부터 상기 제1의 압력 전달 부분까지의 압력 전달 및/또는 적어도 하나의 압력 전달 부분으로부터 추가의 인접하는 압력 전달 부분까지의 압력 전달은 상이한 스프링 상수를 가지는 적어도 2개의 부분 영역을 가지는 하이브리드형의 탄성 플라스틱 성형체에 의해 이루어진다.

Description

하이브리드 축압기를 구비하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈{Pressure-contact-connected power semiconductor module with hybrid pressure accumulator}
본 발명은 냉각 부품 상에 배치되는 압력 접속 실시예의 전력 반도체 모듈에 관한 것이다. 예를 들면 DE 197 19 703 A1로부터 공지된 전력 반도체 모듈은 본 발명의 출발점을 형성한다.
이런 유형의 전력 반도체 모듈은 일반적으로 일반적인 종래기술에 따르면 하우징과 냉각 부품 상에 직접 장착하기 위해 하우징의 내부에 배치되는 적어도 하나의 전기절연 기판으로 구성된다. 이 기판은 한편 절연성 재료의 본체와 그 상측에 배치되는 복수의 상호 절연되는 금속 도체 트랙과 그 상측에 배치되어 회로에 정합(circuit-conforming)되도록 상기 도체 트랙에 접속되는 전력 반도체 부품으로 구성된다. 더욱, 이 공지의 전력 반도체 모듈은 외부의 부하를 위한 접속부재 및 보조 접속부재 및 내부에 배치되는 접속 요소를 가진다. 전력 반도체 모듈의 회로 정합식 내부 접속체를 위한 이들 접속 부재는 와이어 본딩 접속으로서 종종 구현된다.
압력 접속식 전력 반도체 모듈도 DE 10 2006 006 423 A1에 개시된 바와 같이 공지되어 있다. 상기 문헌에 따른 전력 반도체 모듈은 전력 반도체 모듈을 냉각 부품에 열전도적으로 접속하기 위한 압력 접속 실시예를 가진다. 전력 반도체 모듈을 구비하는 적어도 하나의 기판도 마찬가지로 이와 같은 전력 반도체 모듈 내에 배치된다. 전력 반도체 모듈은 하우징 및 외측을 향해 도출되는 부하 및 제어 접속부재를 구비한다. 기판, 예를 들면, DCB 기판은 절연재료체 본체를 구비하고, 전력 반도체 모듈의 내부에 대면하는 그 제1의 주면 상에는 부하 포텐셜을 가지는 도체 트랙들이 배치되어 있다.
그 경우 개시된 부하 접속 부재는 금속 성형체로서 구현되고, 이 성형체는 적어도 하나의 외부 접속장치, 스트립형 부분 및 이 스프립형 부분으로부터 연속되는 접촉 피트(contact feet)를 구비한다. 각 스트립형 부분은 기판의 표면으로부터 이격된 상태로 그 기판의 표면에 평행하게 배치된다. 접촉 피트는 스트립형 부분으로부터 기판까지 연장하고, 이 기판과 회로 정합식으로 접촉을 이룬다. 전기적 절연 및 각 부하 접속 부재들 사이의 압력 전달을 위해, 각 경우 각 부하 접속 부재들은 각 스트립형 부분의 영역 내에 탄성의 개재층을 구비한다.
마지막으로 DE 10 2007 003 587 A1은 전술한 유형의 전력 반도체 모듈을 개시하고 있다. 이 특허에서 압력체는 압력 장치 및 직접 인접하지 않는 추가의 하중 접속 부재의 사이에 배치된다. 그 경우, 상기 압력체의 일부는 압력 장치의 직접 인접하는 부하 접속 부재를 통해 연장하고, 따라서 압력 장치로부터 상기 추가의 부하 접속 부재의 압력 흡수 위치 상에 직접 압력을 가하게 된다.
본 발명은 적어도 하나의 부하 접속 부재를 기판의 도체 트랙에 압력 접속하기 위해 적어도 하나의 부하 접속 부재 상에 압력을 도입하는 것이 간단한 방법으로 개선되는 압력 접속 실시예의 전력 반도체 모듈을 제공한다는 목적에 기초한다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 포함하는 전력 반도체 모듈을 이용함으로써 본 발명에 따라 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속청구항에 기재되어 있다.
본 발명의 개념은 냉각 장치 상에 배치될 수 있는 압력 접촉 실시예의 전력 반도체 모듈로부터 유래한다. 이 전력 반도체 모듈은 적어도 하나의 기판, 기판 상에 배치되는 전력 반도체 부품(예, 병렬로 역방향 접속되는 다이오드를 구비하는 IGBT), 하우징 및 외부를 향해 도출되는 부하 접속 부재 및 제어 접속 부재를 포함한다. 상기 기판 자체는 이 목적을 위해 부하 포텐셜을 구비하는 도체 트랙 및 전력 반도체 모듈의 내부에 대면하는 제1의 주면 상에 절연재료체를 구비한다. 더욱, 기판은 또 전력 반도체 부품을 구동하기 위한 제어 포텐셜을 구비하는 적어도 하나의 도체 트랙을 구비한다.
전력 반도체 모듈의 제1의 부하 접속 부재 및 적어도 하나의 추가의 부하 접속부재는 각 경우 금속 성형체로서 구현되고, 이 성형체는 외부 접속을 위한 접촉 장치, 압력 전달 부분, 및 상기 압력 전달 부분으로부터 연장하는 적어도 하나의 접촉 피트를 구비한다. 이 경우, 각 압력 전달 부분은 기판의 표면에 대해 평행하게 그리고 그 기판으로부터 이격된 상태로 배치된다. 상기 각 압력 전달 부분으로부터 연장하는 적어도 하나의 접촉 피트는 기판까지 연장하여 회로 정합식으로 부하 접속 부재의 접촉부를 형성한다. 이 목적을 위해 접촉 피트는 기판 상에서 부하 포텐셜을 가지는 도체 트랙에 접촉되거나 또한 전력 반도체 부품에 직접 접촉되는 것이 바람직하다.
압력 장치는 기판의 방향으로 압력을 도입하기 위한 압력 부재를 구비하고, 이 압력 부재는 전력 반도체 모듈의 하우징의 일부로서 구현되는 것이 바람직하다. 상기 압력 부재는 발생된 압력을 이 압력 부재에 대면하는 부하 접속 부재의 압력 전달 부분 및 이 것을 경유하여 적어도 하나의 추가의 부하 접속 부재의 압력 전달 부분 상에 도입한다. 본 발명에 따라, 적어도 하나의 하이브리드형의 탄성 플라스틱 성형체가 상기 압력 장치 내에 배치된다. 상기 플라스틱 성형체는 평면 형태로 구현되고, 압력의 방향에 대해 수직하게 배치되는 2개의 주면을 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 플라스틱 성형체의 바람직한 위치 중의 하나는 압력 부재와 이것에 인접하는 부하 접속 부재의 압력 전달 부분의 사이이다. 이 경우, 플라스틱 성형체의 추가의 바람직한 위치는 인접하는 2개의 부하 접속 부재의 압력 전달 부분들의 사이이다. 특히 양 구조를 동시에 선택하는 것이 바람직하다.
이 경우, 본 발명에 따라 구현된 하이브리드형 플라스틱 성형체는 탄성체로서 구현되고, 상기 플라스틱 성형체는 상이한 스프링 상수를 구비하는 적어도 2개의 부분 영역을 구비하고, 그 결과 플라스틱 성형체는 주면 상의 상이한 위치에서 상이한 스프링력을 가진다. 이 목적을 위해, 플라스틱 성형체는 복수의 제2의 부분 영역을 구비하는 것이 유리하다. 이 복수의 부분 영역은 제1의 주면으로부터 제2의 주면까지 연장하고, 또 주 두 면에 대해 평행하게 연장하고, 또 이들 사이에 배치되는 제1의 부분 영역보다 큰 스프링 상수를 가진다. 특히 제2의 부분 영역이 주면의 평면도에서 연속적인 제1의 부분 영역에 의해 둘러싸이는 것이 바람직하다.
이 구조는 압력 장치의 힘이 압력의 도입이 필요한 위치에 표적화되고 강화된 상태로 도입되고, 그 결과 부하 접속 부재(즉, 이 부하 접속 부재의 적어도 하나의 접촉 피트)와 기판(즉 도체 트랙 또는 전력 반도체 부품) 사이의 개별적인 전도체 접속의 접촉 신뢰성이 개선되는 이점을 가진다. 이 목적을 위해, 물론 상기 제2의 부분 영역을 적어도 하나의 각 접촉 피트와 압력방향으로 정렬된 상태로 배치하는 것이 유리하다.
본 발명은 적어도 하나의 부하 접속 부재를 기판의 도체 트랙에 압력 접속하기 위해 적어도 하나의 부하 접속 부재 상에 압력을 도입하는 것이 간단한 방법으로 개선되는 압력 접속 실시예의 전력 반도체 모듈을 제공한다는 목적을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 3차원도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 하이브리드 탄성 플라스틱 성형체의 2개의 유사한 형태를 도시한 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 3b의 예시적인 실시예에 기초하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈(1)의 단면도이다. 상기 모듈은 냉각 부품(2)에 접속될 수 있는 프레임 형태의 하우징 부재(30)를 구비하는 하우징(3)을 구비한다. 이 경우, 프레임 형태의 하우징 부재(30)는 적어도 하나의 기판(5)을 둘러싼다. 그리고 기판은 절연재료체(52), 바람직하게는 알루미늄 산화물 또는 알루미늄 질화물과 같은 절연 세라믹을 구비한다.
전력 반도체 모듈(1)의 내부에 대면하는 제1의 주면 상에서, 기판(5)은 본질적으로 구조화된 금속 코팅을 구비한다. 이 경우, 구리 코팅으로 구성하는 것이 바람직한 상기 금속 코팅의 개개의 부분은 전력 반도체 모듈(1)의 도체 트랙(54)을 형성한다. 기판(5)의 제2의 주면은 종래기술에 따라 비구조화된 구리 코팅(50)을 구비한다.
예를 들면, 병렬로 역방향 접속되는 프리휠링 다이오드를 구비하는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBTs; insulated gate bipolar transistors) 또는 MOS-FET과 같은 제어가능 전력 반도체 부품 및/또는 비제어식 전력 반도체 부품(60)이 기판(5)의 도체 트랙(54) 상에 배치된다. 이들 부품은 예를 들면 와이어본딩 접속(62)에 의해 회로 정합식으로 더욱 도체 트랙(54)에 접속된다.
요구되는 상이한 포텐셜의 부하 접속 부재(40, 42, 44)는 전력 전자회로를 전력 반도체 모듈(1)의 기판(5) 상에 외부로부터 접속하는 역할을 한다. 이 목적을 위해, 부하 접속 부재(40, 42, 44)는 금속 성형체로서 구현되고, 각각은 기판의 표면에 평행한 압력 전달 부분(402, 422, 442)을 구비한다. 이 경우, 압력 전달 부분(402, 422, 442)은 적층체를 형성하고, 여기서 개별적인 부하 접속 부재(40, 42, 44)는 상호 전기적으로 절연되어 있다.
부하 접속 부재(40, 42, 44)마다 하나의 접촉 피트(400, 420, 440)가, 바람직하게는 복수의 접촉 피트가,각 압력 전달 부분(402, 422, 442)으로부터 회로 정합식으로 할당되는 기판(5)의 도체 트랙(54)까지 연장한다.
개략적으로 도시된 압력 장치(70)는 전력 반도체 모듈(1)을 냉각 부품(2)에 열접속시키고 동시에 부하 접속 부재(40, 42, 44)의 접촉 피트(400, 420, 440)를 기판(5)의 도체 트랙(54)에 전기적 접속시키기 위한 것으로서 전술한 부하 접속 부재의 압력 전달 부분(402, 422, 442)에 평행한 상태로 압력을 축적하기 위한 추가의 압력 부재(72)를 구비한다.
상기 압력 부재(72)는 종래기술에 따라 플라스틱 성형체로서 구현되고, 이 성형체는 적절한 내부 금속 코어 및/또는 추가의 강화 구조를 구비한다. 또 상기 압력 부재(72)는 전력 반도체 모듈(1)의 커버로서의 역할 및 하우징(3)의 일부로서의 역할을 동시에 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1의 변형례로서, 압력 저장 및 압력 전달 부재(402)의 부분 영역 상에 표적화된 압력의 도입을 위한 플라스틱 성형체(80a)가 상기 압력 부재(72) 및 제1의 부하 접속 부재(40)의 적층체의 압력 전달 부분(402)의 사이에 배치된다. 상기 플라스틱 성형체(80a)는 하이브리드 구조를 구비하고, 표적화된 압력의 도입은 플라스틱 성형체(80a)의 상이한 부분 영역(800a, 802a)의 상이한 스프링 상수에 의해 형성된다.
본 발명의 제2의 변형례로서, 플라스틱 성형체(80b)가 제2의 부하 접속 부재(42, 44)의 인접하는 2개의 압력 전달 부분(422, 442)들의 사이에 배치된다. 물론 본 발명의 개념에 따라 전력 반도체 모듈(1) 내에서 상기 양 변형례를 동시에 사용하는 것도 가능하다.
전술한 양 변형례에서, 각 플라스틱 성형체(80a, 80b)는 복수의 제2의 부분 영역(802a, 802b)을 구비한다. 이 제2의 부분 영역은 제1의 주면(804a, 804b)으로부터 제2의 주면(806a, 806b)까지 연장하고, 상기 주면에 평행하게 연장하고, 개재되어 있는 제1의 부분 영역(800a, 800b)보다 큰 스프링 상수를 구비한다. 따라서, 다양한 형태의 가압력이 기판(5)에 평행한 표면에서 발생한다. 압력의 도입은 특히 제2의 부분 영역(800, 802)이 각각의 하측에 위치하는 압력 전달 부분 또는 부분들(402, 422, 442)의 접촉 피트(400, 420, 440)와 실질적으로 압력 방향으로 정렬된 상태로 배치되는 경우에 유리하다.
도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈(1)의 3차원도이다. 도면은 프레임 형태의 하우징 부재(30)를 도시한 것으로서, 이 하우징 부재는 냉각장치 상에 고정되기 위한 절결부(300) 및 상이한 극성의 부하 접속 부재(40, 42, 44)를 구비하지만 도면에서는 외부 접속 부재(404, 424, 444)만을 볼 수 있다. 부하 접속 부재(40, 42, 44)의 추가의 실시예는 도 1에 관한 설명과 동일하다. 전류 센서(32)는 교류 전압 접속의 부하 접속 부재(44)에 공간적으로 및 기능적으로 할당된다. 도면에는 헬리컬 스프링으로서 구현된 전력 반도체 모듈(1)의 보조 접속 부재(48)가 도시되어 있다.
기판(5)(보이지 않음)은 프레임 형태의 하우징 부재(30) 내의 하측에 배치되고, 이 경우 프레임 형태의 하우징 부재(30)의 도시된 절결부(300) 내에서 고정 부재를 이용하지 않고 냉각 장치 상에 가압된다. 압력 부재(72)(도시되지 않음)는 기판을 냉각 장치에 열전도 접속함과 동시에 부하 접속 부재(40, 42, 44)의 접촉 피트(400, 420, 440)에 전기 전도 접속하기 위해 제공된다. 상기 압력 부재는 도 1의 부하 접속 부재(40, 42, 44)의 압력 전달 부분(402, 422, 442)에 압력을 전달한다. 상기 압력 부재는 프레임 형태의 하우징 부재(30)의 절결부 내에 하우징의 일부로서 배치된다.
본 발명에 따르면, 기판에 평행한 표면 상에서 고려했을 때 가변적인 압력 전달을 위해 하이브리드형의 탄성 플라스틱 성형체(80)가 압력 부재와 부하 접속 부재(40, 42, 44)의 제1의 압력 전달 부분(402, 422, 442)의 사이에 제공된다. 플라스틱 성형체의 추가의 상세 내용은 도 3에서 설명된다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈(1)의 하이브리드형 탄성 플라스틱 성형체(80)의 2종의 구성을 도시한 것이다. 도 3a에 따른 플라스틱 성형체는 평행육면체형으로 구현되어 있고, 제1의 스프링 상수를 가지는 제1의 부분 영역(800)을 구비한다. 더 높은 제2의 스프링 상수를 가지는 제2의 부분 영역(802)은 각 경우에 2개의 주면(804, 806) 중의 하나의 면의 관점으로부터 상기 제1의 부분 영역(800)에 의해 둘러싸여 있다.
플라스틱 성형체의 2개의 주면은 비압축 상태에서 평면으로 구현되어 있으므로 일정한 두께의 플라스틱 성형체를 형성한다. 그러나, 상이한 부분 영역들이 비압축 상태에서 상이한 두께를 가짐으로써 주면들이 완전히 평평하지 않도록 구현하는 것도 이점이 있다. 그러나, 플라스틱 성형체가 비압축 상태에서 각 부분 영역의 두께 변화가 평균 두께의 최대 ±10%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
도 3b는 상이한 스프링 상수를 가지는 2개의 부분 영역을 가지는 하이브리드형의 탄성 플라스틱 성형체(80)의 추가의 구조를 도시한 것이다. 플라스틱 성형체(80) 자체는 역시 실질적으로 평행육면체형으로 구현되고, 전력 반도체 모듈에서 보조 접속 부재(48)가 설치되는 위치에 배치되는 절결부를 구비한다(도 2 참조).
도면 상에 도시된 플라스틱 성형체(80)는 제1의 스프링 상수를 가지는 제1의 부분 영역(800)을 형성하는 기본체를 구비한다. 제1의 부분 영역은 평면도에서 더 높은 스프링 상수를 가지는 핑거들(fingers)를 형성하고 있는 단일의 제2의 부분 영역(802)을 둘러싸도록 되어 있다. 이 구성은 도 3a에 따른 더 협소하게 형성된 복수개의 제2의 부분 영역에 비해 더 단순하게 제작할 수 있다는 이점을 가진다. 이 경우, 각 부분 영역들은 제1의 주면(804)로부터 제2의 주면(806)까지 플라스틱 성형체의 체적을 통해 연장한다(도 1 참조).
각 플라스틱 성형체(80) 자체는 발포체가 탄성체로서 구현되고 따라서 일정한 스프링 상수를 가지도록 제조할 수 있는 공지의 방법을 이용하여 독립기포형 발포체(closed-cell foam) 또는 연통기포형 발포체(integral foam)로 구성된다. 상이한 부분 영역들을 형성하기 위해 상이한 밀도 및/또는 상이한 기포 치수를 가지는 발포체 또는 연통기포형 발포체를 형성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 상기 상이한 부분 영역(800, 802)은 상이한 스프링 상수를 가지게 된다.
1: 전력 반도체 모듈
3: 하우징
5: 기판
40, 42, 44: 부하 접속 부재(load connection element)
70: 압력장치
72: 압력부재
400, 420, 440: 접촉 피트
402, 422, 442: 압력 전달 부분

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 기판(5), 그 상측에 배치되는 전력 반도체 부품(60), 하우징(3) 및 외부를 향해 도출되는 부하 접속 부재(40, 42, 44)를 포함하고, 압력 부재(72)를 구비하는 압력 장치(70)를 포함하며, 상기 기판(5)은 전력 반도체 모듈의 내부에 대면하는 제1의 주면 상에 부하 포텐셜을 가지는 도체 트랙(54)를 가지고,
    제1의 부하 접속 부재(40) 및 적어도 하나의 추가의 부하 접속 부재(42, 44)는 압력 전달 부분(402, 422, 442) 및 상기 압력 전달 부분으로부터 연장하는 적어도 하나의 접촉 피트(400, 420, 440)를 구비하는 금속 성형체로서 구현되고, 각 압력 전달 부분(402, 422, 442)은 기판의 표면에 대해 평행하게 그리고 기판으로부터 이격된 상태로 배열되며, 상기 접촉 피트(400, 420, 440)는 압력 전달 부분(402, 422, 442)으로부터 기판(5)까지 연장하고, 회로 정합식으로 기판과 접촉을 이루며,
    상기 압력 부재(72)로부터 상기 제1의 압력 전달 부분(402)까지의 압력 전달 및/또는 적어도 하나의 압력 전달 부분(422)으로부터 추가의 인접하는 압력 전달 부분(442)까지의 압력 전달은 상이한 스프링 상수를 가지는 적어도 2개의 부분 영역(800, 802)을 가지는 하이브리드형의 탄성 플라스틱 성형체(80)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 플라스틱 성형체(80)는 비압축 상태에서 모든 부분 영역들(800, 802)이 일정한 두께를 가지고, 2개의 주면(804, 806)이 평행한 것을 특징으로 하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 플라스틱 성형체(80)는 비압축 상태에서 각 부분 영역들(800, 802)이 평균 두께에 대해 최대 ±10%의 두께 변화를 가지는 상이한 두께를 가지고, 주면들이 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 플라스틱 성형체(80)는 복수의 제2의 부분 영역(802)을 구비하고, 이 제2의 영역은 제1의 주면(804)으로부터 제2의 주면(806)까지 연장하며, 상기 주면들에 평행하고, 이들 사이에 개재된 제1의 부분 영역(800)보다 큰 스프링 상수를 가지는 것을 특징으로 하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1의 부분 영역(800)은 제2의 부분 영역(802)보다 작은 스프링 상수를 가지는 것을 특징으로 하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈.
  6. 청구항 4에 있어서, 모든 제2의 부분 영역(802)은 주면(804, 806)의 평면도에서 제1의 부분 영역(800)에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제2의 부분 영역(802)은 접촉 피트(400, 420, 440)와 실질적으로 압력의 방향으로 정렬된 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 플라스틱 성형체(80)는 독립기포형 발포체 또는 연통기포형 발포체로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 상이한 스프링 상수는 각 부분 영역(800, 802)의 발포체의 상이한 밀도에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 상이한 스프링 상수는 각 부분 영역(800, 802)의 발포체의 상이한 기포 치수에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈.
KR1020100120367A 2009-12-05 2010-11-30 하이브리드 축압기를 구비하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈 KR101695499B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009057146.9 2009-12-05
DE102009057146A DE102009057146B4 (de) 2009-12-05 2009-12-05 Druckkontaktiertes Leistungshalbleitermodul mit Hybriddruckspeicher

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110063614A true KR20110063614A (ko) 2011-06-13
KR101695499B1 KR101695499B1 (ko) 2017-01-11

Family

ID=43972330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100120367A KR101695499B1 (ko) 2009-12-05 2010-11-30 하이브리드 축압기를 구비하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2341535B1 (ko)
JP (1) JP5695892B2 (ko)
KR (1) KR101695499B1 (ko)
CN (1) CN102142406B (ko)
DE (1) DE102009057146B4 (ko)
DK (1) DK2341535T3 (ko)
ES (1) ES2390602T3 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015114191B3 (de) * 2015-08-26 2016-11-03 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit einer Mehrzahl von Submodulen und mit einer Druckeinrichtung und Anordnung hiermit
AT518126B1 (de) * 2015-12-01 2020-01-15 Melecs Ews Gmbh Elektronisches Gerät mit Kühlvorrichtung und ein zugehöriges Montageverfahren
DE102016112779B4 (de) 2016-07-12 2022-02-24 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung
DE102016115572B4 (de) 2016-08-23 2019-06-13 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitereinrichtungssystem mit einer ersten und einer zweiten Leistungshalbleitereinrichtung

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09129534A (ja) * 1995-10-26 1997-05-16 Nkk Corp レジストパターンの形成方法
KR970053649A (ko) * 1995-12-11 1997-07-31 문정환 와이어리스 반도체 패키지
JPH10294319A (ja) * 1997-04-17 1998-11-04 Hitachi Ltd 高耐圧ダイオード及びその製造方法
KR20030045642A (ko) * 2001-12-04 2003-06-11 후지 덴끼 가부시키가이샤 횡형 고내압 mosfet 및 이것을 구비한 반도체장치

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19719703C5 (de) * 1997-05-09 2005-11-17 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH & Co. KG Leistungshalbleitermodul mit Keramiksubstrat
US6828600B2 (en) * 1997-05-09 2004-12-07 Eupec Europaeische Gesellschaft Fuer Leistungshalbleiter Mbh Power semiconductor module with ceramic substrate
DE19903875C2 (de) * 1999-02-01 2001-11-29 Semikron Elektronik Gmbh Leistungshalbleiterschaltungsanordnung, insbesondere Stromumrichter, in Druckkontaktierung
JP4802477B2 (ja) * 2004-10-28 2011-10-26 王子製紙株式会社 不均一発泡体の製造方法
DE102006006424B4 (de) * 2006-02-13 2011-11-17 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Anordnung mit mindestens einem Leistungshalbleitermodul und einem Kühlbauteil und zugehöriges Herstellungsverfahren
DE102006006423B4 (de) * 2006-02-13 2009-06-10 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul und zugehöriges Herstellungsverfahren
DE102006027481C5 (de) * 2006-06-14 2012-11-08 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit gegeneinander elektrisch isolierten Anschlusselementen
DE102007003587B4 (de) * 2007-01-24 2009-06-10 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit Druckkörper

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09129534A (ja) * 1995-10-26 1997-05-16 Nkk Corp レジストパターンの形成方法
KR970053649A (ko) * 1995-12-11 1997-07-31 문정환 와이어리스 반도체 패키지
JPH10294319A (ja) * 1997-04-17 1998-11-04 Hitachi Ltd 高耐圧ダイオード及びその製造方法
KR20030045642A (ko) * 2001-12-04 2003-06-11 후지 덴끼 가부시키가이샤 횡형 고내압 mosfet 및 이것을 구비한 반도체장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP2341535A1 (de) 2011-07-06
JP2011119736A (ja) 2011-06-16
EP2341535B1 (de) 2012-07-04
CN102142406A (zh) 2011-08-03
DK2341535T3 (da) 2012-10-01
CN102142406B (zh) 2014-11-05
DE102009057146A1 (de) 2011-06-09
DE102009057146B4 (de) 2013-09-26
KR101695499B1 (ko) 2017-01-11
ES2390602T3 (es) 2012-11-14
JP5695892B2 (ja) 2015-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7589418B2 (en) Pressure contact power semiconductor module
US9768094B2 (en) Power electronics module with load connection elements
KR101238542B1 (ko) 전력 반도체 모듈 및 이에 대한 제조 방법
KR101068703B1 (ko) 전기 절연된 접속 소자를 구비한 전력 반도체 모듈
US7696532B2 (en) Power semiconductor module
JP5114065B2 (ja) 少なくとも1個のパワー半導体モジュールと冷却部とを備えた構造体
CN106953504B (zh) 电子的线路单元
WO2016165843A1 (en) Power electronics module
US20130270689A1 (en) Semiconductor package, semiconductor module, and mounting structure thereof
US10134654B2 (en) Double-encapsulated power semiconductor module and method for producing the same
KR101695492B1 (ko) 전력 전자 시스템에서 간섭 방출을 감소시키기 위한 장치
CN106486439B (zh) 包括两部分式壳体的功率电子子模块
CN107644858B (zh) 功率电子开关装置、其布置结构及制造开关装置的方法
US20170092574A1 (en) Method for manufacture a power electronic switching device and power electronic switching device
KR20110063614A (ko) 하이브리드 축압기를 구비하는 압력 접속식 전력 반도체 모듈
US9185803B2 (en) Circuit board for electric components and circuit board system
US7759697B2 (en) Semiconductor device
CN108172550B (zh) 用于电力电子开关装置的压力装置、开关装置及其配置
US20220022323A1 (en) Driver board assemblies and methods of forming a driver board assembly
CN109716877B (zh) 电子组件
CN106486436A (zh) 包括多个子模块和压力装置的功率半导体模块及其布置
CN108010891B (zh) 功率半导体模块
US10251256B2 (en) Heat dissipating structure
CN111435631B (zh) 具有母线系统并且具有电容器的电气装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191212

Year of fee payment: 4