KR20110115080A - 접속요소를 포함하는 전력반도체 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 기판, 회로 일치 방식으로 배치된 도체 트랙, 하우징 및 적어도 하나의 제 1 및 제 2 접속요소를 포함하는 전력반도체 모듈에 관한 것이다. 접속요소는 각각 제 1 접촉부, 제 2 접촉부 및 탄성부를 갖는다. 컴팩트한 배치를 위해 그리고 전자유도를 피하기 위해, 본 발명은 나선형 스프링으로 구현되어 제 1 접속요소를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 제 1 접속요소의 탄성부를 제공한다.

Description

접속요소를 포함하는 전력반도체 모듈{Power Semiconductor Module Comprising Connection Elements}
본 발명은 기판에서 외부로 연장되는 특히 전기전도성 접속을 위한 제어, 부하 및 보조 접속용의 다수의 접속요소를 포함하는 전력반도체 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 출발점은 예를 들어 DE 10 2005 058 692 A1에서 알려진 것 같은 전력반도체 모듈에 의해 이루어진다.
종래기술에 따르면, 이런 유형의 전력반도체 모듈은 적어도 하나의 베이스플레이트가 배치되고 상기 베이스플레이트상에 기판이 배치된 하우징으로 구성된다. 또한, 상기 공지의 전력반도체 모듈은 외부 부하 및 보조 접속을 위한 접속요소와 내부에 배치된 접속요소를 갖는다. 기판상에는 접속요소에 대하여 접촉부위로서 작용하는 도체 트랙들이 배치된다. 전력반도체 모듈의 내부에서 회로와 일치하는 접속을 위한 접속요소들은 통상 와이어본딩 접속으로 구현된다. 또한, 하우징이 개시되는데, 이는 접속요소용 고정장치로서 다수의 절취부를 갖는다.
EP 1 391 966 A1은 각각 전력반도체 부품과의 접점을 형성하고 외부 접속위치를 형성하는 접속요소의 구체예를 포함하는 전력반도체 모듈을 개시한다. 접속요소는 두 개의 접촉소자와 또한 탄성부를 갖는다. 탄성부는 바람직하게는 나선형으로 구현되며 따라서 동적이고 가역적인 접속요소의 접촉 거동을 위한 압축영역을 형성한다.
공지의 구성에서 불리한 것은 하우징 내의 전술한 접속요소의 배치다. 접속요소들은 하우징 내에 서로 이격되는 방식으로 배치되며, 따라서 기판과의 접점을 만들기 위한 대응하는 측방 공간이 필요하게 된다. 이는 기판상에 존재하는 공간을 먼저 와이어본딩 접속부가 차지하고 다음으로는 지배적으로 전력반도체 부품이 차지하는 점에서 문제가 있는 것이 판명되었다. 이 접속요소의 또 다른 결점은 탄성부가 기계적 관점에서 바람직하다고 하는 나선형 스프링으로 구현되는 경우에 탄성부의 결과로서 일어날 수 있다. 이 나선형 스프링을 통해 변화 전류가 흐르는 경우 물리적으로 볼 때 나선형 스프링은 코일로서 작용한다. 이 전류는 유도 때문에 전류 프로파일을 교란시키고 따라서 아마도 신호 전송의 장해가 된다. 전술한 접속요소의 구체예는 접점 파손시에 전력반도체 모듈의 동작이 더 이상 이루어질 수 없다는 추가의 결점을 갖는다.
따라서, 본 발명은 전력반도체 모듈의 컴팩트한 구성을 가능하게 하고, 전류흐름이 변하는 경우 인덕턴스의 영향을 감소시키거나 또는 접속 소자의 부가의 구체예의 컴팩트한 구성을 가능하게 하는 다수의 접속요소를 포함하는 전력반도체 모듈을 제공한다는 목적에 기초한다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 접속요소에 의해 본 발명에 따라서 달성되는데, 그 구체적인 구성은 종속항에서 찾을 수 있다.
본 발명의 개념은 바람직하게는 베이스플레이트 및 하나 이상의 기판을 둘러싸는 하우징을 포함하는 전술한 유형의 전력반도체 모듈로부터 시작한다. 그러나, 본 발명에 따른 구성은 베이스플레이트 없는 전력반도체 모듈의 경우에도 마찬가지로 유리하다. 기판의 일부는 제 1 주영역에 위치하여 서로 절연된 다수의 금속도체 트랙을 포함하는 절연재료체, 및 바람직하게는 제 2 주영역에 배치된 평면 금속층으로 구성된다. 또한, 기판은 상기 기판 아래에 포함되어 도체 트랙상에 배치되는 전력반도체 부품을 갖는다. 따라서, 기판의 접촉부위라는 용어는 전력반도체 부품의 접촉부위를 포함한다.
본 발명에 따른 전력반도체 모듈은 각각 기판과 전기전도적으로 접촉하는 적어도 두 개의 접속요소를 포함하는데, 제 1 접속요소는 적어도 부분적으로 제 2 접속요소에 의해 둘러싸인다. 접속요소는 각각 그 일부가 기판과 접촉하고 전력반도체 부품의 도체 트랙 또는 접촉 부위와 접촉하는 제 1 접촉부, 외부 접속을 위한 제 2 접촉부, 및 그 사이의 탄성접속부를 갖는다. 제 2 접속요소의 탄성부 및 바람직하게는 제 1 접속요소의 탄성부는 이 경우에 나선형 스프링으로 구현된다. 또한 제 1 접속요소가 제 2 접속요소에 대하여 동심형태로 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 특정 응용에서는 편심형태의 배치도 유리할 수 있다.
두 개의 접속요소에 의한 구체예에 의해, 단일 제어, 부하 또는 보조 접속의 추가 구체예가 실현될 수 있다. 이를 위하여 제 1 및 제 2 접속요소는 기판의 동일 전위에 연결된다. 따라서, 이 추가 구체예의 경우, 하나의 접속요소의 접촉불량이나 그 외의 파손시에 제 2 접속요소는 스스로 제 기능을 수행할 수 있으며 전력반도체 모듈의 파손을 피할 수 있다.
각 접속요소의 제 1 및 제 2 접촉부는 바람직하게는 핀형상으로 구현된다. 제 2 접촉부가 하우징으로부터 돌출하는 것도 마찬가지로 바람직하다. 제 1 접촉부는 기판에 대하여 배치되며, 접속요소에 압력이 가해질 때 기판에 전기전도적으로 연결된다. 또한, 제 1 접속요소의 접촉부는 탄성부에 대하여 동심형태로 배치될 수 있다. 한편, 제 2 접속요소의 두 개의 접촉부는 바람직하게는 탄성부의 권선부에 대하여 접선방향으로 또는 대략 접선방향으로 배치된다.
하우징은 접속요소용 지지장치로서 기능하며 이를 위해 접속요소에 각각 할당된 절취부를 갖는다. 바람직하게는 제 1 원통형 및 제 2 중공 원통형 절취부가 존재하는데, 제 1 절취부는 제 2 절취부에 대하여 동심형태 또는 편심형태로 배치될 수 있다. 제 1 접속요소는 제 1 절취부 속에 배치되고 제 2 접속요소는 제 2 절취부 속에 배치된다. 바람직하게는 두 개의 절취부는 하우징의 일부인 절연재 슬리브에 의해 서로 전기적으로 격리되어 있고 기계적으로 분리되어 있다.
본 발명의 해결방법을 도 1 내지 도 4의 모범적인 구체예에 기초하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명은 전력반도체 모듈의 컴팩트한 구성을 가능하게 하고, 전류흐름이 변하는 경우 인덕턴스의 영향을 감소시키거나 또는 접속 소자의 부가의 구체예의 컴팩트한 구성을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력반도체 모듈의 단면을 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 전력반도체 모듈의 두 개의 접속요소를 3차원적으로 도시한 도면.
도 3은 도 2에 따른 구성의 단면을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 제 2 전력반도체 모듈의 두 개의 접속요소를 도시한 도면.
도 1은 기판(30)들이 상면에 배치된 베이스플레이트(20)를 갖는 본 발명에 따른 전력반도체 모듈(10)을 개략적으로 보여준다. 각각의 기판(30)은 제 1 주영역상에 위치하며 서로 절연되어 있는 다수의 금속도체 트랙(38)을 갖는 절연재료체(34)와, 그리고 바람직하게는 제 2 주영역상에 배치된 편평한 금속층(36)으로 구성된다. 또한, 여기서 기판(30)은 도체 트랙(38)상에 배치된 전력반도체 부품(32)을 갖는다. 전력반도체 부품은 와이어본딩 접속부(90)에 의해 도체 트랙(38)에 연결된다.
또한, 하우징(50)이 예시되어 있는데, 이는 다수의 기판(30)을 둘러싸고 있다. 하우징(50)은 또한 예를 들어 인쇄회로기판에 대한 외부접속을 위한 접속요소(70, 80)를 통과시켜 안내하기 위한 다수의 절취부(56, 58)를 갖는다(도 3 참조). 여기서 양 접촉소자는 기판의 동일 접촉부위와 접점을 만들며, 따라서 게이트 또는 보조 접속의 추가 구체예가 이루어진다.
예를 들어 베이스플레이트가 없고/없거나 단지 하나의 기판만을 갖는 전력반도체 모듈(10)의 또 다른 구성에서, 전술한 접속요소의 구체예도 물론 마찬가지로 유리한 것으로 판명될 것이다.
도 2는 원칙적으로 도 1에 도시한 것과 동일한 구조를 갖는 본 발명에 따른 전력반도체 모듈(10)의 제 1 및 제 2 접속요소(70, 80)를 개략적으로 보여주지만, 여기서 제 1 접속요소(70)는 게이트 접속부로서 작용하고 제 2 접속요소(80)는 보조 에미터 접속부로서 작용한다. 접속요소(70, 80)는 각각 제 1 접촉부(76, 86), 제 2 접촉부(72, 82) 및 그 사이에 배치된 탄성부(74, 84)를 갖는다. 접속요소(70, 80)의 탄성부(74, 84)는 나선형으로 구현되어 있다. 이에 따라서 동적이고 가역적인 움직임이 보장되고 그 결과 압력이 가해질 때 접촉부들이 접속 상대부와 확실하게 접촉하게 한다. 본 발명에 따르면, 제 2 접속요소(80)의 탄성부(84)는 여기서는 대략 제 1 접속요소(70)의 탄성부(74)를 대략적으로 완전히 둘러싼다. 제 1 접속요소(70)는 제 2 접속요소(80)에 대하여 동심형태로 배치된다. 제 1 접촉부(76, 86) 및 제 2 접촉부(72, 82)는 어느 경우라도 핀형태로 구현된다. 상기 도해는 또한 도체 트랙(38)이 상면에 배치된 기판(30)을 보여주는데, 접속요소(70, 80)들은 상기 기판에 대하여 배치되어 있다. 제 1 접속요소(70)는 게이트 전위를 가지고 제 2 접촉부(72)가 제 1 도체 트랙에 연결되는 한편 제 2 접속요소(80)는 보조 에미터 전위를 가지고 제 2 접촉부(82)가 제 2 도체 트랙에 연결된다.
도 3은 도 2에 따른 본 발명에 따른 전력반도체 모듈의 구성의 단면을 부분도로 도시하는데, 게다가 하우징(50)의 일부가 예시되어 있는데 이는 접속요소(70, 80)의 배치를 위한 각각의 절취부를 구비한다. 제 1 절취부(56)는 원통형상으로 구현되며 제 1 접속요소(70)에 대하여 제공된다. 제 2 절취부(58)는 중공원통형상으로 구현되며 제 2 접속요소(80)는 이 속에 배치된다. 제 1 절취부(56)는 제 2 절취부(58)에 대하여 동심형태로 위치하며 양 절취부(56, 58)는 유리하게는 하우징 자체로 형성되는 절연재 슬리브(54)에 의해 서로 분리되어있다. 절연재 슬리브(54)는 두 개의 접속요소(70, 80)의 기계적 및 전기적 접촉을 방지하므로 단락 및 그에 따른 전력반도체 모듈의 파괴 가능성을 피할 수 있다.
제 1 접속요소(70)의 접촉부(72, 76)는 탄성부(74)에 대하여 동심형태로 배치되어있다. 한편, 제 2 접속요소(80)의 양 접촉부(82, 86)는 상기 제 2 접속요소의 탄성부의 권선부에 대하여 접선방향으로 또는 대략 접선방향으로 연장된다.
상기 도해는 또한 인쇄회로기판(60)을 보여주는데, 이는 외부에서 또는 특정 응용에서는 전력반도체 모듈 내에서 기판(30)에 평행하게 배치될 수 있으며, 접속요소(70, 80)의 제 1 접촉부(76, 86)가 할당된다. 접속요소(70, 80)의 제 1 접촉부(76, 86)는 편평한 형상으로 구현되므로 인쇄회로기판과의 평면접촉이 존재한다.
도 4는 접속요소 및 하우징을 갖는 본 발명에 따른 전력반도체 모듈의 제 2 구성의 단면을 부분도로 보여준다. 제 1 접속요소(70)는 제 1 접촉부(76), 제 2 접촉부(72) 및 탄성부(74)를 가지며, 탄성부(74)는 금속 스트립으로 구현되며 반대방향으로 이중 절곡부에 의해 제 1 및 제 2 접촉부(72, 76)에 대하여 연결되어있다. 제 2 접속요소(80)는 나선형 스프링으로 구현되며, 제 1 접촉부(86), 제 2 접촉부(82) 및 탄성부(84)를 갖는다. 제 2 접속요소(80)의 탄성부(84)는 적어도 부분적으로 제 1 접속요소의 탄성부(74)를 둘러싼다.
10: 전력반도체 모듈 20: 베이스플레이트
70, 80: 접속요소 76, 86: 제 1 접촉부
72, 82: 제 2 접촉부 74, 84: 탄성부
30: 기판 32: 전력반도체 부품
34: 절연재료체 36: 금속층
38: 도체 트랙 50: 하우징
54: 절연재 슬리브 56, 58: 절취부
60: 인쇄회로기판 90: 와이어본딩 접속부

Claims (10)

  1. 하우징(50)을 포함하며, 적어도 하나의 기판(30), 상기 기판상에 회로일치 방식으로 배치된 도체 트랙(38) 및 적어도 하나의 전력반도체 부품(32)을 포함하며, 적어도 하나의 제 1 접속요소(70) 및 제 2 접속요소(80)을 포함하며, 각 접속요소는 제 1 접촉부(76, 86), 제 2 접촉부(72, 82) 및 그 사이에 배치된 탄성부(74, 84)를 갖는 전력반도체 모듈로서,
    제 1 및 제 2 접속요소(70, 80)의 제 2 접촉부(72, 82)는 기판(30)과의 전기적 전도접점을 가지며,
    접속요소(70, 80)의 배치를 위한 하우징(50)은 절취부(56, 58)를 가지며,
    제 2 접속요소(80)의 탄성부(84)는 나선형 스프링으로 구현되고, 제 1 접속요소(70)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 접속요소(70)는 제 2 접속요소(80)에 대하여 동심형태 또는 편심형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 및 제 2 접속요소(70, 80)의 제 1 접촉부(76, 86)는 전력반도체 모듈의 하우징(50)으로부터 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 2 접촉부(76, 86)가 상기 인쇄회로기판(60)에 전기전도적으로 연결될 수 있고 인쇄회로기판의 배치에 의해 접속요소(70, 80)에 압력이 가해지도록 기판(30)에 평행하게 인쇄회로기판(60)이 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 1 접속요소(70)는 하우징(50)의 제 1 원통형 절취부(56) 속에 배치되고, 제 2 접속요소(80)는 하우징(50)의 제 2 중공 원통형 절취부(58) 속에 배치되는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서, 하우징(50)의 제 1 절취부(56)는 하우징(50)의 제 2 절취부(68)에 대하여 동심형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 두 개의 상기 절취부(56, 58)는 절연재 슬리브(54)에 의해 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 각각의 접속요소(70, 80)의 제 1 접촉부(72, 82) 및 제 2 접촉부(76, 86)는 핀형상으로 구현되는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서, 제 1 접속요소(70)의 제 1 접촉부(72) 및 제 2 접촉부(76)는 탄성부(74)에 대하여 동심형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서, 제 2 접속요소(80)의 접촉부(82, 86)는 탄성부(74)의 권선부에 대하여 접선방향 또는 대략 접선방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전력반도체 모듈.
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