KR20140134629A - 전력 반도체 모듈 및 이를 포함하는 장치 - Google Patents

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Abstract

전력 전자 스위칭 장치, 하우징, 외부로 연장되는 제 1 부하 접속 요소 및 제 1 가압 장치를 포함하는 가압 접촉 실시형태를 갖는 전력 반도체 모듈을 제안한다. 이 경우, 스위칭 장치는 전력 반도체 부품을 포함하는 기판, 내부 접속 장치, 내부 제 2 부하 접속 장치 및 제 2 가압 장치를 갖는다. 접속 장치는 막복합체 형태다. 제 2 가압 장치는 제 1 절결부를 갖는 가압체를 갖는데, 이 가압체는 전력 반도체 부품의 방향으로 돌출하는 제 1 가압 요소를 가지며, 가압 요소는 접속 장치의 부분상을 가압하며, 이 부분은 전력 반도체 부품의 법선 방향을 따라서의 투영도에서 전력 반도체 부품의 영역 내에 배치된다. 또한 제 1 부하 접속 장치들은 올바른 극성으로 제 2 부하 접속 장치의 부하 접점에 전기적으로 직접 접속되며, 부하 접점들은 가압체의 상측면상에 배치된다.

Description

전력 반도체 모듈 및 이를 포함하는 장치{Power semiconductor module and arrangement comprising the same}
본 발명은 기본 셀로서 스위칭 장치를 포함하는 전력 반도체 모듈과 다수의 이런 전력 반도체 모듈 및 냉각 장치를 포함하는 장치에 관한 것이다.
DE 10 2006 006 425 A1는 예로써 기판과 냉각 장치 사이의 열전도 접촉을 형성하기 위해 각각 다수의 접촉 베이스를 갖는 부하 접속 요소 형태의 가압 장치가 기판의 접점상에 압력을 가하는 방식으로 전력 반도체 모듈을 설계하는 것을 개시한다. 그러나 이의 결점은 폐열을 생성하는 전력 반도체 부품의 열적 접속이 간접적으로만 수행되기 때문에 다수의 가압 접촉 베이스에도 불구하고 열적 접속이 최적으로 형성되지 않는다는 것이다.
마찬가지로 종래기술은 예를 들어 DE 10 2010 62 556 A1에서 하우징이 가압체를 포함하는 가압 요소를 갖고 가압체가 반도체 부품의 일부에 또는 기판의 일부에 직접 가압하는 전력 반도체 모듈 형태의 반도체 회로 장치를 개시한다. 마찬가지로 US 7,808,100 B2는 가압 플런저에 의해 전력 반도체 부품상에 직접 가압하는 것을 개시한다. 이 두 가지 구조에서의 한 가지 결점은 가압점에서 접합 접속이 형성될 수 없기 때문에 와이어 본딩 접속에 의해서 내부적으로 올바른 회로로 접속되는 전력 반도체 부품상의 직접 가압은 실제 응용에서 가용 면적이 한정되어 있기 때문에 그리고 내부 접속부의 통전 용량의 비용에도 불구하고 점 형태로만 수행될 수 있을 뿐이라는 것이다.
DE 10 2006 006 425 A1 DE 10 2010 62 556 A1 US 7,808,100 B2
전술한 조건들을 감안하여, 본 발명은 모듈 방식으로 제조될 수 있으며 최적화된 열발산 가능성을 갖는 전력 반도체 모듈과 이 전력 반도체 모듈 및 냉각 장치를 포함하는 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 전력 반도체 모듈과 청구항 9의 특징을 갖는 이런 전력 반도체 모듈을 포함하는 장치에 의해 달성된다. 바람직한 실시형태들은 각각의 종속 청구항에 설명되어 있다.
본 발명에 따른 전력 반도체 모듈은 냉각 구성 부품상에 배치하도록 가압 접촉 실시형태를 갖게 설계되었으며, 전력 전자 스위칭 장치, 하우징, 외부로 연장되는 제 1 부하 접속 요소 및 제 1 가압 장치를 포함하며, 전력 전자 스위칭 장치는 전력 반도체 부품이 상면에 배치된 기판, 내부 접속 장치, 내부 제 2 부하 접속 장치 및 제 2 가압 장치를 가지며, 접속 장치는 도전성 막 및 전기절연성 막을 포함하는 막복합체 형태이며, 따라서 제 1 및 제 2 주영역을 형성하며, 스위칭 장치는 접속 장치에 위해 올바른 회로로 내부에서 전기적으로 접속되며, 제 2 가압 장치는 제 1 절결부를 갖는 가압체를 가지며, 이 제 1 절결부로부터 제 1 가압 요소가 전력 반도체 부품의 방향으로 돌출하도록 배치되며, 가압체는 접속 장치의 제 2 주영역의 부분상을 가압하며 이 부분은 전력 반도체 부품의 법선 방향을 따라서의 투영도에서 전력 반도체 부품의 영역 내에 배치되며, 제 1 부하 접속 장치는 올바른 극성으로 제 2 부하 접속 장치의 부하 접점에 직접 전기적으로 접속되며, 상기 부하 접점은 가압체의 상측면상에 배치된다.
전력 전자 스위칭 장치는 적어도 하나의 전력 전자 스위칭 장치라는 것은 말할 필요도 없다.
이 경우에 직접 전기 접속이라는 것은 서로 직접 접촉하고 있는, 즉 추가의 요소에 의해 서로 전기적으로 접속되지 않은 두 개의 접점 사이의 접속을 의미하는 것이다.
전력 반도체 모듈의 바람직한 구성에서, 전력 반도체 부품을 냉각 장치에 열적으로 접속하기 위해 제 1 가압 장치는 압력을 제 1 부하 접속 요소상에, 그리고 상기 제 1 부하 접속 요소를 통하여 제 2 부하 접속 요소상에, 그리고 제 2 가압 장치 및 접속 장치를 통해 전력 반도체 부품상에 도입하도록 설계되어 있다.
원칙적으로 제 1 부하 접속 요소는 각각 편평한 금속 몰딩 형태가 될 수 있는데, 금속 몰딩들은 서로 전기적으로 절연되며, 부하 접점과 접촉시키기 위해 돌출하는 다수의 접촉 요소를 가지며, 부하 접속 요소의 테이프형 부분들은 기판에 평행하게 배치되며 상기 기판으로부터 이격되어 스택을 형성한다.
유리하게는 기판은 서로 전기적으로 절연된 도체 트랙을 가지며, 전력 반도체 부품은 도체 트랙상에 배치되어 도체 트랙에 응집 방식을 접속된다.
가압체가 고온에서 내구성을 갖는 열가소성 플라스틱, 구체적으로는 폴리페닐렌 설파이드로 구성되고 가압 요소가 실리콘 고무, 구체적으로 액체 실리콘으로 구성되는 경우가 특히 바람직하다.
유리하게는 접속 장치의 상기 부분의 표면적이 전력 반도체 부품의 적어도 20%, 구체적으로 적어도 50%다.
본 발명에 따른 장치는 전술한 다수의 전력 반도체 모듈과 냉각 장치를 갖는데, 냉각 장치는 다수의 냉각 장치부로 구성되며, 각 냉각 장치부상에는 적어도 하나의 전력 반도체 모듈이 배치된다.
냉각 장치가 액체 냉각 장치 형태이고 각 냉각 장치가 흡입구 및 드레인을 갖는 냉각 채널을 갖는 경우가 특히 바람직하다.
마찬가지로 냉각 장치부의 냉각 채널의 흡입구가 수집 흡입구에 접속되고 냉각 장치부의 냉각 채널의 드레인이 수집 드레인에 접속되어 냉각 액체가 수집 흡입구의 수집 흡입구 접속부로부터 수집 드레인의 수집 드레인 접속부로 흐를 수 있는 경우가 유리할 수 있다.
본 발명의 다양한 구성들은 개량을 이루기 위해 개별적으로 또는 원하는 어떤 조합으로도 실현될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다. 구체적으로 앞에서 언급하고 설명한 특징들은 본 발명의 범위로부터 이탈함 없이 특정 조합에서뿐만 아니라 다른 조합이나 단독으로도 사용될 수 있다.
유리한 상세 및 특징들에 대한 본 발명의 추가의 설명을 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈 및 이를 포함하는 장치의 도 1 내지 도 8에 도시한 실시형태와 관련된 아래의 설명에 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈의 단면 사시도.
도 3은 전력 전자 스위칭 장치의 개략구성도.
도 4는 냉각 장치에 대하여 배치된 도 3에 도시된 스위칭 장치의 도면.
도 5는 도 3의 것과 유사한 전력 전자 스위칭 장치의 사시도.
도 6은 제 1 부하 접속 요소에 전기전도적으로 접속된 도 5에 도시한 두 개의 전력 전자 스위칭 장치의 도면.
도 7은 도 6에 도시한 것과 유사한 스위칭 장치의 상세개략도.
도 8은 다수의 전력 반도체 모듈 및 냉각 장치를 포함하는 본 발명에 따른 장치의 도면.
도 1은 냉각 구성 부품(도시하지 않음)상에 가압 접촉으로 배치하기 위한 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈(1)로서, 하우징(8), 상기 하우징으로부터 연장되는 제 1 가압 장치(6)의 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86), 및 두 개의 전력 전자 스위칭 장치(10)를 포함하는 전력 반도체 모듈(1)을 개략적으로 보여준다.
하우징(8)은 실질적으로 프레임 형태이며 전력 전자 스위칭 장치(10)를 둘러 싸는데 각 스위칭 장치는 제 2 부하 접속 장치(42, 44, 46)를 갖는다. 이들 제 2 부하 접속 장치는 해당 접점(422, 442, 462)을 갖는데(도 5도 참조), 이 접점에서 상기 제 2 부하 접속 장치들이 올바른 극성으로 해당하는 제 1 부하 접속 장치(82, 84, 66)에 전기전도적으로 접속된다. 그 측면을 따라서 제 1 부하 접속 장치(42, 44, 46)는 하우징(8)을 통과하며, 외부 접속을 위한 접속 장치(나사형 접속부로서 개략적으로 도시)를 갖는다.
이 경우에 전력 반도체 모듈(1)의 제 1 가압 장치(6)는 영구 탄성 축압 요소(62)와 기계적으로 안정한 가압편(60)으로 구성되는데, 이 경우에 가압편(60)은 동시에 하우징(8)의 커버를 구성한다. 가압편(60)은 압력의 형성 및 도입에 사용되는 반면, 축압 요소(62)는 이 압력을 제 1 부하 접속 요소(42, 44)에 전달하고, 열부하를 변화시키는 경우에 보상 효과를 갖는다. 이 압력에 의해 해당 부하 접점(422, 442, 462)에서의 제 2 부하 접속 요소(42, 44, 46)에 대한 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86)의 도전성 접속이 형성된다.
이 경우, 제 1 부하 접속 요소는 각각 편평한 금속 몰딩 형태인데, 이 금속 몰딩들은 서로 전기적으로 절연되어 있고 적어도 하나의 테이프형 부분(820, 860)을 포함하며, 이 테이프형 부분상에 제 1 가압 장치(6)에 의해 압력이 가해진다. 어느 경우라도 부하 접속점(422, 442, 462)(도 5도 참조)과의 접촉을 만들기 위한 다수의 접촉 요소(822, 842, 862)는 이들 테이프형 부분으로부터 나온다. 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86)의 테이프형 부분(820, 840, 860)들은 이 경우에 서로 그리고 기판(2)(도 3 참조)에 평행하게 배치되어 상기 기판으로부터 이격되어 스택을 형성한다.
도 2는 냉각 구성 부품상에 가압 접촉으로 배치하기 위한 본 발명에 따른 전력 반도체 모듈(1)을 보여준다. 이 전력 반도체 모듈(1)은 실질적으로 도 1에 개략적으로 도시한 것과 대응한다. 그러나 여기에 도시된 전력 반도체 모듈(1)은 제 1 가압 장치(6)를 갖는데, 이는 축압기를 갖지 않지만 극히 안정하고 따라서 비틀림에 견고한 가압편(60)을 갖는다. 이 가압편에 의해 압력이 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86)에 가해진다. 가압편(60)은 이 목적의 나사형 접속에 의해 하우징(8)이나 냉각 구성 부품에 접속된다.
또한 나선형 스프링과 두 개의 제 1 부하 접속 요소(82, 86)의 두 개의 외부 접속 장치에 의해 당해 기술에서 일반적인 보조 접속 장치(88)가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 전력 반도체 모듈(1)의 전술한 두 가지 구성의 전력 전자 스위칭 장치(10)를 이하에 상세하게 설명한다.
도 3은 제 2 부하 접속 장치가 없는 본 발명에 따른 전력 전자 스위칭 장치(10)의 제 1 구성을 보여준다. 이 도면은 원칙적으로 당해 기술에서 일반적인 방식으로 형성되어 절연체(20) 및 상기 절연체상에 배치된 도체 트랙(22)을 포함하는 기판(2)을 도시하는데, 도체 트랙들은 각각 서로 전기적으로 절연되어 있으며 동작중에 스위칭 장치의 서로 다른 전위, 구체적으로 부하 전위 외에도 보조 전위 구체적으로 스위칭 및 측정 전위를 안내한다. 구체적으로 말하면, 이 경우에 하프브릿지 형태에서 일반적인 것처럼 3개의 전위 운반 도체 트랙(22)이 도시되어 있다.
어느 경우라도, 두 개의 도체 트랙(22)상에 하나의 전력 스위치(24)가 배치되며, 상기 전력 스위치는 당해 기술에서 일반적인 것처럼 개별 스위치 형태, 예를 들어 MOSFET 형태 또는 전력 다이오드가 후면끼리 병렬로 접속된 IGBT 형태이며, 상기 전력 다이오드가 여기에 도시되어 있다. 전력 스위치(24)는 당해 기술에서 일반적인 것처럼 바람직하게는 소결형 죠인트에 의해 도체 트랙(22)에 전기전도적으로 접속되어 있다.
스위칭 장치(10)의 내부 접속부는 도전성 막(30, 34) 및 전기절연성 막(32)을 교대로 갖는 막복합체로 구성된 접속 장치(30)에 의해 형성된다. 이 경우에, 막복합체는 정확히 두 개의 전도막(30, 34)과 그 사이에 배치된 하나의 절연막(32)을 갖는다. 이 경우에 기판(2)과 대향하는 막복합체(3)의 표면은 제 1 주영역(300)을 형성하는 한편, 반대측 표면은 제 2 주영역(340)을 형성한다. 구체적으로 접속 장치(3)의 전도막(30, 34)은 그 자체로 구성되므로 서로 전기적으로 절연된 도체 트랙부를 형성한다. 이들 도체 트랙부는 구체적으로 전력 반도체 부품(24), 보다 정확하게는 기판(2)의 반대측으로 향하는 측면상의 접촉 영역을 기판의 도체 트랙(22)에 접속한다. 바람직한 구성에서, 도체 트랙부들은 소결형 죠인트에 의해 접점에 응집 방식으로 접속된다. 물론 접속부들이 전력 반도체 부품(24)들 사이와 기판(2)이 도체 트랙(22) 사이에 형성되는 것도 마찬가지로 가능하다. 구체적으로 압력-소결형 죠인트의 경우에는 도시한 바와 같이 전력 반도체 부품(24)의 주변 부위에 절연 컴파운드(28)를 배치하는 것이 유리하다. 절연 컴파운드(28)는 또한 도체 트랙(22) 사이의 공간에 배치될 수 있다.
가압 장치(5)는 기판(2)과 대향하는 제 1 주영역(500) 및 기판(2)의 반대측으로 향하는 제 2 주영역(502)을 가지며, 도시한 경우에서는 명확하게 하기 위해 접속 장치(3)로부터 이격되어 있다. 가압 장치(5)는 가압체(50)와 다수, 이 경우에는 두 개의 가압 요소(52)로 구성된다. 가압체(50)는 그 가압체에 도입된 압력을 균일하게 가압 요소(52)상에 전달할 수 있도록 하기 위해 특별히 견고하다. 이를 위해 그리고 전력 전자 스위칭 장치(10)의 동작중의 열 부하를 감안하여 가압체(50)는 고온에 내구적인 열가소성 플라스틱, 구체적으로 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulphide)로 구성된다. 가압 요소(52)는 동작 중에 이 경우에는 구체적으로 여러 가지 온도에서 실질적으로 일정한 압력을 가할 수 있다. 이를 위해 가압 요소(52)는 실리콘 고무, 구체적으로는 소위 액체 실리콘으로 구성된다.
가압 요소(52)는 이 경우에 쇼어A 경도가 20 - 70, 바람직하게는 30 - 40인 액체 실리콘 고무(LSR)라고도 부르는 소위 액체 실리콘으로 구성된다. 이는 2성분 사출성형법에 의해 폴리페닐렌 설파이드로 구성되는 가압체(50) 속에 배치된다. 이를 위해 액체 실리콘은 가압체(50)의 제 2 주영역(502)의 개구(분명하게 도시하지 않음)를 통해 도입될 수 있다.
가압체(50)의 제 1 절결부(504)는 단지 제 1 주영역(500)으로부터 시작되는 오목부 형태이거나 절결부가 가압체(50)를 통과하는 제 1 주영역(500)으로부터 절결부에 개구가 형성된 제 2 주영역(502)쪽으로 연장되는 오목부 형태다. 이 제 2 변형예는 제조의 관점에서 이점을 제공할 수 있다.
또한 전력 전자 스위칭 장치(10)는 홀딩 프레임(100)을 갖는데, 이 홀딩 프레임은 스냅 작용 래칭 접속부(102)에 의해 하우징(8)(도 2 참조) 내에 배치될 수 있으며, 이 경우에 전력 반도체 부품(24)의 법선 방향과 동일한 기판(2)의 법선 방향으로 위치결정 공차를 갖는다.
도 4는 냉각 장치(7)상에 배치된 도 3에 도시한 스위칭 장치와 개략적으로 지시된 제 1 가압 장치(6)를 보여준다. 제 1 가압 장치(6)는 냉각 장치(7)에 대하여 지지된다(도시하지 않음). 이는 예로써 압력 도입 장치와 냉각 장치(7)상에 고정된 하우징(8)(도 2 참조) 사이의 나사형 접속부에 의해 간접적으로 이루어질 수 있다.
이 경우 제 1 가압 장치(6)는 전력 전자 스위칭 장치(10)의 제 2 가압 장치(5)상에 간접적으로 가압한다. 제 2 가압 장치(5)의 가압체(50)는 압력을 접속 장치(3)의 제 2 주영역(340)의 부분들상에 가압하는 가압 요소(52) 사이에 균일하게 분배한다. 압력이 가해지는 접속 장치(3)의 이들 부분(342)은 본 발명에 따라서 전력 반도체 부품(24)의 법선 방향으로 볼 때 해당 전력 반도체 부품(24)의 영역(242) 내에 그 팽창 영역과 함께 배치되게 하는 방식으로 선택된다. 따라서 가압 요소(52)는 상기 전력 반도체 부품, 보다 정확하게는 그 아래에 위치한 기판(2)이 냉각체(7)상으로 가압되고 따라서 전력 반도체 부품(24)으로부터 냉각체(7)쪽으로의 열접촉이 최적이 되는 방식으로 접속 장치(3)에 의해 전력 반도체 부품(24)상을 가압한다. 가압 요소(52) 상에 압력을 도입함으로써 상기 가압 요소가 변형되는데, 이 경우에 도 3에 도시한 바와 같이 압력이 가해지지 않은 상태와 비교하여 횡방향 연장부(342)가 증가할 수도 있다.
전기 접속을 위해 전력 전자 스위칭 장치(10)는 제 2 부하 접속 요소(42, 46) 및 보조 접속 요소를 갖는데, 여기서는 이들 요소중에 부하 접속 요소만이 도시되어 있다. 이들 제 2 부하 접속 요소(42, 44, 46)들은 예로써 도시한 바와 같이 금속 몰딩 형태이며, 이 금속 몰딩들은 마찬가지로 유리하게는 소결형 죠인트에 의해 기판(2)의 도체 트랙(22)에 접촉 베이스에 의해 응집방식으로 접속된다. 원칙적으로는 도시한 바와 같이 접속 장치(3)의 부품들 자체, 즉 도전성 막(30)의 부분들은 부하 또는 보조 접속 요소의 형태가 될 수 있다. 게이트 또는 센서 접속부같은 보조 접속 요소들도 역시 당해 기술에서 일반적인 것처럼 형성될 수 있다.
냉각체(7)에 대한 전력 반도체 부품(24)의 열적 접속을 위해서, 압력은 제 1 가압 장치(6)에 의해 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86)(도 1 참조)에 전달되고, 상기 제 1 부하 접속 요소를 통하여 제 2 부하 접속 요소(42, 44, 46)의 부하 접점(422, 442, 462)에 전달되고, 그리고 제 2 가압 장치(5) 및 접속 장치(3)를 통하여 전력 반도체 부품(5)에 전달된다. 따라서 상기 전력 반도체 부품은 기판(2)에 의해 냉각체(7)상으로 가압된다.
기판(2)과 냉각체(7) 사이에는 두께가 10 μm 미만인 열전도성 페이스트(70)가 배치된다. 구체적으로 압력은 법선 방향으로 전력 반도체 부품(24) 상에 도입되고 따라서 전력 반도체 부품을 둘러싸는 기판의 영역이 아니라 전력 반도체 부품이 냉각체와의 최적 열접촉을 가진다는 사실에 의해, 기판(2)이 잠재적인 국부적 휨을 고려하면 이런 열전도성 페이스트층(70)의 구성이 가능하다.
이 경우 냉각체는 공냉용의 냉각체(7)로서 도시되어 있지만, 마찬가지로 전력 반도체 모듈의 베이스 플레이트 형태 또는 액냉용 냉각체 형태도 될 수 있다.
도 5는 도 3에 도시한 것과 유사한 전력 전자 스위칭 장치(10)를 삼차원 도해로 보여준다. 여기서는 가압체(50)가 단차면을 갖는 것이 필수적이다. 이 면의 반대측으로 향하는 측면상에 부하 접점(422, 442, 462)을 갖는 제 2 부하 접속 요소(42, 44, 46)의 부분들은 이 면상에 놓이게 된다. 각각 가압체(50)의 표면의 지정된 면상에 배치된 두 개의 부하 접속 장치는 여기서 각 전위에 대하여 도시되어 있다. 보조 접촉 스프링의 확인용으로 사용되는 추가의 보조 접점(880)은 기판(2)상에 도시되어 있다.
도 6은 어느 경우라도 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86)에 전기전도적으로 접속된 도 5에 도시된 바와 같은 두 개의 전력 전자 스위칭 장치(10)를 보여준다. 전력 전자 스위칭 장치(10)는 도 5에 도시한 것과 대응하며, 이 경우에는 추가적으로 어느 경우라도 홀딩 프레임(100)을 갖는데, 이 프레임은 래칭 탭이 도시된 스냅작용 래칭 접속부(102)에 의해 전력 반도체 모듈(1)의 하우징(8)(도 2 참조) 속에 배치될 수 있다.
제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86)는 예를 들어 당해 기술분야에서 일반적인 것처럼 양 및 음의 전위랄 각각 갖는 두 개의 DC 전압 접속 요소(82, 86)을 포함하고 AC 전압 접속 요소(84)를 포함하는 하프브릿지 형태를 형성하도록 3가지 다른 전위를 갖는다.
이들 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86)들은 각각 올바른 극성을 갖는 해당의 제 2 부하 접속 장치(42, 44, 46)의 부하 접점(422, 442, 462)과 접촉하기 위해 다수의 접촉 요소(822, 842)를 갖는데, 각 접촉 요소는 엠보싱으로 형성된 접촉 돌부(822, 842, 862) 형태다.
또한 당해 기술분야에서 일반적인 보조 접촉 스프링(88)이 도시되어 있는데, 이는 제 1 가압체(60)(도 2 참조)의 가이드 속에 배치되며 그리고 구체적으로 온도 센서 또는 전류 센서 같은 내부 센서와의 외부 접촉을 만드는데 사용된다.
도 7은 도 6에 도시한 것에 상당하는 전력 전자 스위칭 장치의 선택된 상세를 분해도와 유사하게 개략적으로 보여준다. 이 도면은 전술한 바와 같이 제 1 주영역(500)을 가지며 제 1 가압 요소(52)가 돌출하는 가압체(50)를 포함하는 제 2 가압 장치(5)를 도시한다. 제 1 가압 요소(52) 중의 하나에 대하여 접속 장치(3)의 해당 부분과 해당 전력 반도체 부품(24)이 도시되어 있다. 제 1 가압 요소(52)는 접속 장치(3)의 제 2 주영역(340)의 부분(342) 상을 가압하도록 설계되어 있는데, 이 부분은 전력 반도체 부품(24)의 법선 방향을 따른 투영도에서 전력 반도체 부품(24)의 영역(242) 내에 배치된다. 다시 말해서, 이는 가압 요소가 가압하는 영역이 이 법선 방향에서 전력 반도체 부품(24)의 한계보다 작다는 것을 의미한다. 따라서 그 결과 전력 반도체 부품(24)에만 압력이 작용하고 인접한 기판 부위에는 작용하지 않는다. 이 경우 접속 장치(3)의 부분(342)의 표면적은 전력 반도체 부품(24)의 영역(242)의 표면적의 적어도 20%, 구체적으로 적어도 50%다.
또한, 도 6에 도시한 구성과는 달리 제 2 가압 요소(54)는 기판의 반대측으로 향하는 표면의 단차부상의 가압체(50)의 제 2 절결부 속에 배치되며, 이 가압 요소는 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86)의 방향으로 가압체(50)로부터 돌출된다. 이 제 2 가압 요소(54)는 마찬가지로 압력 형성을 위해 사용되며, 축압 요소(62)(도 1 참조)를 교체하거나 보충할 수 있다.
마찬가지로 제 1 부하 접속 요소(84) 및 제 2 부하 접속 요소(44)가 도시되어 있다. 이 경우에 제 1 부하 접속 요소(84)는 제 2 부하 접속 요소(44)의 해당 접점(442)에 전기적으로 접속하기 위한 접촉 요소(842)를 갖는다.
도 8은 다수의 전력 반도체 모듈(1) 및 냉각 장치(7)를 포함하는 본 발명에 따른 장치를 보여주는데, 냉각 장치(7)는 다수의 냉각 장치부(70, 72)로 구성된다. 이 경우, 각 냉각 장치부(70, 72)상에는 정확히 하나의 전력 반도체 모듈(1)이 배치된다. 그러나, 마찬가지로 다수의 전력 반도체 모듈은 냉각 장치부상에 배치될 수 있다. 냉각 장치부(70, 72)는 종방향 측면을 가지고 일렬로 앞뒤로 배치된다.
이 경우 냉각 장치(7)는 액체 냉각 장치의 형태이며, 각 냉각 장치부(70, 72)는 흡입구(704) 및 드레인을 포함하는 냉각 채널(702)을 갖는다. 냉각 장치부(70, 72)의 냉각 채널(702)의 각 흡입구(704)는 수집 흡입구(74)에 접속되며 냉각 장치부(70, 72)의 냉각 채널(702)의 각 드레인은 수집 드레인(76)에 접속된다. 이 경우 수집 흡입구(74)는 냉각 장치부(70, 72)의 제 1 협측면상에 배치되는 반면, 수집 드레인(76)은 냉각 장치부(70, 72)의 반대측 협측면상에 배치된다.
수집 흡입구(74)는 수집 흡입구 접속부(740)를 가지며, 수집 드레인(76)은 수집 드레인 접속부(760)를 갖는다. 따라서 냉각 액체는 수집 흡입구 냉각 장치(7)를 통해 흐르는데, 접속부(740)로부터 수집 흡입구(74)를 통하고 흐름 방향에서 보아 병렬로 접속된 냉각 장치부(70, 72)를 통하여 수집 드레인(76) 및 수집 드레인 접속부(760)로 흐른다.

Claims (11)

  1. 냉각 구성 부품(7) 상에 배치하기 위한 가압 접촉 실시형태를 갖는 전력 반도체 모듈(1)로서, 전력 전자 스위칭 장치(10), 하우징(8), 외부로 연장되는 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86) 및 제 1 가압 장치(6)를 포함하며,
    상기 전력 전자 스위칭 장치(10)는 전력 반도체 부품(24, 26)이 상면에 배치된 기판(2), 내부 접속 장치(3), 내부 제 2 부하 접속 장치(42, 44, 46) 및 제 2 가압 장치(5)를 가지며,
    상기 접속 장치(3)는 도전성 막(30, 34) 및 전기절연성 막(32)을 포함하는 막복합체 형태이며 따라서 제 1 및 제 2 주영역(300, 340)을 형성하며, 상기 스위칭 장치(10)는 접속 장치(3)에 의해 올바른 회로로 내부에서 전기적으로 접속되며,
    제 2 가압 장치(5)는 제 1 절결부(504)를 갖는 가압체(50)를 갖는데, 이 제 1 절결부로부터 제 1 가압 요소(52)가 전력 반도체 부품(24, 26)의 방향으로 돌출하도록 배치되며, 가압 요소(52)는 접속 장치(3)의 제 2 주영역(340)의 부분(342)상을 가압하며 이 부분은 전력 반도체 부품(24, 26)의 법선 방향을 따라서의 투영도에서 전력 반도체 부품(34)의 영역(242) 내에 배치되며,
    제 1 부하 접속 장치(82, 84, 86)는 올바른 극성으로 제 2 부하 접속 장치(42, 44, 46)의 부하 접점(422, 442, 462)에 전기적으로 직접 접속되며, 상기 부하 접점은 가압체의 상측면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 전력 반도체 부품(24)을 냉각 장치(7)에 열적으로 접속하기 위해 제 1 가압 장치(6)는 압력을 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86)상에, 그리고 상기 제 1 부하 접속 요소를 통해 제 2 부하 접속 요소(42, 44, 46) 상에, 그리고 제 2 가압 장치(5) 및 접속 장치(3)를 통해 전력 반도체 부품(24)상에 도입하도록 설계된 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 부하 접속 요소(82, 84, 86)는 각각 편평한 금속 몰딩 형태이며, 이 금속 몰딩들은 서로 전기적으로 절연되어 있으며, 부하 접점(422, 442, 462)과 접촉시키기 위해 돌출하는 다수의 접촉 요소(822, 842)를 갖는 적어도 하나의 테이프형 부분(820, 860)을 가지며, 부하 접속 요소(82, 84, 86)의 테이프형 부분(820, 840, 860)은 기판에 평행하게 배치되며 상기 기판으로부터 이격되어 스택을 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 한 항에 있어서, 상기 기판(2)은 서로 전기적으로 절연된 도체 트랙(22)을 가지며, 전력 반도체 부품(24)은 도체 트랙(22)상에 배치되어 도체 트랙에 응집 방식을 접속되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 한 항에 있어서, 가압체(50)는 고온에 내구성이 있는 열가소성 플라스틱, 구체적으로 폴리페닐렌 설파이드로 구성되고, 가압 요소(52)는 실리콘 고무, 구체적으로 액체 실리콘을 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 한 항에 있어서, 제 2 가압 장치(5)의 가압체(50)는 제 2 절결부를 가지며, 이 절결부로부터 제 2 가압 요소(54)가 제 1 부하 접속 요소의 방향으로 돌출하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 한 항에 있어서, 접속 장치(3)의 부분(342)의 표면적은 전력 반도체 부품(24)의 영역(242)의 적어도 20%, 구체적으로 50%인 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 한 항에 있어서, 전력 전자 스위칭 장치(10)는 스냅 작용 래칭 접속부(102)에 의해 하우징(8) 내에 배치된 홀딩 프레임(100)을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 반도체 모듈.
  9. 어느 경우라도 제 1 항 내지 제 8 항 중의 한 항에 따른 다수의 전력 반도체 모듈(1)을 포함하는 장치로서, 냉각 장치(7)는 다수의 냉각 장치부(70, 72)로 구성되며, 각 냉각 장치부(70, 72)상에는 적어도 하나의 전력 반도체 모듈(1)이 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 냉각 장치(7)는 액체 냉각 장치 형태이며, 각 냉각 장치부(70, 72)는 흡입구(704) 및 드레인을 갖는 냉각 채널(702)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 냉각 장치부(70, 72)의 냉각 채널(702)의 흡입구(704)는 수집 흡입구(74)에 접속되며, 냉각 장치부(70, 72)의 냉각 채널(702)의 드레인은 수집 드레인(76)에 접속되므로 냉각 액체는 수집 흡입구(74)의 수집 흡입구 접속부(740)로부터 수집 드레인(76)의 수집 드레인 접속부(760)로 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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