KR20180088394A - 전기 모터용 파워 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 모터용 파워 모듈에 관한 것이다. 파워 모듈은 적어도 하나의 반도체 스위치 하프 브리지를 포함한다. 본 발명에 따르면, 반도체 스위치 하프 브리지는 하이 측 반도체 스위치와 로우 측 반도체 스위치를 포함하고, 하프 브리지의 반도체 스위치는 각각 반도체 스위치의 특히 평평한 표면 영역에 의해 형성된 콘택 갭 단자를 포함한다. 콘택 갭 단자, 특히 콘택 갭 단자의 법선 벡터는 각각 동일한 방향으로 향한다. 하이 측 반도체 스위치 및 로우 측 반도체 스위치는 그들 사이에 적어도 하나의 전기 전도성 층을 포함하고, 상기 전기 전도성 층은 하프 브리지의 로우 측 반도체 스위치의 콘택 갭 단자와 하이 측 반도체 스위치의 콘택 갭 단자를 전기 접속한다. 바람직하게는 적어도 하나의 전기 전도성 층에 의해 하프 브리지의 출력 단자가 형성된다.

Description

전기 모터용 파워 모듈
본 발명은 전기 모터용 파워 모듈에 관한 것이다. 파워 모듈은 적어도 하나의 반도체 스위치 하프 브리지를 포함한다.
본 발명의 과제는 콤팩트한 파워 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 반도체 스위치 하프 브리지는 하이 측 반도체 스위치 및 로우 측 반도체 스위치를 포함하고, 하프 브리지의 반도체 스위치는 각각 반도체 스위치의 특히 평평하게 형성된 표면 영역에 의해 형성된 콘택 갭 단자들을 포함한다. 콘택 갭 단자들, 특히 콘택 갭 단자의 법선 벡터는 각각 동일한 방향으로 향한다. 하이 측 반도체 스위치 및 로우 측 반도체 스위치는 그들 사이에 적어도 하나의 전기 전도성 층을 포함하며, 상기 전기 전도성 층은 하프 브리지의 로우 측 반도체 스위치의 콘택 갭 단자와 하이 측 반도체 스위치의 콘택 갭 단자를 서로 전기 접속한다. 바람직하게는 적어도 하나의 전기 전도성 층에 의해 하프 브리지의 출력 단자가 형성된다. 이러한 구성에 의해 바람직하게는 콤팩트한 파워 모듈이 제공될 수 있다. 따라서, 파워 모듈은 전기 모터 내에 공간 절약 방식으로 배치될 수 있다.
파워 모듈의 바람직한 실시 예에서, 하프 브리지의 반도체 스위치들의 콘택 갭 단자들은 서로 대향한다. 바람직하게 반도체 스위치의 콘택 갭 단자들은 서로 동일 평면 상에 배치된다. 전기 전도성 층에 의해 서로 접속된 콘택 갭 단자들은 그들 사이에 전기 전도성 층을 특히 샌드위치 방식으로 포함할 수 있다. 따라서, 파워 모듈은 공간 절약 방식으로 구성될 수 있다.
바람직한 실시 예에서, 파워 모듈은 다상 스위칭, 특히 모터 전류의 스위칭을 위해 설계되고, 각각의 위상에 대해 적어도 하나의 또는 단 하나의 반도체 스위치 하프 브리지를 포함한다. 따라서, 파워 모듈은 3상 모터를 제어하기 위해 3개의 반도체 스위치 하프 브리지를 포함할 수 있다. 각각의 반도체 스위치 하프 브리지는 예를 들어, 서로 병렬로 접속된, 특히 스트랜드로서 배치된, 다수의 개별 반도체 스위치 하프 브리지를 포함할 수 있다.
반도체 스위치 하프 브리지는 각각의 콘택 갭 단자에 대해, 전기 전도성을 갖도록 설계되며 콘택 갭 단자에 접속되는 적어도 2개, 3개 또는 4개 이상의 표면 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 표면 영역들은 각각 접촉 패드를 형성할 수 있다.
파워 모듈의 바람직한 실시 예에서, 전기 전도성 층은 위상 버스 바를 포함하며, 상기 전기 전도성 층의 평평한 연장에서 상기 위상 버스 바를 횡단하거나 횡 방향 성분에 의해 편향된 적어도 하나의 콘택 핑거가 상기 위상 버스 바에 형성된다. 콘택 핑거는 출력 단자에 접속된, 반도체 스위치의 콘택 갭 단자를 서로 접속하는 것이 바람직하다. 따라서 콘택 레일은 콘택 핑거에 의해 방출된 전류를 번들링하거나 또는 전류를 콘택 핑거로 분배하는 버스 바를 형성할 수 있으며, 분배된 전류는 콘택 핑거에 의해 콘택 갭 단자로 안내될 수 있다.
또한, 예를 들어 몰드 모듈로 형성되는 파워 모듈로부터의 버스 바는 몰드 모듈의 몰드 몸체로부터 돌출하고, 따라서 외부로부터 전기 접촉된다.
바람직한 실시 예에서, 반도체 스위치들은 각각 전계 효과 트랜지스터로 형성되며, 하프 브리지의 출력 단자에 접속된 하이 측 반도체 스위치의 콘택 갭 단자는 소스 단자이고, 하프 브리지의 출력 단자에 접속된 로우 측 반도체 스위치의 콘택 갭 단자는 드레인 단자이다. 따라서, 2개의 MOS 전계 효과 트랜지스터(MOS = Metal-Oxide-Semiconductor) 또는 MIS 전계 효과 트랜지스터(MIS = Metal-Insulator-Semiconductor)로 형성되는 반도체 스위치 하프 브리지는 바람직하게 콤팩트하고 공간 절약 방식으로 구성될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 콤팩트한 구성에 의해 파워 모듈이 낮은 자기 인덕턴스를 가질 수 있다.
바람직한 실시 예에서, 반도체 스위치는 각각 IGBT(Insulated-Gate-Bipolar-Transistor)로 형성되며, 하프 브리지의 출력 단자에 접속된, 하이 측 반도체 스위치의 콘택 갭 단자는 에미터 단자이고, 하프 브리지의 출력 단자에 접속된, 로우 측 반도체 스위치의 콘택 갭 단자는 콜렉터 단자이다. 따라서, IGBT 트랜지스터로 이루어진 하프 브리지는 바람직하게 공간 절약 방식으로 구성될 수 있다.
바람직한 실시 예에서, 콘택 핑거는 전기 절연 층에 의해 서로 분리되는 2개의 서로 평행한 전기 전도성 층을 포함한다. 콘택 핑거의 층들은 바람직하게는 상이한 반도체 스위치들의 대향 단자들과 접촉한다. 따라서, 로우 측 반도체 스위치와 하이 측 반도체 스위치 사이에 연장되는 사이 공간으로부터, 공간 절약 방식으로 그리고 낮은 인덕턴스로 하프 브리지, 특히 하프 브리지의 반도체 스위치에 전압이 공급될 수 있다.
바람직하게는 전기 절연층은 유전체로 형성된다. 유전체는 예컨대 폴리이미드층 또는 폴리아미드층이다. 이로 인해 바람직하게는 2개의 서로 평행한 전기 전도성 층의 면에 상응하는 중간 회로 커패시터가 형성될 수 있고, 상기 커패시터는 파워 모듈 내에 집적된다.
바람직한 실시 예에서, 위상 버스 바 및 버스 바의 콘택 핑거들은 각각 서로 맞물린다. 이러한 방식으로, 전류 공급 및 파워 모듈로부터의 전류 방출이 특히 콤팩트하게 설계될 수 있다.
이하, 도면 및 다른 실시 예를 참조하여 본 발명이 설명된다. 다른 바람직한 실시 예들은 종속 청구항들 및 도면에 개시된 특징으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 2개의 반도체 스위치가 그들 사이에 전류 공급 및 전류 방출을 위한 전기 접점을 포함하는, 반도체 스위치 하프 브리지를 형성하는 반도체 장치의 실시 예를 개략적으로 도시한다.
도 2는 로우 측 트랜지스터와 하이 측 트랜지스터 사이에 전류 공급 및 전류 방출을 위한 전기 접점이 포함되는, FET 트랜지스터로 형성된 3개의 반도체 스위치 하프 브리지를 형성하기 위한 반도체 장치의 개략적인 분해도를 도시한다.
도 3은 하이 측 트랜지스터들이 전기 단자, 특히 버스 바 및 출력 단자들에 납땜된, 도 2에 도시된 컴포넌트들을 포함하는 파워 모듈을 형성하기 위한 제조 단계를 도시한다.
도 4는 로우 측 반도체 스위치들이 전기 단자, 특히 버스 바 및 출력 단자들에 납땜된, 도 3에 도시된 컴포넌트들을 포함하는 파워 모듈을 형성하기 위한 제조 단계를 도시한다.
도 5는 컴포넌트들이 몰딩 화합물 내에 매립되는, 도 4에 도시된 컴포넌트들을 포함하는 파워 모듈을 형성하기 위한 다른 제조 단계를 도시한다.
도 6은 하프 브리지들이 출력 측에서 위상 분리 스위치에 접속되는, 도 4에 도시된 반도체 장치의 변형 예를 도시한다.
도 7은 로우 측 반도체 스위치가 전기 단자에 납땜된, 위상 분리 스위치를 갖는 파워 모듈을 형성하기 위한 제조 단계를 도시한다.
도 8은 도 7에 도시된 컴포넌트들이 몰딩 화합물 내로 매립되는, 위상 분리 스위치를 갖는 파워 모듈을 형성하기 위한 제조 단계를 도시한다.
도 1은 반도체 장치(1)의 일 실시 예를 도시한다. 반도체 장치(1)는 이 실시 예에서 반도체 스위치 하프 브리지를 포함하는 파워 모듈을 형성한다. 이 실시 예에서 반도체 스위치 하프 브리지는 로우 측 반도체 스위치(2) 및 하이 측 반도체 스위치(3)를 포함한다. 이 실시 예에서 전계 효과 트랜지스터로 형성된 로우 측 반도체 스위치(2)는 콘택 갭 단자로서 소스 단자(7)를 그리고 다른 콘택 갭 단자로서 드레인 단자(5)를 포함한다. 하이 측 반도체 스위치(3)는 콘택 갭 단자로서 드레인 단자(6)를 그리고 다른 콘택 갭 단자로서 소스 단자(4)를 포함한다. 하이 측 반도체 스위치(3)의 소스 단자(4)는 로우 측 반도체 스위치의 드레인 단자(5)에 전기 접속된다. 반도체 스위치들(2 및 3)은 각각 평평하게 형성되어 있다. 소스 단자(7)는 하이 측 반도체 스위치(3)의 드레인 단자(6)의 표면 영역(43)에 대향하여 배치된 표면 영역(42)을 포함한다. 로우 측 반도체 스위치(2)의 소스 단자(7) 및 드레인 단자(5)는 각각 공통 평면에서 연장된다.
로우 측 반도체 스위치(2)의 드레인 단자(5)와 하이 측 반도체 스위치(3)의 소스 단자(4)는 그들 사이에 출력 단자(8)를 포함하고, 각각 전기 접속 수단(11)에 의해 출력 단자(8)에 재료 결합 방식으로 전기 접속된다. 접속 수단(11)은 예를 들면 땜납, 소결 납땜 접속 또는 전기 전도성 접착제이다. 출력 단자(8)는 이 실시 예에서 리드 프레임이라고도 하는 평평한 시트 조각 또는 시트 스트립에 의해 형성된다. 출력 단자(8)는 예컨대 구리 시트 또는 은 시트로 형성된다. 출력 단자(8)는 예컨대 콘택 핑거로 형성될 수 있다.
소스 단자(7)는 이 실시 예에서 접속 수단(11), 특히 땜납, 전기 전도성 접착제 또는 소결 금속에 의해 전기 전도성 층(9)에 접속된다. 전기 전도성 층(9)은 예를 들어 반도체 스위치 하프 브리지의 전류 공급을 위한 출력 단자를 형성할 수 있다. 드레인 단자(6)는 접속 수단(11), 특히 땜납 또는 전기 전도성 접착제 또는 소결 금속에 의해 전기 전도성 층(10)에 접속된다. 이 실시 예에서, 전기 전도성 층(10)은 반도체 스위치 하프 브리지의 전류 공급을 위한 다른 단자를 형성한다. 전기 전도성 층들(9 및 10)은 이 실시 예에서 서로 평행하게 서로 이격되어 배치되고 그들 사이에 전기 절연 층(12)을 포함한다. 전기 전도성 층들(9 및 10)은 서로 전기 절연된다.
소스 단자(7) 및 드레인 단자(6)는 그들 사이에 전기 전도성 층들(9 및 10)과, 상기 전기 전도성 층들(9 및 10) 사이에 샌드위치 방식으로 포함된 전기 절연 층(12)을 포함한다. 소스 단자(7)의 표면 영역(42)은 전기 전도성 층(9)에 의해 전기적으로 접촉되고, 드레인 단자(6)의 표면 영역(43)은 전기 전도성 층(10)에 의해 전기적으로 접촉된다. 예를 들어, 전기 전도성 층들(9 및 10)이 외부로 안내됨으로써, 반도체 스위치는 외부로부터 전기 접촉될 수 있다.
콤팩트하게 구성된 반도체 스위치 하프 브리지는 몰드 몸체(15) 내에 내장될 수 있다. 예를 들어 전기 전도성 층으로서 형성된 출력 단자(8)는 이 실시 예에서 몰드 몸체(15)로부터 돌출한다. 전기 전도성 층(9), 전기 전도성 층(10) 및 이들 사이에 포함된 절연 층(12)은 함께 버스 바(44) 또는 버스 바의 구성 요소를 형성할 수 있고, 함께 몰드 몸체(15)로부터 돌출한다. 반도체 스위치 하프 브리지는 버스 바(44)를 통해 전류를 공급받을 수 있고, 상기 전류는 - 로우 측 반도체 스위치(2) 및 하이 측 반도체 스위치(3)에 의해 스위칭되어 - 출력 단자(8)를 통해 방출될 수 있다.
로우 측 반도체 스위치(2)는 외부로 향한 절연 층(13)을 포함하고, 반도체 스위치(2)에서 발생한 손실 열은 상기 절연 층을 통해 소산될 수 있다. 하이 측 반도체 스위치(3)는 외부로 향한 절연 층(14)을 포함하며, 반도체 스위치(2)에서 발생한 손실 열이 상기 절연 층을 통해 소산될 수 있다. 반도체 스위치들(2 및 3)을 포함하는 하프 브리지는 바람직하게는 2개의 서로 반대편 면들을 통해 열 제거될 수 있다. 절연 층들(13 및 14)은 각각 세라믹 층, DBC 층(DBC = Direct-Bonded-Copper)으로 형성될 수 있으며, 여기서 히트 싱크와의 재료 결합 방식 결합, 특히 납땜 또는 소결을 위한 구리 층은 외부를 향한다. 예를 들어 폴리이미드 층으로 형성된 절연 층(13 및 14)에는 히트 싱크가 열 전도 접착제에 의해 결합된다.
도 2는 반도체 장치(16)의 구성 요소들을 분해도로 도시한다. 반도체 장치(16)는 이 실시 예에서 3상 전기 모터 또는 3상 전기 기계를 제어하기 위한 3개의 반도체 스위치 하프 브리지를 포함하는 파워 모듈을 형성한다. 이 실시 예에서 반도체 장치(16)는 3개의 하이 측 반도체 스위치, 즉 하이 측 전계 효과 트랜지스터(17), 하이 측 전계 효과 트랜지스터(18) 및 하이 측 전계 효과 트랜지스터(19)를 포함한다. 전계 효과 트랜지스터들(17, 18 및 19)은 각각 평평하게 형성되며, 콘택 갭 단자, 특히 드레인 단자(23), 및 소스 단자(25)의 평평한 연장은 동일한 방향을 향한다.
반도체 스위치(17)의 드레인 단자(23)는 여전히 2개의 다른 접속부(23a 및 23b)로 형성된다. 반도체 스위치(17)의 소스 단자는 소스 단자(25) 이외에, 반도체 스위치(17)의 표면 영역으로 각각 형성된 2개의 다른 접속부(25a 및 25b)를 포함한다.
반도체 스위치(17)의 소스 단자 및 드레인 단자를 형성하는 표면 영역들은 길이방향 축(30)을 따라 번갈아 교대한다. 따라서, 길이방향 축(30)을 따라, 소스 단자(25)를 형성하는 표면 영역은 드레인 단자 부분(23)을 형성하는 표면 영역에 인접하게 배치된다. 소스 단자(25)를 형성하는 표면 영역에는 드레인 단자 부분(23a)을 형성하는 표면 영역이 이어진다. 드레인 단자 부분(23a)에는 길이방향 축을 따라 소스 단자 부분(25a)가 이어지고, 소스 단자 부분(25a)에는 드레인 단자 부분(23b)이 이어진다. 드레인 단자 부분(23b)에는 소스 단자 부분(25b)이 이어진다. 따라서, 길이방향 축(30)을 따라 배치된 2개의 소스 단자 부분은 그들 사이에 드레인 단자 부분을 포함하고, 길이방향 축(30)을 따라 배치된 드레인 단자 부분들은 그들 사이에 소스 단자 부분을 포함한다.
반도체 장치(16)는 또한 버스 바(27)를 포함하고, 상기 버스 바는 이 실시 예에서 서로 평행하게 배치된 그리고 기판 층(29)에 의해 서로 전기적으로 분리된 2개의 전기 전도성 층(28 및 31)을 포함한다. 버스 바(27)는 길이방향 축(30)을 따라 연장된다. 길이방향 축(30)을 따라 서로 이격된 콘택 핑거(32)와 같은 콘택 핑거들이 버스 바(27)에 형성되고, 상기 콘택 핑거들은 각각 전기 전도성 층(28 또는 31)에 접속되며, 그들 사이에 배치된 절연 기판 층(29)을 포함한다. 따라서, 버스 바(27), 및 상기 버스 바(27)에 형성된 콘택 핑거는 2개의 서로 평행한 그리고 기판 층(29)에 의해 서로 전기 절연된 접촉 평면을 형성한다.
콘택 핑거(32)의 전기 전도성 층(31)은 드레인 단자(23)에 납땜되도록 설계된다. 이 실시 예에서는 길이방향 축(30)을 따라 서로 이격된 2개의 다른 콘택 핑거(32a 및 32b)가 버스 바(27)에 형성된다. 콘택 핑거(32a)의 전기 전도성 층(31)은 드레인 단자 부분(23a)에 전기 접속되도록, 특히 납땜, 예컨대 리플로우 납땜되도록 설계된다. 콘택 핑거(32b)의 전기 전도성 층(31)은 드레인 단자(23b)에 납땜되도록 설계된다. 따라서, 버스 바(27), 특히 버스 바(27)의 전기 전도성 층(31)은 콘택 핑거(32, 32a 및 32b)에 의해 드레인 단자, 특히 반도체 스위치(17)의 드레인 단자 부분(23, 23a 및 23b)에 전기 접속될 수 있다. 반도체 스위치(17)는 버스 바(27)에 의해 전압원에, 특히 전압원의 플러스 극에 전기 접속될 수 있다.
또한, 반도체 장치(16)는 하이 측 반도체 스위치(17)와 함께 반도체 스위치 하프 브리지를 형성하도록 설계된 로우 측 반도체 스위치(20)를 포함한다. 반도체 장치(16)는 또한 하이 측 반도체 스위치(18)와 함께 반도체 스위치 하프 브리지를 형성하도록 설계된 반도체 스위치(21), 및 하이 측 반도체 스위치(19)와 함께 반도체 스위치 하프 브리지를 형성하도록 설계된 다른 로우 측 반도체 스위치(22)를 포함한다.
반도체 장치(16)는 또한 이 실시 예에서 예를 들어 리드 프레임이라고도 하는 펀칭된 또는 레이저 절삭된 시트 조각으로서 형성된 출력 단자(34)를 포함한다. 출력 단자(34)는 길이방향 축(30)을 따라 연장되는 버스 바, 및 길이 방향 축(30)을 따라 서로 이격되어 버스 바에 형성된 콘택 핑거(33, 33a 및 33b)를 포함한다.
콘택 핑거(33)는 평평한 면으로 하이 측 반도체 스위치(17)의 소스 단자(25)에 납땜되도록 그리고 상기 면에 대향하는 면으로 로우 측 반도체 스위치(20)의 드레인 단자(24)에 납땜되도록 설계된다. 길이방향 축(30)을 따라 드레인 단자(24)에 인접하게 배치된 로우 측 반도체 스위치(20)의 소스 단자(26)는 콘택 핑거(32)의 전기 전도성 층(28)에 납땜되도록 설계되어, 소스 단자(26)는 버스 바(27), 특히 버스 바(27)의 전기 전도성 층(28)을 통해 전압원의 하나의 극, 특히 전압원의 마이너스 극에 접속될 수 있다.
콘택 핑거(33a)는 소스 단자(25a)에 납땜되도록 설계되고, 콘택 핑거(33b)는 소스 단자(25b)에 접속되도록 설계된다.
출력 단자(34)의 콘택 핑거(33)는 하이 측 반도체 스위치(17)의 소스 단자(25)를 로우 측 반도체 스위치(20)의 드레인 단자(24)에 접속하고, 드레인 단자(24)의 부분 단자(24a)를 소스 단자(25)의 부분 단자(25a)에 접속한다. 콘택 핑거(33b)는 로우 측 반도체 스위치(20)의 드레인 단자의 부분 단자(24b)를 하이 측 반도체 스위치(17)의 소스 단자(25)의 부분 단자(25b)에 접속한다. 따라서, 출력 단자(34)의 콘택 핑거(33, 33a 및 33b)는 각각 평평하게 연장된 반도체 스위치들, 즉 하이 측 반도체 스위치(17)와 로우 측 반도체 스위치(20) 사이에 샌드위치 방식으로 포함된다.
버스 바(27)에는 하이 측 반도체 스위치(18)를 전기 접촉하기 위한 또 다른 콘택 핑거, 및 하이 측 반도체 스위치(19)를 전기 접촉하기 위한 또 다른 3개의 콘택 핑거가 형성된다.
반도체 장치(16)는 하이 측 반도체 스위치(18) 및 로우 측 반도체 스위치(21)로 이루어지는 반도체 스위치 하프 브리지용 출력 단자(35)와, 하이 측 반도체 스위치(19) 및 로우 측 반도체 스위치(22)로 이루어지는 하프 브리지용 출력 단자(36)를 포함한다. 출력 단자(34, 35 및 36)에는 전기 기계의 각각 하나의 위상, 특히 전기 기계의 고정자 코일이 접속될 수 있다.
버스 바(27)의 콘택 핑거 및 출력 단자, 예컨대 출력 단자(34, 35 또는 36)의 콘택 핑거는 각각 평평하게 연장되어 서로 맞물리도록 설계된다. 버스 바 및 출력 단자의 콘택 핑거들은 공통 평면 내에 배치되고, 함께 특히 샌드위치 방식으로 하이 측 반도체 스위치(17)와 로우 측 반도체 스위치(20) 사이에 포함될 수 있다.
반도체 스위치들(17, 18, 19, 20, 21 및 22)은 다른 실시 예에서 각각 IGBT로서 형성될 수 있다. 소스 단자는 에미터 단자에 상응하고, 드레인 단자는 콜렉터 단자에 상응한다.
반도체 스위치는 각각 - 도 2에 도시되지 않은 - 제어 단자, 특히 게이트 단자를 포함하며, 각각 게이트 단자에서 반도체 스위치를 턴온하기 위한 제어 신호를 수신하고, 제어 신호에 따라 반도체 스위치를 턴온 또는 턴오프하도록 설계된다. 게이트 단자는 예를 들어 버스 바(27)의 절연된 영역에 의해 형성될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 반도체 장치(16)의 도 2에 이미 도시된 부품을 포함하는 파워 모듈을 형성하기 위한 제조 단계를 도시한다. 버스 바(27)의 콘택 핑거는 도 3에 도시된 제조 단계에서 전기 전도성 층(31)으로 하이 측 반도체 스위치, 예를 들어 반도체 스위치(17), 반도체 스위치(18) 및 반도체 스위치(19)의 콘택 갭 단자 상에 놓이며, 예컨대 납땜 페이스트 및 리플로우 납땜에 의해 전기적으로 그리고 재료 결합 방식으로 결합된다. 출력 단자(34)의 콘택 핑거는 도 2에서 이미 설명된 바와 같이 하이 측 반도체 스위치(17)의 상응하는 콘택 갭 단자에 놓여 납땜 페이스트에 의해 도 1에서 설명된 바와 같이 상응하는 콘택 갭 단자에 납땜된다.
도 3에 도시된 것과 동일한 단계에서, 출력 단자(35)는 하이 측 반도체 스위치(18)에 납땜될 수 있고, 출력 단자(36)는 하이 측 반도체 스위치(19)에 납땜될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 컴포넌트들을 포함하는 파워 모듈을 형성하기 위한 제조 단계를 도시한다. 여기서, 로우 측 반도체 스위치(20, 21 및 22)는 버스 바(27) 상에 그리고 출력 단자(34, 35 및 36) 상에 놓여, 버스 바(27) 및 출력 단자들과 납땜된다.
출력 단자(34)는 하이 측 반도체 스위치(17)의 소스 단자를 로우 측 반도체 스위치(20)의 드레인 단자에 접속한다. 도 4에 따라 서로 평행하게 배치된 반도체 스위치, 즉 하나의 반도체 스위치 하프 브리지를 함께 형성하는 하이 측 반도체 스위치(17) 및 로우 측 반도체 스위치(20)를 포함하는 반도체 스위치 하프 브리지는 버스 바(27)에 의해 전압원에 연결될 수 있다.
도 5는 파워 모듈을 형성하기 위한 제조 단계를 도시하며, 여기서 도 4에 도시된 반도체 장치는 버스 바(27) 및 출력 단자(34, 35 및 36)가 특히 중합된 몰딩 화합물로 형성된 몰드 몸체(15)로부터 돌출하도록 몰딩 화합물에 의해 재성형된다.
도 5는 파워 모듈이 히트 싱크, 이 실시 예에서 히트 싱크(45)에 열전도 방식으로 연결되는 변형 예를 도시한다. 절연 층(13)은 히트 싱크, 특히 냉각 판에 열전도 방식으로 접촉되므로, 손실 열이 히트 싱크(45)를 통해 소산될 수 있다. 히트 싱크(45)는 예를 들어 히트 파이프에 연결되거나, 히트 파이프로 형성될 수 있다.
도 6은 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 반도체 장치의 변형 예를 도시하며, 여기서 반도체 스위치 하프 브리지는 각각 출력 측에서 위상 분리 스위치에 연결된다. 위상 분리 스위치는 이 실시 예에서, 전계 효과 트랜지스터, 특히 하이 측 반도체 스위치(17)로 형성된다.
하이 측 반도체 스위치들, 예를 들면 반도체 스위치(17, 18 및 19)의 평평한 연장들은 위상 분리 스위치들, 즉 입력 측에서 하이 측 반도체 스위치(17)의 출력부에 접속된 위상 분리 스위치(38), 입력 측에서 하이 측 반도체 스위치(18)를 포함하는 하프 브리지에 접속된 위상 분리 스위치(39), 및 입력 측에서 하이 측 반도체 스위치(19) 및 로우 측 반도체 스위치(22)를 포함하는 하프 브리지의 출력부에 접속된 위상 분리 스위치(40)와 동일한 평면 내에 배치된다.
반도체 장치(16)는 위상 분리 스위치(38)를 하이 측 반도체 스위치(17)에 연결하기 위해, 이 실시 예에서 길이 방향으로 연장하는 콘택 핑거로서 설계된 전기 전도성 접속 요소(37)를 포함한다.
접속 요소(37)는 예를 들어 펀칭된 또는 레이저 절삭된 시트, 특히 구리 시트로서 형성되고, 단부 섹션이 버스 바(27)의 콘택 핑거들(32 및 32a) 사이에 맞물림으로써, 콘택 핑거들(32 및 32a) 사이에서 소스 단자(25)에 전기적으로 접촉할 수 있다. 따라서, 접속 요소(37)는 도 2의 반도체 장치(16) 내의 콘택 핑거(33) 대신, 소스 단자(25)에 접촉한다. 접속 요소(37)의 단부 섹션이 위상 분리 스위치(38)의 콘택 갭 단자에 납땜 결합됨으로써, 로우 측 반도체 스위치(20)의 드레인 단자(24)와 함께 반도체 스위치 하프 브리지의 전술한 출력부를 형성하는 반도체 스위치(17)의 소스 단자(25)는 위상 분리 스위치(38)에 접속된다.
반도체 장치(16)는 반도체 장치(16)에서 위상 분리 스위치(38)의 콘택 갭 단자에 접속되는 출력 단자(34)를 포함한다.
또한, 반도체 장치(16)는 콘택 핑거(32a)와 콘택트 핑거(32b) 사이에 단부 섹션이 연장되는 접속 요소(37a), 및 콘택 핑거(32b)에 인접하여 연장되는 다른 접속 요소(37b)를 포함한다. 따라서, 접속 요소들(37, 37a 및 37b)은 하이 측 반도체 스위치(17) 및 로우 측 반도체 스위치(20)를 포함하는 반도체 스위치 하프 브리지의 출력부를 형성하고 상기 반도체 스위치 하프 브리지를 위상 분리 스위치(38)에 연결한다. 버스 바(27) 및 연결 요소(37)와 같은 연결 요소들 및 출력 단자들(34, 35 및 36)은 각각 공통 평면 내에 배치된다.
도 7은 반도체 장치(16)를 포함하는 파워 모듈을 형성하기 위한 다른 제조 단계를 도시하고, 도 7에서, 로우 측 반도체 스위치(20)는 하이 측 반도체 스위치(17)에 대향하여 배치되고, 로우 측 반도체 스위치(21)는 하이 측 반도체 스위치(18)에 대향하여 배치되며, 로우 측 반도체 스위치(22)는 하이 측 반도체 스위치(19)에 대향하여 배치된다. 로우 측 반도체 스위치들(20, 21 및 22)에는 각각 버스 바(27), 특히 전기 전도성 층(28)을 통해 전압이 공급되고, 드레인 단자는 출력 단자로서 접속 요소(37)와 같은 접속 요소에 전기 접속된다. 로우 측 반도체 스위치들(20, 21 및 22)은 각각 리플로우 납땜에 의해 버스 바(27)에 그리고 접속 요소(37)와 같은 접속 요소에 납땜될 수 있다.
도 8은 파워 모듈을 도시하고, 상기 파워 모듈에서 도 7에 도시된 반도체 장치(17)는 몰딩 화합물에 의해, 버스 바(27) 및 출력 단자(34, 35 및 36)가 몰딩 화합물로 형성된 몰드 몸체(41)로부터 돌출하도록 매립된다.
1, 16, 17: 파워 모듈
2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22: 반도체 스위치 하프 브리지
4, 5, 6, 7, 23, 24, 25, 26: 콘택 갭 단자
8, 9, 10, 28, 31, 34, 35, 36: 전기 전도성 층
15, 41: 몰드 몸체
27: 버스 바
29: 절연 층
32, 32a, 32b: 콘택 핑거

Claims (10)

  1. 전기 모터용 파워 모듈(1, 16, 17)로서, 상기 파워 모듈(1, 16, 17)은 적어도 하나의 반도체 스위치 하프 브리지(2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22)를 포함하는, 상기 파워 모듈에 있어서,
    상기 반도체 스위치 하프 브리지(2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22)는 하이 측 반도체 스위치(2, 17, 18, 19)와 로우 측 반도체 스위치(3, 20, 21, 22)를 포함하며, 상기 하프 브리지(2, 3)의 상기 반도체 스위치(2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22)는 상기 반도체 스위치(2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22)의 평평한 표면 영역에 의해 형성된 콘택 갭 단자(4, 5, 6, 7, 23, 24, 25, 26)를 포함하고, 반도체 스위치의 상기 콘택 갭 단자(4, 5, 6, 7, 23, 24, 25, 26)는 각각 동일한 방향으로 향하며, 상기 하이 측 반도체 스위치(2) 및 상기 로우 측 반도체 스위치(3)는 그들 사이에 적어도 하나의 전기 전도성 층(8, 9, 10, 28, 31, 34, 35, 36)을 포함하고, 상기 전기 전도성 층은 상기 하프 브리지의 상기 로우 측 반도체 스위치(3, 20, 21, 22)의 콘택 갭 단자(4, 6, 24, 26)와 상기 하이 측 반도체 스위치(2)의 콘택 갭 단자(5, 7, 23, 25)를 서로 전기 접속하고, 적어도 하나의 전기 전도성 층(8, 9, 10)에 의해 상기 하프 브리지의 출력 단자가 형성되는 것을 특징으로 하는, 파워 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나의 하프 브리지의 상기 반도체 스위치(2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22)의 상기 콘택 갭 단자들(4, 5, 6, 7, 23, 24, 25, 26)은 서로 대향하는 것을 특징으로 하는, 파워 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 파워 모듈(1, 16, 17)은 다상 스위칭을 위해 설계되고, 각각의 위상에 대해 적어도 하나 또는 단 하나의 반도체 스위치 하프 브리지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 파워 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 층(28, 31)은 위상 버스 바(27)를 포함하고, 상기 전기 전도성 층의 평평한 연장에서 상기 위상 버스 바(27)를 횡단하거나 횡 방향 성분에 의해 편향된 적어도 하나의 콘택 핑거(33, 33a, 33b)가 상기 위상 버스 바에 형성되고, 상기 콘택 핑거(33, 33a, 33b)는 상기 출력 단자(34, 35, 36)에 접속된, 상기 반도체 스위치(17, 20)의 상기 콘택 갭 단자(24, 25)를 서로 접속하는 것을 특징으로 하는, 파워 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 스위치들(2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22)은 각각 전계 효과 트랜지스터로 형성되고, 상기 하프 브리지의 상기 출력 단자에 접속된, 상기 하이 측 반도체 스위치의 상기 콘택 갭 단자는 소스 단자이며, 상기 하프 브리지의 출력 단자에 접속된, 상기 로우 측 반도체 스위치의 상기 콘택 갭 단자는 드레인 단자인 것을 특징으로 하는, 파워 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 스위치(2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22)는 각각 절연 게이트 양극성 트랜지스터로 형성되고, 상기 하프 브리지의 상기 출력 단자에 접속된, 상기 하이 측 반도체 스위치(2, 3, 17, 18, 19, 20, 21, 22)의 상기 콘택 갭 단자는 에미터 단자이고, 상기 하프 브리지의 상기 출력 단자에 접속된, 상기 로우 측 반도체 스위치의 상기 콘택 갭 단자는 콜렉터 단자인 것을 특징으로 하는, 파워 모듈.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 모듈은 적어도 하나의 콘택 핑거(32, 32a, 32b)가 형성된 버스 바(27)를 포함하고, 상기 콘택 핑거(32, 32a, 32b)는 상기 하프 브리지의 전류 공급을 위한 콘택 갭 단자에 전기 접촉하는 것을 특징으로 하는, 파워 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 콘택 핑거(32, 32a, 32b)는 2개의 서로 평행한 전기 전도성 층(28, 31)을 포함하고, 상기 전기 전도성 층은 전기 절연층(29), 특히 유전체에 의해 서로 분리되며, 상기 콘택 핑거(32, 32a, 32b)의 층들(28, 29, 31)은 상이한 반도체 스위치(17, 20)의 대향하는 단자들(23, 26)에 접촉하는 것을 특징으로 하는, 파워 모듈.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 위상 버스 바(27)의 콘택 핑거(32, 32a, 32b, 33, 33a, 33b) 및 상기 출력 단자(34, 35, 36)의 상기 버스 바는 각각 서로 맞물리는 것을 특징으로 하는, 파워 모듈.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파워 모듈(1, 16, 17)은 몰드 몸체(15, 41) 내에 매립되는 것을 특징으로 하는, 파워 모듈.
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