(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、ワイヤボンディング接続数が低減されるような接続装置を有するパワー半導体モジュールを提供することである。【解決手段】  本発明は、少なくとも１つのパワー半導体構成要素と接続装置とを有するパワー半導体モジュールについて述べている。この接続装置は、パワー半導体構成要素と接触を成し、層結合から成っている。この層結合は、パワー半導体構成要素に面し少なくとも１つの第１導体パスを形成している少なくとも１つの第１導電層と、層結合で連続している絶縁層と、層結合で更に連続しパワー半導体構成要素に対向し少なくとも１つの第２導体パスを形成している第２層とから成っている。更に、パワー半導体モジュールは少なくとも１つの内部端子要素を有し、この内部端子要素は、第１接触部分と第２接触部分とばね部分とを有する接触ばねとして形成されている。この場合は、第１接触部分は、接続装置の第１導体パス或いは第２導体パスによる共通の接触面を有している。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのパワー半導体構成要素（１０）を有し且つこのパワー半導体構成要素（１０）と接触している接続装置（２０）を有し且つ少なくとも１つの内部端子要素（３０）を有するパワー半導体モジュールであって、前記接続装置（２０）は、パワー半導体構成要素（１０）に面し且つ少なくとも１つの第１導体パス（２２）を形成している少なくとも１つの第１導電層と、層結合で連続する絶縁層（２４）と、層結合で更に連続するパワー半導体構成要素（１０）に対向し且つ少なくとも１つの第２導体パス（２６）を形成している第２層とから成る層結合から成り、前記内部端子要素は、第１接触部分（３２）と第２接触部分（３６）とばね部分（３４）とを有する接触ばねとして形成され、
この第１接触部分（３２）は、接続装置（２０）の第１導体パス（２２）或いは第２導体パス（２６）による共通の接触面（６０、６２）を有しているパワー半導体モジュール。
【請求項２】
第１導体パス（２２）或いは第２導体パス（２６）による接触面（６０、６２）が、接続装置（２０）のリセス（４０、４２）に配されている、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記リセス（４０）が第２導体パス（２６）と絶縁層（２４）との切除部により形成され、これにより接触面（６０）が第１導体パス（２２）に配されている、請求項２に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項４】
前記リセス（４２）が第２導体パス（２６）の窪みにより形成され、これにより接触面（６２）が第２導体パス（２６）に配されている、請求項２に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項５】
導電層（２２、２６）の層厚が１０μｍ〜５００μｍの間であり、絶縁層（２４）の層厚が２μｍ〜１００μｍの間である、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項６】
少なくとも１つのパワー半導体構成要素（１０）が基板（７４）に配され、パワー半導体モジュールがハウジング（７０）を有し、このハウジング（７０）が、少なくとも１つのパワー半導体構成要素（１０）と接続装置（２０）と共に基板（７４）をハウジング（７０）に取り囲み且つ被覆している、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項７】
内部端子要素（３０）が、パワー半導体モジュールのハウジング（７０）の案内部（７２）に部分的に配され、内部端子要素（３０）の第２接触部分（３６）がハウジング（７０）から突出し、そこで外部端子要素と接続可能である、請求項６に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項８】
接続装置（２０）の少なくとも１つの第１導体パス（２２）が、パワー半導体構成要素（１０）の少なくとも１つの端子領域（１４、１６）と接続され、この接続が、材料結合接続として或いは押圧接触接続として形成されている、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部接続装置を有するパワー半導体モジュールに関するものである。この接続装置は、複数の導電層とこれらの層間に配されている絶縁層とから成る層結合として形成され、導電層はこれらの導電層に関する限り複数の導体パスを形成できる。この接続装置は、相互間で或いは基板の別の導体パスに対してパワー半導体要素を電気接続するために機能する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の出発点を形成するパワー半導体モジュールは、このようなものとしては例えば特許文献１から周知である。この文献は、基本的に上述した種類の接続装置を開示している。ここではパワー半導体構成要素は、超音波溶接を用いて第１導電層と持続する且つ確実な電気接続を成している。ここではモジュール内部の、パワー半導体構成要素の回路適合接続は、ここでは内部負荷端子と制御端子とを含有して開示されている。このために、接続装置は導電層間に絶縁層により通過接触部を有している。この方式で、１つの層の導体パスは他の層の導体パスと電気接続されている。
【０００３】
上述した種類のパワー半導体モジュールの外部接続装置を、例えば特許文献２が開示している。ここでは、一方でねじ接触結合を、他方でばね押しの差込み型接触結合を開示している。
【０００４】
これに対して、特許文献３は上述した接続装置を有するパワー半導体モジュールを開示し、２つの導電層間の通過接触部は細いワイヤボンディングを用いて形成されている。上述した種類の接続装置は、パワー半導体モジュール内部のボンディング接続の代替に対しても機能するようになっているため、ボンディング接続を用いることにより、内部接続の持続性は高められ、ここでは通過接触部を形成するための細いワイヤボンディング接続を用いても完全に満足のいくものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ１０３５５９２５Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１０２００６０２７４８２Ａ１
【特許文献３】ＤＥ１０２００６０１３０７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このため、本発明の課題は、ワイヤボンディング接続数が低減されるような接続装置を有するパワー半導体モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、本発明に従い、請求項１の手段により解決される。好適実施形態は、従属請求項に述べられる。
【０００８】
本発明の概念は、少なくとも１つのパワー半導体構成要素を有し、基板の少なくとも１つのパワー半導体構成要素を別のパワー半導体構成要素に対して或いは導体パスに対して、回路に適合するモジュール内部接続のための接続装置を有する最初に述べた種類のパワー半導体モジュールから出発している。このようなパワー半導体モジュールは、基板を用いて冷却装置に配され得ると好ましい。更に、このようなパワー半導体モジュールは、少なくとも１つのパワー半導体構成要素と接続装置とを有する基板を取り囲んでいる絶縁性ハウジングを有していると好ましい。
【０００９】
接続装置は、少なくとも２つの導電層とこれらの間に配されている絶縁層とから成る層結合から構成されている。接続装置の絶縁層と導電層とから成る別の層連続を設けるのも好適であり得る。一般性に限定しないで、明瞭にするために、以下に２つの導電層と１つの絶縁層とを有する接続装置の最も簡潔な実施形態のみが参照とされる。
【００１０】
夫々の導電層は、それら自体に構造化され得、これにより複数の互いに絶縁する第１導体パスを形成する。第１導電層の少なくとも１つの第１導体パスは、パワー半導体構成要素の接触面と導電接続されている。この場合、従来技術に従う材料結合接続或いは押圧接触接続が特に有利であることが判明した。層連続では、接続装置の、パワー半導体構成要素に面している第１導電層に絶縁層と、他方で隣接しパワー半導体構成要素に対向している導電層が連続している。
【００１１】
本発明に従い、パワー半導体構成要素は少なくとも１つの内部端子要素を有し、この内部端子要素は、第１接触部分と第２接触部分とばね部分とを有する接触ばねとして形成されている。この接触ばねの第１接触部分は、接続装置の第１導体パス或いは第２導体パスを備えている共通の接触面を有している。
【００１２】
この場合、第１導体パス或いは第２導体パスを有する接触面が接続装置のリセスに配されている場合が好ましい。これにより、接触ばね全体の或いは接触ばねの第１接触装置の横方向の動きをもたらす可能性のある機械的或いは熱的な影響下にあっても、導体パスと接触ばねとの間の接触確実性は高められる。これにより、ハウジングでの接触ばねの可能な保持と案内とは、接触ばね或いはこの第１接触部分の位置決めに対するささいな要求を満たさなくてはいけないため、ハウジングでの接触ばねの可能な保持と案内とは簡素化されもする。
【００１３】
第１好適実施形態では、このリセスは第２導体パスと絶縁層との切除部により形成されている。第１導体パスまで通り抜けて達する接続装置の開口部が生じるため、これにより接触面はこの第１導体パスに配されるので、接触ばねはこの第１導体パスに対して導電接続を成す。
【００１４】
第２好適実施形態では、このリセスは第２導体パスの窪みにより形成され、この窪みは、第２導体パスを完全には貫通してはなく、接触面は第２導体パスに配されているので、接触ばねは第２導体パスに対して導電接続を成す。
【００１５】
更に、接触ばねの第２接触装置がパワー半導体モジュールのハウジングから突出している場合特に有利である。これにより、パワー半導体モジュール従って接続装置は、直接外部端子要素と接続可能である。
【００１６】
本発明の解決手段は、図１〜４の実施例に基づいて更に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術に従うパワー半導体モジュールの断面図である。
【図２】従来技術に従うパワー半導体モジュールの接続装置の詳細図である。
【図３】本発明に従うパワー半導体モジュールの接続装置の詳細図である。
【図４】本発明に従うパワー半導体モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、従来技術に従うパワー半導体モジュールを断面で示している。図示されているのは冷却装置（７６）に配されているパワー半導体モジュールであり、このパワー半導体モジュールは、パワー半導体構成要素（１０）と接続装置（２０）とを備えた基板（７４）を有している。パワー半導体モジュールのこれらの部分（１０、２０、７４）は、ハウジング（７０）によって取り囲まれ被覆されている。ここではパワー半導体モジュールの下端を基板（７４）が形成している。
【００１９】
接続装置（２０）は、パワー半導体構成要素（１０）に面している第１導電層（２２）と、層連続においてこの導電層（２２）に隣接している絶縁層（２４）と、第２導電層（２６）とから成る層連続により形成されている。導電層（２２、２６）の層厚は１０μｍ〜５００μｍの間であり、絶縁層（２４）の層厚は２μｍ〜１００μｍの間である場合が好ましい。
【００２０】
導電層（２２、２６）は、従来技術に従い、パワー半導体構成要素（１０）と基板（７４）とのモジュール内部の回路適合接続と、これと置き換えられる広く周知のワイヤボンディング接続とを形成する。しかし、この場合は、第１導電層の第１導体パス（２２）が第２導電層の第２導体パス（２６）と接続するための通過接触部を設けることも必要である。これらの導体パスは、絶縁層の、導電性に充填されたリセスとして形成される。
【００２１】
更に、ここでは接続装置（２０）は、外部端子要素（８０）とのねじ接続（８２、８４）の形態で外部接触部のために機能する。この種類の外部接触部は、特に負荷端子に適切である。制御端子或いは補助エミッタ端子或いは検知端子のような補助端子の外部接触部は、差込み型或いははんだ付け接続としても周知である。
【００２２】
図２は、従来技術に従う、制御端子領域（１４）とエミッタ端子領域（１６）とを有するパワー半導体モジュールの接続装置の詳細を示している。図示されているのはここでは図１で上述した通過接触部（９０）に対する変形例である。この周知の実施形態では、接続装置（２０）のリセスに部分的に配されている細いワイヤボンディング接続（９２）は、接続装置の第１導電層の第１導体パス（２２）と第２導電層の第２導体パス（２６）との間で導電接続を形成している。
【００２３】
図３は、本発明に従うパワー半導体モジュールの接続装置（２０）とパワー半導体構成要素（１０）と検知部（５０）との詳細を示している。パワー半導体構成要素（１０）、ここではパワートランジスタは、接続装置（２０）の第１主要面（１２）に、２つの接触領域、制御端子領域（１４）とエミッタ端子領域（１６）とを有している。これらの２つの接触領域（１４、１６）は、付設され且つ当然互いに電気絶縁されている、接続装置（２０）の第１層の第１導体パス（２２）と接続されている。これらの２つの接続は、材料結合接続として、好適には焼結プロセスにより製造されて形成される場合が特に好ましい。
【００２４】
ここでは接続装置（２０）は、互いに電気絶縁され、第１導電層の構造化により形成された３つの第１導体パス（２２）を有している。この第１層は、パワー半導体構成要素（１０）に面している接続装置（２０）の面を形成している。更に、接続装置（２０）は絶縁層（２４）の２つの部分を有している。接続装置（２０）の層構造部では、次に続くのは、接続装置（２０）の、パワー半導体構成要素（１０）に対向している面に、接続装置（２０）の第２導電層もパターン化されているため互いに電気絶縁されている３つの第２導体パス（２２）を有している第２導電層である。
【００２５】
これらの第２導体パス（２６）のうちの１つと、ハウジングされている或いはハウジングされていない検知部（５０）は接続要素（５２）を用いて導電接続されている。この検知部（５０）は、パワー半導体モジュールでの測定例えば電流測定或いは温度測定のために機能する。外部接続のために、パワー半導体モジュールは第１内部端子要素（３０）を有している。この外部接続は、第１接触部分（３２）と第２接触部分（３６）とばね部分とを有する接触ばね（３０）として形成されている。第１接触部分（３２）は、付設されている第２導体パス（２６）に対して導電接触をしており、このために第２導体パス（２６）との共通の接触面（６２）を有している。
【００２６】
この接触面（６２）は、第２導体パス（２６）のリセス（４２）に配され、このリセス（４２）は、第２導体パス（２６）の窪みにより形成されている。接触ばね（３０）の第１接触部分（３２）は様々に形成され得、しかしここでは第２導体パス（２６）の窪み（４２）の形成が実質的である。この窪み（４２）により、機械的或いは熱的な作用によりもたらされる接触ばね（３０）の第１接触部分（３２）の横方向の動きはほとんどの場合阻止される。
【００２７】
同じような効果は、リセス（４０）によっても達成され、このリセス（４０）は、互いに重なり合う絶縁層（２４）と第２導電層との領域の切除部により形成されている。これらの切除部は、これにより形成されたリセス（４０）が第１導電層まで接続装置を通って達するように形成されている。
【００２８】
従って、このリセス（４０）に配されている接触ばね（３０）は接触面（６０）でその第１導体パス（２２）と接触し、この導体パス（２２）はパワー半導体構成要素（１０）の制御端子（１４）と接続されている。従って、パワー半導体構成要素（１０）の直接駆動は内部端子要素である接触ばね（３０）を用いて可能である。この場合は、第２接触部分（３６）が直接外部供給ラインと接続され得ると特に有利である。
【００２９】
図４は、冷却装置（７６）に配されている基板（７４）と、取り囲んでいるハウジング（７０）とを有する、本発明に従うパワー半導体モジュールを断面で示している。モジュール内部の回路適合接続は、説明している接続装置（２０）を用いて形成されている。内部接触装置である接触ばね（３０）は、これらのうち１つのみが図示され、カップ形状のハウジング（７０）の案内部（７２）に配され、接触ばね（３０）の第２接触部分（３６）は、ハウジング（７０）から外へ突出しており、例えば制御基板のような外部端子要素と直接接続され得る。
【符号の説明】
【００３０】
１０  パワー半導体構成要素
１２  主要面
１４  制御端子領域
１６  エミッタ端子領域
２０  接続装置
２２  第１導電層、第１導体パス
２４  絶縁層
２６  第２導電層、第２導体パス
３０  端子要素、接触ばね
３２  第１接触部分
３４  ばね部分
３６  第２接触部分
４０  リセス
４２  リセス、窪み
５０  検知部
５２  接続要素
６２  接触面
７０  ハウジング
７２  案内部
７４  基板
７６  冷却装置
８０  端子要素
８２、８４  ねじ接続
９０  通過接触部
９２  ワイヤボンディング接続
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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