(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、内部の構造を改良したパワー半導体モジュールを提供することである。これにより、少なくとも１つのパワー半導体素子の保護もまた達成される。【解決手段】  少なくとも１つの第１負荷端子体及び１つの第２負荷端子体と、これらの負荷端子体の間に配され、第１金属シリンダとパワー半導体素子と第２金属シリンダとを備えている少なくとも１つのサンドウィッチ部と、サンドウィッチ部の個々の部分を同心に配するためのセンタリング装置とを有しているパワー半導体モジュールによって解決される。金属シリンダの側面がセンタリング装置の溝に配され、パワー半導体素子のエッジ領域がこの溝の凹みに配されるように、前記センタリング装置はサンドウィッチ部の残りの個々の部分を取り囲み、センタリング装置は第１負荷端子体及び第２負荷端子体に対して夫々シーリング装置を有している。【選択図】  図３
2010123955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１負荷端子体（１０）と１つの第２負荷端子体（２０）とを有し、且つ、これらの負荷端子体（１０；２０）の間に配されている少なくとも１つのサンドウィッチ部（４０）を有し、且つ、サンドウィッチ部（４０）の個々の部分を同心配置するためのセンタリング装置（９）とを有しているパワー半導体モジュール（１）であって、サンドウィッチ部（４０）は第１金属シリンダ（４２）とパワー半導体素子（４４）と第２金属シリンダ（４６）とを備えており、金属シリンダ（４２；４６）の側面がセンタリング装置（９）の溝（９６）に配され、パワー半導体素子（４４）のエッジ領域がこの溝（９６）の凹み（９８）に配されるように、センタリング装置（９）はサンドウィッチ部（４０）の残りの個々の部分を取り囲み、センタリング装置（９）が第１負荷端子体（１０）と第２負荷端子体（２０）とに対してシーリング装置（９２）を夫々有している、パワー半導体モジュール。
【請求項２】
センタリング装置（９）が伸縮性の持続する材料から形成されており、これによってサンドウィッチ部（４０）に対してセンタリング装置（９）の力締結を用いた接続が形成されている、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
センタリング装置（９）の横断面が実質的に円形状（９０ｂ）で構成されている、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項４】
センタリング装置（９）の横断面が実質的にメニスカス形状（９０ａ）で構成され、溝（９６）が凸面に配され、メニスカスの端が夫々付設されているシーリング装置（９２）を形成している、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項５】
シーリング装置（９２）が、付設されている負荷端子体（１０；２０）の開口部（３６）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６】
シーリング装置（９２）が、付設されている負荷端子体（１０；２０）に平らに接している、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項７】
金属シリンダ（４２；４６）及びパワー半導体素子（４４）の直径が夫々自身の高さに対して少なくとも１０：１の比率を有している、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項８】
負荷端子体（１０；２０）が接触装置（７０）を受け止めるために第１シール面（１８）を備えている開口部（３０）を有し、接触装置（７０）が第１シール面（１８）に対して配されている第２シール面を有しており、２つのシール面（１８；７２）の間にシールリング（８０）が配されている、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項９】
接触装置（７０）がスナップロック接続を用いて負荷端子体（１０；２０）に配されていて、それによりシールリング（８０）が押圧されている、請求項８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、少なくとも１つの第１負荷端子体と１つの第２負荷端子体とを有しているパワー半導体モジュールに関するものである。これらの負荷端子体は外部フィードラインと接続している。少なくとも２つのこれらの負荷端子体の間に、圧力接点接続していると好ましい、第１金属シリンダとパワー半導体素子と第２金属シリンダとを備えているサンドウィッチ部が配されている。これによりサンドウィッチ部の個々の部分は相互に力締結を用いた導電接続をしている。生産工程を簡素化するためにこのようなパワー半導体モジュールはサンドウィッチ部の個々の部分を同心に配するためのセンタリング装置を頻繁に有する。
【背景技術】
【０００２】
このようなパワー半導体モジュールは複数の特定の実施形態で周知である。１つの簡潔である故に基本的な実施形態は例えば特許文献１で開示されている。この場合、２つの金属レールが２つの負荷端子体を形成し、これらの端子体の間に半導体素子が配されている。さらにパワー半導体モジュールが半導体素子ごとに圧力装置を有しており、この圧力装置は力締結を用いた導電接続を負荷端子体と夫々のパワー半導体素子との間に成している。
【０００３】
さらにパワー半導体素子夫々が負荷端子体と直接接続しないものが周知である。通常はケイ素から成るパワー半導体素子と通常は銅から成る負荷端子体との異なった膨張係数により、熱負荷時にパワー半導体素子の損傷が起こる。これを防止するために負荷端子体とパワー半導体素子との間に従来技術に従って少なくとも１つのさらなる金属体が１つの膨張係数を有するシリンダ形状で通常配されており、この金属体の膨張係数は金属体の両隣にある負荷端子体の膨張係数の間の値である。
【０００４】
特許文献２からパワー半導体素子のためのセンタリング装置が周知であり、このセンタリング装置により１つのパワー半導体素子と２つの金属シリンダとが互いに対して同心に配され、同時に実装ユニットを形成する。このために２つの部分から成るフレーム型センタリング装置は複数の保持突起を有しており、これらの保持突起は第１金属シリンダとパワー半導体素子と第２金属シリンダとを備えているサンドウィッチ部の剥離を阻止する。センタリング装置を無加圧配置するために負荷端子体は保持突起を受け止めるために開口部を有している。パワー半導体素子自体はセンタリング装置の溝に配されている。全要素はセンタリング装置により互いに対し大まかに配され、互いに対するある程度の可動性をセンタリング装置の横方向にも垂直方向にも有している。
【０００５】
周知のパワー半導体モジュールでパワー半導体素子の制御端子を接点接続するために例えば特許文献３から接触装置が周知である。この接触装置は例えば上述したパワー半導体モジュールの負荷端子体の開口部に直接配されることが可能である。このために接触装置は金属部分とこれを取り囲み負荷端子体に対して電気絶縁しているスリーブを有している。このスリーブは、これがラッチング突起を用いて負荷端子体にロックされることができるように形成されている。
【０００６】
以下に述べられるコンポーネントを夫々備えている上述されたパワー半導体モジュールはそれを使用の際に湿度に対する保護が成されていない欠点を有している、これによって特にパワー半導体素子は損傷する可能性がありその結果機能しなくなる可能性がある。そのためにこのパワー半導体モジュールを取り囲んでいるハウジングでパワー半導体モジュール全体を湿度から保護するための手段が設けられなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ１００２２３４１Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１００６５４９５Ａ１
【特許文献３】ＤＥ１０２００４０５０５８８Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、内部の構造を改良したパワー半導体モジュールを提供することである。これにより、少なくとも１つのパワー半導体素子の保護もまた達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、本発明に従い、請求項１の特徴を有する趣旨により解決される。好適実施形態は従属項に述べられている。
【００１０】
少なくとも１つの第１負荷端子体と１つの第２負荷端子体とを有している、上述されたタイプのパワー半導体モジュールは本発明の出発点を成している。第１負荷端子体と第２負荷端子体との間に少なくとも１つのサンドウィッチ部が配され、このサンドウィッチ部は第１金属シリンダとパワー半導体素子と第２金属シリンダとを備えている連続部を有している。サンドウィッチ部のこれらの個々の部分はセンタリング装置を用いて互いに対して同心に配されている。この場合、センタリング装置は、金属シリンダの側面と隣接しているエッジとがセンタリング装置の溝に配されるように、サンドウィッチ部の残りの個々の部分を取り囲んでいる。金属シリンダよりも大きな直径を有しているパワー半導体素子のエッジ領域はこの溝の凹みに配されている。さらに、センタリング装置は、好ましくはシールリップとして形成された、第１負荷端子体と第２負荷端子体とに対するシーリング装置を夫々有しており、シーリング装置はそこで付設されている開口部に配されると好ましく、パワー半導体モジュールの圧力装置により押圧され、これにより密封効果が達成される。
【００１１】
この場合、センタリング装置が伸縮性の持続する材料から形成されるのが好ましく、これによりセンタリング装置のサンドウィッチ部に対する力締結を用いた接続が形成され、サンドウィッチ部の個々の部分もまた互いに対して力締結を用いて接続されている。
【００１２】
制御可能なパワー半導体素子を有しているパワー半導体モジュールの場合、負荷端子体と付設されている金属シリンダとが、制御端子が設けられている側のパワー半導体素子の金属シリンダ側に、制御端子と一列に並んでいる開口部を夫々が有しているのが特に好ましい。
【００１３】
この場合、負荷端子体の開口部は、接触装置とスナップロック接続をするためのアバットメントも接触装置に対する第１シール面も有している。接触装置は同様に第１シール面に対して並行に配されていると好ましい第２シール面を有している。両シール面の間にシールリングが配され、このシールリングはスナップロック接続を用いて押圧され、これにより密封効果が達成される。
【００１４】
これらのパワー半導体モジュールの特に好ましいさらなる形成が実施形態の夫々の説明において述べられる。本発明の解決手段はさらに図１〜５の実施形態に基づいてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】三次元及び横断面で示した、本発明に従うパワー半導体モジュールの図である。
【図２】さらなる、図１による、本発明に従うパワー半導体モジュールのサンドウィッチ部の部分図である。
【図３】簡略化した、センタリング装置の第２実施形態による二次元でのサンドウィッチ部の配置部分図である。
【図４】センタリング装置の第３実施形態による二次元でのサンドウィッチ部の部分図である。
【図５】本発明に従うパワー半導体モジュールの接触装置を配されている負荷端子体部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、三次元図及び横断面図で本発明に従うパワー半導体モジュール（１）を示している。パワー半導体モジュール（１）は、第１負荷端子体（１０）と第２負荷端子体（２０）とを有し、これらの接続体の間に２つのパワー半導体素子（４０）、ここでは２つのサイリスタが配され逆並列接続されている。２つのサイリスタの電気接点接続（７０）は、力締結を用いて２つの負荷端子体（１０；２０）の間の加圧接触接続部により行われる。このために、パワー半導体モジュール（１）はサイリスタごとに夫々複数の皿ばねを備えている４つのねじ接続部（１４）を有している。さらに、ここでは２つの負荷端子体（１０；２０）が、夫々一体となって付設されている冷却装置（１２；２２）と接続している。
【００１７】
このパワー半導体モジュール（１）の２つの負荷端子体（１０；２０）の間に２つのカットアウト部を有しているフレーム型のプラスチック成形体（６０）が配されている。他方、この各カットアウト部において、第１金属端子要素（５０）と、サンドウィッチ部（４０）と、サンドウィッチ部（４０）の個々の部分を同心配置するためのセンタリング装置（９）と、第２端子要素（５２）とから成る連続部が配され、このサンドウィッチ部（４０）としては第１金属シリンダ（図２の４２）とサイリスタ（図２の４４）と第２金属シリンダ（図２の４６）とから成っている。この場合、第１端子要素（５０）と、同様に第１金属シリンダ（図２の４２）とは、サイリスタ（４４）の制御端子面と一直線に並んでいる開口部（３２；３４）を夫々有している。
【００１８】
サンドウィッチ部（４０）のセンタリング装置（９）は、金属シリンダ（図２の４２；４６）の側面がセンタリング装置（９）の溝（図２の９６）に配され且つパワー半導体素子（図２の４４）のエッジ領域がこの溝（図２の９６）の凹み（図２の９８）に配されるように、サンドウィッチ部（４０）の残りの個々の部分を取り囲んでいる。さらに、センタリング装置（９）は第１負荷端子体（１０）と第２負荷端子体（２０）とに対してシーリング装置（図２の９２）を夫々有しており、ここではシーリング装置（図２の９２）は付設されている負荷端子体（１０；２０）に対し平らに接している。設けられているセンタリング装置（９）のシーリング装置（図２の９２）により、負荷端子体（１０；２０）の平面（１６；２６）に対して並行に侵入する可能性のある湿度に対して、付設されているサイリスタ（４４）は保護されている。
【００１９】
サイリスタ（４４）を駆動するために、さらに、負荷端子体（１０；２０）もまた第１端子要素（５０）及び第１金属シリンダ（図２の４２）の開口部（３０）を有し、この開口部（３０）は開口部（３２；３４）と一直線に並んでいる。この開口部（３０）に接触装置（７０）が配されている。この接触装置（７０）は第１端子要素（５０）の表面上にストップエッジ（１６）を備えて位置している。さらに、付設されている負荷端子体（１０；２０）は開口部（３０）に接触装置（７０）を受け止めるために第１シール面（１８）を有している。この第１シール面（１８）は接触装置（７０）の第２シール面（図５の７２）を付設されている。２つのシール面（１８；７２）の間にシールリング（図５の８０）が配されている。設けられている接触装置（７０）のシールリング（図５の８０）により、付設されているサイリスタ（４４）は、付設されている負荷端子体（１０；２２）の開口部（３０）に侵入する可能性のある湿度に対して保護されている。
【００２０】
接触装置（７０）がスナップロック接続によって負荷端子体（１０；２０）に配されていることによりシールリング（図５の８０）が押圧されていればさらに好適である。
【００２１】
図２は、さらに、図１による、本発明に従うパワー半導体モジュール（１）のサンドウィッチ部（４０）部分を示している。この場合、全体を示すためにセンタリング装置（９）は横方向に離間して示されている。実際の形成ではもちろんセンタリング装置（９）はサンドウィッチ部（４０）の残りの個々の部分と２つの金属シリンダ（４２；４６）とパワー半導体素子（４４）とを取り囲んでいる。この場合、センタリング装置（９）は溝（９６）を有しており、この溝（９６）はさらにこの溝（９６）の中心に配されていると好ましい凹み（９８）を備えている。従って、金属シリンダ（４２；４６）の側面はセンタリング装置（９）の溝（９６）に配されており、金属シリンダ（４２；４６）のカバー面は溝（９６）のエッジによってのみわずかに被覆されている。パワー半導体素子（４４）のエッジ領域は、金属シリンダ（４２；４６）より大きな直径を有し、溝（９２）の凹み（９８）に配され、凹み（９８）の底面まで達していないと好ましい。さらに、金属シリンダ（４２；４６）及びパワー半導体素子（４４）の直径が夫々少なくとも１０：１の自身の高さに対する比率を有していると好ましい。
【００２２】
さらに、センタリング装置（９）は第１負荷端子体（１０）と第２負荷端子体（２０）に夫々シーリング装置（９２）を有している。このために、センタリング装置（９）全体は持続性のある伸縮性材料から形成されており、この伸縮性の持続する形成によって自動的にもサンドウィッチ部（４０）に対するセンタリング装置（９）の力締結を用いた接続は成立している。
【００２３】
この実施形態ではセンタリング装置（９）はメニスカス（半月）形状のベース体（９０ａ）を有しており、この凸側に金属シリンダ（４２；４６）及びパワー半導体素子（４４）のための受止め口（９４）が中心に配され、この受止め口（９４）によりシーリング機能はセンタリング装置（９）と機能上分離されている。
【００２４】
図３は、簡略化したセンタリング装置（９）の第２実施形態によるサンドウィッチ部（４０）を配した部分を二次元図で示している。この場合、ベース形状は実質的にはメニスカス形状（９０ａ）であるが、図２のような機能性の特別な分離はない。ここにもまたメニスカスの両端は夫々シーリング装置（９２）を形成している。
【００２５】
これらの端の配置の２つの変形が負荷端子体（１０；２０）において図示されている。図の上部部分では負荷端子体が付設されているシーリング装置（９２）を位置決めするための端子体自身の開口部（３６）を有している。これにより、シールリップとして形成されているシーリング装置（９２）が横方向ストッパを有しているので、誤った位置決めをする危険、これによって誤動作を伴う可能性のある誤った位置決めが減少する利点を有している。
【００２６】
図の下部部分ではシーリング装置（９２）は自身の開口部を付設されていなく、同様に上述された負荷端子体（１０；２０）と付設されている端子要素（５０；５２）とは２つの部分から成るように形成されていない。
【００２７】
図４は、図２と同様に、センタリング装置（９）の第３実施形態によるサンドウィッチ部（４０）部分を二次元図で示している。しかしここではシーリング装置（９２）のベース体は横断面においてメニスカス形状ではなく実質的に円形状（９０ｂ）で構成されている。しかし全機能はこの場合保持されたままである。
【００２８】
図５は、本発明に従うパワー半導体モジュール（１）の接触装置（７０）が配されている負荷端子体（１０；２０）部分を示している。ここでは接触装置（７０）を配するための開口部（３２；３４）を備えている負荷端子体（１０）が図示されている。この開口部（３２；３４）は第１シール面（１８）を有し、この第１シール面（１８）に接触装置（７０）の第２シール面（７２）が付設されている。これらの２つのシール面（１８；７２）の間にシールリング（８０）が配されている。
【００２９】
さらに、接触装置（７０）は制御端子との外部接続に対する差込み接点とパワー半導体素子（４４）の制御端子面と接続するための接点ばね（７４）とを有している。
【符号の説明】
【００３０】
１  パワー半導体モジュール
９  センタリング装置
１０  第１負荷端子体
１２、２２  冷却装置
１４  ねじ接続部
１６  平面、ストップエッジ
１８  第１シール面
２０  第２負荷端子体
２６  平面
３０、３２、３４、３６  開口部
４０  パワー半導体素子、サンドウィッチ部
４２  第１金属シリンダ
４４  パワー半導体素子、サイリスタ
４６  第２金属シリンダ
５０  第１端子要素
５２  第２端子要素
６０  プラスチック成形体
７０  電気接点接続、接触装置
７２  第２シール面
７４  接点ばね
８０  シールリング
９０ａ  ベース体、メニスカス形状
９０ｂ  円形状
９２  シーリング装置
９６  溝
９８  凹み
【図１】
2010123955.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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