(57)【要約】【課題】ハウジングと、交互に設けられた連続層として構成されている第１接触要素と、外部接触のための第２接触要素とを有するパワー半導体モジュールを紹介する。【解決手段】第１接触要素（６）が、交互に設けられた連続層として配置されていて、第２接触要素（４）と接触するための第１接触部分（６８）を有し、第２接触要素（４）が、パワー半導体モジュール（１）の内部に配置されていて第１接触部分（６８）と接触するための第２接触部分（４０）と、ハウジング（３）の外面（３６）を通じて延びている外部接触のための第３接触部分（４２）とを有し、第１接触要素（６）の第１接触部分（６８）と第２接触要素（４）の第２接触部分（４０）との間には中空空間（５）が形成されていて、この中空空間（５）内に導電充填材（５０）が設けられていること。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１０）と、ハウジング（３）と、ハウジング（３）内部の少なくとも１個の第１接触要素（６）であってこの接触要素に付設の少なくとも１個の支持部（３２）を備えた第１接触要素（６）と、少なくとも１個の第２接触要素（４）とを有するパワー半導体モジュール（１）において、
第１接触要素（６）が、少なくとも１個の第１層（６０、６４）と少なくとも１個の絶縁層（６２）とを用いて交互に設けられた連続層として配置されていて、
第１接触要素（６）が、第２接触要素（４）と接触するための少なくとも１個の第１接触部分（６８）を有し、
第２接触要素（４）が、パワー半導体モジュール（１）の内部に配置されていて第１接触部分（６８）と接触するための少なくとも１個の第２接触部分（４０）と、ハウジング（３）の外面（３６）を通じて延びている外部接触のための少なくとも１個の第３接触部分（４２）とを有し、
ハウジング（３）が、第２接触要素（４）の第３接触部分（４２）に付設されていてハウジング（３）の外面（３６）へと達する通過案内部（３４）を有し、
第１接触要素（６）の第１接触部分（６８）と第２接触要素（４）の第２接触部分（４０）との間には中空空間（５）が形成されていて、この中空空間（５）内に導電充填材（５０）が設けられていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
第２接触要素（４）がハウジング（３）と永続的に固定接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
第２接触要素（４）とハウジング（３）と永続的な接続が、ハウジング材料を用いた第２接触要素（４）の部分的な包囲成形により、又はハウジング（３）と第２接触要素（４）の間の接着接続部を用いて構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項４】
導電充填材（５０）がロウ材（５０ａ）として又は導電接着剤（５０ｂ）として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項５】
中空空間（５）が漏斗形状又はくさび形状で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項６】
漏斗形状又はくさび形状の中空空間（５）の開口部が基板（１０）の方向に構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項７】
中空空間（５）が、導電充填材（５０）を受けるための蓄積物（５２）を有することを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項８】
導電充填材（５０）が、ポケット形状の中空空間（５）の容積を１００として少なくとも５０の割合の充填容積を有することを特徴とする、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項９】
支持部（３２）がハウジング材料から一体式に形成されていることを特徴とする、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、交互に設けられた連続層として構成されていてパワー半導体素子の負荷端子及び制御端子を電気接続するための第１接触要素と、外部接触のための第２接触要素とを有する、ハウジングを備えたパワー半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１又は特許文献２から知られているパワー半導体モジュールが本発明の出発点を形成する。特許文献１は、絶縁中間層を備えた第１導電フォイルと第２導電フォイルのフォイル結合体から成るパワー半導体素子用接触要素を開示している。そのパワー半導体素子は超音波溶接を用いて第１導電層と永続的に確実に電気接続されている。パワー半導体素子におけるモジュール内部の回路に適した接続部（負荷端子も制御端子も含む）がここで公開されているが、特許文献１では外部の結合部に対する負荷接続部及び制御接続部の詳細は開示されていない。
【０００３】
特許文献２は、ハウジングと、基板と、特許文献１から知られているフォイル結合体としての接触要素とを備えたパワー半導体モジュールを開示し、ここでフォイル結合体は、定義された個々の部分をもってハウジング内の案内部分を通じてハウジングの外面へと達し、そこで外部の導体プレート（プリント回路板）と負荷端子及び制御端子の接続が保証されている。
【０００４】
この際、外部の導体プレートに対する接触部がロウ付け接続部を用いて構成されていることは短所であり、ロウ付け接続部は、第１接触要素の高い柔軟性に基づき、ロウ材を取り除いて接触部を新たにロウ付けする際、この第１接触要素が新たに装着され、接触面を有する外部の導体プレートの回路トポロギーに応じて新たに方向付けされなくてはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第10355925号明細書
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第102006078013号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の基礎を成す課題は、ハウジングと、交互に設けられた連続層として構成されている第１接触要素と、外部接触のための第２接触要素とを有するパワー半導体モジュールを紹介することであり、このパワー半導体モジュールは簡単に製造されるべきであり、パワー半導体モジュールの第２接触要素と第１接触要素の信頼性のある接触を可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題は、本発明に従い、請求項１の構成要件の措置により解決される。有利な実施形態は下位請求項に記載されている。
【０００８】
本発明の思想は、ハウジングと、第１導体パス（導電トラック）を備えた少なくとも１個の基板と、それらの導体パス上に回路に適して配置されたパワー半導体素子とを有するパワー半導体モジュールから出発する。
【０００９】
更にこのパワー半導体モジュールは少なくとも１個の第１接触要素を有し、この際、この第１接触要素は、少なくとも１個の導電層と少なくとも１個の絶縁層からの交互に設けられた連続層から成る。少なくとも１個の導電層はそれ自体が構造化されていてそれにより第２導体パスを形成し、これらの導体パスは回路に適してパワー半導体素子の負荷端子面及び制御端子面と接触する。第１接触要素の第１接触部分は、ハウジング内に配置されていて第１接触要素に対応して付設されている支持部を用い、パワー半導体モジュールの内部で適合（アジャスト）されて支持される。この際、支持部をハウジング材料から一体式に形成することは有利であり得る。更に第１接触要素の適合及び支持のために支持部がハウジングの側壁と角度を成していると有利である。
【００１０】
更にこのパワー半導体モジュールは少なくとも１個の第２接触要素を有し、この第２接触要素は、好ましくはハウジングと固定接続されていて、ハウジング内に配置されている通過案内部を通じてハウジングの外面へと達し、そこで例えば外部の導体プレートとの外部接触のために用いられる。この際、第２接触要素はパワー半導体モジュールの内部で第２接触部分を形成し、この第２接触部分は、第１接触要素の第１接触部分との本発明に従う導電接続部により、パワー半導体素子と外部接触部との間の導電接続部の意味において回路に適した接触部を可能にしている。この際、第２接触要素は第３接触部分を形成し、この第３接触部分はそれに付設のハウジング内の通過案内部を通じてハウジングの外面へと達する。
【００１１】
この際、本発明に従い、付設の支持部に設けられた第１接触要素と、案内部分に設けられた第２接触要素との間には中空空間が形成されていて、この中空空間内には、好ましくはロウ材である導電充填材が取り入れられる。この際、発生する中空空間は支持部の配置により好ましくはくさび形状に構成されているが、同様にほぼ漏斗形状にも構成され得る。中空空間の形成により、本発明に従い、交互に設けられた連続層として構成されていてそれにより柔軟である第１接触要素が確実に支持され、同時に第２接触要素に対する信頼性のある導電接続部を形成することは有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術に従い外部の導体プレートが配置されたパワー半導体モジュール並びにその部分領域の拡大図を示す断面図である。
【図２】外部の導体プレートが配置された本発明に従うパワー半導体モジュールの構成を示す部分断面図である。
【図３】本発明に従うパワー半導体モジュールを示す３次元の側面俯瞰部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の解決策を図１〜図３の実施例に基づき更に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、従来技術に従う装置の構成を示していて、パワー半導体モジュール（１）と、接続装置（２）と、外部の導体プレート（７：プリント回路板）とを備えている。構造の見易さのために冷却体（１８）が図示されている。
【００１５】
このパワー半導体モジュール（１）は電気絶縁式の基板（１０）を包囲するハウジング（３）を有する。基板（１０）は、好ましくは酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムのような絶縁セラミックであるベースボディを有する。基板（１０）は、パワー半導体モジュール（１）の内部側の第１主面上にそれ自体が構造化されている導体パス（１２：導電トラック）を有する。基板（１０）のこれらの導体パス（１２）上にはパワー半導体素子（１４）が配置されていて回路に適して第１接触要素（６）を用いて接続されていて、この第１接触要素（６）は交互に設けられた連続層から形成されている。この連続層は、その詳細が図１の拡大図内で示されているが、導電性で各々それ自体が構造化されていてそれにより導体パスを形成する第１層（６０）及び第２層（６４）と、これらの層の間に配置されている絶縁層（６２）とから形成される。この際、第１導電層（６０）は点溶接接続部（６０２、６０６）を用いて回路に適してパワー半導体素子（１４）と接触している。更に第１接触要素（６）はハウジング（３）内の案内部分（３４）を通じてハウジング（３）の外面（３６）へと通じ、そこで、外部の導体プレート（７）との負荷接触及び制御接触（７２）のために適切に構成された接触部分（６６０、６６２）を形成し、それらの接触はロウ付け接続部を用いて構成されている。
【００１６】
図２は本発明に従うパワー半導体モジュールの第１構成の部分断面図を示していて、図１のものと同じ構成要素については説明を省くものとする。第１接触要素（６）と共にパワー半導体モジュール（１）の左側が断面図として示されていて、その第１接触要素（６）はフレーム状のハウジング（３）の内部に配置されていて、回路に適してパワー半導体素子（１４）と接触（６０ａ）している。更に第１接触要素（６）には、一体式にハウジング（３）から形成されている支持部（３２）が付設されていて、この支持部（３２）は第１接触要素（６）の第１接触部分（６８）を支持し、フレーム状のハウジング（３）の側面（３８）とほぼ１５°の角度を成している。
【００１７】
更に第２接触要素（４）が図示されていて、この第２接触要素（４）はパワー半導体モジュール（１）の内部に配置されていて、そこで第２接触部分（４０）を形成している。更に第２接触要素（４）はハウジング（３）内の通過案内部（３４）を通じてハウジング（３）の外面（３６）へと達し、そこで第３接触部分（４２）を形成し、この第３接触部分（４２）は外部の導体プレート（７）との接触のために用いられ、この際、外部の導体プレート（７）との回路に適した接続部は、従来技術に従い、好ましくは差込みロウ付け取付け方式を用いて行われるが、それに制限されることはなく表面ロウ付け取付け方式を用いても行われ得る。
【００１８】
第２接触要素（４）は、ハウジング材料を用いた部分的な包囲成形（オーバーモールド）によりハウジング（３）と固定接続されている。第１接触要素（６）と第２接触要素（４）の配置により第１接触要素（６）の第１接触部分（６８）と第２接触要素（４）の第２接触部分（４０）はハウジング（３）の内部にほぼくさび形状の中空空間（５）を形成する。この際、この中空空間（５）の開口部は基板（１０）の方向に向かい、ロウ材（５０ａ）を受け入れるために用いられ、このロウ材（５０ａ）は導電充填材（５０）として第１接触要素（６）と第２接触要素（４）の間の接触部を確立する。基板（１０）に対して反対方向に配置されている中空空間（５）の閉終端面は小容積の蓄積物（５２：蓄積デポー）を有し、この蓄積物（５２）は第１接触部分（６８）をその終端面において包囲し、それにより接触の信頼性を最適化している。ロウ材（５０）は中空空間容積を１００として７５の割合で全中空空間を充填している。
【００１９】
更に冷却体（２）との取付けのための捩込み接続部（８）が図示されている。この際、パワー半導体モジュール（１）のハウジング（３）は、捩込み接続部（８）を受容するためのものであり突出し一体式に構成されている第１材料部分（３０）を有する。この突出した第１材料部分（３０）と冷却体（２）は各々互いに一直線上に並ぶ孔（３００、３０２）を有し、これらの孔は捩込み接続部（８）を受容するために用いられる。
【００２０】
図３は、寸法どおりではないが本発明に従う装置の他の構成を、冷却体と基板を伴わない３次元の左部分俯瞰図として示している。上記のものと同じ構成要素については説明を省くものとする。ハウジング（３）の左側の側壁（３８ａ）と前側の側壁（３８ｂ）並びに中間壁（３８ｃ）が図示されている。更に各々のパワー半導体素子（１４ａ、１４ｂ）と各々の第１接触部分（６８ａ、６８ｂ）を備えた各々の第１接触要素（６ａ、６ｂ）並びに各々の第２接触要素（４ａ、４ｂ）が図示されていて、本発明に従う各々の中空空間（５ａ、５ｂ）が形成されている様子が見てとれる。この際、導電充填材（５０）は銀導電接着剤（５０ｂ）であり、この銀導電接着剤（５０ｂ）は中空空間（図示不可）の容積を１００として５０の割合で充填する。各々の第１接触要素（６ａ、６ｂ）の各々の第１接触部分（６８ａ、６８ｂ）はハウジング（３）の左側の側壁（３８ａ）に対して５°の角度を成している。第２接触要素（４ａ、４ｂ）の各々の第２接触部分は、接着接続部を用い、ハウジング（３）の側壁（３８ａ）に対するそれらの各々の接触面において並びにハウジング（３）からの通過案内部でハウジング（３）の外面（非図示）において永続的にハウジング（３）と接続されている。第２接触要素（４ａ、４ｂ）はそれに付設のハウジング（３）内の通過案内部から、ハウジング（３）の外面において各々の第３接触部分（４２ａだけが図示）を形成している。
【符号の説明】
【００２１】
１                        パワー半導体モジュール
２                        接続装置
３                        ハウジング
３０                      第１材料部分
３２                      支持部
３００、３０２            孔
３４                      第１案内部分
３６                      外面
３８                      側面
３８ａ、３８ｂ            側壁
３８ｃ                    中間壁
４、４ａ、４ｂ            第２接触要素
４０                      第２接触部分
４２、４２ａ              第３接触部分
５、５ａ、５ｂ            中空空間
５０                      導電充填材
５０ａ                    ロウ材
５０ｂ                    銀導電接着剤
５２                      蓄積物
６、６ａ、６ｂ            第１接触要素
６０                      第１導電層
６０ａ                    パワー半導体素子との接触箇所
６０２、６０６            点溶接接続部
６２                      絶縁層
６６０、６６２            接触部分
６４                      第２導電層
６８、６８ａ、６８ｂ      第１接触部分
７                        外部の導体プレート
７２                      負荷接触部及び制御接触部
８                        捩込み接続部
１０                      基板
１２                      導体パス
１４、１４ａ、１４ｂ      パワー半導体素子
１８                      冷却体
【図１】
2010034558.tif 000003
【図２】
2010034558.tif 000004
【図３】
2010034558.tif 000005
【外国語明細書】
2010034558000001.pdf
2010034558000002.pdf
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2010034558000004.pdf