(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの半導体コンポーネント（３ａ、３ｂ）を備えている少なくとも１つの基板（１）と、ハウジング（９）と、加圧装置（４）と、外部に接続する負荷接続要素（５０、５２、５４）及び補助接続要素（６、６０、６２）とを有するパワー半導体モジュールにおいて、
基板（１）が、絶縁材料体（１０）を有し、負荷及び補助ポテンシャルを伴った導線路（２ａ、２ｂ）が、パワー半導体モジュールの内部に対向している前記絶縁材料体の第１主面上に配置されていて、
パワー半導体モジュールの内部に対向している前記基板の第１主面が、パワー半導体コンポーネントにより被覆されていない少なくとも２つの領域に配置されている前記導線路（２ａ、２ｂ）の領域に少なくとも２つの導線路（２ａ、２ｂ）の凹部（７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ）を有し、加圧装置（４）が、前記基板に対向する側で少なくとも２箇所にて、前記凹部に割り当てられかつ形状的に合わせる方式及び／又は摩擦による方式で配置されているはめ込み用突起（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）を備え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】
前記加圧装置が、伸縮性のクッション要素（４４）を有し、圧力を導入する圧力要素（４０）とブリッジ要素（４２）との間に配置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】
前記ブリッジ要素（４２）が、部分体であって、この部分体から複数の加圧用指状部分（４２０、４２２、４２４）が前記基板表面の方向に向かって配置され、前記クッション要素（４４）に対向している平坦な部分体を有するプラスチック体として形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】
前記はめ込み用突起（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ）が、円錐台型、又はドーム型、又は円柱型、又は十字型、又はプラットフォーム型であり、前記突起に割り当てられている前記凹部（７ａ、７ｂ、７ｃ）は、前記突起をはめ込むために対応して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。
【請求項５】
前記負荷接続要素（５０、５２、５４）が、部分的に、前記基板表面に対して直角に、前記ブリッジ要素（４２）の溝状に窪んだ部分を介して配置され、前記基板（１）に対向する側に、前記基板上に配置されている前記導線路（２ａ、２ｂ）に対して電気接続するための内部接触装置（５００、５２０、５４０）を有す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６】
前記ハウジング（９）が、前記ブリッジ要素（４２）及び前記少なくとも１つの基板（１）を横方向でフレーム状に取り囲んで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７】
前記圧力を導入する圧力要素（４０）が、パワー半導体モジュールの上側の閉鎖部を形成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】
少なくとも１つの前記負荷接続要素（５０、５２、５４）自体が、前記加圧装置（４）の一部を形成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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベースプレートを有さず、フレーム状の絶縁ハウジングと、少なくとも１つの基板と、押圧力を用いた加圧装置とを有する、コンパクトな加圧接続型パワー半導体モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１から周知のようなパワー半導体モジュールが、本発明の出発点を成している。先行技術によると、このようなパワー半導体モジュールはハウジングから成っている。このハウジングは、この中に配置され、かつ、冷却装置に直接取り付けられるものであることが好ましい、少なくとも１つの電気絶縁された基板を有している。基板に関しては、絶縁材料体から成っており、この絶縁材料体は、この上に位置し、かつ、互いに絶縁されている、複数の構造化された金属導線路と、絶縁材料体上に位置し、かつ、これらの金属導線路と回路に対応した方式により接続されている、パワー半導体コンポーネントとを有している。さらに、周知のパワー半導体モジュールは、内部に配置されている接続要素同様に、外部の負荷及び補助接続要素と接続するための要素を有している。
【０００３】
加圧接続型パワー半導体モジュールは周知であり、同様に特許文献２又は特許文献３にも開示されている。
【０００４】
特許文献１では、パワー半導体モジュールは、圧力を導入するための安定した圧力要素から成る加圧装置を有している。この要素は、重さと安定性の間に好都合なバランスを保ち、そのために、内部に金属中心部を伴っている、成形されたプラスチック体の形態をし、電気絶縁されたブッシングをも有する。さらに、加圧装置は、圧力を蓄えるための伸縮性のあるクッション要素と、基板表面の分割された領域に圧力を導入するためのブリッジ要素とを有している。この場合、伸縮性クッション要素は、様々な熱を有する負荷の下で、かつ、パワー半導体モジュールの全耐用期間を通して、一定の圧力状態を維持するために設けられている。ブリッジ要素は、成形されたプラスチック体の形態をしていることが好ましく、このプラスチック体は、クッション要素に対向している部分を有し、この部分から多数の加圧用指状部分が基板表面方向に加圧される。このような加圧装置は、基板を冷却装置に近接させることにより、基板と冷却装置との間で熱伝達が信頼性をもって永久に成されるように設けることが好ましい。
【０００５】
特許文献３はパワー半導体モジュールを開示しており、負荷接続要素は、基板表面に対して直角に、互いに隣接して対向し、この要素から始まる内部接触装置を有し、導線路と電気接続し、同時に基板に加圧することにより、基板と冷却装置の間に熱的接触が起こることが好ましいような方法で設計されている。この場合、圧力は、例えば先行技術に従う上述した方法を用いて導入される。
【０００６】
このように形成される、ベースプレートを有さないパワー半導体モジュールの欠点は、基板の導線路に対して内部接触装置が圧力を導入して接続する間、電気絶縁された基板は、ベースプレートを有さないために、実装工程においてフレーム状ハウジングに関する回転から免れられないことである。ハウジングに関して基板が回転する過程を引き起こす力の作用は、実装中の基板に損傷を招き、パワー半導体モジュールの性能低下から破損へとつながる可能性がある。
【０００７】
このような、負荷及び補助接続要素としてのバネ状接続要素を有するパワー半導体モジュールのもう１つの欠点は、これらのバネ状接続要素の内部接触装置が、圧力を導入する結果、構造化された導線路を横方向に滑らせ、接続に悪影響を生じ、パワー半導体モジュールの性能を低減させ、極端な場合には、モジュールを完全に破損してしまうという点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＤＥ１９７１９７０３Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１９９０３８７５Ａ１
【特許文献３】ＤＥ１０１２７９４７Ｃ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、加圧装置と、基板とを有するパワー半導体モジュールを提供することにある。基板は、実装工程において回転から防止するために固定され、パワー半導体モジュールは、単純で費用対効果のある生産に対して対応可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、本発明に従う請求項１に記載した特徴ある対策により解決される。好適実施例は従属請求項に記載されている。
【００１１】
本発明の概念は、基板を有するパワー半導体モジュールの必要条件に基づいている。基板は、少なくとも１つのパワー半導体コンポーネントと、ハウジングとを有している。パワー半導体コンポーネントは、回路に対応した方式で配置及び接続されており、ハウジングは、加圧装置と、外部と接続する、負荷接続要素及び補助接続要素とを有している。基板は、絶縁材料体と、負荷ポテンシャルを伴っている構造化された導線路とを有し、導線路は、パワー半導体モジュールの内部に対向している絶縁材料体の主面に配置されている。基板は、パワー半導体コンポーネントを駆動するための、補助ポテンシャルを伴っている構造化された導線路をも有している。
【００１２】
加圧装置は、圧力を導入する圧力要素から成っており、好ましくはブリッジ要素からも成っている。圧力を導入する圧力要素は、同時にハウジングを被覆することが好ましい。ブリッジ要素は、基板上に配置されている導線路に圧力を導入するためのものであり、負荷接続要素を介して溝状に窪んだ部分を有し、基板表面方向を向いた複数の加圧用指状部分をも有していると好ましい。加圧装置は、圧力を蓄え、一定の圧力状態を維持するための、伸縮性のクッション要素をも有していることが好ましい。例えば、圧力を導入する圧力要素及びブリッジ要素は、クッション要素を有していなくともよい。同様に例として、ブリッジ要素は、パワー半導体モジュールのフレーム状ハウジングと一体で形成されてもよい。
【００１３】
パワー半導体モジュールは、負荷接続要素をも有し、この要素は、各々、外内部接触装置を有している成形された金属体の形態をしている。個々の負荷接続要素の各外部接続要素は、基板表面と平行し、かつ一定の距離を設けて配置されることが好ましい。外部接続要素から始まる内部接触装置は、ブリッジ要素の溝状に窪んだ部分を介して、基板表面に対して直角に延び、回路に対応した方式により負荷接続要素の接続を形成することが好ましい。さらなる好適で可能な改良として、負荷及び補助接続要素は、電導性バネ接続要素の形態で配置される。
【００１４】
好ましくは、凹部は、パワー半導体コンポーネントで被覆されていない少なくとも２つの領域の、構造化された導線路の領域の基板上に位置している。そして、凹部に割り当てられたはめ込み用突起は、加圧装置側の少なくとも２箇所に、好ましくは、基板に対向しているブリッジ要素の加圧用指状部分に伴って位置する。これにより、凹部の大部分と、基板に対向する加圧用指状部分側の大部分として、割り当てられたはめ込み用突起とが必要になる。この場合、凹部の深さと、これに伴う凹部に割り当てられたはめ込み用突起の高さは、基板上に配置されている導線路の深さの少なくとも２０％である。さらに、凹部に割り当てられたはめ込み用突起の最大の深さは、基板全体の深さの１００％に制限される。
【発明の効果】
【００１５】
この場合、ハウジングに関する基板の回転が、本発明の概念に従って阻止される結果、容易に、加圧装置を用いて、少なくとも２つの凹部と、従って凹部に割り当てられた少なくとも２つのはめ込み用突起の間に、形状を合わせる方式及び／又は摩擦による方式で、接続を同時に可能にするので、接続要素と基板の間の摩擦による方式による接続には利点となる。
【００１６】
凹部は、導線路を構造化する工程において、容易に生成され得ることも利点である。同様の方法で、好ましくはプラスチック体の形態をしているブリッジ要素を生成する工程において、凹部に割り当てられたはめ込み用突起を、容易に生成することが可能である。
【００１７】
内部接触装置が、基板に対向している側にはめ込み用突起を有し、従って割り当てられた凹部が基板上に配置されている場合、バネ状接続要素の内部接触装置が横方向に滑ることを回避することが可能である点も利点である。
【００１８】
この配置の特に好適な効果を、実施例の各説明で説明する。本発明の解決手段は、図１〜６とともに実施例を用いて、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に従うパワー半導体モジュールの概略図である。
【図２】本発明に従うパワー半導体モジュールの最初の改良点を拡大した、詳細側面図である。
【図３】本発明に従うパワー半導体モジュールの次の改良点を拡大した、詳細側面図である。
【図４】本発明に従うパワー半導体モジュールのさらなる改良点を拡大した、詳細平面図である。
【図５】本発明に従う、ハウジングを有するパワー半導体モジュールの概略図、及び、本発明に従う、部分的な拡大詳細図である。
【図６】本発明に従うパワー半導体モジュールのさらなる改良点を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、ベースプレートを有さず、基板（１）を有している、パワー半導体モジュールの概略を示している。この基板（１）は、絶縁材料体（１０）と、基板上に配置され、構造化された導線路（２ａ、２ｂ）と、この導線路上に配置されているパワー半導体コンポーネント（３ａ、３ｂ）とを有している。さらに、パワー半導体モジュールは、圧力を導入する圧力要素（４０）及びブリッジ要素（４２）を備えている加圧装置（４）を有している。さらに、加圧装置は、圧力を蓄え、圧力状態を一定に維持するためのクッション要素（４４）をも有している。この場合、ブリッジ要素（４２）は、基板に対向している、複数の加圧用指状部分（４２０、４２２、４２４）を有しているプラスチック体から成っていることが好ましい。さらに、パワー半導体モジュールは、ハウジング（９）を有している（この場合、点線を用いて図示されている）。
【００２１】
基板（１）上に配置されている導線路（２ａ、２ｂ）は、負荷及び補助ポテンシャルを有しており、これらのポテンシャルは、外部に接続する負荷接続要素（５０、５２、５４）及び補助接続要素（６０、６２）を、電気的に接続するために用いられる。この場合、配置されている導線路（２ａ、２ｂ）と、負荷及び補助接続要素とを、内部接触装置（５００、５２０、５４０）を用いて、電気的に接続することができる。内部接触装置は、部分的にブリッジ要素の溝状に窪んだ部分を介して、基板表面に直角にはめられる。
【００２２】
本発明に従う、少なくとも２つの凹部（７ａ〜ｄ）は、基板の構造化された導線路上の少なくとも２つの領域に位置しており、半導体コンポーネントによって被覆されていない。例えば、凹部は、円柱型、ドーム型、円錐台型、十字型のものがある（ここでは、区別できるようには図示されていない）。さらに、いくつかの凹部（７ａ、７ｃ、７ｄ）は、配置されている構造化された導線路の厚さの５０％の深さであり、他の凹部（７ｂ）は、基板全体の厚さの７０％の深さである。
【００２３】
本発明に従う、少なくとも２つのはめ込み用突起（８ａ〜８ｄ）は、基板に対向している、少なくとも１つの加圧用指状部分側に位置しており、従って、本発明に従う凹部（７ａ〜ｄ）に割り当てられる。
【００２４】
図２は、本発明に従うパワー半導体モジュールの最初の改良点を拡大した詳細側面図であり、絶縁材料体（１０）と、基板上に配置されている構造化された導線路（２ａ、２ｂ）と、本発明に従う、この場合円錐台型であり、基板の全厚さの７０％の深さを有する凹部（７ａ）とを備えている基板（１）を有している。また、ブリッジ要素（４２）の加圧用指状部分（４２０）も示されており、この加圧用指状部分は、基板表面方向に直角に延び、はめ込み用突起（８ａ）は、凹部（７ａ）に割り当てられ、加圧装置（４、ここでは図示されていない）と連係して、基板の凹部に対して摩擦による方式による接続を成す（図２の右側に示されている）。この場合、はめ込み用突起の深さは、凹部の深さの１００％に達しないで、凹部残余部分（７０）を残している。
【００２５】
図３は、本発明に従うパワー半導体モジュールの次の改良点を拡大した詳細側面図であり、絶縁材料体（１０）と、基板上に配置されている構造化された導線路（２ａ、２ｂ）とを有している。この場合、ブリッジ要素（４２）は、２つのはめ込み用突起（８ｃ）を有している。導線路（２ａ、２ｂ）に遮られている故に存在する２つの凹部は、基板上に形成される。たとえ２つの凹部（７ｄ）が、これらに割り当てられたはめ込み用突起（８ｃ）より幅が広いとしても、２つのはめ込み用突起（８ｃ）の間にはまる導線路（２ｃ）の部分は、２つのはめ込み用突起で、形状的に合わせる方式又は摩擦による方式によって接続される（図３の右側に図示してある）方法により、はめ込み用突起（８ｃ）は、これらの２つの凹部（７ｄ）の中に配置される。
【００２６】
図４は、本発明に従うパワー半導体モジュールの基板（１）の詳細平面図であり、基板上に配置されている構造化された導線路（２ａ、２ｂ）と、導線路が構造化されている領域でのみ図示されている絶縁材料体（１０）とを有している。また、典型的な半導体コンポーネント（３ａ）と、本発明に従う２つの凹部（７ａ、７ｂ）も示されている。これらの凹部は、例として、基板上に配置されている構造化された導線路のうちの１つ（２ａ）の上の、半導体コンポーネントに覆われていない、２つの領域に配置されている。本発明に従う凹部は、ここでの例としては円柱型である。
【００２７】
図５は、本発明に従うパワー半導体モジュールのさらなる改良点を示した概略図であり、フレーム状のハウジング（９）と、絶縁材料体（１０）を備えている基板（１）と、基板上に配置されている構造化された導線路（２ａ、２ｂ）と、導線路上に配置されているパワー半導体コンポーネント（３ａ、３ｂ）とを有している。さらに、負荷接続要素（５０、５２、５４）が、成形された金属体の形態になっており、各要素は、基板表面に平行した帯状部分を有し、積み重なっている。各負荷接続要素は、必要な絶縁（１５、１７）のために互いに間隔を設けている。必要な補助接続要素は、図を明瞭なものにするために、ここには図示していない。
【００２８】
この場合、加圧装置（４）は、基板に圧力を導入する圧力を導入する圧力要素（４０）と負荷接続要素とを有している。この場合、摩擦による方式による接続は、直接、基板（１）の構造化された導線路（２ａ、２ｂ）上の負荷接続要素の内部接触装置を用いてなされる。本発明に従う少なくとも２つの凹部（７ａ、７ｂ）と、この凹部に割り当てられたはめ込み用突起（８ａ、８ｂ）とは、この場合ドーム型である。割り当てられたはめ込み用突起は、導線路に対向している、負荷接続要素（５０、５２、５４）の内部接触装置（５００、５２０、５４０）側に固定されている。
【００２９】
図６は、本発明に従うパワー半導体モジュールのさらなる改良点を示した概略図であり、絶縁材料体（１０）を備えている基板（１）と、基板上に配置されている構造化された導線路（２ａ、２ｂ）と、導線路上に配置されているパワー半導体コンポーネント（３ａ、３ｂ）とを有している。この場合、加圧装置（４）は、圧力を導入する圧力要素（４０）及びブリッジ要素（４２）の形態をしており、ブリッジ要素は、パワー半導体モジュールのフレーム状ハウジング（９）と一体であり、加圧装置は、バネ状接続要素の柔軟性によって、クッション要素を不要とする。さらに、負荷接続要素（５０、５２）及び補助接続要素（６０）は、バネ状接続要素の形態をしており、構造化された導線路に対する電気接続は、内部接触装置（５４）によって形成される。この負荷接続要素は、ブリッジ要素（４２）の溝状に窪んだ部分を介して、基板表面に部分的に直角にはめ込まれる。本発明に従う少なくとも２つの凹部（７ａ、７ｂ）及びこの凹部に割り当てられたはめ込み用突起（８ａ、８ｂ）は、円柱型であり、基板（１）全体の厚さの３０％の深さを有する。
【００３０】
代替として、又は付加として、はめ込み用突起（８０ａ、８０ｂ）は、バネ状である負荷接続要素（５０）と構造化された導線路の間の内部接続部分に固定されるので、はめ込み用突起は、交互に、形状的に合わせる方式及び摩擦による方式で、突起に割り当てられた対応する導線路上の凹部（７０ａ、７０ｂ）に接続される。ここに示されているバネの設計では、これらのはめ込み用突起（８０ａ、８０ｂ）は、バネ体が伸びている状態であるとよい。図示されていないが、例えば金属線で形成されているらせん状のバネの場合、内部接続部分は、まっすぐな線の状態であり、これ自体ではめ込み用突起を形成するとよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  基板
２ａ、２ｂ  構造化された導線路  
３ａ、３ｂ  パワー半導体コンポーネント  
４  加圧装置
９  ハウジング
１０  絶縁材料体
１５、１７  必要な絶縁
４０  圧力を導入する圧力要素
４２  ブリッジ要素
４４  クッション要素
４２０、４２２、４２４  加圧用指状部分
５０、５２、５４  負荷接続要素
５００、５２０、５４０  内部接触装置
６、６０、６２  補助接続要素
７ａ〜７ｄ、７０ａ、７０ｂ  凹部
７０  凹部残余部分
８ａ〜８ｄ、８０ａ、８０ｂ  はめ込み用突起
【図１】
0005577029.tif 000002
【図２】
0005577029.tif 000003
【図３】
0005577029.tif 000004
【図４】
0005577029.tif 000005
【図５】
0005577029.tif 000006
【図６】
0005577029.tif 000007