(57)【要約】      （修正有）【課題】確実で耐久性のある電気接続を実現し、簡単な組立が可能である、パワー半導体素子及び／又は基板の補助端子用の外側の端子要素を備えたディスクセルのパワー半導体モジュールを提供する。【解決手段】補助端子１００の外側の端子要素がハウジング３００を貫き通っていて、内部ではピン状の金属成形部材として形成されている。補助端子１００が、パワー半導体素子２００の補助端子コンタクト部におけるコンタクト装置１４０と、導電性の接続要素１２０と、部分的に締付ディスク１１４として形成されているコンタクト要素１１０とから形成され、締付ディスク１１４が、外側の端子要素のピン状の金属成形部材上に配設されている。【選択図】図１
2006165536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（３００）と、このハウジング（３００）の内部に配設されている少なくとも１つのパワー半導体素子（２００）と、少なくとも２つの負荷端子（１９０）と、少なくとも１つの補助端子（１００）とを備えたパワー半導体モジュールにおいて、
少なくとも１つの補助端子（１００）が、パワー半導体素子（２００）及び／又は基板から出発し、付設の外側の端子要素（３１０）において終端し、
少なくとも１つの補助端子（１００）の少なくとも１つの外側の端子要素（３１０）がハウジング（３００）を貫き通っていて、内部ではピン状の金属成形部材として形成されていて、
補助端子（１００）が、パワー半導体素子（２００）又は基板の補助端子コンタクト部におけるコンタクト装置（１４０）と、導電性の接続要素（１２０）と、部分的に締付ディスク（１１４）として形成されているコンタクト要素（１１０）とから形成され、
締付ディスク（１１４）が、外側の端子要素（３１０）のピン状の金属成形部材上に配設さ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】
コンタクト要素（１１０）が、ワイヤ要素（１２２）として構成されている接続要素（１２０）との圧着接続のためのクリンプ端子（１１２）と、複数の立設された締付リップ（１１６）を備えた外側のリング（１１８）として構成されている締付ディスク（１１４）とを備えた金属成形部材と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３】
締付リップ（１１６）が、外側のリング（１１８）により形成されている平面からパワー半導体モジュールの内部の方向に前曲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】
パワー半導体素子（２００）の補助端子コンタクト部におけるコンタクト装置（１４０）が、コンタクトピン（１２４）を固定するためのプラスチック成形部材と、コンタクトピン（１２４）をパワー半導体素子（２００）の補助端子コンタクト部と押付コンタクト式で接続させるためのバネ要素と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５】
パワー半導体モジュールがディスクセルとして形成されていて、外側の端子要素を備えたそのハウジング（３００）が気密密閉式で形成されていて、基板が補助ボードとしてハウジング（３００）の内部に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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明では、パワー半導体モジュール内に配設されているパワー半導体素子の補助端子コンタクト部が外側の端子要素と確実に内部接続されるパワー半導体モジュールが提案される。様々な構成のパワー半導体モジュールが知られていて、これらは例えば、基板を備え、この基板上に配設された複数のパワー半導体素子を備え、またこれらを取り囲むプラスチックハウジングを備えている。部分的にこの種のパワー半導体モジュールは金属性のベースプレートも有している。同様にディスクセルが知られていて、これらは気密密閉式のハウジングを備え、多くの場合、ディスクセルの内部には１つだけの個々の半導体素子を備えている。提案される構成は全ての種類のパワー半導体モジュールに適するが、特にディスクセルにおいて格別の長所を有する。
【背景技術】
【０００２】
従って本発明は、以前から知られている従来技術であり且つ多岐に渡って製造されるディスクセルを例としても説明される。この種のディスクセルは例えば特許文献１から見てとれ、ハウジングとして円筒形状の絶縁材料体を有している。このハウジング内には少なくとも１つのパワー半導体素子、例えばパワーダイオード又はパワートランジスタ又はパワーサイリスタが配設されている。ここで本発明は、主に、ディスクセルの内部に被制御式パワー半導体素子を備えたディスクセルに関するものと言える。
【０００３】
従って補助端子（補助ターミナル）としては、主にパワー半導体素子の制御端子（ゲート端子）の接続部と理解されるが、同様に、補助エミッタ端子、又は、パワー半導体モジュール内に組み込まれているセンサ用の端子もその概念に包含されている。
【０００４】
ディスクセルの補助端子は、従来技術によると、補助端子をパワー半導体素子の補助端子コンタクト部と接続させるコンタクト装置と、接続要素と、通常はハウジングの通過コンタクトによる、外部の端子要素との接続のためのコンタクト要素として構成されている。
【０００５】
補助端子をパワー半導体素子の補助端子コンタクト部と接続させるコンタクト装置は、材料接合式の接続（接続すべき構成要素をそれらの材料を介して互いに接合させること、例えば、接着、ロウ付け、溶接など）、多くの場合はロウ付け接続により、又は、材料結束式の接続（接続すべき構成要素を外力により互いに結束させること、例えば、載置、ネジ固定、プレスなど）、多くの場合は押付コンタクト（プレッシャーコンタクト）により構成されている。ロウ付け接続は通常は不利であり、その理由はロウ付け接続部が他の接続技術と比べ最も少ない耐久性を有するためである。押付コンタクト式の接続は多数のバリエーションで知られていて、この際、比較的新しいバリエーションは未だ公開されていない特許文献２で開示される。
【０００６】
このコンタクト装置から出発し、補助端子は、多くの場合、電気絶縁されているワイヤ要素から成り、このワイヤ要素は、端子要素にロウ付け（半田付け）又は溶接されている。この際、溶接接続はより大きな耐久性の長所を有する。全ての材料結束式の解決策は、その製造により、ディスクセルの内部、特に狭く隣接された負荷端子コンタクト部の一部が汚染され、それにより耐久性が損なわれるという短所を有する。更にロウ付け接続は、外部端子におけるロウ付け接続部の製造により内部のロウ付け接続部が溶解してしまうという短所を有する。
【０００７】
基板を備えたパワー半導体モジュールのためには同様に、補助端子が、パワー半導体素子又は基板の導体パスから出発し、確実で耐久性のある電気接続部として構成されていることが必要不可欠である。
【０００８】
【特許文献１】DE 101 32 169 A1
【特許文献２】DE 10 2004 050 588
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の基礎を成す課題は、確実で耐久性のある電気接続を実現し、簡単な組立が可能である、パワー半導体素子及び／又は基板の補助端子用の外側の端子要素を備えたパワー半導体モジュール、好ましくはディスクセルを紹介することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
本発明に従うパワー半導体モジュールは、ハウジングと、このハウジングの内部に配設されている少なくとも１つのパワー半導体素子と、少なくとも２つの負荷端子と、少なくとも１つの補助端子とを有する。ディスクセルとして形成されているパワー半導体モジュールにおいて、特に好ましくは、外側の端子要素を備えたそのハウジングが気密密閉式で形成されている。
【００１２】
更にこのパワー半導体モジュールは、パワー半導体モジュールから、好ましくはその制御端子コンタクト部（ゲート端子コンタクト部）から出発し、少なくとも１つの補助端子を有する。選択的にこの補助端子は基板からも出発し得る。各々の補助端子は、それに付設の外側の端子要素において終端し、この際、各々の外側の端子要素はハウジングを貫き通っている。この際、ハウジングの内部においてこの端子要素はピン状の金属成形部材として形成されている。
【００１３】
補助端子自体は、先ずはパワー半導体素子の補助端子コンタクト部、或いは、基板の対応する端子コンタクト部におけるコンタクト装置により形成され、導電性の接続要素を用いて更に進み、部分的に締付ディスクとして形成されているコンタクト要素内で終端している。この際、その締付ディスクは、外側の端子要素のピン状の金属成形部材上に配設されている。
【００１４】
コンタクト要素は、好ましくは電気絶縁されているワイヤ要素として構成されている接続要素との圧着接続のためのクリンプ端子を備えた金属成形部材として形成されている。締付ディスクは、複数の立設された締付リップ、好ましくは３つ又は５つの立設された締付リップを備えた外側のリングとして形成されている。
【００１５】
パワー半導体素子の補助端子コンタクト部におけるコンタクト装置は、好ましくは、コンタクトピンを固定するためのプラスチック成形部材として、及び、コンタクトピンをパワー半導体素子の補助端子コンタクト部と押付コンタクト式で接続させるためのバネ要素として形成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の思想を図１から図３の実施形態に基づき更に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明に従うパワー半導体モジュール、ここではディスクセルの内部を覗き込んだ図を示している。セラミックハウジング（３００）が描かれていて、この中にはパワー半導体素子（２００）、ここでは特にパワーサイリスタが配設されている。パワーサイリスタ（２００）は、中央に置かれている補助端子コンタクト部、ここでは制御端子コンタクト部（ゲート端子コンタクト部）を有する。残りの面は、負荷コンタクト部、ここではカソードコンタクト部として機能する。ここで外部へのその負荷端子は図示されてないが、実質的に従来技術に対応し、つまり補助端子（１００）を配設するための凹部を有するものである。
【００１８】
補助端子（１００）自体は、コンタクト装置（１４０）と、導電性の接続要素（１２０）と、部分的に締付ディスク（１１４）として形成されているコンタクト要素（１１０）とから構成される。この際、接続要素（１２０）は、引き続き接続されているワイヤ要素（１２２）を備えたコンタクトピン（１２４）として形成されている。コンタクトピン（１２４）はコンタクト装置（１４０）を用いて取付固定され案内されている。このコンタクト装置（１４０）はプラスチック成形体（１４４）とバネ要素（１４２）とから構成されている。コンタクトピン（１２４）は次のように形成されている、即ち、ディスクセルの組立後にコンタクト装置（１４０）上に押圧力が加えられ、このコンタクト装置（１４０）がコンタクトピン（１２４）をパワー半導体素子（２００）の補助端子コンタクト部上に押し付け、それにより補助端子（１００）が確実に耐久性をもって電気コンタクトされるようにである。
【００１９】
補助端子（１００）の第２端部はコンタクト要素（１１０）を形成する。コンタクト要素（１００）は、クリンプ端子（１１２）を有する金属成形部材として形成されている。それによりワイヤ要素（１２２）が圧着接続部を用いて電気接続されている。コンタクト要素（１１０）は更に締付ディスク（１１４）を有し、締付ディスク（１１４）は外側の端子要素のピン状の金属成形部材上に配設されている。
【００２０】
図２は図１に示したディスクセルの真中を通じる断面図を示している。同様に円筒状のハウジング（３００）が描かれていて、ハウジング（３００）の外側の表面は電気安全性の理由から波形状に形成されている。ハウジング（３００）は外側の端子要素（３１０）を有する。この端子要素（３１０）はハウジング（３００）の内部でピン状の金属成形部材として形成されている。ここでアノードの主端子要素（１９０）は金属性のシリンダとして形成されていて、このシリンダ上に金属性の他のディスク、好ましくはモリブデンから成るディスクが配設され、その上にパワー半導体素子（２００）が配設されている。
【００２１】
パワー半導体素子（２００）の補助端子コンタクト部を外側の端子要素（３１０）と接続させる補助端子（１００）は、前記のようにコンタクト装置（１４０）と導電性の接続要素（１２０）とコンタクト要素（１１０）とから形成される。また外側の端子要素（３１０）のピン状の金属成形部材上におけるコンタクト要素（１１０）の配置構成もここでは描かれている。
【００２２】
補助端子（１００）の本発明に従う構成により、補助端子（１００）は外側の端子要素（３１０）の領域でディスクセルの内部空間内に突出するがその程度は極めて僅かであり、それにより非図示であるカソードの負荷端子要素のためのスペースが十分に残されている。この負荷端子要素を用い、コンタクト装置（１４０）のプラスチック成形体（１４４）がパワー半導体素子（２００）の方向に押し付けられる。それによりバネ要素（１４２）を用い、コンタクトピン（１２４）上に押圧力が加えられ、コンタクトピン（１２４）はそれによりパワー半導体素子（２００）の補助端子コンタクト部と電気的に確実に耐久性をもって接続されている。
【００２３】
補助端子（１００）は、上記の構成に対して選択的に、補助ボードとしてハウジングの内部に形成されている基板から出発することもできる。その際、この基板は少なくとも１つの金属性の表面を有し、この表面は半導体素子の制御端子とワイヤボンディング接続部を用いて導電接続されている。
【００２４】
図３は本発明に従うコンタクト要素（１１０）を俯瞰図並びに３次元図として示している。コンタクト要素（１１０）は補助端子（１００）を外側の端子要素（３１０）と接続させる構成要素である。コンタクト要素（１１０）は、ワイヤ要素として構成されている接続要素（１２０）との圧着接続のためのクリンプ端子（１１２）と、締付ディスク（１１４）とを備えた金属成形部材として形成されている。締付ディスク（１１４）は、好ましくは３つ又はここでは非図示であるが５つの立設された締付リップ（１１６）を有する。締付ディスク（１１４）の中央穴の直径は、好ましくは０.１ｍｍから０.５ｍｍまでの分、外側の端子要素（３１０、図１参照）のピン状の金属成形部材の直径よりも小さい。
【００２５】
締付リップ（１１６）が、外側のリング（１１８）により形成されている平面からパワー半導体モジュールの内部の方向に前曲されていると特に有利である。この際、その平面に対する締付リップ（１１６）の角度のタンジェントが、外側の端子要素（３１０）のピン状の成形部材の材料と締付ディスク（１１４）の材料との間の滑り摩擦係数よりも小さいと特に有利であると分かっている。その際、前記の前曲の角度領域は、この限界角度とその半分との間に位置する。それにより、外側の端子要素（３１０）のピン状の金属成形部材上の組立が簡素化され、滑り落ちが確実に防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ディスクセルの３次元図を示す図である。
【図２】ディスクセルの真中を通じる断面を示す図である。
【図３】補助端子を外側の端子要素と接続させる本発明に従うコンタクト要素を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１００    補助端子
１１０    コンタクト要素
１１２    クリンプ端子
１１４    締付ディスク
１１６    締付リップ
１１８    リング
１２０    接続要素
１２２    ワイヤ要素
１２４    コンタクトピン
１４０    コンタクト装置
１４２    バネ要素
１４４    プラスチック成形体
１９０    主端子要素
２００    パワー半導体素子（パワー半導体デバイス）
３００    セラミックハウジング
３１０    端子要素
【図１】
2006165536.tif 000003
【図２】
2006165536.tif 000004
【図３】
2006165536.tif 000005