(57)【要約】  電力半導体回路は、薄型モジュールの形式で備えられた電力半導体モジュール（２）を含んでいる。その結果生じた設計の可能性を利用し、自動化可能な生産と特別な省スペース設計を有する電力半導体回路を提供するため、薄型モジュールは、その基板（１１）を介して、熱伝導性の接着剤（２０）によって、冷却要素（５）としての役割を果たす熱伝導ベースプレートの上に直接接着される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上（１１）に少なくとも１つの電子電力装置が配置された薄型組立品の形式の電力半導体モジュール（２、３）であって、該少なくとも１つの電子電力装置にはラミネートされたフィルム（１２）のパッドと接触する上面に接触領域を備えている薄型組立品の形式の電力半導体モジュールを含み、
上記基板（１１）は、冷却要素（５）としての役割を果たす熱伝導性のベースプレート（１）に直接固定されている電力半導体回路。
【請求項２】
上記基板（１１）は、セラミック基板であり、そのセラミックの裏面が上記ベースプレート（１）に接着剤によって接着された請求項１に記載の電力半導体回路。
【請求項３】
上記ベースプレート（１）は空冷式放熱器（５）である請求項１または２に記載の電力半導体回路。
【請求項４】
上記ベースプレートは液冷冷却設備である請求項１または２に記載の電力半導体回路。
【請求項５】
上記基板（１１）の上面（１０）には高電流を伝導する金属被覆が蒸着されている上記請求項のいずれか１項に記載の電力半導体回路。
【請求項６】
複数の電力半導体モジュール（２、３）は個別に放熱する電力半導体を含み、ベースプレート（１）の上面（４）に分散して配置されている上記請求項のいずれか１項に記載の電力半導体回路。
【請求項７】
上記基板（１１）は、熱伝導性のベースプレート（１）に熱伝導性の接着剤（２０）によって直接接着されている上記請求項のいずれか１項に記載の電力半導体回路。
【請求項８】
プリント回路基板（２５）および／または組立品（２６）および／または接触要素（３２）および／または受動素子（３０）および／または接触用の要素（１５、２９）が上記ベースプレート（１）の上面（４）に分散して配置されている上記請求項のいずれか１項に記載の電力半導体回路。
【請求項９】
プリント回路基板（２５）および／または組立品（２６）および／または接触要素（３２）および／または受動素子（３０）および／または接触用の要素（１５、２９）が上記ベースプレートに、直接または間接的に固定されている請求項８に記載の電力半導体回路。
【請求項１０】
電力半導体回路の製造方法であって、
基板（１１）の上面に接触領域を備えた少なくとも１つの電子電力装置が配置され、
上記少なくとも１つの電子電力装置の上記接触領域と接触するためのパッドを備えたフィルム（１２）がラミネートされ、
熱伝導性接着ボンドを用いて、上記ベースプレート（１）に、上記基板（１１）の裏面を直接接続することによって、熱伝導性のベースプレート（１）に上記基板（１１）が取り付けられ、
薄型設計の他の回路（２６）および／または接着接触部を備えた装置（３０）は、上記ベースプレート（１）に接着剤によって接着され、上記回路（２６）および／または装置（３０）がフィルム（１２）上に形成されたパッド（１３、１４）に接続される電力半導体回路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、電力半導体技術に関する。本発明は、コンバータ回路用の電力半導体回路および該回路の製造方法に関する。
【０００２】
ＥＰ  ０  ９０１  １６６  Ａ１において開示されている電力半導体回路においては、従来技術を用いて電力半導体モジュールが設計されている。１つ以上の個別の例えばＩＧＢＴｓ（以下では電力半導体と称される）などの電力半導体要素は、はんだ層および金属被覆を介して窒化アルミニウム基板の最上面に接続される。上記基板の裏面は、リブ付き放熱器の形式の冷却装置に一体化されている。
【０００３】
ラミネーション手法を用いて薄型モジュール形状へと向かうモジュール構造の新しい傾向は、例えば、アドバンシングマイクロエレクトロニクス２００３年９月／１０月号のレイ・フィリオン他による「高性能ポリマー薄膜パワーエレクトロニクスパッケージング技術」という論文に記載されている。
【０００４】
そのようなモジュールを製造するために、例えば接触領域を有する装置を備えた基板が提供され得る。この場合、比較的薄いフィルム上に形成されたパッドと上記接触領域を接続することによって、低インダクタンスの接触が実現される。上記接触領域と上記パッドとは、平衡圧力下の真空プレスによってフィルムをラミネートすることによって接続される。
【０００５】
本発明の目的は、自動化され得る製造と特別な省スペース設計によって特徴付けられる電力半導体回路を提供することである。上記目的は、請求項１に記載の電力半導体回路と請求項１０に記載の該回路の製造方法を通じて達成される。本発明は、少なくとも１つの電子電力装置が基板上に配置された薄型組立品の形式の電力半導体モジュールを含んでいる電力半導体回路を提供する。
【０００６】
上記少なくとも１つの装置は、上面に位置する接触領域を介して、ラミネートされたフィルムのパッドに接触され得る。上記基板は、冷却要素としての役割を果たす熱伝導性のベースプレートに直接固定され得る。例えば、接着剤による接着、圧接、ラッチフックを用いた掛止、ネジ要素を用いたネジ留めなどのような適切な固定方法および手段が考えられる。
【０００７】
上述のように、１つの実施形態によれば、特別の薄型の電力半導体回路は、上述した新規の電力半導体モジュールの薄型設計を用いることによって実現され得る。従来の設計および従来の電力半導体モジュールの筐体から脱却し、特別に薄型で小型の構成を可能にする技術がこのようにして提供される。上記設計は不動態化した要素を備えた構成を可能にするため、電力半導体モジュールおよび電力半導体回路は、それぞれ、もはや筐体の中に収容または封入される必要はない。
【０００８】
加えて、１つの実施形態によれば、上記電力半導体回路の上記個別の部品は完全に自動的に設置されて、そして取り付けられることが可能となった。１つの実施形態においては、上記部品はベルト上に供給され、ボンディングおよび／またはレーザー溶接によって、互いに電気的な接続が生成される。１つの実施形態においては、上記ベースプレートは、例えばアルミニウムなどの金属を含んでいる。
【０００９】
１つの実施形態においては、上記基板はセラミック基板であり、セラミック基板の裏面はベースプレートに接着剤によって接着されている。この目的のため、上記基板および／またはベースプレート上に用意された上記基板の配置領域は、あらかじめ、接着剤とともにプリントされ得る。従来の取り付け技術と比較すると、上記基板は裏面に前処理（例えば、前処理としてのメタリゼーション）される必要がない。
【００１０】
上記ベースプレートは、空冷式放熱器または液冷冷却設備として形成され得る。これは、熱分布の均質化だけでなく、ベースプレートを通じた効果的な熱消費を確実にする。
【００１１】
他の実施形態は、基板の上面において高電流を伝導する金属被覆の蒸着にある。この金属被覆層の厚さは、用途（電流伝導の要求）に応じて選択され、例えば、銅あるいはアルミニウム層が用いられた場合、５０μｍ〜４ｍｍの範囲を取り得る。
【００１２】
放熱の管理に関しては、発熱デバイスが多数の場合、１つの実施形態は、電力半導体を備えている複数の電力半導体モジュールが、ベースプレートの上面において分散して、それぞれが放熱を行う構成である。
【００１３】
電力半導体回路の製造方法は、基板の上面に接触領域を備えた少なくとも１つの電子電力装置を用意し、接触領域と接触するためのパッドを備えたフィルムをラミネートし、熱伝導性接着ボンドを用いて、上記ベースプレートに、上記基板の裏面を直接接続することによって、熱伝導性のベースプレートに上記基板を取り付け、薄型設計の他の回路および／または接触接着部を備えた装置をベースプレートに接着剤によって接着し、フィルム上に形成されたパッドに接触されるステップを含んでもよい。
【００１４】
上記方法の１つの態様は、上記方法の全てのステップを完全に自動的に実行できることである。この目的のために、上記少なくとも１つの電力半導体モジュールは、例えば、電力半導体モジュールを互いに、そして、制御回路のような他の薄型組立品と接続するために用いられ得る接着可能なパッドを有する。１つの実施形態において、上記制御回路は、例えば厚膜ハイブリッドの形式で、セラミック上に配置され、同様にベースプレートに接着剤によって接着されている。加えて、例えばコンバータ回路の例においては、例えばストレージキャパシターなど、個別部品は、接着可能なパッドが備えられて、ベースプレート上に配置され得る。これら、および、例えば外部の電気接触のための接触端子または接触プラグなどの他の部品は、他の実施形態においては、トレイに入れられ、ベルトに載せられ、あるいは、レールに乗せられて自動的に実装工程に供給され、接着剤を用いて上記ベースプレートに完全に接続される。例えばネジ接続などの複雑な接続技術は、それゆえ捨て去られ得る。しかしながら、接着剤による接着、厚接、ラッチフックを用いた掛止、ネジ要素を用いたネジ留めなども、接着剤に加えて、間接的あるいは直接的に、プリント回路基板および／または組立品および／または接触要素および／または受動素子および／または接触用の要素等を、ベースプレートから少し離れて、あるいは、ベースプレートから離れることなく留めるのに適している。
【００１５】
本発明は、図面において説明されている実施例を参照して以下により詳細に説明される。
【００１６】
図１および図２は、アルミニウムベースプレート１上に配置されている電力半導体回路を示している。例えば、２、３の複数の電力半導体モジュールは、ベースプレートの平らな上面４に配置される。上記ベースプレートは、空気冷却器として冷却リブ６を備えた冷却装置５の形態を有する。上記ベースプレートは、それゆえ２つの機能を有しており、電力半導体回路を支えるのと同時に動作中に生成される放熱が非常に効果的に消散されることを確実にする。
【００１７】
一例として、モジュール２の基本設計を説明するためにモジュール２が用いられる。例えばＩＧＢＴなどの電子電力装置が、セラミックを含んでいる基板１１の上面１０に、はんだ付けされる。そのために、基板上に高電流を伝導する金属被覆パターンが蒸着される。
【００１８】
最初に記載したような伝導路と電気接触を確立するパッドとを備えたフィルム１２が上記装置の上にラミネートされる。これらの接続は、最初に詳細に説明したとおり、そして、公式ファイルリファレンス１０３  １４  １７２．３．のドイツ特許出願において記載されているように、上記デバイスの上面の接触領域（パッド）とフィルム上の対応するパッドとの間の電気接触を含んでいてもよい。フィルム１２は、上面にパッド１３、１４を備え、該パッドはボンディングワイヤ（例えば１５）を通じて、対応するパッド（例えば１６）に電気的に接続される。このモジュールは、非常に薄型でコンパクトなデザインによって特徴づけられる。
【００１９】
基板１１自体は、高い熱伝導性を有する接着剤２０（例えばシリコーン）を用いて直接ベースプレートの上面４に接着剤によって接着される。特に、基板の裏面に金属被覆は用意されず、接着剤または接着ボンド２０がセラミック／アルミニウムを対にして材料を接続することになる。
【００２０】
一様な熱分布を得るために、電力半導体モジュール２、３は、上面４に分散して配置される。
【００２１】
制御回路２６に取り付けられ、ボンディングワイヤ（例えば１５、２９）を介してモジュール２と他の部品とに接続されたプリント回路基板２５は、モジュール２の上方に柱２４上に配置される。例として図示されている他の部品は、中間ストレージキャパシター３０である。
【００２２】
電力半導体回路を外部の部品および／または制御回路および／または切り替えられる要素に接続するために、例えば、外側にネジまたはプラグ接続部を有する外部接続用の端子台３２、３３がベースプレートの両端に備えられている。これらの端子台は同様に接着可能なパッドを備えており表面実装技術を用いて取り付けられ得て、接着ボンド３４、３５（図２）によってベースプレートに接続される。
【００２３】
電力半導体回路を製造するために、上面に接触領域を備えた少なくとも１つの電子電力装置が最初に基板１１上に取り付けられ、上述したように接触領域と接触させるためのパッドを備えたフィルム１２がラミネートされる。このユニットは、後で、熱伝導性の接着剤を用いて基板の裏面をベースプレートに直接接着剤で接着することによって、ベースプレート１の上面４に接続される。さらに、薄型設計と接着可能な接触部を有する他の部品および／または回路はベースプレートに接着剤で接着される。モジュール上に形成されたパッドは、その後、実装される回路に応じて、例えば銅ワイヤボンディングによって、他の部品に接続される。
【００２４】
比較的小さな筐体（図示せず）に挿し込まれ得る例えばコンバータ回路などの非常にコンパクトな電力半導体回路は、このようにして実現される。必要ならば筐体内に封入区域が導入され得る。しかしながら、上記モジュールが比較的シンプルな方法で不動態化され得るという事実によってもたらされる電気的特徴からすれば、封入を止めることが可能である。
【００２５】
上記電力半導体回路は、層の形式で配置される電力半導体モジュールの薄型設計に起因する省スペースの可能性の最適な利用を可能にする。最後に、他の有利な点は、この電力半導体回路は、内部接続および取り付けのために、内部ネジ接続と熱潤滑油（thermolubes）を必要としないことである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、電力半導体回路の斜視図を示している。
【図２】図２は、図１の電力半導体回路の側面図を示している。
【符号の説明】
【００２７】
１    ベースプレート
２    電力半導体モジュール
３    電力半導体モジュール
４    上面
５    冷却装置
６    冷却リブ
１０  上面
１１  基板
１２  フィルム
１３  パッド
１４  パッド
１５  ボンディングワイヤ
１６  パッド
２０  接着ボンド
２４  柱
２５  プリント回路基板
２６  制御回路
２９  ボンディングワイヤ
３０  中間ストレージキャパシター
３２  端子台
３３  端子台
３４  接着ボンド
３５  接着ボンド
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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