(57)【要約】【課題】製造時における封止剤の流出に対する密閉が簡単な構造上の手段により保証されていて、ベースプレートの安定性が向上され、同時にパワー半導体モジュールの全構成が簡素化される、パワー半導体モジュールを紹介する。【解決手段】ベースボディ（２）が、桶形状に形成されている部分を有し、この部分が、前記の少なくとも１つの基板（５）を、この桶部材の側壁（２４）がこの桶部材の内部の絶縁質量体（８０）のレベル高さよりも大きな高さを有するように包囲していること。【選択図】図２
2007049131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却体（９０）上に取り付けるベースプレート（２）を備えたパワー半導体モジュール（１）であって、このパワー半導体モジュール（１）が、少なくとも、ハウジング（３）と、外部に通じる端子要素（４０、６０）と、ハウジング（３）内に配設されている電気絶縁式の少なくとも１つの基板（５）とを有し、この基板（５）の方が、絶縁材料ボディ（５４）と、ベースプレート（２０）とは反対側にある絶縁材料ボディ（５４）の第１主面上に設けられていて互いに電気絶縁されている金属性の複数の接続パス（５２）と、これらの接続パス（５４）上に配設されていて少なくとも１つの接続要素（７０）を備えた少なくとも１つのパワー半導体素子（７２）とを有する、前記パワー半導体モジュール（１）において、
ベースボディ（２）が、桶形状に形成されている部分を有し、この部分が、前記の少なくとも１つの基板（５）を、この桶部材の側壁（２４）がこの桶部材の内部の絶縁質量体（８０）のレベル高さよりも大きな高さを有するように包囲していることを特徴とするパワー半導体モジュール（１）。
【請求項２】
ハウジング（３）が接着接続部及び／又はスナップ・ロック接続部を用いて桶部材の縁領域（２６）上に配設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（１）。
【請求項３】
ハウジング（３）がパワー半導体モジュール（１）の内部への延長部（３６）を有し、これらの延長部（３６）が、冷却体（９０）上にパワー半導体モジュール（１）を固定するための捩込み接続部を配設するために連続穴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（１）。
【請求項４】
延長部（３６）がベースボディ（２）の底領域（２０）に至るまで達し、この底領域（２０）が同様に穴（２２）を有し、及び／又は、延長部（３６）が基板（５）に至るまでに達し、基板（５）及びベースボディ（２）の底領域（２０）が穴（５６、２２）を有することを特徴とする、請求項３に記載のパワー半導体モジュール（１）。
【請求項５】
パワー半導体モジュール（１）のベースボディ（２）が冷却体（９０）及び／又は基板（５）に対して接着接続部を用いて固定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（１）。
【請求項６】
基板（５）の絶縁材料ボディ（５４）が直接的にベースボディ（２）の底領域（２０）上に接着接続部を用いて固定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（１）。
【請求項７】
ハウジング（３）が一部材で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（１）。
【請求項８】
ハウジング（３）が、ベースボディ（２）の桶状部分の側壁（２４）とオーバーラップし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（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却体上に取り付けるベースプレートを備えたハウジングと、このハウジング内に配設されている電気絶縁式の少なくとも１つの基板とを有するパワー半導体モジュールに関する。その基板の方は絶縁材料ボディを有し、この絶縁材料ボディは、この絶縁材料ボディ上に設けられていて互いに絶縁されている金属性の複数の接続パス（接続トラック）と、これらの接続パス上に設けられていて回路に適してこれらの接続パスと接続されている多数のパワー半導体素子とを備えている。更にこの種のパワー半導体モジュールは、外部負荷接触部及び外部補助接触部のための端子要素（ターミナル要素）と、パワー半導体モジュール内部の接続部のための接続要素をも有する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の出発点であるパワー半導体モジュールは例えば特許文献１から知られている。そこではハーフブリッジ回路装置の形式のパワー半導体モジュールが開示されている。このパワー半導体モジュールは、両方の直流端子及び交流端子のための外部負荷端子要素として、平坦に構成された金属成形体を有する。端子ストリップ（端子条片）として形成されているこれらの金属成形体は、モジュール内部の寄生インダクタンスを減少させるために互いにできるだけ狭く隣接して配設されている。
【０００３】
従来技術として挙げられた特許文献１に従い、この種のパワー半導体モジュールの基板は絶縁基板として形成されていて、これらの基板は、支持マテリアルとしての及びベースプレート又は冷却体に対する電気絶縁のための絶縁材料ボディから成る。この絶縁材料ボディは従来技術によると、産業セラミック、例えば酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムから成る。この絶縁材料ボディにおいてベースプレートとは反対側のその第１主面上には、互いに電気絶縁されている金属性の複数の接続パスが設けられている。またこれらの接続パスの上にはパワー半導体素子が配設されている。
【０００４】
多くの場合、絶縁材料ボディはベースプレート側又は冷却体側のその第２主面上に同様に、第１主面上の接続パスと同じ素材及び同じ厚さの金属性の層を有する。しかし通常においてこの層は、それ自体、構造化（パターン化）されてなく、その理由はこの層が例えばベースプレートに対するロウ付け接続部のために用いられるためである。接続パス並びに第２主面の金属性の層は好ましくはＤＣＢ（ダイレクト・カッパー・ボンディング）法により塗布された銅から成る。
【０００５】
前記の導体パス（接続パス）をパワー半導体素子と接続するためには、特許文献１に従う従来技術によりワイヤボンディング接続部として形成されている接続要素が配設されている。更に、これらの接続パス上でこれらと材料結合式で接続されている端子要素があり、これらの端子要素は金属成形体として形成されていてパワー半導体モジュールの外部電気接続のために配設されている。
【０００６】
従来技術によるとこの種のパワー半導体モジュールのベースプレートは、直方体形状の金属成形体として、基板から冷却体への熱排出をより良くするために好ましくは銅から形成されている。この直方体形状のベースプレート上には例えば接着接続部を用いてハウジングが配設されている。従ってハウジングは基板を包囲している。パワー半導体モジュールの内部絶縁のためにハウジングは高誘電率の充填材料で満たされている。そのためにはシリコン封止剤（シリコン・シーリングコンパウンド）が適しているとされ、その理由はシリコン封止剤の取り扱いが簡単で且つ内部絶縁のために十分な誘電率を有しているためである。
【０００７】
従来技術によるとこの種の封止剤は、液状、多くの場合は粘性をもったかたちでパワー半導体モジュール内に取り入れられ、そこで粘塑性質量体を形成しながら架橋結合する。それによりハウジングに対するベースプレートの上記の接続部は、不利なことであるが、ハウジングからの封止剤の流れ出しに対して十分な密閉性をもたなくてはならない。更にハウジングは頻繁に複数部材で形成されていて、この際、第１ハウジング部分が基板及びそれと共に封止剤をフレーム状で包囲し、他のハウジング部分がパワー半導体モジュールのカバーを形成する。
【０００８】
更に従来技術において、基板がベースプレート上にロウ付け接続部を用いて固定されることは不利である。ベースプレートの厚さが十分でないことに起因して安定性が十分でない場合、このロウ付け接続部はベースプレートにたわみをもたらすことになる。
【０００９】
【特許文献１】ＤＥ３９３７０４５Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の基礎を成す課題は、製造時における封止剤の流出に対する密閉が簡単な構造上の手段により保証されていて、ベースプレートの安定性が向上され、同時にパワー半導体モジュールの全構成が簡素化される、パワー半導体モジュールを紹介することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題は、本発明に従い、請求項１に記載した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。
【００１２】
本発明の思想は、冷却体上に取り付けるベースプレートを備えたパワー半導体モジュールから出発する。このパワー半導体モジュールは少なくとも次の構成要素を有する：ハウジング、負荷端子及び補助端子のための端子要素（ターミナル要素）、導体パス（導体トラック）を備えた基板、パワー半導体素子、パワー半導体素子の内部接続のための接続要素。
【００１３】
負荷接触部及び補助接触部のための端子要素はハウジングから出てゆき、ハウジング内部に配設されているコンポーネントの電気接続のために用いられる。ベースプレートに対して電気絶縁式で形成されている基板の方は、絶縁材料ボディ、好ましくは産業セラミックと、この上でベースプレート又は冷却体とは反対側のその第１主面上に設けられていて互いに電気絶縁されている金属性の複数の接続パスとから成る。これらの接続パス上にはパワー半導体素子が配設されていて、回路に適して接続要素を用いて接続パス及び／又は他のパワー半導体素子及び／又は端子要素と接続されている。
【００１４】
内部電気絶縁のためにパワー半導体モジュールは封止剤（シーリングコンパウンド）を有する。ここでパワー半導体モジュールのベースプレートはベースボディとして形成されていて、このベースボディは、部分的に桶形状（タブ形状）に構成されていて、従って前記の封止剤を受容するために底領域と側壁から桶部材を形成する。そのためにこの桶部材は、その縁が桶部材の内部の封止剤のレベルよりも高いように形成されている。
【００１５】
パワー半導体モジュールの前記の構成において、ベースボディとハウジングとの間の手間と費用のかかる密閉が排除され得ることは有利である。前記のハウジングは好ましくは一部材で形成され得て、その理由は、製造プロセスにおいて、最初に、パワー半導体素子を備えた基板がベースボディの桶状部分内に配設され得て、引き続き、封止剤が取り入れられ得て、引き続き、ハウジングだけが、カバーとして作用し、配設され得るためである。
【００１６】
更に、ベースボディの桶部材の形成により向上された安定性が達成され、それよりその底領域が従来技術に比べてより薄く構成され得ることは有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に図１〜図４の実施例に基づいて本発明の思想を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、ベースプレート（２）を備えた従来技術によるパワー半導体モジュール（１）を縦断面図で示している。このベースプレート（２）上にはフレーム状のハウジング（３）並びに２つの基板（５）が配設されている。各基板（５）は、絶縁材料ボディ（５４）と、両方の主面上に配設されている金属性の積層部とから成る。ベースプレート（２）側の金属性の積層部（５３）は平坦に形成され構造化（パターン化）されていない。この積層部（５３）とベースプレート（２）との間のロウ付け接続部を用い、これらは互いに固定されている。それに対し、パワー半導体モジュール内部側の積層部はそれ自体が構造化されていて、従って基板（５）の導体パス（導体トラック、５２）を形成している。
【００１９】
これらの導体パス（５２）上にはパワー半導体素子（７２）が配設されている。パワー端子（４０）及び補助端子（６０）が電気的な端子要素（ターミナル要素）を形成している。押付接触式の補助端子（６０）は接触バネとして形成されていて、確実な電気接触のために押圧力付勢を必要とする。導体パス（５２）とパワー半導体素子（７２）との回路に適した接続部はボンディング接続部（７０）として形成されている。
【００２０】
パワー端子の端子要素（４０）は金属成形体として形成され、これらの金属成形体はそれらの一方の端部においてロウ付け技術により、割り当てられている基板（５）の導体パス（５２）と接続されていて、それらの他方の端部において捩込み接続のための穴を有している。
【００２１】
パワー半導体モジュール（１）のハウジング（３）は二部材で形成されている。ハウジング（３）のフレーム状の第１部分（３２）は基板（５）を包囲し、それに対し、第２部分（３４）はハウジング（３）のカバーを形成している。このカバー（３４）は補助端子（６０）を位置決め及び固定するための形状部を有する。パワー端子（４０）は、各々、フレーム状のハウジング部分（３２）の形状部内で固定されている。ハウジング（３）のこのフレーム状の部分（３２）はベースプレート（２）上に接着接続部を用いて配設されている。この接着接続部は、パワー半導体モジュール（１）の製造中にこの時点で液状である内部電気絶縁のための封止剤（シーリングコンパウンド、８０）がパワー半導体モジュール（１）から流れ出てしまうことを防止する。
【実施例１】
【００２２】
図２は、冷却体（９０）上に取り付けるための本発明に従い形成されたパワー半導体モジュール（１）の第１構成を縦断面図で示している。ここでは深絞り成形法で製造された金属性のベースボディ（２）が描かれている。このベースボディ（２）は、その縁領域において、周回する側壁（２４）を有し、それによりこの側壁（２４）は底領域（２０）と共同で桶部材を形成している。この桶部材は、その中に配設されている基板（５）を５つの側面において包囲している。ベースボディ（２）の材料としてはその卓越した熱伝導性により銅が特に適しているが、その多岐に渡る造形可能性によりアルミニウムも適している。このベースボディ（２）は、好ましくは、特に比較的低出力のパワー半導体モジュール（１）において直接的に接着接続部を用いて冷却体（９０）と接続されている。このことは有利であり、その理由は、それにより、固定のための捩込み接続部やクランプ装置のような、他の力を導入する構成部材を必要とすることなく、同時に適切な接着剤の使用によりパワー半導体モジュール（１）から冷却体（９０）への良好な熱伝達が保証されているためである。
【００２３】
基板（５）は、パワー半導体モジュール内部側に金属性の接続パス（５２）を備えた周知の絶縁材料ボディ（５４）から形成される。基板（５）は、好ましくは、その下面において接続パス（５２）と比較可能な金属性の他の層をもたず、その理由は基板（５）がベースボディ（２）の底領域（２０）上で広い面に渡る接着接続部を用いて固定されているためである。
【００２４】
基板（５）の導体パス（５２）上にはパワー半導体素子（７２）が配設されていて、従来技術により回路に適して接続されている。内部電気絶縁のためにこのパワー半導体モジュール（１）は、適切な誘電率を有する封止剤（８０）、例えばシリコンゴムを有する。このシリコンゴム（８０）は、液位、即ちベースボディ（２）の底領域（２０）上の高さを有し、この高さは側壁（２４）の高さよりも低い。従って封止剤（８０）がパワー半導体モジュール（１）から流出し得ないことが保証されている。
【００２５】
この際、負荷端子並びに補助端子において外部に通じる端子要素（４０、６０）は接触バネとして形成されている。これらの接触バネは、一部材で形成されているプラスチックハウジング（３）に配設されている。このハウジング（３）は、ベースボディ（２）の側壁（２４）の縁領域（２６）上に接着接続部を用いて固定されている。選択的にベースボディ（２）とハウジング（３）との間の適切なスナップ・ロック接続部も設けられ得る。
【実施例２】
【００２６】
図３は、本発明に従い形成されたパワー半導体モジュール（１）の第２構成を示している。この際、基板（５）並びに外部に通じる端子要素（４０、６０）は図２のものに対応して形成されているが、ここで一部材のプラスチックハウジング（３）はパワー半導体モジュール（１）の内部への延長部（３６）を有している。これらの延長部（３６）の方は、冷却体（９０）上にパワー半導体モジュール（１）を固定するための捩込み接続部を配設するために連続穴を有している。
【００２７】
それらの延長部（３６）は、ベースボディ（２）の底領域（２０）に至るまで及び／又は基板（５）に至るまでに達している。延長部（３６）がベースボディ（２）の底領域（２０）に至るまでの場合、ベースボディ（２）の底領域（２０）は、ハウジング（３）の延長部（３６）の穴と一直線に並び、同様に穴（２２）を有する。延長部（３６）が基板（５）に至るまでの場合、基板（５）もベースボディ（２）の底領域（２０）も穴（２２、５６）を有する。
【００２８】
パワー半導体モジュール（１）のこの実施形では、ハウジング（３）を介し、基板（５）、ベースボディ（２）の側壁（２４）、及び／又はベースボディ（２）の底領域（２０）に対する押圧力が導入され、また封止剤（８０）の流出に対する密閉措置が必要ではないので、ハウジング（３）とベースボディ（２）との間の接着接続部が排除され得る。ハウジング（３）による側壁（２４）の被覆部（３８）も有利である。
【実施例３】
【００２９】
図４は、本発明に従い形成されたパワー半導体モジュール（１）の第３構成を示していて、この際、基板（５）並びに外部に通じる端子要素（４０、６０）は再び図２のものに対応して形成されている。冷間押出法により形成されたベースボディ（２）は、桶状部分の外側に、冷却体（９０）との捩込み接続部又はクランプ接続部のための穴を備えた領域（２８）を有する。
【００３０】
この際、更にハウジング（３）は、外側の電気絶縁に対する要求を満たすためにベースボディ（２）の側壁（２４）とオーバーラップする。プラスチックハウジング（３）とベースボディ（２）との間の接続技術としては再び接着接続部が特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術によるパワー半導体モジュールを示す図である。
【図２】本発明に従い形成されたパワー半導体モジュールの第１構成を示す図である。
【図３】本発明に従い形成されたパワー半導体モジュールの第２構成を示す図である。
【図４】本発明に従い形成されたパワー半導体モジュールの第３構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１                  パワー半導体モジュール
２                  ベースプレート／ベースボディ
２０                ベースボディの底領域
２２                ベースボディの底領域の穴
２４                ベースボディの側壁
２６                ベースボディの側壁の縁領域
２８                ベースボディの領域
３                  ハウジング
３２                ハウジングの第１部分
３４                ハウジングの第２部分
３６                ハウジングの延長部
３８                ハウジングの被覆部
４０                端子要素（パワー端子）
５                  基板
５２                金属性の積層部（導体パス：接続パス）
５３                金属性の積層部
５４                絶縁材料ボディ
５６                基板の穴
６０                端子要素（補助端子）
７０                ボンディング接続部
７２                パワー半導体素子
８０                封止剤（絶縁質量体）
９０                冷却体
【図１】
2007049131.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007049131.tif 000006