ES2324246T3 - Modulo de semiconductor de potencia con resortes de contacto. - Google Patents
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Abstract
Un módulo de semiconductor de potencia (1) que comprende un sustrato (2), trayectorias conductoras (20) dispuestas en una superficie principal de este sustrato (2), por lo menos un componente del semiconductor (3) dispuesto con su primera superficie principal sobre una primera trayectoria conductora, elementos de conexión configurados como resortes de contacto (5) que sobresalen de la trayectoria conductora (20) o un área de contacto (30) en la segunda superficie principal del componente del semiconductor (3), en el que estos resortes de contacto (5) comprenden una primera y una segunda sección de contacto (52, 54) y en el que el respectivo resorte de contacto (5) está configurado como un cuerpo conformado plano, las secciones de contacto (52, 54) tienen un desplazamiento (520, 540), caracterizado porque ortogonal a este desplazamiento (520, 540) las secciones de contacto (52, 54) tienen una curvatura convexa adicional (522, 542) y en el que la curvatura convexa está configurada en una gama angular (526) de por lo menos ñ 20 grados perpendicular al punto de contacto (6, 20, 30) y las secciones de contacto forman cada una de ellas una zona de contacto esférico.
Description
Módulo de semiconductor de potencia con resortes
de contacto.
La invención describe un módulo compacto de
semiconductor de potencia de tecnología de contacto de presión con
elementos de conexión configurados como resortes de contacto. Las
configuraciones modernas de los módulos de semiconductor de
potencia de alta potencia de este tipo relativas a su tamaño global,
las cuales forman el punto de partida de esta invención, son
conocidas a partir de los documentos DE 196 30 173 A1 o DE 103 06
643 A1.
El documento DE 196 30 173 A1 expone un módulo
de semiconductor de potencia para el montaje directo en un
disipador térmico, que consiste en un alojamiento y un sustrato
eléctricamente aislante el cual por su parte consiste en un cuerpo
de material aislante con una pluralidad de trayectorias de conexión
metálicas mutuamente aisladas colocadas sobre el mismo y
componentes del semiconductor de potencia colocados sobre el mismo y
conectados a estas trayectorias de conexión de una manera apropiada
para el circuito. La conexión eléctrica exterior a una tarjeta de
circuito colocada fuera del alojamiento se realiza por medio de
elementos de conexión los cuales están configurados para que sean,
por lo menos parcialmente, de resorte.
El módulo de semiconductor de potencia
adicionalmente tiene por lo menos una ranura centralmente dispuesta
para el paso de una conexión de tornillo. Junto con una pieza de
presión dimensionalmente estable colocada sobre un lado de la
tarjeta de circuito encarada alejada del módulo del semiconductor de
potencia y colocada plana sobre el mismo, esto sirve para el
contacto de presión del módulo. Este contacto de presión cumple dos
funciones simultáneamente: por una parte, el contacto eléctrico
seguro de los elementos de conexión a la tarjeta del circuito y por
otra parte, el contacto térmico del módulo con un disipador de
calor, siendo ambos contactos reversibles.
El documento DE 103 06 643 A1 expone la
disposición de un módulo de semiconductor de potencia anteriormente
mencionado provisto de una pieza de presión especialmente
configurada. En este caso, los resortes de contacto están
configurados para que tengan una forma de doble Z. Los resortes de
contacto de este tipo están fabricados, por ejemplo, como cuerpos
conformados los cuales están doblados por estampación a partir de
una chapa de metal plana.
Los resortes de contacto tienen una primera
sección de contacto para el contacto con la tarjeta del circuito.
Para este propósito el cuerpo conformado plano del resorte de
contacto tiene un desplazamiento en el área de esta primera sección
de contacto. La segunda sección de contacto para el contacto con las
trayectorias conductoras del sustrato no tiene una deformación
adicional. En este caso, el contacto está formado por el extremo
del cuerpo conformado plano que se prolonga sin filos sobre una
trayectoria conductora.
El documento WO 2005/020383 A1 expone un resorte
de contacto de presión fabricado de un cable eléctricamente
conductor que comprende una primera zona de contacto con una punta
de contacto redondeada y una segunda zona de contacto para el
contacto con un segundo punto de contacto eléctricamente conductor y
una zona de compresión interpuesta provista de por lo menos una
curvatura de cable.
Una desventaja de las configuraciones conocidas
de los resortes de contacto anteriormente mencionados es que en el
área de los puntos de contacto los bordes de los resortes de
contacto pueden dañar el punto de contacto asignado del socio de
contacto durante el funcionamiento y como resultado se resiente la
fiabilidad de las conexiones eléctricas. Esto es así porque durante
el funcionamiento de un componente semiconductor de potencia, se
calienta debido a los diferentes coeficientes de dilatación, las
áreas de contacto de las secciones de contacto y los socios de
contacto se mueven unos con relación a los otros. Este movimiento
térmico de los bordes de las secciones de contacto y también las
vibraciones del módulo semiconductor de potencia durante el
funcionamiento puede dañar por lo tanto las áreas de contacto
asignadas del socio de contacto.
Es el objeto de la invención proporcionar un
módulo de semiconductor de potencia en un diseño de contacto de
presión con resortes de contacto configurados como cuerpos planos
conformados de metal, en el que las secciones de contacto de los
resortes de contacto están adicionalmente desarrolladas a fin de
mejorar la fiabilidad del contacto conseguido de ese modo.
Este objeto se consigue de acuerdo con la
invención mediante las características de la reivindicación 1.
Formas de realización preferidas se describen en las
reivindicaciones subordinadas.
El punto de arranque de la invención es un
módulo de semiconductor de potencia en un diseño de contacto de
presión del tipo conocido. Este módulo de semiconductor de potencia
el cual puede estar dispuesto en un disipador térmico comprende un
sustrato con trayectorias conductoras dispuestas en una superficie
principal de este sustrato. Un componente de semiconductor está
dispuesto en por lo menos una de estas trayectorias conductoras.
Además, el módulo de semiconductor de potencia
comprende elementos de conexión los cuales están configurados como
resortes de contacto preferiblemente fijados de forma floja en un
alojamiento. Los resortes de contacto de ese modo forman la
conexión de una trayectoria conductora o de un área de contacto de
un componente de semiconductor a las áreas de contacto de un socio
de contacto, preferiblemente una tarjeta de circuito colocada fuera
del módulo de semiconductor de potencia.
Para este propósito, los resortes de contacto
comprenden una primera y una segunda sección de contacto, el
respectivo resorte de contacto estando formado en este caso como un
cuerpo plano conformado de metal. Las propias secciones de contacto
tienen cada una de ellas un desplazamiento y, ortogonalmente a este
desplazamiento, una curvatura convexa adicional, esto es dirigida
alejándose del socio de contacto, formando de ese modo una zona de
contacto esférica de la sección de contacto.
Por medio de una configuración adecuada de esta
curvatura adicional, el contacto entre el borde del resorte de
contacto en el área de la sección de contacto con las áreas de
contacto del socio de contacto se pueden por lo menos reducir o
evitar completamente. Como resultado, se reduce en gran medida o se
evita el dañado de las áreas de contacto del socio de contacto
durante el funcionamiento. La fiabilidad del módulo de semiconductor
de potencia durante el funcionamiento se mejora de ese modo.
Desarrollos adicionales particularmente
preferidos de este módulo de semiconductor de potencia se
especifican en la respectiva descripción de las formas de
realización ejemplares. La solución inventiva se explica
adicionalmente además con referencia a las formas de realización
ejemplares en las figuras 1 a 3.
La figura 1 muestra una sección a través de un
módulo del semiconductor de potencia según la invención en una
vista tridimensional.
La figura 2 muestra una sección a través de un
módulo del semiconductor de potencia según la invención en una
vista en dos dimensiones.
La figura 3 muestra detalles de la configuración
de un resorte de contacto de un módulo del semiconductor de
potencia según la invención.
Las figuras 1 y 2 muestran cada una de ellas una
sección a través de un módulo del semiconductor de potencia (1)
según la invención en diversas vistas. Lo que se representa aquí es
un módulo de semiconductor de potencia (1) para un contacto de
presión que comprende un alojamiento (2), un sustrato (3) para el
montaje directo en un disipador térmico (4) y elementos de conexión
que conducen desde el interior hasta el exterior. Estos elementos
de conexión están configurados como resortes de contacto (5). Sin
embargo, la invención no está limitada a esta configuración
específica del módulo de semiconductor de potencia. Por ejemplo, los
resortes de contacto también pueden servir como elementos de
conexión entre un sustrato y una tarjeta de circuito dispuesta en el
interior.
El alojamiento (1) preferiblemente tiene una
ranura colocada centralmente según la técnica anterior, no
representada, para la introducción de presión sobre los resortes de
contacto. Por medio de esta ranura y un cuerpo de presión asignado,
igualmente no representado, se crea presión sobre los resortes de
contacto (5) y preferiblemente también sobre el alojamiento (3).
Esta presión asegura una conexión de conducción térmicamente firme
entre el sustrato (2) y el disipador térmico (4). De forma similar,
esta presión asegura también una conexión de conducción
térmicamente firme entre el resorte de contacto (5) y la trayectoria
conductora asignada (20) o el área de contacto de un componente del
semiconductor (3) no representado.
El sustrato (2) preferiblemente consiste en una
capa aislante (22) y laminaciones de metal dispuestas sobre el
mismo, las cuales forman las trayectorias conductoras (20) del
módulo de semiconductor de potencia (1). Otras variantes del
sustrato también pueden ser preferidas. El borde del sustrato (2)
está encerrado en todos sus lados por el alojamiento (3) descrito
antes y forma con éste las caras laterales del módulo de
semiconductor de potencia (1).
El alojamiento (1) adicionalmente tiene muescas
(30) configuradas como guías en las cuales están dispuestos
respectivamente un elemento de conexión y un resorte de contacto
(5). Los resortes de contacto están dispuestos de forma móvil en
estas muescas de tal manera que la introducción de la presión no se
impide de ese modo. Estos resortes de contacto (5) tienen un cuerpo
base el cual está configurado como una forma de doble Z. En la
primera sección de contacto (52, figura 2) del resorte de contacto
(5), su extremo tiene un desplazamiento (520, figura 2). Esto,
junto con un contra rodamiento (32) en la ranura (30) del
alojamiento (3) sirve como una seguridad contra la caída durante el
proceso de fabricación del módulo de semiconductor de potencia (1)
cuando únicamente los resortes de contacto (5) están dispuestos en
el alojamiento (3) y después se proporciona el sustrato (2) para
formar este conjunto compuesto.
Estos resortes de contacto (5) preferiblemente
están configurados como cuerpos conformados planos, véase la figura
3, formados a partir de chapas de metal fabricados mediante
tecnología de estampación y plegado. Según la invención, la sección
de contacto primera y segunda (522, 542, figura 2) de estos resortes
de contacto (5) tiene cada una de ellas un desplazamiento (520,
540, figura 2) y ortogonal a este desplazamiento, otra curvatura
convexa (522, 542, figura 2).
La figura 3 muestra detalles de la configuración
del resorte de contacto (5) de un módulo de semiconductor de
potencia (1) según la invención. Este resorte de contacto (5) está
configurado preferiblemente como un cuerpo plano conformado de
metal el cual ha sido fabricado por el procedimiento de estampación
y plegado. El cuerpo de la base (50) del resorte de contacto (5) el
cual proporciona la función de resorte está por lo tanto formado en
su configuración en forma de doble Z. Además, las dos secciones de
contacto (52, 54) en los respectivos extremos del cuerpo conformado
de metal están configuradas con un desplazamiento (520, 540). En
este caso, es particularmente ventajoso que la gama angular del
desplazamiento esté entre 120 grados y 190 grados.
Ortogonalmente a este desplazamiento (520, 540),
ambas secciones de contacto (52, 54) tienen una curvatura adicional
(522, 542). En este caso, es ventajoso que la diferencia de altura
(H) del borde exterior de la curvatura (522, 542) con respecto al
centro de la sección de contacto (52, 54) esté entre dos y diez
centésimas partes del ancho (B) de los resortes de contacto. Si el
ancho (B) del resorte de contacto (5) es, por ejemplo, 2 mm, el
borde exterior será por lo tanto convexo hacia atrás entre 40 \mum
y 200 \mum.
Esta curvatura adicional (522, 542)
ventajosamente tiene una gama angular (524) la cual es mayor que la
mitad de la gama angular de la curvatura asignada (520, 540) y se
extiende simétricamente alrededor de su centro. De forma similar,
puede ser particularmente ventajoso que la curvatura (522, 542) esté
formada en una gama angular (526) de por lo menos \pm 20 grados
perpendicular al punto de contacto, por ejemplo, una trayectoria
conductora (20) de un área de contacto (30) de un componente del
semiconductor (3) o una tarjeta de circuito (6).
Claims (7)
1. Un módulo de semiconductor de potencia (1)
que comprende un sustrato (2), trayectorias conductoras (20)
dispuestas en una superficie principal de este sustrato (2), por lo
menos un componente del semiconductor (3) dispuesto con su primera
superficie principal sobre una primera trayectoria conductora,
elementos de conexión configurados como resortes de contacto (5)
que sobresalen de la trayectoria conductora (20) o un área de
contacto (30) en la segunda superficie principal del componente del
semiconductor (3), en el que estos resortes de contacto (5)
comprenden una primera y una segunda sección de contacto (52, 54) y
en el que el respectivo resorte de contacto (5) está configurado
como un cuerpo conformado plano, las secciones de contacto (52, 54)
tienen un desplazamiento (520, 540), caracterizado porque
ortogonal a este desplazamiento (520, 540) las secciones de
contacto (52, 54) tienen una curvatura convexa adicional (522, 542)
y en el que la curvatura convexa está configurada en una gama
angular (526) de por lo menos \pm 20 grados perpendicular al punto
de contacto (6, 20, 30) y las secciones de contacto forman cada una
de ellas una zona de contacto esférico.
2. El módulo de semiconductor de potencia según
la reivindicación 1 en el que los resortes de contacto (5) se
dirigen hacia fuera desde las trayectorias conductoras (20) del
sustrato (2) o las superficies de contacto (30) de los componentes
del semiconductor (3).
3. El módulo de semiconductor de potencia según
la reivindicación 1 en el que el cuerpo conformado plano del
resorte de contacto (5) consiste en una chapa de metal formada
mediante la tecnología de estampación y plegado.
4. El módulo de semiconductor de potencia según
la reivindicación 1 en el que el cuerpo de la base del resorte de
contacto (5) está configurado con una forma de doble Z.
5. El módulo de semiconductor de potencia según
la reivindicación 1 en el que la diferencia de altura (H) del borde
exterior de la curvatura (522, 542) con respecto al centro de la
sección de contacto (52, 54) está entre dos y diez centésimas
partes del ancho (B) del resorte de contacto.
6. El módulo de semiconductor de potencia según
la reivindicación 1 en el que la gama angular del desplazamiento
(520) está entre 120 grados y 190 grados.
7. El módulo de semiconductor de potencia según
la reivindicación 4 en el que la gama angular (524) de la curvatura
(522, 542) está formada sobre por lo menos la mitad de la gama
angular del desplazamiento (520).
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