JP2002289630A - パワー半導体モジュール - Google Patents
パワー半導体モジュールInfo
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- H01L23/02—Containers; Seals
- H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
- H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
- H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 サンドイッチの個々の構成要素を互いの構成
要素に対して及び電気的な接続のための接続要素に対し
てセンタリングさせる装置を創作する。 【解決手段】 フレーム状のセンタリング装置（９）を
用いてサンドイッチ（１０、１１、１２）が電気的な第
１接続要素上にてセンタリングされて載置されていて、
平坦な第１金属ボディ（１２）並びに平坦な第２金属ボ
ディ（１０）がノーズ（２）を用いて脱落に対して保護
されているようにセンタリング装置（９）が形成されて
いて、半導体構成品（１１）が、センタリング装置
（９）内の表面に対して中央で平行に延びる凹部（３）
によって保持されている。それにより、電気的な第１接
続要素上のセンタリング装置がサンドイッチの全ての構
成部品を圧縮力を伴わずにセンタリングしている装置と
して用いられる。
要素に対して及び電気的な接続のための接続要素に対し
てセンタリングさせる装置を創作する。 【解決手段】 フレーム状のセンタリング装置（９）を
用いてサンドイッチ（１０、１１、１２）が電気的な第
１接続要素上にてセンタリングされて載置されていて、
平坦な第１金属ボディ（１２）並びに平坦な第２金属ボ
ディ（１０）がノーズ（２）を用いて脱落に対して保護
されているようにセンタリング装置（９）が形成されて
いて、半導体構成品（１１）が、センタリング装置
（９）内の表面に対して中央で平行に延びる凹部（３）
によって保持されている。それにより、電気的な第１接
続要素上のセンタリング装置がサンドイッチの全ての構
成部品を圧縮力を伴わずにセンタリングしている装置と
して用いられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】パワー半導体モジュールの中
に設けられている少なくとも１つの半導体構成品のパワ
ー接続部の圧力コンタクト（プレッシャーコンタクト）
により極めて異なる温度負荷においても内部構造体が一
定の圧力を有し、それにより、高パワー領域内の電流密
度が最大の場合における確実な稼動に適しているパワー
半導体モジュールに関して記載する。
に設けられている少なくとも１つの半導体構成品のパワ
ー接続部の圧力コンタクト（プレッシャーコンタクト）
により極めて異なる温度負荷においても内部構造体が一
定の圧力を有し、それにより、高パワー領域内の電流密
度が最大の場合における確実な稼動に適しているパワー
半導体モジュールに関して記載する。
【０００２】
【従来の技術】本発明は、パワー半導体モジュール、特
にコンバータモジュールに関し、コンバータモジュール
は圧力コンタクトの実施に関して極めて高いパワー要求
に適している。圧力コンタクト結合は半導体モジュール
の製造技術から結合技術として長期に渡って十分に知ら
れている。ドイツ特許出願公開第１９６５１６３２号明
細書(DE19651632A1)から、圧力コンタクトの実施が調節
ネジ（伸張ネジ）を用いて実現されているパワー半導体
モジュールが知られていて、本発明はこのパワー半導体
モジュールに端を発する。ドイツ特許出願第３３０８６
６１号明細書(DE3308661)から知られているディスクセ
ルの形式のパワー半導体モジュールは同様に本発明の出
発点である。
にコンバータモジュールに関し、コンバータモジュール
は圧力コンタクトの実施に関して極めて高いパワー要求
に適している。圧力コンタクト結合は半導体モジュール
の製造技術から結合技術として長期に渡って十分に知ら
れている。ドイツ特許出願公開第１９６５１６３２号明
細書(DE19651632A1)から、圧力コンタクトの実施が調節
ネジ（伸張ネジ）を用いて実現されているパワー半導体
モジュールが知られていて、本発明はこのパワー半導体
モジュールに端を発する。ドイツ特許出願第３３０８６
６１号明細書(DE3308661)から知られているディスクセ
ルの形式のパワー半導体モジュールは同様に本発明の出
発点である。
【０００３】モジュールの内部の圧力コンタクト構成、
特に半導体構成品上にコンタクト部を押し付けること
は、実際には様々な困難性を伴う。一方では、半導体構
成品とコンタクト部との間の異なる熱膨張係数が克服さ
れる必要があり、他方では、多くの場合は円形の半導体
構成品がコンタクト部に対して極めて正確にセンタリン
グされる必要がある。この場合、半導体構成品、特にそ
の縁は、機械的な損傷に対して保護される必要がある。
特に半導体構成品上にコンタクト部を押し付けること
は、実際には様々な困難性を伴う。一方では、半導体構
成品とコンタクト部との間の異なる熱膨張係数が克服さ
れる必要があり、他方では、多くの場合は円形の半導体
構成品がコンタクト部に対して極めて正確にセンタリン
グされる必要がある。この場合、半導体構成品、特にそ
の縁は、機械的な損傷に対して保護される必要がある。
【０００４】実際には、半導体構成品は両側にて夫々１
つの平坦な金属ボディと結合され、その熱膨張係数は、
半導体構成品に対する熱ストレスを減少するために、半
導体構成品の熱膨張係数とコンタクト部の熱膨張係数と
の間に位置する。好ましくはモリブデンから成る平坦な
金属ボディと半導体構成品の結合は様々な方法で実現さ
れ得て、例えば両方のパートナーのロウ付けや接着によ
ってである。更に所謂低温結合（ＮＴＶ）や両方のパー
トナーの合金化も知られている。平坦な金属ボディは典
型的には１０分の１ミリメートル程度から数ミリメート
ル程度の大きさの厚さを有する。上記のように製造され
る結合体、即ち、平坦な第１金属ボディ・半導体構成品
・平坦な第２金属ボディという結合体は「サンドイッ
チ」とも称され、更に、材料拘束式の結合体も、材料結
束式の結合体も、サンドイッチと称されるべきである。
ここで、材料拘束式の結合とは、関与する素材の材料的
な相互作用（かみ合い）により２つの構成部材が結合す
ることを意味し、この結び付きは継ぎ合わせ個所の破壊
によってのみ解消される。材料拘束式の結合は、例え
ば、接着による結合、ロウ付けによる結合、溶接による
結合などである。また、材料結束式の結合とは、外部の
力、例えば摩擦により２つの構成部材が結合することを
意味し、例えば、載置による結合、ネジの締め付けによ
る結合、押し付けによる結合などである。
つの平坦な金属ボディと結合され、その熱膨張係数は、
半導体構成品に対する熱ストレスを減少するために、半
導体構成品の熱膨張係数とコンタクト部の熱膨張係数と
の間に位置する。好ましくはモリブデンから成る平坦な
金属ボディと半導体構成品の結合は様々な方法で実現さ
れ得て、例えば両方のパートナーのロウ付けや接着によ
ってである。更に所謂低温結合（ＮＴＶ）や両方のパー
トナーの合金化も知られている。平坦な金属ボディは典
型的には１０分の１ミリメートル程度から数ミリメート
ル程度の大きさの厚さを有する。上記のように製造され
る結合体、即ち、平坦な第１金属ボディ・半導体構成品
・平坦な第２金属ボディという結合体は「サンドイッ
チ」とも称され、更に、材料拘束式の結合体も、材料結
束式の結合体も、サンドイッチと称されるべきである。
ここで、材料拘束式の結合とは、関与する素材の材料的
な相互作用（かみ合い）により２つの構成部材が結合す
ることを意味し、この結び付きは継ぎ合わせ個所の破壊
によってのみ解消される。材料拘束式の結合は、例え
ば、接着による結合、ロウ付けによる結合、溶接による
結合などである。また、材料結束式の結合とは、外部の
力、例えば摩擦により２つの構成部材が結合することを
意味し、例えば、載置による結合、ネジの締め付けによ
る結合、押し付けによる結合などである。
【０００５】サンドイッチは、従来技術によれば、例え
ばプラスチックから製造されている部品上に置かれ、こ
の部品は、ドイツ特許出願公開第１９６５１６３２号明
細書(DE19651632A1)にて紹介されているようにモジュー
ル内にてサンドイッチをセンタリングする。特に高い耐
電圧のモジュールでは、サンドイッチが追加的に弾性で
非伝導性の素材で押出しコーティングされ、それと共に
センタリング部品に対して接続要素のためにアクセスが
可能である。
ばプラスチックから製造されている部品上に置かれ、こ
の部品は、ドイツ特許出願公開第１９６５１６３２号明
細書(DE19651632A1)にて紹介されているようにモジュー
ル内にてサンドイッチをセンタリングする。特に高い耐
電圧のモジュールでは、サンドイッチが追加的に弾性で
非伝導性の素材で押出しコーティングされ、それと共に
センタリング部品に対して接続要素のためにアクセスが
可能である。
【０００６】サンドイッチの上記の製造方法は以下の短
所を有する： − 平坦な金属ボディと半導体構成品のロウ付けは熱抵
抗の悪化を導く。その理由は、ロウ層が熱制止部として
表されるからである。その他の圧力コンタクト式のシス
テムにおいて、このロウ層は追加的な弱点となり、その
理由は、このロウ層が連続稼動にて疲労され、パワー半
導体モジュールの寿命が減少されるからである。 − 平坦な金属ボディとパワー半導体の接着はパートナ
ー間にて全面的には実現されず（このことは熱抵抗をロ
ウ付けの場合よりも遥かに悪化させてしまう）、確実な
コンタクトを確立するためにはパートナーの縁において
数ミリメーターだけが接着される。このことは他の問題
点を伴う：パートナー間には空気が閉じ込められないの
で（このことは更に熱移動を悪化させてしまう）、サン
ドイッチが接着後にプレスされなくてはならない。この
際、結晶質の半導体構成品の折損の危険性が増加し、そ
の理由は、接着縁に起因して、サンドイッチが中央にて
曲げられてしまうからである。 − パートナーの低温結合（ＮＴＶ）は、材料結束式の
方法であり、この方法は上述の短所を除去し、その理由
は、この結合が極めて良好な熱移動を保証しているから
である。この方法においてパートナーは圧力と温度によ
り互いに結合される。この方法の決定的な短所は、この
方法の実現には極めて手間がかかり、そのためにコスト
が高いということである。それにより、この方法は従来
技術の標準モジュールのためには使用されない。 − サンドイッチを押出しコーティングする追加的な方
法は同様に製造コストの増加を伴う手間のかかる製造プ
ロセスである。
所を有する： − 平坦な金属ボディと半導体構成品のロウ付けは熱抵
抗の悪化を導く。その理由は、ロウ層が熱制止部として
表されるからである。その他の圧力コンタクト式のシス
テムにおいて、このロウ層は追加的な弱点となり、その
理由は、このロウ層が連続稼動にて疲労され、パワー半
導体モジュールの寿命が減少されるからである。 − 平坦な金属ボディとパワー半導体の接着はパートナ
ー間にて全面的には実現されず（このことは熱抵抗をロ
ウ付けの場合よりも遥かに悪化させてしまう）、確実な
コンタクトを確立するためにはパートナーの縁において
数ミリメーターだけが接着される。このことは他の問題
点を伴う：パートナー間には空気が閉じ込められないの
で（このことは更に熱移動を悪化させてしまう）、サン
ドイッチが接着後にプレスされなくてはならない。この
際、結晶質の半導体構成品の折損の危険性が増加し、そ
の理由は、接着縁に起因して、サンドイッチが中央にて
曲げられてしまうからである。 − パートナーの低温結合（ＮＴＶ）は、材料結束式の
方法であり、この方法は上述の短所を除去し、その理由
は、この結合が極めて良好な熱移動を保証しているから
である。この方法においてパートナーは圧力と温度によ
り互いに結合される。この方法の決定的な短所は、この
方法の実現には極めて手間がかかり、そのためにコスト
が高いということである。それにより、この方法は従来
技術の標準モジュールのためには使用されない。 − サンドイッチを押出しコーティングする追加的な方
法は同様に製造コストの増加を伴う手間のかかる製造プ
ロセスである。
【０００７】総括すると、上記の方法は、構造体の熱抵
抗を悪化させ、遅い負荷交換に対する抵抗力を減少さ
せ、パワー半導体の破壊の危険性が増加され、及び／又
は、極めて高価である。
抗を悪化させ、遅い負荷交換に対する抵抗力を減少さ
せ、パワー半導体の破壊の危険性が増加され、及び／又
は、極めて高価である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の基礎を成す課
題は、低い熱抵抗を有し、有効寿命を増加し、センタリ
ング装置自体による圧力作用による半導体構成品の破壊
を排除し、低コストで標準生産プロセス内に組み込まれ
る、サンドイッチの個々の構成要素を互いの構成要素に
対して及び電気的な接続のための接続要素に対してセン
タリングさせる装置を創作することである。
題は、低い熱抵抗を有し、有効寿命を増加し、センタリ
ング装置自体による圧力作用による半導体構成品の破壊
を排除し、低コストで標準生産プロセス内に組み込まれ
る、サンドイッチの個々の構成要素を互いの構成要素に
対して及び電気的な接続のための接続要素に対してセン
タリングさせる装置を創作することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明に従
い、請求項１及び請求項２に記載の特徴を有する措置に
よって解決される。有利な実施形態は従属請求項にて記
載されている。
い、請求項１及び請求項２に記載の特徴を有する措置に
よって解決される。有利な実施形態は従属請求項にて記
載されている。
【００１０】電気的な接続要素上にてサンドイッチをセ
ンタリングするための、好ましくは電気的に絶縁性のプ
ラスチックから成るフレーム状のセンタリング装置は、
以下の特徴を有する： − サンドイッチの個々の要素、即ち、平坦な２つの金
属ボディ並びに半導体構成品は、例えばロウ付けのよう
な材料拘束式の結合によって互いに結合されているので
はなく、パワー半導体モジュールへの組込前にはルーズ
な状態でセンタリング装置内に設けられている。組込に
よって及び圧力付勢する圧力装置によって初めて個々の
要素の材料結束式の結合が得られる。 − サンドイッチの両方の平坦な金属ボディは、パワー
半導体モジュールへの組込前にはノーズによって脱落か
ら保護される。両方の金属ボディより大きな直径ないし
はエッジ長を有する半導体構成品は、センタリング装置
内の表面に対して中央で平行に延びる他の凹部によって
保持される。サンドイッチを含めたセンタリング装置の
組込前にも組込後にも、例えば半導体構成品の破壊を導
き得るセンタリング装置自体による圧力がサンドイッチ
に施されないことを保証するために、以下の幾何学的な
縁条件が守られなくては成らない。
ンタリングするための、好ましくは電気的に絶縁性のプ
ラスチックから成るフレーム状のセンタリング装置は、
以下の特徴を有する： − サンドイッチの個々の要素、即ち、平坦な２つの金
属ボディ並びに半導体構成品は、例えばロウ付けのよう
な材料拘束式の結合によって互いに結合されているので
はなく、パワー半導体モジュールへの組込前にはルーズ
な状態でセンタリング装置内に設けられている。組込に
よって及び圧力付勢する圧力装置によって初めて個々の
要素の材料結束式の結合が得られる。 − サンドイッチの両方の平坦な金属ボディは、パワー
半導体モジュールへの組込前にはノーズによって脱落か
ら保護される。両方の金属ボディより大きな直径ないし
はエッジ長を有する半導体構成品は、センタリング装置
内の表面に対して中央で平行に延びる他の凹部によって
保持される。サンドイッチを含めたセンタリング装置の
組込前にも組込後にも、例えば半導体構成品の破壊を導
き得るセンタリング装置自体による圧力がサンドイッチ
に施されないことを保証するために、以下の幾何学的な
縁条件が守られなくては成らない。
【００１１】− 半導体構成品自体は、半導体構成品を
保持するための、センタリング装置内にて延びている中
央の凹部における厚さｂよりも小さい厚さｄを有する必
要がある。 − サンドイッチの厚さ（ｃ＋ｄ＋ｃ）は、両方の平坦
な金属ボディを保持するために両側に設けられているノ
ーズの間隔（ａ＋ｂ＋ａ）よりも小さい必要がある。 − 半導体構成品の厚さｄと、好ましくは同一の厚さを
有する両方の平坦な金属ボディの１つの厚さｃを足した
ものは、半導体構成品を保持するための、センタリング
装置内にて延びている中央の凹部における厚さｂよりも
大きい必要がある。 − 半導体構成品の厚さｄと、好ましくは同一の厚さを
有する両方の平坦な金属ボディの１つの厚さｃと足した
ものは、中央の凹部の厚さｂとノーズに対する中央の凹
部からの間隔ａを足したものよりも小さい必要がある。
保持するための、センタリング装置内にて延びている中
央の凹部における厚さｂよりも小さい厚さｄを有する必
要がある。 − サンドイッチの厚さ（ｃ＋ｄ＋ｃ）は、両方の平坦
な金属ボディを保持するために両側に設けられているノ
ーズの間隔（ａ＋ｂ＋ａ）よりも小さい必要がある。 − 半導体構成品の厚さｄと、好ましくは同一の厚さを
有する両方の平坦な金属ボディの１つの厚さｃを足した
ものは、半導体構成品を保持するための、センタリング
装置内にて延びている中央の凹部における厚さｂよりも
大きい必要がある。 − 半導体構成品の厚さｄと、好ましくは同一の厚さを
有する両方の平坦な金属ボディの１つの厚さｃと足した
ものは、中央の凹部の厚さｂとノーズに対する中央の凹
部からの間隔ａを足したものよりも小さい必要がある。
【００１２】それにより、様々な厚さの平坦な金属ボデ
ィ並びに様々な厚さの半導体構成品を受容するためにこ
のセンタリング装置が適していることが達成される。
ィ並びに様々な厚さの半導体構成品を受容するためにこ
のセンタリング装置が適していることが達成される。
【００１３】− これらの縁条件により、並びに、平坦
な金属ボディを保持するためのノーズがモジュールの組
立時に電気的な接続要素における凹部にて少なくとも完
全に没するようにこれらの凹部が設けられていることに
より、組立後にセンタリング装置自体によりサンドイッ
チ上ないしはその構成要素上に圧力が施されないことが
保証される。材料結束式の結合は、パワー半導体モジュ
ール内に設けられている圧力要素を介してのみ確立され
る。 − センタリング装置自体は、好ましくは同一の２つの
部分ボディから構成され、これらの部分ボディは、これ
らの両方の部分がロックされて組み合わされ得るように
形成されている他のノーズ並びに他の凹部を有する。
な金属ボディを保持するためのノーズがモジュールの組
立時に電気的な接続要素における凹部にて少なくとも完
全に没するようにこれらの凹部が設けられていることに
より、組立後にセンタリング装置自体によりサンドイッ
チ上ないしはその構成要素上に圧力が施されないことが
保証される。材料結束式の結合は、パワー半導体モジュ
ール内に設けられている圧力要素を介してのみ確立され
る。 − センタリング装置自体は、好ましくは同一の２つの
部分ボディから構成され、これらの部分ボディは、これ
らの両方の部分がロックされて組み合わされ得るように
形成されている他のノーズ並びに他の凹部を有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、図１〜図７における実施形
態に基づいて本発明の思想を更に詳細に説明する。
態に基づいて本発明の思想を更に詳細に説明する。
【００１５】図１には、本発明によるフレーム状のセン
タリング装置（９）がパワー半導体モジュールへの取付
前の状態で横断面にて示されている。このセンタリング
装置（９）は同一の２つの部分ボディ（１）から構成さ
れている。好ましくは非導電性プラスチックで製造され
るこれらのボディ（１）はノーズ（２）を有し、これら
のノーズ（２）は、ここではモリブデンディスクである
１つの平坦な第１金属ボディ（１２）がセンタリング装
置（９）の結合体から脱落してしまうことを防止してい
る。両方のモリブデンディスク（１０、１２）と比べて
直径に関してより大きな半導体構成品（１１）はセンタ
リング装置（９）の中央の凹部（３）に位置している。
半導体構成品（１１）としては、ダイオード、サイリス
タ、またはトランジスタが使用される。第２モリブデン
ディスク（１０）はパワー半導体モジュールへの取付前
にはルーズな状態で半導体構成品（１１）上に載置され
ている。センタリング装置（９）により、サンドイッチ
を形成する構成部品（１０、１１、１２）は既に取付前
に互いにセンタリングされ得て、取付前の時点では材料
拘束式の結合または材料結束式の結合が確立される必要
はない。また、サンドイッチ並びにセンタリング装置
（９）は円形または正方形で形成され得る。
タリング装置（９）がパワー半導体モジュールへの取付
前の状態で横断面にて示されている。このセンタリング
装置（９）は同一の２つの部分ボディ（１）から構成さ
れている。好ましくは非導電性プラスチックで製造され
るこれらのボディ（１）はノーズ（２）を有し、これら
のノーズ（２）は、ここではモリブデンディスクである
１つの平坦な第１金属ボディ（１２）がセンタリング装
置（９）の結合体から脱落してしまうことを防止してい
る。両方のモリブデンディスク（１０、１２）と比べて
直径に関してより大きな半導体構成品（１１）はセンタ
リング装置（９）の中央の凹部（３）に位置している。
半導体構成品（１１）としては、ダイオード、サイリス
タ、またはトランジスタが使用される。第２モリブデン
ディスク（１０）はパワー半導体モジュールへの取付前
にはルーズな状態で半導体構成品（１１）上に載置され
ている。センタリング装置（９）により、サンドイッチ
を形成する構成部品（１０、１１、１２）は既に取付前
に互いにセンタリングされ得て、取付前の時点では材料
拘束式の結合または材料結束式の結合が確立される必要
はない。また、サンドイッチ並びにセンタリング装置
（９）は円形または正方形で形成され得る。
【００１６】凹部（３）の縁に対するノーズ（２）から
の間隔は符号ａで示されていて、凹部（３）の高さ（厚
さ）は符号ｂで示されている。また、モリブデンディス
クの厚さは符号ｃで、半導体構成品（１１）の厚さは符
号ｄで示されている。
の間隔は符号ａで示されていて、凹部（３）の高さ（厚
さ）は符号ｂで示されている。また、モリブデンディス
クの厚さは符号ｃで、半導体構成品（１１）の厚さは符
号ｄで示されている。
【００１７】また、半導体構成品（１１）の厚さｄとモ
リブデンディスク（１０又は１２）の厚さｃを足すと凹
部（３）の厚さｂよりも大きくなるので、このモリブデ
ンディスクは、残りの部品に対してどの時点でもセンタ
リングされていて、部分的に凹部（３）に重なって位置
することになる。従って、センタリングされているサン
ドイッチの操作が問題なく可能である。
リブデンディスク（１０又は１２）の厚さｃを足すと凹
部（３）の厚さｂよりも大きくなるので、このモリブデ
ンディスクは、残りの部品に対してどの時点でもセンタ
リングされていて、部分的に凹部（３）に重なって位置
することになる。従って、センタリングされているサン
ドイッチの操作が問題なく可能である。
【００１８】図２には、縮尺通りではないが、本発明に
よるセンタリング装置（９）の同一の２つの部分ボディ
（１）の１つが平面図で示されている。ノーズ（２）
は、結合体からモリブデンディスク（１０、１２）が脱
落してしまわないように配設されている。部分ボディ
（１）は追加的なノーズ（４）及び追加的な凹部（５）
を有する。これらは、これらの２つの部分ボディ（１）
が差し込まれて１つにされ得るように形成されていて、
その際、センタリング装置（９）から成るユニットとサ
ンドイッチを形成するために、それぞれのノーズ（４）
が凹部（５）内に嵌り込み、それにより両方の部分がロ
ックされて組み合わされ得る。
よるセンタリング装置（９）の同一の２つの部分ボディ
（１）の１つが平面図で示されている。ノーズ（２）
は、結合体からモリブデンディスク（１０、１２）が脱
落してしまわないように配設されている。部分ボディ
（１）は追加的なノーズ（４）及び追加的な凹部（５）
を有する。これらは、これらの２つの部分ボディ（１）
が差し込まれて１つにされ得るように形成されていて、
その際、センタリング装置（９）から成るユニットとサ
ンドイッチを形成するために、それぞれのノーズ（４）
が凹部（５）内に嵌り込み、それにより両方の部分がロ
ックされて組み合わされ得る。
【００１９】図３には、図２による部分ボディ（１）が
３次元的に示されている。ノーズ（２）、ノーズ
（４）、ノーズ（４）に付属する凹部（５）の他に、他
の凹部（６）も設けられていて、これは、半導体構成品
の追加的な制御接続部に電力供給を行うためのものであ
る。また、半導体構成品（１１）に場合によって設けら
れている制御接続部をコンタクトするために、サンドイ
ッチにおける１つの又は両方の平坦な金属ボディ（１
０、１２）が１つの又は複数の通過部を有することも可
能である。
３次元的に示されている。ノーズ（２）、ノーズ
（４）、ノーズ（４）に付属する凹部（５）の他に、他
の凹部（６）も設けられていて、これは、半導体構成品
の追加的な制御接続部に電力供給を行うためのものであ
る。また、半導体構成品（１１）に場合によって設けら
れている制御接続部をコンタクトするために、サンドイ
ッチにおける１つの又は両方の平坦な金属ボディ（１
０、１２）が１つの又は複数の通過部を有することも可
能である。
【００２０】図４には、サンドイッチを含めた本発明に
よるセンタリング装置（９）が横断面で示されている。
この際、平坦な金属ボディの１つはリング（１０）とし
て形成されていて、半導体構成品（１１）の制御接続部
へのアクセスが可能とされている。
よるセンタリング装置（９）が横断面で示されている。
この際、平坦な金属ボディの１つはリング（１０）とし
て形成されていて、半導体構成品（１１）の制御接続部
へのアクセスが可能とされている。
【００２１】図５には、本発明によるフレーム状のセン
タリング装置（９）がパワー半導体モジュールへの取付
後の状態で横断面にて示されている。電気的な第１接続
要素（２０）は凹部（２１）を有し、これらの凹部（２
１）ではノーズ（２）が完全に没し且つ更に没し得る。
つまり、ノーズ（２）は凹部（２１）内に先ずは完全に
没し得て、この状態で電気的な第１接続要素（２０）が
第１モリブデンディスク（１２）に接することになる。
その後、ノーズ（２）は凹部（２１）内にてその底部に
向かって更に深く没し得て、それにより電気的な第１接
続要素（２０）が第１モリブデンディスク（１２）を持
ち上げる。第１モリブデンディスク（１２）は電気的な
第１接続要素（２０）上に直接的に載置されていて、第
１モリブデンディスク（１２）上には夫々間隔を置かず
に半導体構成品（１１）並びに第２モリブデンディスク
（１０）が配置されている。センタリング装置（９）自
体がサンドイッチ（１０、１１、１２）に圧力を施すこ
とはなく、それにより、例えば破壊のようなマイナスの
影響が排除されていることが明らかである。個々の要素
の中心ずれは図１に関する説明に対応する理由により排
除される。サンドイッチの要素の材料結束式の結合は、
センタリング装置（９）上にではなくサンドイッチ上に
上方から作用する圧力装置によって確立される。従っ
て、本発明によるセンタリング装置（９）は、モジュー
ル製造前にサンドイッチと共に結合体として構成され得
て、この時点から、これらの要素に圧力を施すことなく
サンドイッチの全ての要素をセンタリングしている装置
として用いられる。
タリング装置（９）がパワー半導体モジュールへの取付
後の状態で横断面にて示されている。電気的な第１接続
要素（２０）は凹部（２１）を有し、これらの凹部（２
１）ではノーズ（２）が完全に没し且つ更に没し得る。
つまり、ノーズ（２）は凹部（２１）内に先ずは完全に
没し得て、この状態で電気的な第１接続要素（２０）が
第１モリブデンディスク（１２）に接することになる。
その後、ノーズ（２）は凹部（２１）内にてその底部に
向かって更に深く没し得て、それにより電気的な第１接
続要素（２０）が第１モリブデンディスク（１２）を持
ち上げる。第１モリブデンディスク（１２）は電気的な
第１接続要素（２０）上に直接的に載置されていて、第
１モリブデンディスク（１２）上には夫々間隔を置かず
に半導体構成品（１１）並びに第２モリブデンディスク
（１０）が配置されている。センタリング装置（９）自
体がサンドイッチ（１０、１１、１２）に圧力を施すこ
とはなく、それにより、例えば破壊のようなマイナスの
影響が排除されていることが明らかである。個々の要素
の中心ずれは図１に関する説明に対応する理由により排
除される。サンドイッチの要素の材料結束式の結合は、
センタリング装置（９）上にではなくサンドイッチ上に
上方から作用する圧力装置によって確立される。従っ
て、本発明によるセンタリング装置（９）は、モジュー
ル製造前にサンドイッチと共に結合体として構成され得
て、この時点から、これらの要素に圧力を施すことなく
サンドイッチの全ての要素をセンタリングしている装置
として用いられる。
【００２２】図６には、２つの半導体構成品のためのパ
ワー半導体モジュール、即ち例えばサイリスタモジュー
ルの電気的な接続要素（２０）が示されている。ここで
はノーズ（２）のための凹部（２１）が見て取れる。
ワー半導体モジュール、即ち例えばサイリスタモジュー
ルの電気的な接続要素（２０）が示されている。ここで
はノーズ（２）のための凹部（２１）が見て取れる。
【００２３】図７には、本発明によるセンタリング装置
（９）を含めてパワー半導体モジュール（サイリスタモ
ジュール）の内部構造が示されている。このモジュール
はベースプレート（３１）を有する。このベースプレー
ト（３１）上には、例えば酸化アルミニウムまたは窒化
アルミニウムから形成され得る２つの絶縁ディスク（３
２）が設けられていて、これらの絶縁ディスク（３２）
は電気的な第１接続要素（２０）を電気的に絶縁するた
めに用いられる。絶縁ディスク（３２）上には、制御接
続部のための凹部（６）を有するセンタリング装置
（９）内にてサンドイッチが設けられている。電気的な
第２接続要素（３７）は、圧力プレート（３４）と、圧
力を構成する調整ネジ（伸張ネジ、３５）とを用いてサ
ンドイッチ上に押し付けられ、この場合、圧力を提供す
る要素は絶縁ボディ（３６）を用いて電気的に絶縁され
ている。この構造により、第２モリブデンディスク（１
０）、半導体構成品（１１）、第１モリブデンディスク
（１２）、並びに電気的な第１接続要素（２０）と、電
気的な第２接続要素（３７）との材料結束式の結合が達
成される。
（９）を含めてパワー半導体モジュール（サイリスタモ
ジュール）の内部構造が示されている。このモジュール
はベースプレート（３１）を有する。このベースプレー
ト（３１）上には、例えば酸化アルミニウムまたは窒化
アルミニウムから形成され得る２つの絶縁ディスク（３
２）が設けられていて、これらの絶縁ディスク（３２）
は電気的な第１接続要素（２０）を電気的に絶縁するた
めに用いられる。絶縁ディスク（３２）上には、制御接
続部のための凹部（６）を有するセンタリング装置
（９）内にてサンドイッチが設けられている。電気的な
第２接続要素（３７）は、圧力プレート（３４）と、圧
力を構成する調整ネジ（伸張ネジ、３５）とを用いてサ
ンドイッチ上に押し付けられ、この場合、圧力を提供す
る要素は絶縁ボディ（３６）を用いて電気的に絶縁され
ている。この構造により、第２モリブデンディスク（１
０）、半導体構成品（１１）、第１モリブデンディスク
（１２）、並びに電気的な第１接続要素（２０）と、電
気的な第２接続要素（３７）との材料結束式の結合が達
成される。
【図１】本発明によるセンタリング装置を、パワー半導
体モジュールへの取付前の状態で横断面にて示す図であ
る。
体モジュールへの取付前の状態で横断面にて示す図であ
る。
【図２】本発明によるセンタリング装置の同一の２つの
部分ボディの１つを示す平面図である。
部分ボディの１つを示す平面図である。
【図３】図２による部分ボディを３次元的に示す図であ
る。
る。
【図４】サンドイッチを含めた本発明によるセンタリン
グ装置の断面を示す図である。
グ装置の断面を示す図である。
【図５】本発明によるセンタリング装置を、パワー半導
体モジュールへの取付後の状態で横断面にて示す図であ
る。
体モジュールへの取付後の状態で横断面にて示す図であ
る。
【図６】パワー半導体モジュールの電気的な接続要素を
示す図である。
示す図である。
【図７】本発明によるセンタリング装置を含めてパワー
半導体モジュールの内部構造を示す図である。
半導体モジュールの内部構造を示す図である。
１ 部分ボディ ２ ノーズ ３ 凹部 ４ ノーズ ５ 凹部 ６ 凹部 ９ センタリング装置 １０ 第２金属ボディ（第２モリブデンディスク）、
リング １１ 半導体構成品（ダイオード、又はサイリスタ、
又はトランジスタ） １２ 第１金属ボディ（第１モリブデンディスク） ２０ 電気的な第１接続要素 ２１ 凹部 ３１ ベースプレート ３２ 絶縁ディスク ３４ 圧力プレート ３５ 調節ネジ（伸張ネジ） ３６ 絶縁ボディ ３７ 電気的な第２接続要素 ａ 凹部（３）の縁に対するノーズ（２）からの間隔 ｂ 凹部（３）の高さ（厚さ） ｃ モリブデンディスクの厚さ ｄ 半導体構成品の厚さ
リング １１ 半導体構成品（ダイオード、又はサイリスタ、
又はトランジスタ） １２ 第１金属ボディ（第１モリブデンディスク） ２０ 電気的な第１接続要素 ２１ 凹部 ３１ ベースプレート ３２ 絶縁ディスク ３４ 圧力プレート ３５ 調節ネジ（伸張ネジ） ３６ 絶縁ボディ ３７ 電気的な第２接続要素 ａ 凹部（３）の縁に対するノーズ（２）からの間隔 ｂ 凹部（３）の高さ（厚さ） ｃ モリブデンディスクの厚さ ｄ 半導体構成品の厚さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F047 JA02 JB02
Claims (13)
- 【請求項１】ベースプレート（３１）と、電気的に絶縁
性の基板（３２）を用いてベースプレート（３１）から
分離されている少なくとも１つの電気的な第１接続要素
（２０）と、第１接続要素（２０）上に設けられてい
て、平坦な第１金属ボディ（１２）、半導体構成品（１
１）、並びに平坦な第２金属ボディ（１０）から成る少
なくとも１つのサンドイッチと、少なくとも１つの圧力
要素（３４、３５、３６）と、少なくとも１つの電気的
な第２接続要素（３７）と、ケーシングとを有するパワ
ー半導体モジュールにおいて、 ２つのボディ（１）から成るフレーム状のセンタリング
装置（９）を用いてサンドイッチが電気的な第１接続要
素（２０）上にてセンタリングされて載置されていて、
平坦な第１金属ボディ（１２）並びに平坦な第２金属ボ
ディ（１０）がセンタリング装置（９）におけるノーズ
（２）を用いて脱落に対して保護されているようにセン
タリング装置（９）が形成されていて、両方の金属ボデ
ィ（１０、１２）より大きな直径ないしはエッジ長を有
する半導体構成品（１１）が、センタリング装置（９）
内の表面に対して中央で平行に延びる凹部（３）によっ
て保持されていて、電気的な第１接続要素（２０）には
凹部（２１）が設けられていて、これらの凹部（２１）
は、センタリング装置（９）内にて平坦な第１金属ボデ
ィ（１２）を保持するためにセンタリング装置（９）に
おけるノーズ（２）がこれらの凹部（２１）にて完全に
没し且つ更に没し得るように形成されていて、電気的な
第１接続要素（２０）上のセンタリング装置（９）がサ
ンドイッチの全ての構成部品を圧縮力を伴わずにセンタ
リングしている装置として用いられ、モジュールの構成
部品としてルーズな状態で配置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】導電性のベースプレートと、このベースプ
レート上に設けられていて、平坦な第１金属ボディ、半
導体構成品、並びに平坦な第２金属ボディから成る材料
結束式のサンドイッチと、周囲を取り囲む絶縁性のケー
シング壁と、導電性の圧力要素と、導電性のカバーと、
場合によっては、半導体構成品に対する電気的に絶縁さ
れている制御接続部とを有するパワー半導体モジュール
（ディスクセル）において、 ２つのボディ（１）から成るフレーム状のセンタリング
装置（９）を用いてサンドイッチが導電性のベースプレ
ート上にてセンタリングされて載置されていて、平坦な
第１金属ボディ（１２）並びに平坦な第２金属ボディ
（１０）がセンタリング装置（９）におけるノーズ
（２）を用いて脱落に対して保護されているようにセン
タリング装置（９）が形成されていて、両方の金属ボデ
ィ（１０、１２）より大きな直径ないしはエッジ長を有
する半導体構成品（１１）が、センタリング装置（９）
内の表面に対して中央で平行に延びる凹部（３）によっ
て保持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３】センタリング装置（９）の両方の部分が非
導電性プラスチックから成ることを特徴とする、請求項
１または２に記載のパワー半導体モジュール。 - 【請求項４】センタリング装置（９）の両方の部分
（１）が、これらの両方の部分（１）がロックされて組
み合わされ得るように形成されている他のノーズ（４）
と他の凹部（５）を有することを特徴とする、請求項１
または２に記載のパワー半導体モジュール。 - 【請求項５】半導体構成品（１１）として、ダイオー
ド、サイリスタ、またはトランジスタが使用されること
を特徴とする、請求項１または２に記載のパワー半導体
モジュール。 - 【請求項６】平坦な金属ボディ（１０、１２）がモリブ
デンから成ることを特徴とする、請求項１または２に記
載のパワー半導体モジュール。 - 【請求項７】サンドイッチ並びにセンタリング装置
（９）が円形または正方形で形成されていることを特徴
とする、請求項１または２に記載のパワー半導体モジュ
ール。 - 【請求項８】センタリング装置（９）が、半導体構成品
の少なくとも１つの制御接続部を通過させるための少な
くとも１つの追加的な縁凹部（６）を有することを特徴
とする、請求項１または２に記載のパワー半導体モジュ
ール。 - 【請求項９】半導体構成品（１１）に場合によって設け
られている制御接続部をコンタクトするために、サンド
イッチにおける１つの又は両方の平坦な金属ボディ（１
０、１２）が１つの又は複数の通過部を有することを特
徴とする、請求項１または２に記載のパワー半導体モジ
ュール。 - 【請求項１０】半導体構成品（１１）が、半導体構成品
（１１）を保持するための、センタリング装置（９）内
にて延びている中央の凹部（３）における厚さよりも小
さい厚さを有することを特徴とする、請求項１または２
に記載のパワー半導体モジュール。 - 【請求項１１】サンドイッチの厚さが、両方の平坦な金
属ボディ（１０、１２）を保持するために両側に設けら
れているノーズ（２）の間隔よりも小さいことを特徴と
する、請求項１または２に記載のパワー半導体モジュー
ル。 - 【請求項１２】半導体構成品（１１）の厚さと、好まし
くは同一の厚さを有する両方の平坦な金属ボディ（１
０、１２）の１つの厚さを足したものが、半導体構成品
（１１）を保持するための、センタリング装置内にて延
びている中央の凹部（３）における厚さよりも大きく、
並びに、中央の凹部（３）の厚さと、中央の凹部（３）
の近くに設けられているノーズ（２）に対する中央の凹
部（３）からの間隔を足したものよりも小さいことを特
徴とする、請求項１または２に記載のパワー半導体モジ
ュール。 - 【請求項１３】センタリング装置（９）が、様々な厚さ
の平坦な金属ボディ（１０、１２）並びに様々な厚さの
半導体構成品（１１）を受容するために適していること
を特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載
のパワー半導体モジュール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10065495A DE10065495C2 (de) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | Leistungshalbleitermodul |
| DE10065495:9 | 2000-12-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002289630A true JP2002289630A (ja) | 2002-10-04 |
| JP4002758B2 JP4002758B2 (ja) | 2007-11-07 |
Family
ID=7669289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001383272A Expired - Lifetime JP4002758B2 (ja) | 2000-12-28 | 2001-12-17 | パワー半導体モジュール |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1220314B1 (ja) |
| JP (1) | JP4002758B2 (ja) |
| CN (1) | CN1259717C (ja) |
| AT (1) | ATE373874T1 (ja) |
| DE (2) | DE10065495C2 (ja) |
| DK (1) | DK1220314T3 (ja) |
| ES (1) | ES2292524T3 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011029638A (ja) * | 2009-07-22 | 2011-02-10 | Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg | パワー半導体素子を持つサンドイッチ構造を有するパワー半導体モジュール |
| JP2016521462A (ja) * | 2013-05-13 | 2016-07-21 | アーベーベー・テクノロジー・アーゲー | 半導体スイッチング素子のためのスペーサシステム |
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|---|---|---|---|---|
| BRPI0412599B1 (pt) | 2003-07-29 | 2016-05-17 | Voestalpine Automotive Gmbh | método para produção de peças estruturais endurecidas feitas de chapa de chapa de aço. |
| DE102004054063B3 (de) * | 2004-11-05 | 2006-06-08 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer rissarmen Verbindung und rissarme Verbindung |
| DE102005053398B4 (de) * | 2005-11-09 | 2008-12-24 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Leistungshalbleitermodul |
| EP1833088A1 (de) | 2006-03-07 | 2007-09-12 | Danfoss Silicon Power GmbH | Verfahren zur Erstellung einer rissarmer Verbindung zwischen einer Wärmesenke und einer Substratplatte |
| FR2900766B1 (fr) * | 2006-05-04 | 2008-09-26 | Converteam Sas | Dispositif et procede de centrage d'un element a semi-conducteur destine a etre insere dans un ensemble a empilement presse et ensemble a empilement presse comportant un tel dispositif |
| DE102008033410B4 (de) | 2008-07-16 | 2011-06-30 | SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG, 90431 | Leistungselektronische Verbindungseinrichtung mit einem Leistungshalbleiterbauelement und Herstellungsverfahren hierzu |
| DE102008058189A1 (de) | 2008-11-20 | 2010-07-22 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Feuchtigkeitsdichtes Leistungshalbleitermodul mit Zentriereinrichtung |
| DE102009022660B3 (de) | 2009-05-26 | 2010-09-16 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Befestigung eines Bauelements an einem Substrat und/oder eines Anschlusselementes an dem Bauelement und/oder an dem Substrat durch Drucksinterung |
| JP7117309B2 (ja) | 2017-01-17 | 2022-08-12 | ヒタチ・エナジー・スウィツァーランド・アクチェンゲゼルシャフト | 半導体スイッチングデバイス |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CS166520B1 (ja) * | 1973-11-19 | 1976-02-27 | ||
| DE3308661A1 (de) * | 1983-03-11 | 1984-09-20 | SEMIKRON Gesellschaft für Gleichrichterbau u. Elektronik mbH, 8500 Nürnberg | Halbleiterelement |
| DE3421672A1 (de) * | 1984-06-09 | 1985-12-12 | SEMIKRON Gesellschaft für Gleichrichterbau u. Elektronik mbH, 8500 Nürnberg | Wechsellastbestaendiges, schaltbares halbleiterbauelement |
| JP3031171B2 (ja) * | 1994-07-27 | 2000-04-10 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置及びそのパッケージ構造並びに電力変換装置 |
| DE19627426A1 (de) * | 1996-07-08 | 1998-01-15 | Asea Brown Boveri | Lichtzündbarer Leistungshalbleiter sowie Verfahren zum Zusammenbauen eines solchen lichtzündbaren Leistungshalbleiters |
| DE19651632C2 (de) * | 1996-12-12 | 2000-12-14 | Semikron Elektronik Gmbh | Leistungshalbleitermodul |
-
2000
- 2000-12-28 DE DE10065495A patent/DE10065495C2/de not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-12-14 EP EP01129785A patent/EP1220314B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-14 AT AT01129785T patent/ATE373874T1/de active
- 2001-12-14 DE DE50113028T patent/DE50113028D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-14 DK DK01129785T patent/DK1220314T3/da active
- 2001-12-14 ES ES01129785T patent/ES2292524T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-17 JP JP2001383272A patent/JP4002758B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2001-12-27 CN CN01143956.4A patent/CN1259717C/zh not_active Expired - Lifetime
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| JP2016521462A (ja) * | 2013-05-13 | 2016-07-21 | アーベーベー・テクノロジー・アーゲー | 半導体スイッチング素子のためのスペーサシステム |
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