JP4914697B2 - 互いに平行に接続されたコンデンサを有するパワー半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、互いに平行に接続されたコンデンサを有するパワー半導体モジュールであって、コンデンサの第１の接続要素が第１のバスバーに接触し、かつコンデンサの第２の接続要素が第２のバスバーに接触し、第１のバスバーと第２のバスバーとの間に絶縁素子が設けられ、そして押圧装置が絶縁素子を備えるパワー半導体モジュールに関する。

このようなパワー半導体モジュールは、例えば、コンデンサが、半田付け接触、溶接接触またはねじ接触によって両方のバスバーに電気的に接続される変換器システムで知られている。このような半田付け接触、溶接接触またはねじ接触は、それらの信頼性に対してさらなる要求がある。

パワー半導体モジュールの信頼性を高くするには、チップ接触およびＤＣＢ接触において圧接を行うことが好ましい。しかし、コンデンサの接続要素において、従来、このような圧接を実現できなかった。その理由は、コンデンサの接続要素が、他の面にまたは他の方向にＤＣＢ接触として配向され、したがって、追加の押圧システムが必要であったからである。

この状況を認識した上で、本発明の課題は、コンデンサの接続要素が確実に接触されかつ安価に製造可能である冒頭に述べた種類のパワー半導体モジュールを提供することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴構成によって、すなわち、押圧装置が、少なくとも１つの押圧体と、割り当てられた受圧体とを備え、押圧装置によりコンデンサの第１および第２の接続要素に圧力が加えられて、これらの接続要素が、割り当てられたバスバーに電気的に接触し、第１の接続要素に圧力を加えるための少なくとも１つの押圧体が、弾性的に形成されたアームを備え、かつ割り当てられた受圧体が固定して形成されること、および第２の接続要素に圧力を加えるための少なくとも１つの押圧体が、固定して形成された第２のアームを備え、かつ割り当てられた受圧体が、弾性的に形成された部分を備えることによって解決される。

本発明によるパワー半導体モジュールのコンデンサでは、接続要素が、例えば、半田付けされるコンデンサの脚部として形成される。このようなコンデンサは、従来、バスバーとの半田接続によって接触する。このような半田接続の代わりに、本発明によれば、変換器システム等のシステムの信頼性を高くする際にチップ接触およびＤＣＢ接触でのみ実現される圧接が提案される。

本発明によるパワー半導体モジュールは、第１の接続要素に圧力を加えるための少なくとも１つの押圧体が、弾性的に形成された第１のアームを備え、それに割り当てられた受圧体が固定して形成されている場合、そして第２の接続要素に圧力を加えるための少なくとも１つの押圧体が、固定して形成された第２のアームを備え、割り当てられた受圧体が、弾性的に形成された部分を備えており、これは有効であることが証明されている。受圧体の弾性的に形成された部分は任意のベース／解除ベース（freigestellte Stege）として形成することができる。

本発明によるパワー半導体モジュールにおいて、少なくとも１つの押圧体の第１および第２のアームが密接して設けられかつ押圧体から平行に突出する（wegragt）場合、有利であることが証明されている。第１および第２のアームが押圧体から同じ長さ（gleich weit：同じ広がり）で突出している場合、さらに有効である。

受圧体の弾性的に形成された部分が少なくとも１つの押圧体の第２のアームと完全に一致して設けられている場合に、コンデンサの接続要素の確実な圧接が得られる。

パワー半導体モジュールの耐振動性および耐衝撃性に対するそれぞれの要件を満たすために、コンデンサが押圧装置の押圧体と受圧体との間に確実に固定される場合、有効であることが証明されている。このために、押圧体からは、第１および第２のバスバーに対して平行に配向された縦長の保持機構が突出でき、クッション要素は保持機構を備え、そして受圧体にはコンデンサ用の配置要素を形成できる。クッション要素には、受圧体に対向する保持機構の側面に固定されるプラスチック発泡材からなるストリップを使用することができる。受圧体と同一材料で一体形成されるその配置要素は、溝によっておよび／または輪郭形成されたベースによって形成することができる。

本発明によるパワー半導体モジュールでは、コンデンサは、第１および第２のバスバーに互いに平行に並んで一列に設けられ、少なくとも、第１および第２のバスバーのほぼ平面に位置する。

さらなる詳細、特徴および利点は、本発明によるパワー半導体モジュールの図面に部分的に示されている実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになる。

図１は、密に並んで一列に配置されかつ互いに並列に接続されたコンデンサ１２を有するパワー半導体モジュール１０の図面を示している。この並列接続は、第１のバスバー１４と第２のバスバー１６とによって行われ、これらのレールの間には絶縁素子１８が配置される。第１のバスバー１４はコンデンサ１２の第１の接続要素２０に接触し、かつ第２のバスバー１６はコンデンサ１２の第２の接続要素２２（図２も参照）に接触する。このようにして、接続要素２０とバスバー１４とが接触しまた接続要素２２とバスバー１６とが接触することにより、押圧体２６と受圧体２８とを備えるパワー半導体モジュール１０の押圧装置２４が作動する。同時に、押圧装置２４は、図示していない回路板、回路基板等を有する半導体チップに例えば圧接させるために使用される。

押圧体２６は、ねじ要素３０によって受圧体２８に固定される。他の方法には、例えば、パワー半導体モジュール１０の冷却体３２に螺合されるねじ要素３０を使用して、押圧体２６を受圧体２８に固定するような方法がある。

図１と同一の部分が図１と同一の参照番号で示されている図２から明らかなように、押圧体２６は第１の接続要素２０用の押圧要素３４を備え、かつ受圧体２８はコンデンサ１２の第２の接続要素２２用の押圧部３６を備える（図１参照）。

さらに、図１から明らかなように、コンデンサ１２は押圧装置２４の押圧体２６と受圧体２８との間に固定される。

押圧体２６からは、押圧要素３４が設けられる第１のアーム３８が突出する。さらに、押圧体２６からは第２のアーム４０が突出し、この第２のアームは、押圧機構４２によって第１のバスバー１４を押圧し、かつコンデンサの第２の接続要素２２と完全に一致して設けられる。押圧体２６の第１および第２のアーム３８と４０は互いに平行にかつ互いに僅かに離間して設けられる。押圧要素３４およびそれに隣接する押圧機構４２のそれぞれは、押圧装置２４の押圧体２６から同じ長さで突出する。

図２から明らかなように、押圧部３６は、第２のバスバー１６に対向する受圧体２８の主面４６に形成される溝４４によって形成される。それぞれの溝４４には、それぞれのコンデンサの対応する第２の接続要素２２用の弾性要素４８が設けられる（図３参照）。

コンデンサ１２は、押圧装置２４の押圧体２６と受圧体２８との間で画定してフレキシブルに固定される。このために、押圧体２６からは、クッション要素５２を備える縦長の保持機構５０が突出する（図１参照）。受圧体２８には、コンデンサ１２用の配置要素５４が形成される。配置要素５４は、コンデンサ１２の形状に対応したリブの輪郭５８を有するリブとして形成される。

図１、図２および図３のそれぞれにおける同一の部分は同一の参照番号で示されているので、これらの図面に関連して、すべての部分をそれぞれ詳述する必要はない。

パワー半導体モジュールの形成部の斜視図である。 バスバーに対応する両方のコンデンサ接続要素の圧接部を示したパワー半導体モジュールの部分斜視図である。 特に、コンデンサ用の配置要素とコンデンサの第２の接続要素用の弾性要素とを示したパワー半導体モジュールの他の部分斜視図である。

符号の説明

１０ パワー半導体モジュール
１２ （１０の）コンデンサ
１４ （１２に関して１０の）第１のバスバー
１６ （１２に関して１０の）第２のバスバー
１８ （１４と１６との間に設けられた）絶縁素子
２０ （１２の）第１の接続要素
２２ （１２の）第２の接続要素
２４ （１２に関して１０の）押圧装置
２６ （２４の）押圧体
２８ （２４の）受圧体
３０ （２４の）ねじ要素
３２ （１０の）冷却体
３４ （２０に関して２６の）押圧要素
３６ （２２に関して２８の）押圧部
３８ （３４に関して２６の）第１のアーム
４０ （４２に関して２６の）第２のアーム
４２ （４０に設けられた）押圧機構
４４ （３６の）溝
４６ （２８の）主面
４８ （４４に設けられた）弾性要素
５０ （５２に関して２６の）保持機構
５２ （１２に関して５０に設けられた）クッション要素
５４ （１２に関して２８の）配置要素
５８ （５４の）リブの輪郭

Claims (8)

1. 互いに平行に接続されたコンデンサ（１２）を有するパワー半導体モジュールであって、前記コンデンサの第１の接続要素（２０）が第１のバスバー（１４）に接触し、前記コンデンサの第２の接続要素（２２）が第２のバスバー（１６）に接触し、前記第１のバスバー（１４）と前記第２のバスバー（１６）との間に絶縁素子（１８）が設けられ、かつ当該絶縁素子を押圧装置（２４）が備えるパワー半導体モジュールであって、
   前記押圧装置（２４）が、少なくとも１つの押圧体（２６）と、割り当てられた受圧体（２８）とを備え、前記押圧装置（２４）によって、前記第１および第２の接続要素（２０と２２）が前記割り当てられたバスバー（１４、１６）と共に圧力を加えられて、電気的に接触させられ、
   前記第１の接続要素（２０）に圧力を加えるための前記少なくとも１つの押圧体（２６）が、弾性的に形成されたアーム（３８）を備え、かつ前記割り当てられた受圧体（２８）が固定して形成されること、および
   前記第２の接続要素（２２）に圧力を加えるための前記少なくとも１つの押圧体（２６）が、固定して形成された第２のアーム（４０）を備え、かつ前記割り当てられた受圧体（２８）が、弾性的に形成された部分（３６、４８）を備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
2. 前記受圧体（２８）の前記弾性的に形成された部分が任意のベースとして形成され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。
3. 前記第１および第２のアーム（３８と４０）が密接して設けられ、かつ前記押圧体（２６）から平行に突出す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。
4. 前記第１および第２のアーム（３８と４０）が前記押圧体（２６）から同じ長さで突出す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。
5. 前記受圧体（２８）の前記弾性的に形成された部分（３６、４８）が、前記少なくとも１つの押圧体（２６）の前記第２のアーム（４０）と完全に一致して設けられ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。
6. 前記コンデンサ（１２）が、前記押圧装置（２４）の前記押圧体（２６）と前記受圧体（２８）との間で画定してしなやかに固定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
7. 前記押圧体（２６）から、前記第１および第２のバスバー（１４、１６）に対して平行に配向された縦長の保持機構（５０）が突出し、該保持機構がクッション要素（５２）を備えること、および
   前記受圧体（２８）に前記コンデンサ（１２）用の配置要素（５４）が形成されることを特徴とする請求項６に記載のパワー半導体モジュール。
8. 前記コンデンサ（１２）が、前記第１および第２のバスバー（１４、１６）に互いに平行に並んで一列に配置され、少なくとも、前記第１および第２のバスバー（１４、１６）のほぼ平面に位置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。

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