JP2008199007A - パワー半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】簡単に形成され且つ液体又は湿気の浸入に抗して信頼性をもって保護されているパワー半導体モジュールを創作する。
【解決手段】パワー半導体モジュールであって、ハウジング（１２）を有し、このハウジング内に負荷端子要素（１６）が配置されていて、これらの負荷端子要素が接触装置（１７）を有し、これらの接触装置がハウジング（１２）のハウジング凹部（２６）内に配置されていて、これらのハウジング凹部がハウジング（１２）の付属の側壁（２８）に形成されていて、またこのハウジング（１２）を被うカバー（１４）を有するパワー半導体モジュールにおいて、ハウジング（１２）が上側にて材料一体式で、周回する密封フレーム（２２）を備えて形成されていて、カバー（１４）が、その周回する密封フレーム（２２）に覆い被さる外縁（２４）を備えて形成されていること。
【選択図】図４

Description

本発明は、パワー半導体モジュールであって、ハウジングを有し、このハウジング内に負荷端子要素が配置されていて、これらの負荷端子要素が接触装置を有し、これらの接触装置がハウジングのハウジング凹部内に配置されていて、これらのハウジング凹部がハウジングの付属の側壁に形成されていて、またこのハウジングを被うカバーを有するパワー半導体モジュールに関する。

この種のパワー半導体モジュールは様々な構成で知られていて、この際、ハウジングは電気絶縁式の少なくとも１つの基板と組み合わされていて、この基板は、好ましくは冷却構成部品に取り付けるために設けられている。この基板又は各基板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電気絶縁されている金属性の特定数の配線パス（導電トラック）と、回路に適してこれらの配線パスと接続されている複数のパワー半導体素子（パワー半導体デバイス）とを備えている。これらのパワー半導体モジュールは、負荷端子要素に追加し、補助端子要素を有し、これらの補助端子要素はパワー半導体素子用の制御端子に係るものである。

例えば特許文献１は、押付装置を有するパワー半導体モジュールを記載し、その押付装置は、安定性があって好ましくは金属性であり押圧力を構成する押付要素と、押圧力を蓄積する弾性的なクッション要素と、基板表面の別々の領域に対して押圧力を導入するブリッジ要素とを有する。このブリッジ要素は、好ましくはプラスチック成形体であって、基板表面の方向に押付フィンガーが出てゆくクッション要素とは反対側の面を有するプラスチック成形体として構成されている。

特許文献２からは、負荷端子要素が基板表面に対して部分的に狭く隣接して垂直に延在し且つ接触フットを有するようにそれらの負荷端子要素が形成されているパワー半導体モジュールが知られていて、それらの接触フットは、基板表面上に設けられている導体パス（導電トラック）に対する電気接触部を確立し、同時に基板に対して押圧力を加え、それにより冷却構成部品に対する熱接触部を確立する。

ＤＥ４２３７６３２Ａ１ ＤＥ１０１２７９４７Ｃ１

本発明の基礎を成す課題は、簡単に形成され且つ液体又は湿気の浸入に抗して信頼性をもって保護されている、冒頭に掲げた形式のパワー半導体モジュールを創作することである。

前記の課題は、本発明に従い、請求項１の構成要件、即ち、ハウジングが上側にて材料一体式で、周回する密封フレームを備えて形成されていて、カバーが、その周回する密封フレームに覆い被さる外縁を備えて形成されていることにより解決される。

本発明に従うパワー半導体モジュールの構成により、パワー半導体モジュールの故障を導き得る、結露などによるパワー半導体モジュール内への液体又は湿気の浸入が、構造上簡単な方式で防止されるという長所が得られる。

本発明に従うパワー半導体モジュールにおいて、各々のハウジング凹部がその内縁にて、密封フレームの一部分を形成する密封リブを有し、付属の負荷端子要素が、この密封リブのまわりを回るように曲げられた湾曲部を備えて形成されていて、この湾曲部に、対応する負荷端子要素の接触装置が続いていると、特に有利であることが示された。この際、各々の負荷端子要素の湾曲部は、有利には、機械的なプルリリース部、並びに温度に起因する長さ変化を相殺するための要素を形成する。

本発明に従うパワー半導体モジュールにおいて、密封リブが付属のハウジング凹部の深さよりも大きい高さを有すると有利である。同様に、密封リブが各々の負荷端子要素の接触装置の壁厚よりも大きい高さサイズを有すると有利である。そのような寸法決定により、液体或いは凝縮する湿気がハウジングの内部に浸入することはなく外側で流れ落ちることが達成される。

本発明に従い、周回する密封フレームが単純にパワー半導体モジュールのハウジングの材料から成る、即ちこの材料と単純に材料一体式で例えば射出成形により製造されていることが可能である。また、密封フレームが、又は少なくとも負荷端子要素に割り当てられた密封リブが、その上縁にて弾性密封要素を有することも有利であり得る。この密封要素は密封ストリップであり得て、この密封ストリップは、密封フレーム或いは各々の密封リブに形成された溝内に嵌め込まれる又は接着固定されている。また密封要素がパワー半導体モジュールのハウジングと二成分射出成形法で直接的に直に製造されることも可能である。

パワー半導体モジュールの内部への液体又は湿気の浸入に抗する良好な密封特性は、カバーが、各々の負荷端子要素の湾曲部に覆い被さる縁部分を備えて形成されていると達成される。この縁部分は、当然のことながら、本発明に従うパワー半導体モジュールのハウジングの周回する密封フレームの残りの部分をも越えて延びている。

本発明に従い、ハウジングは１つの部分モジュール用に設けられ得る。しかしハウジングが特定数の部分モジュール用に設けられていると有利である。これらの部分モジュールが例えば所謂ハーフブリッジに関するものであると、本発明に従い、例えば、共通のハウジングとこれを被うカバーとを有する三相フルブリッジが実現可能である。

他の詳細、特徴、及び長所は、図面に描かれた本発明に従うパワー半導体モジュール或いはその本質的な個々の部分の実施例に関する以下の説明から見てとれる。

図１はパワー半導体モジュール１０の構成を示している。パワー半導体モジュール１０はハウジング１２とこのハウジング１２を閉じるカバー１４とを有する。ハウジング１２からは負荷端子要素１６がその接触装置１７をもって突き出ている。カバー１４は補助端子要素用の隆起部１８を備えて形成されている。ハウジング１２からは支持ショルダ２０が立設し、これらの支持ショルダ２０に（非図示の）回路ボードが固定可能である。

図２から見てとれるようにハウジング１２は上側にて材料一体式で、周回する密封フレーム２２を備えて形成されていて、この密封フレーム２２を越え、カバー１４がその外縁２４をもって張り出している。

ハウジング１２はハウジング凹部２６（図２参照）を備えて形成されていて、これらのハウジング凹部２６は負荷端子要素１６の接触装置１７（図１参照）用に設けられている。ハウジング凹部２６はハウジング１２の付属の側壁２８に形成されている。各々のハウジング凹部２６はその内縁３０にて、ハウジング１２の密封フレーム２２の一部分３２を形成する密封リブ３４を有する。

図３から見てとれるように各々の負荷端子要素１６は、付属の密封リブ３４のまわりを回るように曲げられた湾曲部３６を備えて形成されていて、この湾曲部３６に付属の接触装置１７が続いている。

図３において符号３８でパワー半導体モジュール１０の基板が示されていて、この基板はハウジング１２の下側にて適合するように取り付けられている。基板３８はその下側にて平坦な金属層４０を備えて形成され、その上側即ち内部側にて構造化（パターン化）された金属層４２を備えて形成され且つパワーエレクトロニクス素子を装備している。

負荷端子要素１６は周知の方式で接触フット４４を備えて形成されていて、これらの接触フット４４は基板３８の構造化された金属層４２と接触されている。

図４から見てとれるように各々の密封リブ３４は高さＨを有し、この高さＨは、付属のハウジング凹部２６の深さＴよりも大きい。また各々の密封リブ３４の高さＨは、対応する負荷端子要素１６の付属の接触装置１７の壁厚Ｗよりも大きい。図４においても符号３６で各々の負荷端子要素１６の湾曲部が示され、符号１４でパワー半導体モジュール１０のカバーが示されている。更に図４は、カバー１４がその外縁２４をもって、ハウジング１０の周回する密封フレーム２２に覆い被さり、それによりパワー半導体モジュール１０の内部への液体又は湿気の浸入が防止されることを明確にしている。

図５は、図４に類似する部分断面図としてパワー半導体モジュール１０の構成を示し、ここではハウジング１２の密封フレーム２２或いは少なくとも各々の密封リブ３４がその上縁４６にて弾性密封要素４８を有している。この弾性密封要素４８は、例えば、上縁４６に形成されている溝５０内に配置又は接着固定されている密封ストリップであり得る。それに対して図６は、図５に類似する部分断面図としてパワー半導体モジュール１０の構成を示し、ここでは弾性密封要素４８がハウジング１２と直接的に且つ二成分射出成形により共同で直に実現されている。

図面において同じ個々の部分は各々同じ符号をもって示されているので、全ての図面に関し、全ての個々の部分をその都度詳細に説明することは省略した。

パワー半導体モジュールの構成を部分的に切断された斜視図として示す図である。 パワー半導体モジュールのハウジングの一部分を示す斜視図である。 断面図としてパワー半導体モジュールのハウジングと負荷端子要素と基板の一部分を示す斜視図である。 パワー半導体モジュールの個々の部分、即ちそのハウジングと負荷端子要素とカバーを部分的に示す断面図である。 パワー半導体モジュールの別の構成を図４と類似する部分断面図として示す図である。 更にパワー半導体モジュールの別の実施例を図５と類似する部分断面図として示す図である。

符号の説明

１０ パワー半導体モジュール
１２ ハウジング
１４ カバー
１６ 負荷端子要素
１７ 負荷端子要素の接触装置
１８ カバーの隆起部
２０ ハウジングの支持ショルダ
２２ ハウジングの密封フレーム
２４ カバーの外縁
２６ ハウジングのハウジング凹部
２８ ハウジングの側壁
３０ ハウジング凹部の内縁
３２ 密封フレームの一部分
３４ 密封リブ
３６ 負荷端子要素の湾曲部
３８ 基板
４０ 基板の金属層
４２ 基板の構造化金属層
４４ 負荷端子要素の接触フット
４６ 密封フレームの上縁
４８ 弾性密封要素
５０ 弾性密封要素用の溝

Claims (7)

1. パワー半導体モジュールであって、ハウジング（１２）を有し、このハウジング内に負荷端子要素（１６）が配置されていて、これらの負荷端子要素が接触装置（１７）を有し、これらの接触装置がハウジング（１２）のハウジング凹部（２６）内に配置されていて、これらのハウジング凹部がハウジング（１２）の付属の側壁（２８）に形成されていて、またこのハウジング（１２）を被うカバー（１４）を有するパワー半導体モジュールにおいて、
   ハウジング（１２）が上側にて材料一体式で、周回する密封フレーム（２２）を備えて形成されていて、カバー（１４）が、その周回する密封フレーム（２２）に覆い被さる外縁（２４）を備えて形成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
2. 各々のハウジング凹部（２６）がその内縁（３０）にて、密封フレーム（２２）の一部分を形成する密封リブ（３４）を有すること、及び付属の負荷端子要素（１６）が、この密封リブ（３４）のまわりを回るように曲げられた湾曲部（３６）を備えて形成されていて、この湾曲部に付属の接触装置（１７）が続い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。
3. 密封リブ（３４）が付属のハウジング凹部（２６）の深さ（Ｔ）よりも大きい高さ（Ｈ）を有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. 密封リブ（３４）が接触装置（１７）の壁厚（Ｗ）よりも大きい高さ（Ｈ）を有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. 密封フレーム（２２）又は少なくとも密封リブ（３４）がその上縁（４６）にて弾性密封要素（４８）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
6. カバー（１４）が、各々の負荷端子要素（１６）の湾曲部（３６）に覆い被さる縁部分（２４）を備えて形成されていることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
7. ハウジング（１２）が特定数の基板（３８）及び／又は部分モジュール用に設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。

Images