JPS63240056A - 半導体組立ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、特許請求の範囲第１項の前提部に記載の特徴
を有するモジュール組立形式の半導体組立ユニットに関
する。

［従来の技術］ 少なくとも２つの半導体素子の被覆されない帯状の電流
導体部分が、鑞付けまたはばね力による圧力によって絶
縁材料の基台に固定され、電気的に接続されているモジ
ュール組立形式の半導体組立ユニットが知られている。

いわゆるハイブリット形式におけるそのような構造の半
導体は、能動的および受動的の半導体素子を備えること
ができる。

そのような構成ユニットの場合、鑞付は結合時における
製造の過程において、構成要素のうちの１つが故障する
ことによって、全体の構造を廃棄する必要があり、磁器
上の絶縁材料基台の材料の制限のため、所望の使用条件
の回路構成に必要な面の広がりの壊れ易さが支障になり
、公知の浮動状態の半導体モジュールは、種々の電気装
置に任意に一般的に使用することができないことが欠点
である。結局、多相装置用の数種のモジュールによるそ
れぞれの組立、特に組合わせによって、多くの材料およ
び労力を必要とし、さらに、熱処理は、冷却媒体部よび
種々の構造に対して極めて多額の費用を必要とする。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の基本的な目的は、場所をとらない構造によって
、一方では熱を逃がすための熱的な接触面の最適な利用
を可能にし、他方では制御回路および保護配線を考慮し
て大規模集積回路を可能にし、すべての構成要素すなわ
ち出力回路要素および／または制御回路要素および／ま
たは保護回路要素を、組立前に電気的に検査することが
でき、支持体および／または冷却構成要素への固定およ
びこれらとの接続が、公知の組立形式に比べて簡単な方
法で可能であるような、モジュール組立形式の電力用半
導体組立ユニットを提供することである。

［問題点を解決するための手段］ この目的は、冒頭に述べた形式の半導体構成ユニットに
おいて、特許請求の範囲第１項の特徴部分に記載の対策
によって達成される。好適な実施態様は、特許請求の範
囲第２項ないし第２１項に示されている。

［実施例］ 本発明による半導体組立ユニットを、第１図ないし第７
図に示された実施例によって説明する。

第１図に示すように、下部電極を有する半導体ペレット
１が、基板と呼ばれる熱伝導性および電気絶縁性を有す
る板３の金属被覆された上側３３に、例えば鑞付けによ
って固く取付けられ、他方の上部電極が、通電部２を介
して基板３の上側３３の分離部分に接続され、この部分
を介して電流端子ボルト４に接続されている。半導体ペ
レット１の下部電極は、同様なボルト４′によって電気
的に固定して接続されている。半導体ペレット１、通電
部２、電流端子ボルト４．４′および基板３が、共に本
発明によりて半導体素子■を構成し、これはその周囲に
おいて、図の左縁に概略的に示された数個の湾曲固定部
材８によって、一点鎖線飄、に沿ったねじを使用して、
支持体９上に分解可能に固定されている。

基板３としては、接触金属層３２．３３と絶縁層３１と
からなる構成にされている。基板３は特に酸化セラミッ
クスの板３１とその両面に被覆された接触金属層３２．
３３とからなっている。基板としては、特にいわゆる直
接結合方法を使用して直接鋼によって被覆された磁器板
を使用することができる。　基板３は、半導体ペレット
１を固定する面積以上に著しく広い面の広がりを有し、
これは、半導体素子■を制御および保護する半導体ペレ
ット１に対する回路構成要素１１の簡単で構造上好適な
空間的配置および固定を可能にしている。

半導体素子をハウジングの外側の導線部分と電気的に接
続するため、ハウジング内部は導線を案内する構造を備
えている。

第１図に示すように、枠状に形成され一部分だけが示さ
れ、支持体９および蓋（図示せず）と共に半導体構成ユ
ニットのハウジングを構成するハウジング部５は、ソケ
ット状の突起５１を有し、この突起は、端子ボルト４′
とハウジング部５との間の電流端子要素と呼ばれる電流
導体６を固定する支持点として使用される。この端子要
素６は、特にねじ７．８によって両側に分解可能に固定
される。支持体９に固定して取付けるため、ハウジング
部５は、さらにフランジ状張り出し部５２を備え、これ
によって、線ＩＩ＋に沿ってねじ結合が行われる。

半導体ペレット１は、半導体基板上に、能動的および受
動的の機能要素、すなわちダイオード、トランジスタま
たはサイリスタのほかに抵抗および／またはキャパシタ
ンスを有することができる。

半導体素子！は、ねじ結合によって支持体９上に固定す
ることができる。

基板３を支持体９に平らに被覆することに関する好適な
実施態様は、支持体９の方に向いた接触金属層３２が、
適当に大きな熱膨張係数によって基板３を支持体９に対
して凸面に湾曲させる材料から形成されるか、またはそ
のような材料からなる少なくとも１つの部分層を備える
ことによって達成される。この目的のため、金属被覆３
２の内側の部分層を例えば銅からつくり、外側の部分層
を鉛または錫からつくることができる。湾曲固定部材を
呼ばれる数個の固定装置８によって、基板３が支持体９
に固定される。

半導体ペレット１は、接着剤によって基板３に固定する
こともできる。

支持体９は、金属の組立板であることが好ましい。また
、支持体９は、強制冷却用の板状および塊状の冷却体と
して形成することもできる。

本発明による半導体構成ユニットの好適な実施態様は、
各半導体素子■が、基板３に作用するばね部材を使用し
て支持体９と圧力によって固定して結合されるようにさ
れている。第２図ないし第４図は、それぞればね部材と
しての板ばねの配置を示している。第２図に示すように
、板ばね１６は杓子状に形成され、伸ばされて穴が設け
られた端部が、支持体９に固定された絶縁支持点１２の
円筒形突起を介して案内され、支持点１２の肩部に載せ
られ、絶縁板１３と穴１２ａを通して差し込まれた締付
は円板１５を備えたねじ１４によって固定され、湾曲し
た端部が基板３上に載せられる。

第３ａ図によれば、基板３の同様な固定が、第１図にお
いて部品５右よび部品５１として示されているようにハ
ウジング５を形成することによって、行われている。

第３ｂ図は、木質的には第３ａ図と同様な配置であるが
、ハウジングの内側に導電路５８が設けられ、一方の側
は電流端子要−１６の端部の下側まで案内され、他方の
側はハウジングの外部の端子としての通しピン５９まで
案内され、したがって電流端子要素１６を介して半導体
素子Ｉと接続されている。

ばね部材は、同時に通電用として設けることができ、ハ
ウジングの外側の導線部分と接続する電流端子要素とし
て構成することができる。゛さらに、第４図に示すよう
に、端子要素１６の端部が延長され、ハウジング５のソ
ケット状の突起５１に続く部分５３に沿って曲げられて
外部に引き出されている。この自由端部１６ｂは、ハウ
ジング外部の導線部とのねじ接続部をつくるための穴を
備えることができる。

本発明による対象の別の好適な実施態様は、第５図に示
すように、枠状に形成され支持体９上に半導体素子■を
固定する押し枠と呼ばれる物体２０によって構成される
。押し枠２０は、ねじボルトまたは差し込みボルトまた
は固定装置によって支持体９と結合することができるよ
うに、その全周が基板３より突出している。図において
は、支持体９に直接固定するため、押し枠２０の透孔２
２に通されるねじ２４とばね部材２５とが設けられてい
る。さらに、押し枠２０は、それぞれの半導体素子！用
のそれぞれ１つの開口部２１を備え、その開口部の内の
り幅は、半導体ペレット１と接続ボルト４゜４′との間
の基板３上に必要な全体の通電部を収容する。さらに、
押し枠２０は、電流端子要素２６を通す貫通部を備え、
電流端子要素２６は、折曲げ部２６ａによって基板３の
接触層３３に載せられ、自由端部２６．ｂが絶縁ハウジ
ング５を通して外側に伸びている。押し枠２０によって
、折曲げ部２６ａが、基板３上に圧力によって固定され
る。押し枠２０と電流端子部２６ａとの間において、押
し枠工側の適当な凹部（図示せず）に丸コード材料２７
がはめ込まれることによって、支持体９、基板３および
電流端子要素２６ａとの間の、目的とする押圧接触が得
られる。

押し枠２０は、任意数の半導体素子■用に構成すること
ができ、特に簡単な方法で、それぞれの数の半導体素子
を同時に確実に分解可能に固定することを可能にする。

さらに、この押し枠２０は、数個の半導体素子に対して
１つの開口部２１を備えることができる。

さらに、押し枠２０は、本発明によフて半導体構成ユニ
ットを作動させるための制御構成要素、および配線構成
要素１１の電流導体部分１８を、ハウジング内部におい
て案内し固定するのに適している。第１図に示すように
、この構成要素１１は、基板３の上の半導体ペレット１
の横に設けることが好ましい、そのため、押し枠２０は
、その露出した表面上に接続位置１７を備え、こうは、
電流導体部分１８を端子要素と接続するのに使用される
ほか、回路の分岐点としても使用することができる。

この押し枠２０は、半導体素子■を支持体９の上にそれ
ぞれ同じ数で２列に配置する場合、およびそれらを１つ
の半導体出力回路に互いに電気的に接続する場合、特に
好適に使用することができる。１つの列のすべての素子
■の一方の極、および他方の列のすべての素子Ｉの他方
の極が、それぞれ１つの共通の接続軌条を形成し、両方
の列のそれぞれの素子Ｉのそれぞれの隣接する極が、別
の接続点を形成する場合、押し枠２０によって、すべて
の接続軌条の一貫した固定および接続、ならびにすべて
の接続点の接続を、極めて簡単に行うことができる。第
５図において、符号ＡおよびＢによフて、それぞれ図面
と垂直に並べられた素子の同じ極の接続軌条を表わし、
符号Ｃによりて、図面と垂直に並べて設けられ両方の列
のそれぞれの素子の隣り合う極からなる接続点を表わす
ことによって、そのような構造が示されている。

ばね圧力によって半導体素子Ｉを支持体９と固く結合す
ることは、第５図において左の基板の左縁部に符号１９
で表わされているように、押し枠２０と基板３との間に
板ばね状のばね部材を介在させることによっても達成さ
れる。支持体９上に設けられた半導体素子■を包む絶縁
ハウジング５は、ｍ器またはプレス可能あるいは成形可
能な合成樹脂からなり、特に、ねじ留めまたはばね結合
によって固く結合することができる。しかしながら、接
着結合によることもできる。

本発明によれば、特に、同時に電流端子要素として使用
されるばね部材を保持するのに都合のよい配置にするた
めの絶縁ハウジング５が設けられている。この目的のた
め、絶縁ハウジング５は、その内側に、電流端子要素例
えばばね部材の一部３６ｃをはめ込むのに位置および大
きさが適した構造５５を有している。第６図に、これに
関する実施形態が部分的に断面図で示されている。支持
体９の上に基板３が設けられている。この場合、半導体
ペレット！および電流導体部２は無視することができる
。基板３と間隔を置いて絶縁ハウジング５の一部が設け
られ、この絶縁ハウジング５は、フランジ状の突起５２
および単に破線５７によって示された透孔を使用して、
支持体９と固く結合されている。絶縁ハウジング５の上
部端面に、同様に絶縁材料からなる蓋２８が載せられ、
例えば一点鎖線５６で示されているように螺着される。

電流端子要素３６は、ばね材料からなっている。この電
流端子要素３６は、ハウジング内部の曲げられた端部３
１３ａによって基板３上に載せられ、絶縁ハウジング５
の溝状の切込み５５の中を蓋２８の方の上方へ案内され
、蓋を通してハウジング外側へ延び、その自由端部３６
ｂにおいて、ハウジング外部の導線部分を取り付けるた
めの押込み部２９の中止の上に、締付は手段の差し込み
穴（図示せず）が位置するように折り曲げられる。端子
要素３６は、蓋２８に固定した後、その内部の部分３６
ａが、ばね力によって基板３に当接するような形状に形
成される。支持体９、ハウジング部分５および蓋２８の
間には、それぞれパツキン成形部材５４．２７が設けら
れている。

第６図の実施態様の場合、ハウジング蓋２８は、端子要
素部分を外部へ通す穴を有している。しかしながら、絶
縁ハウジング５が、そのような穴を備えることもでき、
その場合、ハウジング５のそれぞれのハウジング外側部
分は、電流導線を固定し同時にハウジング内部構造の導
線部分と接続するのに適するように構成される。

最後に、第７図は、基板３に固定された電流端子要素が
、ハウジング外部の接続個所に半導体素子を直接接続す
る構造を概略的に示している。そのため、電流端子要素
は、その一つの端部４６ａが、例えば鑞付けによって基
板３に固定して取り付けられる。他方の曲げられた端部
４６ｃは、切削によらない変形によって得られた、はぼ
円筒形の突起を備えている。この突起のはめ込みに適合
するように、ハウジング蓋２８の穴２８ａが設けられて
いる。蓋をハウジング５に被せた場合、突起が適合する
穴２８ａにはまり込み、蓋２８の穴に隣接する面部分が
傾斜部４８ｃに載置される。電流端子要素４６がハウジ
ング蓋２Ｂを貫通するように構成することによって、ハ
ウジング外部の導線部を接続することが可能になる。さ
らに、蓋は、電流端子要素４６を適当な寸法および形状
にすることによって、所望の押圧力を基板３に作用し、
したがって基板３に対する所要の接触圧力を支持体９に
作用する。

半導体ペレット１の直接接触装置を備えた適切な装置は
、電流端子要素を半導体ペレット１に固定することによ
って構成される。

ハウジングの外部の電流端子位置は、導線部分と接続す
るため、差し込み接触またはねじ接触を備えることがで
きる。半導体ペレット１は、接着によって基板３と固く
結合することもできる。

本発明による半導体組立ユニットは、先ず、少なくとも
１つの半導体ペレット１と、その横にペレットの構造に
よって定められた数の接触ボルト４または適当に構成さ
れた接触部材とが、基板３に設けられ、半導体ペレット
が接触部材と電気的に、例えば針金状の導線部分を介し
て接着接続されることによって、製造される。このよう
にして、希望通りに処理前に検査可能な中間製品が得ら
れ、これは、検査後、別の装置によって固定することに
よるか、または同時に通電の役割をするばね部材を基板
３上に載せることによって、支持体９上に固く被覆され
る。さらに、ばね部材１６゜２６の固定形式に応じて、
ばね部材を取付ける前に絶縁ハウジング５を支持体９に
固定することが必要である場合がある。ハウジング蓋２
８によって案内され、ばね作用を示す電流端子要素３６
を備えた構造の場合、電流端子要素３６は蓋２８に固定
される。その後、電流端子要素３６は、同時に絶縁ハウ
ジング上に蓋を被せることによって基板３のそれぞれの
接触位置に載せられ、蓋は押圧装置によって絶縁ハウジ
ング５に螺着される。このようにすることによって、支
持体９、基板３および電流端子要素の接触が、ばね力に
よって行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体組立ユニットの一実施例を示す
側断面図、第２図、第３図、第４図は第１図に示す装置
の端子接続部のそれぞれ別の実施例を部分的に示す側断
面図、第５図は第１図に示す装置を構成する半導体素子
固定装置の一実施例を示す側断面図、第６図および第７
図は第１図に示す装置の端子接続部のそれぞれ別の実施
例を部分的に示す側断面図である。 ■・・・半導体素子、　　ｌ・・・半導体ペレット、２
・・・電流導体部分、３・・・基板、５・・・絶縁ハウ
ジング、 ６・・・電流端子要素、９・・・支持体、！０・・・固
定湾曲部材、１２・・・絶縁支持点、１６・・・電流端
子要素、 １６ｂ・・・電流端子要素自由端部、 ２０・・・押し枠、　　　２６・・電流端子要素、２８
・・・ハウジング蓋、２８ａ・・・ハウジング穴、３１
・・・絶縁板（絶縁層）、 ３２．３３・・・・接触金属被覆層、 ３６・・・電流端子要素、 ３６ｂ・・・電流端子要素自由端部、 ３６ｃ・・・電流端子要素部分、 ４６・・・電流端子要素、５８・・・導電路、５９・・
・通しピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ａ）電流導体部分（２）を備えた少なくとも２つの
   半導体素子が、 ｂ）それぞれ熱的な伝導性を備え電気的に絶縁されて、 ｃ）平らに載せるように設けられ共通を支持体（９）上
   に設けられ、電気的に接続され、 ｄ）絶縁材料のハウジング（５）内に格納され、ｅ）電
   流導体部分（２）が、半導体素子の支持体（９）と反対
   の側でハウジングの外部の接続点と接続されている 半導体組立ユニットにおいて、 ｆ）それぞれの半導体素子（Ｉ）が、少なくとも１つの
   半導体ペレット（１）およびこれと接続された電流導体
   部分（２）が電気絶縁性および熱伝導性の基板（３）に
   固定して取付けられている構成要素として構成され、 ｇ）基板（３）として、組立構成要素および／または回
   路構成要素を付加的に配置するための面の拡がりを有す
   る、接触金属層（３２、３３）と絶縁層（３１）とから
   なる構造が使用され、ｈ）半導体素子（Ｉ）および絶縁
   ハウジング（５）が支持体（９）上に分解可能に固定さ
   れ、 ｉ）半導体素子の覆いを形成する構成要素、絶縁ハウジ
   ング（５）および支持体（９）の少なくとも１つが、電
   流端子要素（６、１８、２６、３６、４６）を配置する
   構造、およびこの電流端子要素を電流導体部分（２）と
   接続する構造を有することを特徴とする半導体組立ユニ
   ット。 ２）半導体素子（Ｉ）が、少なくとも１つの機能要素を
   備えた少なくとも１つの半導体ペレット（１）を有する
   、特許請求の範囲第１項記載の半導体組立ユニット。 ３）半導体ペレット（１）が、能動的および受動的の機
   能要素を備える、特許請求の範囲第２項記載の半導体組
   立ユニット。 ４）基板（３）として、少なくとも一方の側に被覆され
   た接触金属層（３３）を有する磁器からなる板（３３）
   が設けられる、特許請求の範囲第１項記載の半導体組立
   ユニット。 ５）基板（３）が、支持体（９）に向いた側に、バイメ
   タル作用によって支持体（９）に対して凸形の湾曲を基
   板（３）に生じさせる材料からなる、接触金属被覆層ま
   たは少なくとも１つの部分層を有する、特許請求の範囲
   第４項記載の半導体組立ユニット。 ６）半導体ペレット（１）と反対側の接触金属層（３２
   ）が、銅からなるベース層と銅より大きな熱膨張係数を
   有する接触金属からなる被覆層とから構成される、特許
   請求の範囲第５項記載の半導体組立ユニット。 ７）それぞれの半導体素子（Ｉ）が、半導体ペレット（
   １）に作用するばね力による圧力によって、支持体（１
   ）と分解可能に固く結合される、特許請求の範囲第１項
   記載の半導体組立ユニット。 ８）それぞれの半導体素子（Ｉ）が、基板（３）に作用
   するばね部材（１６）による圧力によって、支持体（９
   ）と分解可能に固く結合される、特許請求の範囲第１項
   記載の半導体組立ユニット。 ９）ばね部材（１６）として板ばねが設けられ、それぞ
   れ１つの端部において支持体（９）の絶縁支持点（１２
   ）上に固定される、特許請求の範囲第８項記載の半導体
   組立ユニット。 １０）ばね部材（１６）として板ばねが設けられ、絶縁
   ハウジング（５）に固定される、特許請求の範囲第８項
   記載の半導体組立ユニット。 １１）ばね部材（１６）が、同時に通電用に設計され、
   電流端子要素として構成され、取り付けられる、特許請
   求の範囲第８項記載の半導体組立ユニット。 １２）ハウジング（５）の内側に導電路（５８）が設け
   られ、半導体素子（Ｉ）が電流端子要素（１６）を介し
   て導電路（５８）と接続され、導電路（５８）がハウジ
   ングの外部の接続点用の通しピン（５９）に接続される
   、特許請求の範囲第８項記載の半導体組立ユニット。 １３）半導体素子（Ｉ）が、基板（３）のねじ留めによ
   って、支持体（９）に分解可能に取付けられる、特許請
   求の範囲第１項記載の半導体組立ユニット。 １４）半導体素子（Ｉ）が、基板（３）に作用をおよぼ
   し支持体（９）に固定された固定湾曲部材（１０）によ
   って、支持体（９）に分解可能に取付けられる、特許請
   求の範囲第１項記載の半導体組立ユニット。 １５）半導体素子（Ｉ）が、基板（３）に作用をおよぼ
   す押し枠（２０）によって、支持体（９）に分解可能に
   固定される、特許請求の範囲第１項記載の半導体組立ユ
   ニット。 １６）それぞれの半導体素子（Ｉ）の半導体ペレット（
   １）用の押し枠（２０）が開口部（２１）を有し、この
   開口部（２１）を通して回路部分および電流導線部分が
   伸び、それぞれ開口部（２１）に隣接する縁部領域が圧
   力によって基板（３）に当接する、特許請求の範囲第１
   ５項記載の半導体組立ユニット。 １７）それぞれの半導体素子（Ｉ）のそれぞれ押し枠（
   ２０）と基板（３）との間に、板ばね状のばね部材（１
   ９）が設けられる、特許請求の範囲第１５項記載の半導
   体組立ユニット。 １８）押し枠（２０）が、半導体素子（Ｉ）の基板（３
   ）の方の側に、電気接続用の導電路を有する、特許請求
   の範囲第１５項記載の半導体組立ユニット。 １９）絶縁ハウジングが、その内面に、ハウジング壁（
   ５）とハウジング蓋（２８）とからなり、ハウジング壁
   （５）が、電流端子要素（３６）のそれぞれ一部分（３
   ６ｃ）をはめ込むの、に、位置および広がりにおいて適
   した構造（５５）を有する、特許請求の範囲第１項記載
   の半導体組立ユニット。 ２０）絶縁ハウジングが、電流端子要素（１６、３６）
   の自由端部（１６ｂ、３６ｂ）を外部へ通す穴を備え、
   電流端子要素のハウジング外部の端部（３６ｂ）を配置
   しハウジングの外側においてハウジングの外部の導線部
   分と接続（２９）するのに適するように構成される、特
   許請求の範囲第１項記載の半導体組立ユニット。 ２１）組立の際に、構成ユニットの構成要素が、ハウジ
   ング適合するように構成された穴（２８ａ）にはまり込
   み、これによってハウジングの外部の端子接触が行われ
   るように、半導体素子（Ｉ）の電流端子要素（４６）が
   構成され、基板（３）上に取付けられる、特許請求の範
   囲第１項記載の半導体組立ユニット。