Силовой полупроводниковый модуль

Изобретение относится к области силовых электронных устройств. Сущность изобретения: в силовом полупроводниковом модуле, содержащем корпус модуля, включающий электропроводную пластину крышки, и электропроводную пластину основания, расположенную, по существу, параллельно пластине крышки, а также изолирующую стенку корпуса, расположенную между пластиной крышки и пластиной основания, силовую полупроводниковую схему, расположенную в корпусе модуля, и содержащую, по меньшей мере, два силовых вывода, один из которых электрически соединен с пластиной крышки, а второй электрически соединен с пластиной основания, и, по меньшей мере, два вывода, которые выведены из корпуса модуля, причем один из них электрически соединен с пластиной крышки, печатная плата, сформированная, по существу, плоской и, по меньшей мере, двухслойной, выступает из корпуса модуля, причем два вывода силовой полупроводниковой схемы сформированы как проводники печатной платы - проводник управляющего вывода и проводник вывода пластины крышки, расположенные, по существу, параллельно основанию печатной платы и с противоположных сторон печатной платы, причем печатная плата механически закреплена на пластине крышки с помощью средства крепления так, что проводник вывода пластины крышки, расположенный на стороне печатной платы, обращенной к пластине крышки, электрически соединен с пластиной крышки. Силовой полупроводниковый модуль имеет улучшенную стабильность и пониженную индуктивность контактов. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области силовых электронных устройств. Оно касается силового полупроводникового модуля, в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

Так называемые полупроводниковые модули типа "хоккейная шайба" представляют собой модули, используемые, например, в пакетах, содержащих множество модулей, обычно имеющих форму хоккейной шайбы, то есть, по существу, цилиндрическую форму с двумя параллельными, расположенными друг напротив друга, областями основания. Области основания выполнены электропроводными и соединены с силовыми или основными электродами (эмиттер, коллектор) полупроводниковых устройств, в то время как боковая стенка между областями основания сформирована из электрически изолирующего материала. В пакете, в котором используется множество соединенных последовательно модулей, между каждыми двумя соответствующими модулями, на пути основной цепи тока, установлен теплоотвод. Для управления силовыми полупроводниковыми элементами и отслеживания их состояния из корпуса каждого модуля выведен управляющий вывод (затвор) и вспомогательный вывод (вспомогательный эмиттер). В случае обычных модулей типа "хоккейная шайба" указанные выводы выполнены в виде выходящих наружу штырей, причем вспомогательный вывод припаян в области основания (эмиттера).

Такие штыри могут легко отломиться при приложении силы. Точка пайки также может быть повреждена. Кроме того, между контактами, выполненными в форме штыря, образуется относительно высокая индуктивность.

В патенте ЕР 0772235 описан полупроводниковый модуль, содержащий полупроводниковую схему, содержащую биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ (IGBT)) в электрически изолированном корпусе. К основным электродам БТИЗ подсоединены два силовых вывода, которые выведены из корпуса модуля через боковую стенку. Силовые выводы, по существу, сформированы в виде плоских пластин, расположенных параллельно друг к другу и изолированных друг от друга слоем изолятора. Управляющий вывод БТИЗ выведен из модуля через боковую стенку в другом месте.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение касается силового полупроводникового модуля вышеуказанного типа, обладающего улучшенной стабильностью контактов и низкой индуктивностью между контактами.

Эта цель достигается с помощью силового полупроводникового модуля, характеризующегося признаками по пункту 1 формулы изобретения.

Сущность изобретения состоит в том, что силовой полупроводниковый модуль содержит корпус модуля, силовую полупроводниковую схему, расположенную в корпусе модуля, и печатную плату (ПП (РСВ)), сформированную, по существу, плоской, по меньшей мере, двухслойной и выступающей из корпуса модуля; корпус модуля включает электропроводную пластину крышки, электропроводную пластину основания, расположенную, по существу, параллельно пластине крышки, и изолирующую стенку корпуса, расположенную между пластиной крышки и пластиной основания; силовая полупроводниковая схема содержит, по меньшей мере, два силовых вывода, один из которых электрически соединен с пластиной крышки, а второй электрически соединен с пластиной основания; по меньшей мере, два вывода силовой полупроводниковой схемы выведены из корпуса модуля, причем один из, по меньшей мере, двух выводов электрически соединен с пластиной крышки; два вывода силовой полупроводниковой схемы сформированы как проводники печатной платы - проводник управляющего вывода и проводник вывода пластины крышки, и расположены они, по существу, параллельно основанию печатной платы и с противоположных сторон печатной платы; печатная плата механически закреплена на пластине крышки с помощью средства крепления так, что проводник вывода пластины крышки, расположенный на стороне печатной платы, обращенной к пластине крышки, электрически соединен с пластиной крышки.

Средство крепления предпочтительно расположено в области этого соединения.

В результате применения такой конструкции выводы обладают повышенной стабильностью, а также имеют меньшую индуктивность. Кроме того, обеспечивается оптимальное электрическое соединение между пластиной крышки и выводом пластины крышки.

Пластина крышки и/или проводник вывода пластины крышки, предпочтительно, выполнены с насечкой в области их соединения. В результате этого дополнительно улучшается электрическое соединение. Благодаря этому обеспечивается более надежный электрический контакт, работающий в течение длительного времени, даже при эксплуатации устройства в изменяющихся условиях окружающей среды (по температуре, влажности).

В дополнительном предпочтительном варианте выполнения силового полупроводникового модуля, в соответствии с настоящим изобретением, пластина крышки и печатная плата содержат, по меньшей мере, по два выступа. Соответствующие выступы пластины крышки и печатной платы расположены друг над другом, а средство крепления установлено в области выступов. Кроме того, печатная плата содержит, по меньшей мере, один дополнительный выступ, расположенный между двумя указанными выступами. На дополнительном выступе расположены проводник вывода пластины крышки и проводник управляющего вывода.

Два выступа пластины крышки обеспечивают защиту от ударов дополнительного выступа печатной платы. Указанный выступ, предпочтительно, сформирован, по существу, прямоугольным для обеспечения возможности подключения к нему обычного контактного соединителя.

Краткое описание чертежей

Подробное описание изобретения приведено ниже и основано на примерах его выполнения, представленных на чертежах, на которых:

Фиг.1 схематично изображает силовой полупроводниковый модуль, в соответствии с настоящим изобретением, с пластиной крышки и печатной платой,

Фиг.2 - силовой полупроводниковый модуль по фиг.1 с пластиной крышки и печатной платой по первому варианту выполнения изобретения,

Фиг.3 - вид в разрезе силового полупроводникового модуля по линии III-III на фиг.2,

Фиг.4 - вид в разрезе силового полупроводникового модуля по линии IV-IV на фиг.2,

Фиг.5 - вид сверху второго варианта выполнения печатной платы по фиг.2, и

Фиг.6 - вид снизу печатной платы по фиг.5.

Подробное описание изобретения

На всех чертежах одинаковыми позициями обозначены функционально идентичные элементы.

Силовой полупроводниковый модуль, показанный на фиг.1, содержит силовую полупроводниковую схему 1, включающую два силовых полупроводниковых устройства. Функция и конструкция силовой полупроводниковой схемы могут быть произвольными и не имеют отношения к настоящему изобретению. Таким образом, например, множество полупроводниковых элементов могут быть соединены в виде подмодулей, которые могут быть изготовлены заранее.

Силовая полупроводниковая схема 1 установлена в корпусе модуля, который, по существу, содержит электропроводную пластину 2 крышки, электропроводную пластину 9 основания и электрически изолирующие стенки 3 корпуса, расположенные между ними.

Силовые или основные выводы силовой полупроводниковой схемы 1 электрически соединены с электропроводными пластиной крышки и пластиной основания, как и в случае обычных модулей типа "хоккейной шайбы".

Выводы сигналов управления для силовых полупроводниковых устройств, например, сигналы управления затвором для биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ), выходят из корпуса модуля. Сигнал управления проходит по соединительной шине и проводнику 6 управляющего вывода.

В соответствии с настоящим изобретением, проводник 6 управляющего вывода расположен на одной стороне печатной платы 4, металлизированной с обеих сторон. С другой стороны печатной платы расположен проводник 5 вывода пластины крышки, который электрически соединен с пластиной 2 крышки. Проводник 6 управляющего вывода и проводник 5 вывода пластины крышки образуют выводы силовой полупроводниковой схемы.

На фиг.2 показана на виде сверху часть силового полупроводникового модуля, в соответствии с настоящим изобретением.

Металлизированная с обеих сторон печатная плата 4 расположена между стенкой 3 корпуса и пластиной 2 крышки. На фиг.2 проводник 5 вывода крышки расположен на верхней стороне печатной платы, обращенной к пластине крышки, а два проводника 6 управляющего вывода расположены на нижней стороне печатной платы, обращенной к стенке корпуса. Печатная плата 4 выполнена по существу в виде плоской пластины и выходит из корпуса модуля. Печатная плата 4 выполнена, по меньшей мере, двухслойной. По меньшей мере, два проводника печатной платы выполнены как проводник 6 управляющего вывода и проводник 5 вывода пластины крышки. Проводники 5, 6 расположены по существу параллельно основанию печатной платы 4. Управляющий вывод 61, выступающий из корпуса модуля, является частью проводника 6 управляющего вывода, а выступающий из корпуса модуля вывод 52 пластины крышки является частью проводника 5 вывода пластины крышки.

Пластина 2 крышки содержит два выступа 21, выходящие за пределы торца корпуса модуля. Как показано на фиг.3, печатная плата 4 содержит два соответствующих выступа 41, расположенных под выступами 21 пластины крышки. Выступы 21 и 41 соединены с помощью средства 7 крепления, например, заклепки или винта. В результате этого образуется электрическое соединение между выступом 51 проводника 5 вывода пластины крышки, расположенным на верхней стороне печатной платы, и выступом 21 пластины 2 крышки. Поверхность 22 с насечкой (шероховатая поверхность) расположена с нижней стороны выступа 21 пластины крышки. Благодаря нажатию на кончики выступов насечки, которые имеют высоту до нескольких сотен микрон, обеспечивается улучшенное электрическое соединение с металлизированным слоем печатной платы 4.

Печатная плата 4 содержит дополнительный выступ 42, расположенный между двумя выступами 41. Указанный выступ 42 предназначен для установки контактного соединителя 8, который показан на фиг.4. Соединитель 8 устанавливают на выступ 42 в направлении стрелки. Контактные элементы, расположенные в соединителе, прижимаются к выводам 52 и 61, сформированным с обеих сторон печатной платы 4. В качестве такого соединителя можно использовать обычные соединители для печатных плат.

Выступ 42 защищен от ударов сверху и сбоку, благодаря выступам 21 пластины крышки.

На фиг.5 и фиг.6 показаны различные варианты выполнения печатной платы, на которой сформирован только один управляющий вывод 61. Кроме того, область 53 с насечкой сформирована на выступе 51 проводника 5 вывода пластины крышки в области отверстия 71 для средства крепления. Шероховатая поверхность обеспечивает улучшенное электрическое соединение с пластиной 2 крышки.

Печатная плата 4 содержит дополнительные выступы 43, расположенные внутри корпуса модуля, причем указанные дополнительные выступы предназначены для соединения с соединительной шиной управления. Вертикальные контактные элементы (не показаны) соединяют выступы 62 проводника 6 управляющего вывода с соединительной шиной. Помимо отверстий 71, выполненных в выступах 21, можно выполнить отверстия для дополнительных средств крепления.

Кроме представленных вариантов выполнения, возможно выполнение множества выступов, сформированных рядом друг с другом, для подключения множества соединителей. Выступ пластины крышки, предназначенный для защиты соответствующего выступа, в любом случае, может быть сформирован между отдельными соединителями.

Кроме того, на каждом выступе печатной платы можно сформировать более чем один или два управляющих вывода.

В частности, возможны также варианты выполнения с использованием трехслойных или многослойных печатных плат, в которых каждый проводящий слой содержит, по меньшей мере, один вывод.

Перечень позиций:

1 - силовая полупроводниковая схема;

2 - проводящие пластина крышки, пластина эмиттера;

3 - изолирующие стенки корпуса;

4 - изолирующая печатная плата;

5 - проводник вывода пластины крышки;

51 - выступ проводника вывода пластины крышки;

6 - проводник управляющего вывода;

62 - выступ проводника управляющего вывода;

7 - средство крепления;

8 - соединитель;

9 - проводящая пластина основания;

21, 41, 42, 43 - выступы;

22, 53 - область с насечкой;

52 - вывод пластины крышки (часть проводника 5 вывода пластины крышки);

61 - управляющий вывод (часть проводника 6 управляющего вывода);

71 - отверстие для средства крепления.

1. Силовой полупроводниковый модуль, содержащий корпус модуля, включающий электропроводную пластину (2) крышки и электропроводную пластину (9) основания, расположенную, по существу, параллельно пластине крышки, а также изолирующую стенку (3) корпуса, расположенную между пластиной крышки и пластиной основания, силовую полупроводниковую схему (1), расположенную в корпусе модуля, и содержащую, по меньшей мере, два силовых вывода, один из которых электрически соединен с пластиной крышки, а второй электрически соединен с пластиной основания, и по меньшей мере, два вывода силовой полупроводниковой схемы, которые выведены из корпуса модуля, причем один из, по меньшей мере, двух выводов электрически соединен с пластиной (2) крышки, отличающийся тем, что печатная плата (4), сформированная, по существу, плоской и, по меньшей мере, двухслойной, выступает из корпуса модуля, причем два вывода силовой полупроводниковой схемы сформированы как проводники печатной платы (4) - проводник управляющего вывода и проводник вывода пластины крышки, расположенные, по существу, параллельно основанию печатной платы (4) и с противоположных сторон печатной платы (4), причем печатная плата (4) механически закреплена на пластине (2) крышки с помощью средства (7) крепления так, что проводник вывода пластины крышки, расположенный на стороне печатной платы, обращенной к пластине (2) крышки, электрически соединен с пластиной (2) крышки.

2. Силовой полупроводниковый модуль по п.1, отличающийся тем, что средство (7) крепления расположено в области места соединения.

3. Силовой полупроводниковый модуль по п.1, отличающийся тем, что пластина (2) крышки и/или проводник вывода пластины крышки содержит область (22, 53) насечки, оптимизирующую контакт в месте соединения.

4. Силовой полупроводниковый модуль по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что пластина (2) крышки и печатная плата (4) содержат, по меньшей мере, по два выступа (21, 41) и при этом соответствующие выступ (21) пластины крышки и выступ (41) печатной платы расположены друг над другом, а средство (7) крепления расположено в области выступов (21, 41), причем печатная плата (4) содержит, по меньшей мере, один дополнительный выступ (42), расположенный между двумя указанными выступами (41), и на указанном дополнительном выступе (42) расположены проводник вывода пластины крышки и проводник управляющего вывода.