Módulo de semiconductores de potencia con paredes laterales aislantes estructuradas en capas.

Módulo de semiconductores de potencia (1) con al menos dos unidades de semiconductores de potencia (19,

20) conectadas entre sí, que presentan semiconductores de potencia activables, una carcasa de módulo (2, 3, 13) en la que están dispuestas las unidades de semiconductores de potencia (19, 20) y que presenta una pared lateral (13) eléctricamente aislante, y al menos un riel de conexión (9, 10, 11, 12, 21) que se extiende a través de la pared lateral (13) y que está unido al menos a una de las unidades de semiconductores de potencia (19, 20), caracterizado porque la pared lateral aislante (13) está configurada como apilamiento de elementos parciales (14, 15, 16) aislantes y configurados de forma enteriza, en donde los elementos parciales (14) hacen contacto en yuxtaposición con regiones de contacto.

Módulo de semiconductores de potencia con paredes laterales aislantes estructuradas en capas.

La invención se refiere a un módulo de semiconductores de potencia con al menos dos unidades de semiconductores de potencia conectadas entre sí, que presentan semiconductores de potencia activables, una carcasa de módulo en la que están dispuestas las unidades de semiconductores de potencia y que presenta una pared lateral eléctricamente aislante, y al menos un riel de conexión que se extiende a través de la pared lateral y que está unido al menos a una de las unidades de semiconductores de potencia.

Un módulo de semiconductores de potencia de este tipo se conoce ya por ejemplo del documento WO 2008/031372. El módulo de semiconductores de potencia allí manifestado presenta dos unidades de semiconductores de potencia conectadas entre sí. Cada unidad de semiconductores de potencia dispone de un gran número de chips de semiconductores de potencia, como por ejemplo IGBTs, GTOs, etc., que están unidos entre sí y están dispuestos en su propia carcasa de unidad. Cada unidad de semiconductores de potencia configura un ánodo y un cátodo así como una conexión de control. Con ayuda de señales de control apropiadas en la conexión de control puede interrumpirse o autorizarse el flujo de corriente entre ánodo y cátodo. De las citadas unidades de semiconductores de potencia al menos dos están dispuestas en una carcasa de módulo específica, que se usa para protección contra explosiones. Mediante un sistema de riel conveniente, que atraviesa las paredes de la carcasa de módulo, la ruta de corriente es conducida hacia fuera de las unidades de semiconductores de potencia.

Del documento DE 198 39 422 A1 se conoce una unidad de semiconductores de potencia, que presenta semiconductores de potencia activables. La unidad de semiconductores de potencia presenta una carcasa, en la que los semiconductores de potencia están dispuestos en forma de chips de semiconductor de potencia. Para la protección contra fragmentos, que podrían ser lanzados hacia fuera en el caso de una explosión de la unidad de semiconductores de potencia, se usa un elemento de protección contra explosiones de tipo red.

También el documento EP 1 662 568 A2 hace patente una unidad de semiconductores de potencia con chips de semiconductor de potencia activables.

El documento SU 1 202 088 A1 hace patente una carcasa, que está configurada como apilamiento de elementos parciales aislantes.

La tarea de la invención consiste en proporcionar un módulo de semiconductores de potencia de la clase citada al comienzo, que presente una gran resistencia a las explosiones y cuya producción sea especialmente económica.

La invención resuelve esta tarea por medio de que la pared lateral aislante está configurada como apilamiento de elementos parciales aislantes y configurados de forma enteriza, en donde los elementos parciales hacen contacto en yuxtaposición con regiones de contacto.

Conforme a la invención están dispuestas unidades de semiconductores de potencia, que presentan al menos semiconductores de potencia activables como por ejemplo IGBTs, GTOs, tiristores, etc., en una carcasa de módulo resistente a las explosiones. Con ello presentan las unidades de semiconductores de potencia activables, aparte de una conexión de ánodo y otra de cátodo, también una conexión de control para conectar el flujo de corriente a través de ánodo y cátodo del semiconductor de potencia controlable. Para conducir la ruta de corriente a través de las unidades de semiconductores de potencia hacia fuera de la carcasa de módulo, está previsto al menos un riel de conexión que atraviesa la pared lateral aislante de la carcasa de módulo.

En el campo de la distribución de energía, por ejemplo de la transmisión de corriente continua de alta tensión (HGÜ)

o de los llamados “Flexible AC Transmission Systems (FACTS) ”, es habitual transformar tensiones alternas elevadas en tensiones continuas y viceversa. Para esto es cierto que se conectan en serie por lo general una gran cantidad de módulos de semiconductores de potencia conforme a la invención. Sin embargo, a pesar de la conexión en serie cae en cada uno de los módulos de semiconductores de potencia una elevada tensión. Esta elevada tensión puede conducir, en especial en el caso de un fallo, a destrucciones de tipo explosión de las unidades de semiconductores de potencia. La carcasa de módulo se usa con fines de seguridad, de tal modo que los gases de explosión que se producen en caso de explosión pueden ser recogidos con seguridad, respectivamente evacuados, por la carcasa de módulo. De este modo pueden evitarse daños a otros módulos de semiconductores de potencia.

Para garantizar una producción económica de tales módulos de semiconductores de potencia, se propone conforme a la invención configurar con varios elementos parciales apilados unos sobre otros la pared lateral aislante del módulo de semiconductores de potencia, a través de la cual se extienden normalmente varios rieles de conexión para el contactado de las unidades de semiconductores de potencia situadas en el interior de la carcasa de módulo. Los propios elementos parciales se componen de un material eléctricamente aislante. En el caso de funcionamiento del módulo de semiconductores de potencia conforme a la invención los elementos parciales hacen contacto en yuxtaposición, de tal modo que entre ellos están definidas juntas de tope, que facilitan considerablemente una extracción del riel/de los rieles de conexión hacia fuera de la carcasa de módulo.

Conforme a la invención puede apilarse en yuxtaposición por ejemplo primero un elemento parcial, a continuación un riel de conexión, después otro elemento parcial, después otro riel de conexión que debe montarse aislado respecto al primer sistema de riel citado, y por último otro elemento parcial. El riel de conexión está unido a las unidades de semiconductores de potencia deseadas. En el caso de funcionamiento del módulo de semiconductores de potencia conduce por lo tanto la ruta de corriente situada a un potencial de alta tensión, sobre un riel de conexión, hasta la carcasa de módulo, a través de las unidades de semiconductores de potencia allí dispuestas y desde allí, de nuevo sobre otro riel de conexión, hacia fuera de la carcasa de módulo.

Conforme a una configuración preferida de la invención los elementos parciales están configurados cerrados periféricamente. De este modo se proporciona una resistencia todavía mayor a las explosiones, en donde los costes de producción permanecen en gran medida reducidos. Los elementos parciales pueden producirse como elementos parciales cerrados o anulares, con independencia de la restante carcasa de módulo. De este modo se evitan complicados procedimientos de ensamblaje durante el montaje de la pared lateral.

Los elementos parciales presentan ventajosamente al menos un nervio de refuerzo. El nervio de refuerzo se extiende por ejemplo, en el caso de un elemento parcial anular cerrado periféricamente, entre dos paredes de limitación situadas una frente a otra. Los segmentos parciales y dado el caso el nervio/los nervios de refuerzo delimitan convenientemente cavidades o partes de una cavidad, en el que en estado de montaje del módulo de semiconductores de potencia están dispuestas las unidades de semiconductores de potencia.

De forma ventajosa al menos uno de los rieles de conexión atraviesa la pared lateral entre dos elementos parciales. En otras palabras, cada riel de conexión se extiende a través de una junta de tope.

Conforme a un perfeccionamiento conveniente a este respecto, uno de los elementos parciales presenta en su región de contacto una escotadura, a través de la cual se extiende el sistema de riel de conexión. Con ayuda de esta escotadura se facilita todavía más el montaje del módulo de semiconductores de potencia. De este modo el elemento parcial que presenta la escotadura puede unirse primero al resto del módulo de semiconductores de potencia y, a continuación, montarse el sistema de riel.

Las escotaduras y el riel de conexión que se extiende a través de las mismas están configurados convenientemente de modo que se complementan mutuamente en cuanto a forma. Mediante la configuración complementaria en cuanto a forma se impide fundamentalmente la salida de gases de explosión en caso de fallo. La pared lateral abraza de forma estanca cada riel de conexión. De este modo y manera puede minimizarse todavía más un daño por explosión.

Los elementos parciales se componen ventajosamente de un material sintético reforzado con fibra. Mediante el refuerzo con fibra el material sintético es especialmente resistente a... [Seguir leyendo]

1. Módulo de semiconductores de potencia (1) con al menos dos unidades de semiconductores de potencia (19, 20) conectadas entre sí, que presentan semiconductores de potencia activables, una carcasa de módulo (2, 3, 13) en la que están dispuestas las unidades de semiconductores de potencia (19, 20) y que presenta una pared lateral (13) eléctricamente aislante, y al menos un riel de conexión (9, 10, 11, 12, 21) que se extiende a través de la pared lateral

(13) y que está unido al menos a una de las unidades de semiconductores de potencia (19, 20) , caracterizado porque la pared lateral aislante (13) está configurada como apilamiento de elementos parciales (14, 15, 16) aislantes y configurados de forma enteriza, en donde los elementos parciales (14) hacen contacto en yuxtaposición con regiones de contacto.

2. Módulo de semiconductores de potencia (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos parciales (14, 15, 16) están configurados cerrados periféricamente.

3. Módulo de semiconductores de potencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos parciales (14, 15, 16) presentan al menos un nervio de refuerzo (22) .

4. Módulo de semiconductores de potencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos uno de los rieles de conexión (9, 10, 11, 12, 21) atraviesa la pared lateral (13) entre dos elementos parciales (14, 15, 16) .

5. Módulo de semiconductores de potencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos uno de los elementos parciales (14, 15, 16) presenta en su región de contacto una escotadura (23, 24, 25) , a través de la cual se extiende uno de los rieles de conexión (9, 10, 11, 12, 21) .

6. Módulo de semiconductores de potencia (1) según la reivindicación 5, caracterizado porque la escotadura (23, 24, 25) y el riel de conexión (9, 10, 11, 12, 21) que se extiende a través de la misma están configurados de modo que se complementan mutuamente en cuanto a forma.

7. Módulo de semiconductores de potencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos parciales (14, 15, 16) se componen de un material sintético reforzado con fibra.

8. Módulo de semiconductores de potencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada unidad de semiconductores de potencia (19, 20) presenta chips de semiconductor de potencia y una carcasa de unidad, en la que están dispuestos los chips de semiconductor de potencia.

9. Módulo de semiconductores de potencia (1) según la reivindicación 8, caracterizado porque los chips de semiconductor de potencia están unidos entre sí mediante hilos de ligazón

10. Módulo de semiconductores de potencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pared lateral aislante (13) se extiende entre una placa de fondo (2) y una placa de tapa (3) , en donde la placa de fondo (2) y/o la placa de tapa (3) están configuradas como placa de refrigeración.