MÓDULO SEMICONDUCTOR DE ALTO RENDIMIENTO.

Módulo semiconductor de alto rendimiento, con un sustrato (4) en forma de placa equipado con al menos un componente (3),

y con una placa de fondo (5) prevista para la disipación de calor desde el componente (3) sobre el sustrato (4), así como con un dispositivo de apoyo (6), que mantiene el sustrato (4) en contacto térmico con la placa de fondo (5), en el que el dispositivo de apoyo (6) presenta propiedades elásticas, caracterizado porque el dispositivo de apoyo (6) comprende un bulón de presión central (8), junto al que están dispuestos varios punzones (9, 10) que se extienden en diferentes direcciones y que están previstos para el contacto del sustrato (4), en el que, en el estado no cargado mecánicamente del bulón de presión (8), los punzones (9, 10) individuales están distanciados de forma irregular desde el sustrato (4)

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La invención se refiere a un módulo semiconductor de alto rendimiento, que comprende un sustrato equipado con al menos un componente y que se mantiene en contacto térmico con un elemento de refrigeración por medio de un dispositivo de apoyo. [0002] Se conoce a partir del documento DR 33 23 246 A1 un módulo semiconductor de alto rendimiento, que presenta como elemento de refrigeración una placa de de fondo metálica, que está encolada con la ayuda de una pasta conductora de calor adhesiva elástica en un sustrato, a saber, en una placa cerámica metalizada por ambos lados. Una carcasa de plástico del módulo semiconductor de alto rendimiento presenta refuerzos con apoyos, que deben contrarrestar una deformación del sustrato. Los refuerzos y apoyos necesitan, sin embargo, un espacio de construcción considerable, que no está disponible, por lo tanto, para el equipamiento del sustrato con componentes. [0003] Un módulo semiconductor de alto rendimiento conocido a partir del documento DE 35 08 456 C2 presenta igualmente refuerzos, que colaboran mecánicamente con un sustrato de cerámica. En los refuerzos están previstos taladros roscados para el enroscamiento de tornillos de ajuste. Los tornillos de ajuste presionan sobre piezas intermedias de plástico, por ejemplo, duroplástico reforzado con fibras de vidrio, que están encoladas sobre el sustrato o sobre un componente. Una pieza intermedia dispuesta sobre un tiristor o una arandela de cobre presenta una ranura para el paso de una abrazadera de conexión hacia la puerta del tiristor. [0004] Otro módulo semiconductor de alto rendimiento conocido a partir del documento EP 1 083 503 B1 presenta una placa de base adecuada para la disipación de calor, sobre la que está dispuesto un sustrato equipado con chips semiconductores de alto rendimiento, que puede ser presionado por medio de elementos de presión en la placa de base. Los elementos de presión presentan elementos de conexión conductores dispuestos entre el sustrato y carriles de contacto, que están configurados como cordones de contacto, que presentan un núcleo elástico y una envoltura conductora de electricidad. Los cordones de contacto requieren espacio libre considerable en la periferia sobre el sustrato. [0005] Se conoce a partir del documento WO 03/034467 A2 un módulo semiconductor de potencia, que comprende un sustrato, sobre el que se encuentran uno o varios componentes semiconductores, y un dispositivo de presión que actúa sobre el sustrato. El dispositivo de presión sirve para presionar el sustrato en el estado montado en un elemento de refrigeración, para disipar el calor perdido de los elementos semiconductores que se produce condicionado por el funcionamiento. El

dispositivo de presión está formado por una carcasa de módulo con una o varias zonas elásticas de resorte. [0006] Se conoce a partir del documento EP 0 020 911 A2 un módulo de chip múltiple, que se puede refrigerar a través de una refrigeración de aire. En este caso, se presionan semiconductores a través de un dispositivo de apoyo sobre un sustrato. La generación de la fuerza para el dispositivo de apoyo se realiza en este caso a través de un muelle y a través de partes laterales del dispositivo de apoyo que están arqueadas hacia arriba. Este muelle así como las partes laterales del dispositivo de apoyo arqueadas hacia arriba son impulsados con una fuerza por el cuerpo de refrigeración. [0007] La invención tiene el cometido de indicar un módulo semiconductor de alto rendimiento con una conexión fácil de montar, especialmente economizadora de espacio, de un sustrato equipado con un componente generador de calor en un elemento de refrigeración. [0008] Este cometido se soluciona de acuerdo con la invención por medio de un módulo semiconductor de alto rendimiento con las características de la reivindicación 1. El módulo semiconductor de potencia presenta un sustrato en forma de placa, equipado con al menos un componente, en particular un sustrato de adhesión directa de cobre Direct-Copper-Bonding (DCB), así como una placa de fondo prevista para la disipación de calor desde el componente a través del sustrato. Por una placa de fondo se entiende en este caso cualquier parte disipadora de calor, que presenta una superficie, sobre la que descansa el sustrato directa o indirectamente, por ejemplo a través de una pasta conductora de calor. Un dispositivo de apoyo está configurado para mantener el sustrato en contacto térmico con la placa de fondo. Este dispositivo de apoyo está configurado elástico y comprende un bulón de presión central, que se extiende perpendicularmente al sustrato, junto al que están dispuestos varios punzones que se extienden en diferentes direcciones y que están previstos para el contacto del sustrato, en el que, en el estado no cargado mecánicamente del bulón de presión, los punzones individuales están distanciados de forma irregular desde la superficie del sustrato. [0009] Los punzones comprenden con preferencia un punzón central, alineado o

idéntico al bulón de presión así como al menos dos punzones laterales que se extienden sustancialmente ortogonales al bulón de presión, elásticos en sí y/o que están conectados de forma elástica flexible con el bulón de presión. Los últimos punzones mencionados están dispuestos con preferencia de forma simétrica rotatoria 5 a un eje geométrico descrito a través del bulón de presión. En el caso de sólo dos punzones laterales, el dispositivo de apoyo se caracteriza por un tipo de construcción, en general, muy estrecho, mientras que con un número de punzones más elevado, se puede realizar un apoyo con una superficie mayor. En todos los casos, en un módulo semiconductor de alto rendimiento preparado para el funcionamiento, el bulón de presión está cargado con una fuerza que actúa perpendicularmente al sustrato, de tal manera que todos los punzones transmiten una fuerza entre el bulón de presión y el sustrato. [0010] El punzón central así como los punzones laterales se pueden fabricar de una sola pieza con el bulón de presión, por ejemplo en el procedimiento de fundición por inyección de plástico. Si una carcasa del módulo semiconductor de alto rendimiento está fabricada igualmente de plástico, entonces es posible también una configuración de una sola pieza de todo el dispositivo de apoyo con la carcasa o con una parte de la carcasa, por ejemplo una tapa de la carcasa. [0011] La fuerza, con la que el dispositivo de apoyo presiona sobre el sustrato plano, se puede regular con preferencia, por ejemplo por medio de un tornillo de ajuste. Adicional o alternativamente, el dispositivo de apoyo se puede alojar de forma elástica sobre el lado alejado del sustrato. A tal fin, por ejemplo, son adecuados una lámina de resorte o un carril elástico al menos en una medida reducida. [0012] De acuerdo con una configuración preferida, varios punzones laterales del dispositivo de apoyo están dispuestos, en su estado no cargado mecánicamente, es decir, en el caso de un asiento del dispositivo de apoyo sobre el sustrato sin actuación de fuerza, de tal manera que solamente las zonas de los punzones laterales más alejadas del eje del dispositivo de apoyo, es decir, del eje de simetría del bulón de presión .en el caso teórico extremo, respectivamente, un único punto-se apoyan en el sustrato. Hacia dicho eje se reduce la distancia entre el sustrato y los punzones laterales individuales, llamados también patas. Expresado de forma sencilla, esto significa que las patas del dispositivo de apoyo están colocadas al menos ligeramente inclinadas con respecto a la superficie del sustrato. Lo mismo se aplica de forma similar también en casos, en los que el dispositivo de apoyo no se apoya directamente en el sustrato, sino, por ejemplo, en un componente. [0013] Desde otro punto de vista, es ventajosa una forma de realización, en la que al menos los punzones laterales, con preferencia todos los punzones, presentan una sección transversal en forma de V, en la que solamente un canto de cada punzón está previsto para el apoyo sobre el sustrato. A través de las zonas de contacto estrechas casi lineales entre el sustrato y los punzones del dispositivo de apoyo se aprovechan especialmente bien las propiedades elásticas del material del dispositivo de apoyo con preferencia de una sola pieza. La sección transversal de los punzones, que se ensancha a medida que se incrementa la distancia desde el sustrato, posibilita también cuando el dispositivo de apoyo está fabricado de plástico, la aplicación de una fuerza relativamente grande. Al mismo tiempo, el dispositivo de apoyo se puede integrar economizando espacio en el módulo semiconductor de alto rendimiento. En general, el dispositivo...

1. Módulo semiconductor de alto rendimiento, con un sustrato (4) en forma de placa equipado con al menos un componente (3), y con una placa de fondo (5) prevista para la disipación de calor desde el componente (3) sobre el sustrato (4), así como con un dispositivo de apoyo (6), que mantiene el sustrato (4) en contacto térmico con la placa de fondo (5), en el que el dispositivo de apoyo (6) presenta propiedades elásticas, caracterizado porque el dispositivo de apoyo (6) comprende un bulón de presión central (8), junto al que están dispuestos varios punzones (9, 10) que se extienden en diferentes direcciones y que están previstos para el contacto del sustrato (4), en el que, en el estado no cargado mecánicamente del bulón de presión (8), los punzones (9, 10) individuales están distanciados de forma irregular desde el sustrato (4).

2. Módulo semiconductor de potencia de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de apoyo (6) comprende un punzón central (9), que se encuentra en la prolongación del bulón de presión (8), así como varios punzones laterales (10), que se extienden ortogonalmente al bulón de presión (8) y que están conectados de forma elástica flexible con el bulón de presión (8).

3. Módulo semiconductor de potencia de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el punzón central (9) está fabricado en una sola pieza con el bulón de presión (8) así como con los punzones laterales (10) de plástico.

4. Módulo semiconductor de potencia de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el punzón central (9) está más distanciado del sustrato (4), en el estado no cargado mecánicamente del bulón de presión (8), que el punzón lateral (10).

5. Módulo semiconductor de potencia de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque los punzones laterales (10) se distancian en una medida creciente desde el sustrato (4) hacia el punzón central (9) en el estado no cargado mecánicamente del bulón de presión (8).

6. Módulo semiconductor de potencia de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque al menos los punzones laterales (10) presentan una sección transversal en forma de V, de manera que solamente un canto

(12) del punzón (9, 10) está previsto para el apoyo sobre el sustrato (4).

7. Módulo semiconductor de potencia de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el sustrato (4) está configurado como sustrato de adhesión directa de cobre Direct-Copper-Bonding (DCB).

8. Módulo semiconductor de potencia de acuerdo con una de las

reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el bulón de presión (8) se apoya sobre su

lado opuesto a los punzones (9, 10) en una barra colectora (7).

9. Módulo semiconductor de potencia de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque la barra colectora (7) está fijado en una carcasa (2), que recibe al menos un componente (3), y que está abierta sobre el lado en el que está dispuesta la barra colectora (8).

Siguen dos páginas de dibujos.