DE102004032358B4

DE102004032358B4 - Verbindungseinrichtung

Info

Publication number: DE102004032358B4
Application number: DE200410032358
Authority: DE
Inventors: Oliver Schilling
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-07-03
Filing date: 2004-07-03
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2024-07-04
Also published as: DE102004032358A1

Abstract

Verbindungseinrichtung zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Fixierung von Ansteuermodulen an Leistungshalbleitermodulen, wobei an dem Ansteuermodul und dem Leistungshalbleitermodul jeweils mindestens ein Kontaktelement vorgesehen ist, wobei das Kontaktelement an dem Leistungshalbleitermodul als Kontaktfeder ausgebildet ist, wobei an dem Leistungshalbleitermodul (4) mindestens eine Klemmeinrichtung (5) zur Fixierung des Ansteuermoduls (2) an dem Leistungshalbleitermodul (4) vorgesehen ist, wobei die Kontaktfeder (6) Bestandteil der Klemmeinrichtung (5) ist und die Klemmung eine Fixierung in alle drei Raumrichtungen bewirkt und wobei die Klemmeinrichtung (5) aus einem Abstützelement (10) zur Abstützung der Kontaktfeder (6) und einem, von dem Abstützelement (10) beabstandeten Gegenelement (11) besteht, wobei das Ansteuermodul (2) mit einem Kontaktelement (7) zwischen dem Gegenelement (11) und dem Abstützelement (10) zusammen mit der Kontaktfeder (6) einklemmbar ist derart, dass die Klemmkraft senkrecht zur Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls wirkt, und wobei das Abstützelement (10) als im wesentlichen L-förmiger Fortsatz (8) des Leistungshalbleitermoduls (4) oder des Leistungshalbleitermoduldeckels (3) ausgebildet ist,...

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Fixierung von Ansteuermodulen an Leistungshalbleitermodulen, wobei an dem Ansteuermodul und dem Leistungshalbleitermodul jeweils mindestens ein Kontaktelement vorgesehen ist, wobei das Kontaktelement an dem Leistungshalbleitermodul als Kontaktfeder ausgebildet ist.
Leistungselektronische Schalter bestehen aus einem Leistungshalbleitermodul mit steuerbaren Halbleiterbauelementen und einem Ansteuermodul mit Ansteuerelektronik. Das Ansteuermodul bildet die Schnittstelle zwischen der Regelungstechnik und den Bauelementen im Leistungskreis. Das Ansteuermodul wird häufig getrennt von dem Leistungshalbleitermodul entwickelt und hergestellt und wird in der Regel als Platine oder Leiterkarte ausgeführt. Mit Hilfe der Verbindungseinrichtung soll das Ansteuermodul elektrisch mit den für die Ansteuerung vorgesehenen Kontakten des Leistungshalbleitermoduls verbunden werden. Außerdem soll mit Hilfe der Verbindungseinrichtung eine mechanische Fixierung des Ansteuermoduls am Leistungshalbleitermodul erfolgen.
Es ist bekannt, zwischen Ansteuermodul und Leistungshalbleitermodul einen Lötkontakt vorzusehen.
Weiterhin ist es bekannt, den elektrischen Kontakt mit Hilfe von Spiralfedern zu realisieren, wobei sich die Spiralfedern auf Kontaktflächen des Ansteuermoduls abstützen. Zur mechanischen Fixierung ist es notwendig, das Ansteuermodul an anderer Stelle mit dem Leistungshalbleitermodul zu verschrauben.
Bei sämtlichen bekannten Lösungen ist es nachteilig, dass eine Vielzahl von Arbeitsschritten notwendig sind, um das Ansteuermodul auf dem Leistungshalbleitermodul zu fixieren und zusätzlich einen elektrischen Kontakt herzustellen.

Die DE 44 05 578 A1 und die US 2004/0064941 A1 zeigen Verbindungseinrichtungen zur elektrischen Kontaktierung und mecha nischen Fixierung zwischen Ansteuermodulen und Halbleitermodulen.

Aus der DE 100 48 466 C1 ist ebenfalls eine solche Verbindungseinrichtung bekannt. Die Verbindungseinrichtung umfasst eine Kontaktfeder, mit der das Ansteuermodul klemmbar ist. Die bekannte Verbindungseinrichtung umfasst ferner einen L-förmigen Fortsatz, der bei der Fixierung gegen die Feder verschoben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Verbindungseinrichtung vorzuschlagen, mit der die elektrische Kontaktierung sowie die mechanische Fixierung von Ansteuermodulen auf Leistungshalbleitermodulen erleichtert wird und die kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Verbindungseinrichtung wird die Kontaktierung sowie die Fixierung des Ansteuermoduls an dem Leistungshalbleitermodul wesentlich erleichtert, da beide Funktionen von ein und demselben Bauteil, nämlich der Klemmeinrichtung, bewerkstelligt werden, wobei eine Fixierung in alle drei Raumrichtungen ermöglicht wird. Dabei ist die Kontaktfeder derart auszulegen, dass der für die Kontaktierung und Fixierung notwendige Anpressdruck bereitgestellt wird. Zum Anbringen des Ansteuermoduls auf dem Leistungshalbleitermodul muss das Ansteuermodul mit dem Kontaktelement in die Klemmeinrichtung verschoben werden. Die Kontaktfeder stellt nun zum Einen den elektrischen Kontakt her und sorgt zum Anderen für einen entsprechenden Anpressdruck. In der Regel sind auf dem Leistungshalbleitermodul, bzw. dem Leistungshalbleitermoduldeckel, eine Vielzahl von Verbindungseinrichtungen vorgesehen. Bei der Montage ist darauf zu achten, dass jede Kontaktfeder mit dem entsprechenden Kontaktelement auf dem Ansteuermodul elektrisch leitenden verbunden wird.

Die Klemmeinrichtung besteht aus einem Abstützelement zur Abstützung der Kontaktfeder und einem, von dem Abstützelement beabstandeten, Gegenelement besteht, wobei das Ansteuermodul mit einem Kontaktelement zwischen dem Gegenelement und dem Abstützelement mit Kontaktfeder einklemmbar ist. Dabei erfolgt die Klemmung durch seitliches Verschieben des Ansteuermoduls in dem Spalt zwischen Kontaktfeder und Gegenelement.

Das Abstützelement ist als im Wesentlichen L-förmiger Fortsatz des Leistungshalbleitermoduls, insbesondere des Leistungshalbleitermoduldeckels, ausgebildet, wobei die Kontaktfeder sich gegen den im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls, bzw. des Leistungshalbleitermoduldeckels, erstreckenden Schenkels des L-förmigen Fortsatzes abstützend angeordnet ist. Dabei ist der L-förmige Fortsatz mechanisch steif ausgebildet. Die Klemmung des Ansteuermoduls erfolgt in dem Zwischenraum zwischen Kontaktfeder und Gegenelement und wirkt bevorzugt senkrecht zur Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls. Je kürzer der mit dem Leistungshalbleitermodul verbundene Schenkel des L-förmigen Fortsatzes ausgebildet ist und je größer die Federkonstante der Kontaktfeder gewählt wird, desto größer ist der resultierende Anpressdruck auf das Ansteuermodul.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der L-förmige Fortsatz einstückig mit dem Leistungshalbleitermodul, vorzugsweise mit dem Leistungshalbleitermoduldeckel, ausgebildet ist. Durch die einstückige Ausbildung wird die Herstellung der Klemmeinrichtung vereinfacht. Da auf eine separate Montage verzichtet werden kann, werden die Herstellkosten durch diese Maßnahme reduziert. Beispielsweise kann die Herstellung im Spritzgussverfahren erfolgen,

Um ein Verrutschen der Kontaktfeder, insbesondere bei der Montage, zu vermeiden, ist mit Vorteil vorgesehen, dass an dem sich im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls, bzw. des Leistungshalbleitermoduldeckels, erstreckenden Schenkel des L-förmigen Fortsatzes zwei laterale Führungen für die Kontaktfeder vorgesehen sind. Dabei können diese Führungen beispielsweise als sich in Längsrichtung des Schenkels erstreckende, seitliche Leisten ausgebildet sein.

Auf zusätzliche Bauteile kann mit Vorteil verzichtet werden, wenn das Gegenelement von zumindest einem Teil der Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls, insbesondere des Leistungshalbleitermoduldeckels, gebildet ist. Hierbei erfolgt die Klemmung zwischen Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls und Kontaktfeder.

Es ist von besonderem Vorteil, dass in dem Ansteuermodul mindestens eine Ausnehmung zum Durchstecken des Abstützelementes vorgesehen ist. Bei der Montage wird dabei das Abstützelement, insbesondere der Schenkel des L-förmigen Fortsatzes, von unten durch die Ausnehmung im Ansteuermodul gesteckt. Daraufhin erfolgt die Klemmung und die Kontaktierung durch ein seitliches Verschieben des Ansteuermoduls und/oder des Leistungshalbleitermoduls. Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme kann die Fixierung und Kontaktierung an jeder Stelle des Ansteuermoduls erfolgen. Die Kontaktelemente können also beliebig auf dem Ansteuermodul verteilt angeordnet sein. Durch das Vorsehen der Ausnehmungen ist man nicht auf eine Klemmung im Randbereich des Ansteuermoduls angewiesen.

Um die Anpresskraft an den Klemmstellen zu konzentrieren, ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Gegenelement als erhöhtes Plateau ausgebildet ist. Dabei ist dieses Plateau mit Vorteil einstückig mit dem Leistungshalbleitermodul bzw. dem Leistungsmoduldeckel ausgebildet.

Zur erleichterten Monatage der Kontaktfeder an dem Abstützelement ist mit Vorteil vorgesehen, dass in dem Leistungshalbleitermodul, insbesondere in dem Leistungshalbleitermoduldeckel, eine Montageöffnung für die Kontaktfeder vorgesehen ist. Dabei erstreckt sich die Kontaktfeder mit Vorteil durch die Montageöffnung in den Leistungshalbleitermoduldeckel zur eigentlichen Leistungselektronik.

Wie bereits erläutert, erfolgt die Klemmung des Ansteuermoduls durch eine Relativbewegung von Ansteuermodul und Leistungshalbleitermodul. Um ein unabsichtliches Lösen der Klemmverbindung zu verhindern, ist mit Vorteil vorgesehen, dass ein, vorzugsweise entriegelbarer, Sicherheitsrastmechanismus, zur Sicherung gegen ein Verschieben des Ansteuermoduls, vorgesehen ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sicherheitsrastmechanismus aus mindestens einem Rasthaken und mindestens einer zugehörigen Rastfeder besteht. Mit Vorteil ist dabei die Rastfeder an dem Leistungshalbleitermodul und der Rasthaken an dem Ansteuermodul vorgesehen. Insbesondere ist der Rasthaken durch eine entsprechende Ausformung einer Ausnehmung gebildet und weist mit Vorteil eine Einlaufschräge für die Rastfeder auf.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung auf der Grundlage eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine geschnittene Seitenansicht einer Verbindungseinrichtung,
2 eine geschnittene Ansicht der Verbindungseinrichtung entlang der Schnittlinie A-A und
3 eine schematische Darstellung eines Leistungshalbleitermoduls und eines Ansteuermoduls mit mehreren Verbindungseinrichtungen.
In 1 ist eine Verbindungseinrichtung 1 zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Fixierung eines Ansteuermoduls 2 an einem Leistungshalbleitermoduldeckel 3 eines Leistungshalbleitermoduls 4 dargestellt.
Die Verbindungseinrichtung 1 umfasst eine Klemmeinrichtung 5. Bestandteil der Klemmeinrichtung 5 ist eine Kontaktfeder 6 mit der einerseits ein elektrischer Kontakt mit einem Kontaktelement 7 auf dem Ansteuermodul 2 hergestellt wird und mit der zum Anderen das Ansteuermodul 2 auf dem Leistungshalbleitermoduldeckel 3 festgeklemmt wird.
Die Klemmeinrichtung 5 besteht aus einem L-förmigen Fortsatz 8 des Leistungshalbleitermoduldeckels 3. Die Kontaktfeder 6 stützt sich an den, im Wesentlichen parallel zur Oberfläche 9 des Leistungshalbleitermoduldeckels 3 verlaufenden Schenkel 10 des L-fömigen Fortsatzes 8 ab. Das Ansteuermodul 2 ist mit seinem Kontaktelement 7 zwischen Schenkel 10 mit Kontaktfeder 6 und einem Gegenelement 11 eingeklemmt. Dabei ist das Gegenelement 11 als gegenüber der Oberfläche 9 des Leistungshalbleitermoduldeckels 3 erhöhtes Plateau ausgebildet, um die Anpresskraft an der Kontaktstelle zu konzentrieren.
Innerhalb des Ansteuermoduls 2 ist eine Ausnehmung 12 vorgesehen. Die Ausnehmung 12 ist derart dimenisoniert, dass ein Durchstecken des L-förmigen Fortsatzes 8 mit Schenkel 10 möglich ist. Die Fixierung sowie die elektrische Kontaktierung erfolgt im Wesentlichen in zwei Schritten. Zunächst wird der Schenkel 10 durch die Ausnehmung 12 von unten hindurch gesteckt. Daraufhin erfolgt eine seitliche Relativbewegung zwischen Ansteuermodul 2 und Leistungshalbleitermoduldeckel 3. Auf Grund dieser Bewegung wird das Ansteuermodul 2 mit dem Kontaktelement 7 zwischen die als Stahlfeder ausgebildete Kontaktfeder 6 und das Gegenelement 11 verschoben. Weitere Maßnahmen zur Fixierung und Kontaktierung sind nicht erforderlich.
Insbesondere in 2 sind die lateralen Führungen 13 zur seitlichen Führung der Kontaktfeder 6 zu erkennen. Die als Leisten ausgebildeten Führungen 13 erstrecken sich entlang der Unterseite des Schenkels 10.
Innerhalb des Leistungshalbleitermoduldeckels 3 ist eine Montageöffnung 14 für die Kontaktfeder 6 vorgesehen. Da die Kontaktfeder 6 unmittelbaren Kontakt zu dem Kontaktelement 7 hat, kann auf weitere Komponenten wie etwa einen Stecker zur Herstellung des Kontaktes, verzichtet werden. Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Kontaktelemente als Kontaktflächen und einteilig mit dem Ansteuermodul ausgebildet sind. Diese können damit in dem selben Fertigungsschritt wie die übrigen Leiterbahnen hergestellt werden.
Wie insbesondere in 1 zu erkennen ist, erstreckt sich das Gegenelement 7 zu allen Seiten der Ausnehmung 12.
In 3 ist schematisch dargestellt, wie ein Ansteuermodul 2 mit mehreren Kontaktflächen 7 sowie zugehörigen Ausnehmungen 12 an einem Leistungshalbleitermoduldeckel 3 mit mehreren Klemmeinrichtungen 5 fixiert und kontaktiert wird. Zunächst wird das Ansteuermodul 2 auf den Leistungshalbleitermoduldeckel 3 aufgesetzt, wobei die Ausnehmungen 12 mit den Klemmeinrichtungen 5 in Deckung zu bringen sind. Die Klemmeinrichtungen 5 werden durch die Ausnehmungen 12 herausgeführt, woraufhin das Ansteuermodul verschoben wird. In der Zeichenebene erfolgt das Verschieben des Ansteuermoduls zum unteren Zeichenrand hin.
In 3 unten ist das auf dem Leistungshalbleitermoduldeckel 3 fixierte und kontaktierte Ansteuermodul 2 dargestellt. Auf der rechten Seite des Leistungshalbleitermoduldeckels sind die Lastanschlüsse 15 des Leistungshalbleitermoduls 4 dargestellt. Zur Sicherung gegen ein seitliches Verschieben nach der Fixierung des Ansteuermoduls sind zwei Rastmechanismen 16 vorgesehen. Diese sind jeweils aus einem Rasthaken mit Einlauf schräge und einer Rastfeder 18 gebildet. Die Rastfedern 18 schnappen in die Rasthaken 17 ein. Die Rasthaken sind durch eine entsprechende Ausformung der Ausnehmungen 12 gebildet.

1: Verbindungseinrichtung
2: Ansteuermodul
3: Leistungshalbleitermoduldeckel
4: Leistungshalbleitermodul
5: Klemmeinrichtung
6: Kontaktfeder
7: Kontaktelement
8: L-förmiger Fortsatz
9: Oberfläche
10: Schenkel
11: Gegenelement
12: Ausnehmung
13: laterale Führungen
14: Montageöffnung
15: Lastanschlüsse
16: Rastmechanismus
17: Rasthaken
18: Rastfeder

Claims

Verbindungseinrichtung zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Fixierung von Ansteuermodulen an Leistungshalbleitermodulen, wobei an dem Ansteuermodul und dem Leistungshalbleitermodul jeweils mindestens ein Kontaktelement vorgesehen ist, wobei das Kontaktelement an dem Leistungshalbleitermodul als Kontaktfeder ausgebildet ist, wobei an dem Leistungshalbleitermodul (4) mindestens eine Klemmeinrichtung (5) zur Fixierung des Ansteuermoduls (2) an dem Leistungshalbleitermodul (4) vorgesehen ist, wobei die Kontaktfeder (6) Bestandteil der Klemmeinrichtung (5) ist und die Klemmung eine Fixierung in alle drei Raumrichtungen bewirkt und wobei die Klemmeinrichtung (5) aus einem Abstützelement (10) zur Abstützung der Kontaktfeder (6) und einem, von dem Abstützelement (10) beabstandeten Gegenelement (11) besteht, wobei das Ansteuermodul (2) mit einem Kontaktelement (7) zwischen dem Gegenelement (11) und dem Abstützelement (10) zusammen mit der Kontaktfeder (6) einklemmbar ist derart, dass die Klemmkraft senkrecht zur Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls wirkt, und wobei das Abstützelement (10) als im wesentlichen L-förmiger Fortsatz (8) des Leistungshalbleitermoduls (4) oder des Leistungshalbleitermoduldeckels (3) ausgebildet ist, wobei die Kontaktfeder (6) sich gegen den im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls (4) oder des Leistungshalbleitermoduldeckels (3), erstreckenden Schenkel (10) des L-förmigen Fortsatzes (8) abstützend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der L-förmige Fortsatz (8) einstückig mit dem Leistungshalbleitermodul (4) oder dem Leistunghalbleitermoduldeckel (3), ausgebildet ist.
Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (5) an einem Gehäuse des Leistungshalbleitermoduls (4) angeordnet ist.
Verbindungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtung (5) an einem Leistungshalbleitermoduldeckel (4) des Gehäuses angeordnet ist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem sich im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls (4) oder des Leistungshalbleitermoduldeckels (3), erstreckenden Schenkel (10) des L-förmigen Fortsatzes (8) zwei laterale Führungen (13) für die Kontaktfeder (6) vorgesehen sind.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (11) von zumindest einem Teil der Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls (4) oder des Leistungsmoduldeckels (3) gebildet ist
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ansteuermodul (2) mindestens eine Ausnehmung (12) zum Durchstecken des Abstützelements (5) vorgesehen ist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (11) als gegenüber der Oberfläche des Leistungshalbleitermoduldeckels (3) oder gegenüber der Ober fläche des Leistungshalbleitermoduldeckels (4), erhöhtes Plateau ausgebildet ist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Leistungshalbleitermodul (4) oder in dem Leistungshalbleitermoduldeckel (3) eine Montageöffnung (14) für die Kontaktfeder (6) vorgesehen ist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sicherheitsrastmechanismus (16), zur Sicherung gegen ein Verschieben des Ansteuermoduls (2), vorgesehen ist.
Verbindungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsrastmechanismus (16) entriegelbar ausgebildet ist.
Verbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsrastmechanismus (16) aus mindestens einem Rasthaken (18) und mindestens einer zugehörigen Rastfeder (18) besteht.