DE102006032441A1

DE102006032441A1 - Vorrichtung aufweisend eine Leiterplatte und ein Modul sowie Verfahren zum Aufbau einer derartigen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102006032441A1
Application number: DE200610032441
Authority: DE
Inventors: Markus Frühauf; Benno Weis
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2008-01-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, aufweisend eine Leiterplatte (32) und ein Modul (10, 30, 31), sowie ein Verfahren zum Aufbau einer derartigen Vorrichtung. Das Modul (10, 30, 31) der Vorrichtung weist wenigstens ein elektrotechnisches Bauelement (12 bis 14) und auf einer Seite wenigstens ein mechanisch belastbares, elektrisches Kontaktelement (15) auf. Das Modul (10, 30, 31) liegt auf seiner einen Seiten mit dem Kontaktelement (15) unter Druck an der Leiterplatte (32) elektrisch leitend verbunden an. Mit seiner anderen Seite liegt das Modul (10, 30, 31) lose ohne mechanisches Verbindungselement an einem Druck ausübenden Element (41, 42, 50 bis 54) an.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung aufweisend eine Leiterplatte und wenigstens ein wenigstens ein elektrotechnisches Bauelement umfassendes Modul, welches auf einer Seite wenigstens ein elektrisches Kontaktelement umfasst und über das Kontaktelement mit der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Aufbau einer derartigen Vorrichtung.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art kann beispielsweise ein Leistungshalbleitermodul umfassen, welches mit elektrischen Kontaktelementen ausgeführt zur Anordnung an der Leiterplatte vorgesehen ist. Zur elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte und des Leistungshalbleitermoduls miteinander können die elektrischen Kontaktelemente des Leistungshalbleitermoduls mit entsprechenden Anschlussstellen der Leiterplatte verlötet oder die Kontaktelemente auch in die Anschlussstellen der Leiterplatte eingepresst werden. Insbesondere das Einpressen der Kontaktelemente hat aber den Nachteil, dass bei mehrlagigen Leiterplatten praktisch alle Ebenen der Leiterplatte zerschnitten werden und die Ebenen für die Leiterbahnführung somit nur noch eingeschränkt nutzbar sind.
Nachteilig bei einer Verbindung des Leistungshalbleitermoduls und der Leiterplatte mittels Verlöten oder Einpressen der Kontaktelemente ist auch, dass ein zusätzlicher Montageschritt erforderlich wird, da in der Regel ein derartiges mit der Leiterplatte verbundenes Leistungshalbleitermodul zusätzlich noch über Schrauben oder Klammern mit einem Kühlkörper zur Abfuhr der im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls anfallenden Verlustwärme verbunden wird. Die Schrauben oder Klammern werden von der dem Leistungshalbleitermodul gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte aus montiert, so dass für die Montage Öffnungen oder Ausbrüche in der Leiterplatte vorgesehen sein müssen, um beispielsweise mit Hilfe eines Schraubendrehers einen Kühlkörper und ein Leistungshalbleitermodul von der dem Leistungshalbleitermodul gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte aus miteinander verschrauben zu können. Der für die Öffnungen in der Leiterplatte benötigte Raum steht somit auf der Leiterplatte nicht mehr für Leiterbahnen oder für die Anordnung von Bauelementen zur Verfügung. Da die Schrauben und Klammern in der Regel aus Metall sind muss zudem um die Öffnungen herum noch ein gewisser Abstand eingehalten werden, um die Luft- und Kriechstreckenanforderungen einhalten zu können. Dieser Abstand schränkt dann den nutzbaren Raum auf der Leiterplatte nochmals ein, wodurch ein kompakter Aufbau eines eine Leiterplatte und ein Leistungshalbleitermodul aufweisenden Leistungsteils erschwert wird. Zudem müssen für die Schraubenmontage das Leistungshalbleitermodul und der Kühlkörper Öffnungen aufweisen.
Ein weiterer Nachteil bei der Verbindung eines Leistungshalbleitermoduls und einer Leiterplatte mittels Verlöten oder Einpressen der Kontaktelemente auf Anschlussstellen der Leiterplatte ergibt sich durch unwillkürlich auftretende Fertigungstoleranzen bei diesem Prozess. Bei einer derartigen Montage von mehreren Leistungshalbleitermodulen auf einer Leiterplatte muss daher sehr darauf geachtet werden, dass Leistungshalbleitermodule plan und mit gleicher Höhe angeordnet werden, da es sonst zu Verspannungen innerhalb der Leiterplatte kommen kann, wenn für die Leistungshalbleitermodule nur ein gemeinsamer Kühlkörper vorgesehen ist.
Nachteilig bei einer Schraubenmontage von mehreren Leistungshalbleitermodulen auf einem großen Kühlkörper sind im Übrigen auch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten des in der Regel aus Aluminium ausgeführten Kühlkörpers und der Leiterplatte, die beispielsweise aus dem Material FR4 ausgebildet ist. Dies kann bei thermischen Lastwechseln zu Verspannungen der elektrischen Kontaktstellen zwischen Leiterplatte und den Leistungshalbleitermodulen führen.
Darüber hinaus lassen sich verlötete oder verpresste Leistungshalbleitermodule nur mit einem erhöhten Aufwand wieder von der Leiterplatte demontieren. Insbesondere im Falle des Verlötens der elektrischen Kontaktelemente des Leistungshalbleitermoduls mit Anschlussstellen der Leiterplatte ergibt sich der Nachteil, dass erst nach diesem Lötprozess eine Wärmeleitpaste auf dem Leistungshalbleitermodul aufgebracht werden kann. Die Wärmeleitpaste ist zwischen dem Leistungshalbleitermodul und dem Kühlkörper für einen besseren Übergang der Verlustwärme von dem Leistungshalbleitermodul zu dem Kühlkörper vorgesehen. Da die Wärmeleitpaste häufig im Siebdruckverfahren aufgebracht wird, was sowohl auf dem Leistungshalbleiter als auch auf dem Kühlkörper geschehen kann, ergibt sich ein erhöhter Aufwand hierfür. Es ist nämlich schwieriger und aufwendiger, das bereits mit der Leiterplatte verbundene Leistungshalbleitermodul als nur das Leistungshalbleitermodul an sich im Siebdruck mit der Wärmeleitpaste zu beaufschlagen.
Üblich ist es auch, ein Leistungshalbleitermodul mit Federkontakten auszuführen und das Leistungshalbleitermodul über die Federkontakte elektrisch leitend mit der Leiterplatte zu verbinden. Ein derartiger Aufbau ist exemplarisch in einer schematischen Darstellung in der 1 gezeigt, welche ein Leistungshalbleitermodul 1 mit Federkontakten 2 zeigt. Die Federkontakte 2 sind in in 1 nicht zu erkennender Weise an entsprechenden elektrischen Anschlussstellen einer Leiterplatte 3 angeordnet. Dem Leistungshalbleitermodul 1 ist ein Kühlkörper 4 zugeordnet, um die im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls 1 anfallende Verlustwärme von dem Leistungshalbleitermodul 1 abzuführen und beispielsweise an die Umgebung abzugeben. Der Kühlkörper 4 weist hierzu entsprechende Kühlrippen auf. Zur Befestigung des Leistungshalbleitermoduls 1 an der Leiterplatte 3 ist eine Befestigungsschraube 6 vorgesehen, welche mit ihrem Schaft von der dem Leistungshalbleitermodul 1 abgewandten Seite der Leiterplatte 3 her durch eine Durchgangsöffnung 7 der Leiterplatte 3 und eine Durchgangsöffnung 8 des Leistungshalbleitermoduls 1 geführt ist und in ein Gewindeloch 9 des Kühlkörpers 4 eingeschraubt ist. Durch die Schraubenverbindung wird das Leistungshalbleitermodul 1 einerseits zur elektrischen Kontaktierung mit der Leiterplatte 3 in Richtung der Leiterplatte 3 gepresst und andererseits der Kühlkörper 4 auf dem Leistungshalbleitermodul 4 befestigt. Zur Erzielung eines flächigen Gegendrucks auf der Oberseite der Leiterplatte 3, also der dem Leistungshalbleitermodul 1 abgewandten Seite der Leiterplatte 3, ist eine mit der Befestigungsschraube 6 zusammenwirkende Platte 5 vorhanden.
Nachteilig an diesem Aufbau ist, dass wiederum sowohl das Leistungshalbleitermodul 1 als auch die Leiterplatte 3 eine Durchgangsbohrung 7, 8 aufweisen müssen, um den Schaft der Befestigungsschraube 6 hindurchführen zu können. Der für die Durchgangsbohrung erforderliche Raum auf der Leiterplatte steht nicht mehr zur Anordnung von Leiterbahnen oder Bauelementen auf der Leiterplatte zur Verfügung. Da die Schraube auch meist aus Metall ausgeführt ist, muss um die Durchgangsbohrung herum wieder ein gewisser Abstand mit Leiterbahnen eingehalten werden, um die Luft- und Kriechstreckenanforderungen einhalten zu können. Auch die Oberseite der Leiterplatte 3 ist nur beschränkt für elektronische Bauteile nutzbar, da, wie bereits erwähnt, die Befestigungsschraube 6 zur Erzeugung eines großflächigen Gegendrucks für die Federkontakte des Leistungshalbleitermoduls 1 unter Zwischenschaltung der Platte 5 mit dem Kühlkörper 4 verschraubt ist. Unter der Platte 5 können keine elektronischen Bauteile angeordnet werden. Darüber hinaus ist für die Montage mit Schrauben immer eine Schraubsteuerung zur Einstellung des geforderten Drehmoments erforderlich, da bei Nichteinhaltung des Drehmomentes eine Zerstörungsgefahr für die eingesetzten Leistungshalbleitermodule besteht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass die Verbindung des Moduls und einer Leiterplatte miteinander vereinfacht wird.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung, aufweisend eine Leiterplatte und wenigstens ein wenigstens ein elektrotechnisches Bauelement umfassendes Modul, welches auf einer Seite wenigstens ein mechanisch belastbares elektrisches Kontaktelement umfasst, wobei das Modul auf seiner einen Seite mit dem Kontaktelement unter Druck lose an der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden und mit seiner anderen Seite lose ohne mechanisches Verbindungselement an einem druckausübenden Element anliegt. Es wird also vorgeschlagen, auf eine mechanisch feste Verbindung des Kontaktelementes des Moduls mit einer Anschlussstelle der Leiterplatte, sei es durch Löten oder durch Einpressung des Kontaktelementes oder eine anderweitige feste Verbindung des Kontaktelementes mit der Anschlussstelle der Leiterplatte, zu verzichten und stattdessen das Modul mit dem Kontaktelement lose und nur unter Druck an der Leiterplatte elektrisch leitend anzulegen. Zur Erzeugung des Drucks für die Anlage des Kontaktelementes des Moduls an der Leiterplatte liegt das Modul mit seiner Rückseite lose ohne mechanisches Verbindungselement an einem druckausübenden Element an. Durch diese Ausgestaltung der Vorrichtung ist weder eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Kontaktelement des Moduls und der Leiterplatte noch zwischen dem Modul und dem druckausübenden Element erforderlich. Insbesondere sind keine Schrauben- oder Klammerverbindungen erforderlich, die ihrerseits, je nach Ausführungsform, in der Leiterplatte und/oder dem Modul eine Öffnung, zumeist eine Durchgangsöffnung erfordern. Da sowohl die Leiterplatte als auch das Modul ohne Durchgangsöffnung ausgeführt werden können, steht auf der Leiterplatte mehr Raum für die Anordnung von Leiterbahnen und/oder die Anordnung von Bauelementen zur Verfügung. Auch innerhalb des Moduls, welches wenigstens ein elektrotechnisches Bauelement umfasst, können nunmehr mehr Leiterbahnen und/oder Bauelemente, insbesondere im Bereich der zuvor erforderlichen Durchgangsöffnung angeordnet werden.
Varianten der Erfindung sehen vor, dass das druckausübende Element eine Gehäusewand oder ein Kühlkörper ist. Eine Gehäu sewand bietet sich an, wenn die Vorrichtung mit Leiterplatte und Modul ohnehin in einem Gehäuse angeordnet werden soll. Ein separat ausgeführter Kühlkörper als druckausübendes Element kann einerseits mit Kühlrippen versehen sein oder aber auf seiner dem Modul abgewandten Seite mit einer planen Oberfläche versehen sein, um nach dem Prinzip der „cold plate" mit einer beispielsweise in einer elektrischen Anlage vorhandenen Kühleinrichtung zusammenwirken zu können.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt das druckausübende Element mit einem auf der anderen Seite der Leiterplatte angeordneten Gegenelement derart zusammen, dass von dem Element Druck auf das Modul ausgeübt wird. Bei dem Gegenelement kann es sich nach Varianten der Erfindung entweder um eine zweite Gehäusewand oder auch um einen zweiten Kühlkörper handeln.
Ist nur auf einer Seite der Leiterplatte der Vorrichtung ein Modul angeordnet und soll die dem Modul abgewandte Seite der Leiterplatte zur Anordnung, insbesondere von Bauelementen, verwendet werden, so sieht eine Variante der Erfindung vor, dass das Gegenelement die Leiterplatte nicht großflächig, sondern nur an bestimmten Stellen berührt. Die sich dadurch ergebende Zwischenräume auf dieser Seite der Leiterplatte können dann für Leiterbahnen und/oder zur Anordnung von Bauelementen verwendet werden.
Nach einer Variante der Erfindung ist es jedoch vorgesehen wenigstens ein zweites Modul, und zwar auf der anderen Seite der Leiterplatte als das erste Modul anzuordnen. Auch das zweite Modul weist ein elektrotechnisches Bauelement und auf einer Seite wenigstens ein mechanisch belastbares elektrisches Kontaktelement auf. Nach einer Variante der Erfindung liegt auch das zweite Modul auf seiner einen Seite mit dem Kontaktelement unter Druck lose der anderen Seite der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden an und mit seiner anderen Seite lose ohne mechanisches Verbindungselement an einem druckausübenden Gegenelement an. Auf diese Weise können, wenn beidseitig der Leiterplatte Module angeordnet werden sollen, die Module elektrisch mit der Leiterplatte verbunden werden, ohne die Module oder die Leiterplatte mit Durchgangsöffnungen versehen zu müssen.
Nach Ausführungsformen der Erfindung sind das druckausübende Element und das druckausübende Gegenelement miteinander verschraubt oder ineinander gesteckt oder miteinander verpresst. Die Verbindung des Elementes und des Gegenelements miteinander erfolgt dabei vorzugsweise immer außerhalb der Leiterplatte und der an der Leiterplatte angeordneten Module.
Nach Varianten der Erfindung sind auf einer Seite der Leiterplatte mehrere Module angeordnet. Es können jedoch auch auf beiden Seiten der Leiterplatte mehrere Module angeordnet sein. Auf diese Weise lassen sich Vorrichtungen verschiedenster Schaltungsarten realisieren.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist das Modul ein das elektrotechnische Bauelement aufnehmendes Trägerelement und eine Abdeckung für das mit dem elektrotechnischen Bauelement versehene Trägerelement auf, wobei das mechanisch belastbare elektrische Kontaktelement auf dem Trägerelement angeordnet, mit dem Trägerelement elektrisch verbunden ist und durch eine Öffnung in der Abdeckung aus der Abdeckung herausragt. Das Modul ist dabei durchgangsöffnungslos ausgeführt, so dass innerhalb des Moduls mehr Raum für Leiterbahnen und/oder die Anordnung von elektrotechnischem Bauelement zur Verfügung steht.
Varianten der Erfindung sehen vor, dass es sich bei dem elektrotechnischen Bauelement des Moduls um ein Halbleiterbauelement, bevorzugt um ein Leistungshalbleiterbauelement, beispielsweise einen IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) oder auch um einen MOSFET-Transitor (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) handelt.
Nach Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei dem Kontaktelement des Moduls bevorzugt um ein Federelement aus einem Federmaterial, welches als Schraubenfeder oder als Federdraht ausgeführt sein kann. Insbesondere die Ausführung des Kontaktelementes als Federelement gestattet eine reversible elastische mechanische Belastung des Kontaktelements.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kontaktelement, insbesondere das Federelement eine bestimmte Federkonstante auf, die für das Kontaktelement des Moduls in Abhängigkeit des für das Modul vorgesehenen Gebrauchs gewählt werden kann. Insbesondere wenn nach einer Variante der Erfindung mehrere Kontaktelemente für das Modul vorgesehen sind, kann der Anpressdruck mit dem das Modul gegen die Leiterplatte und/oder gegen das druckausübende Element gedrückt werden soll, über die gewählte Federkonstante der Kontaktelemente eingestellt werden. Der Anpressdruck kann aber alternativ oder zusätzlich auch über die Anzahl der Kontaktelemente bzw. der Kontaktstellen an der Leiterplatte eingestellt werden.
Nach einer Variante der Erfindung sind Kontaktelement symmetrisch auf dem Trägerelement in Bezug auf das Modul angeordnet, um bei einer Anordnung des Moduls an einer Leiterplatte über das ganze Modul hinweg eine möglichst gute Kraftübertragung zu erhalten. Varianten der Erfindung sehen dabei vor, dass Kontaktelemente punktsymmetrisch zu einem Bezugspunkt des Trägerelementes angeordnet sind, wobei es sich bei dem Bezugspunkt bevorzugt um den Mittelpunkt des Trägerelements handelt. Durch eine derartige punktsymmetrische Anordnung von Kontaktelementen zum Mittelpunkt des Trägerelementes soll eine möglichst optimale Kraftübertragung bei einer Anordnung des Moduls an der Leiterplatte erreicht werden, insbesondere auch im Hinblick darauf, dass die Rückseite des Moduls gut vorzugsweise an einem Kühlkörper anliegen soll, wobei, wie bereits erwähnt, der Anpressdruck des Moduls an den Kühlkörper durch die unter Druck stehenden bzw. mechanisch belasteten elektrischen Kontaktelemente erzeugt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen das Modul und/oder die Leiterplatte zur positions- und verdrehsicheren Anordnung des Moduls an der Leiterplatte wenigstens ein Positionierelement auf. Positionierelemente können Vertiefungen und/oder Stifte sein. Weist beispielsweise das Modul einen Stift auf, so wirkt dieser zur Positionierung des Moduls an der Leiterplatte mit einer entsprechenden Vertiefung der Leiterplatte zusammen. In einer Ausgestaltungsform kann der Stift aus Kunststoff ausgeführt sein, was den Vorteil hat, dass er ohne elektrischen Einfluss ist. Der Stift kann jedoch auch aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sein, wobei er bei dieser Ausbildungsform bevorzugt nicht nur der Positionierung und Fixierung der Vorrichtung an der Leiterplatte, sondern auch zur elektrischen Kontaktierung dient. Der Stift kann dabei als Bestandteil der Leiterplatte mit der Leiterplatte elektrisch oder als Bestandteil des Moduls mit dem Trägerelement elektrisch kontaktiert sein.
Das Positionierelement kann nach einer Variante der Erfindung auch eine Vertiefung in der Abdeckung des Moduls sein, die mit einer entsprechenden Erhöhung, vorzugsweise einem entsprechenden Stift der Leiterplatte zur Positionierung und Fixierung des Moduls an der Leiterplatte zusammenwirkt. Die Vertiefung kann dabei derart ausgeführt sein, dass sie bis zum Trägerelement des Moduls reicht, so dass die Vertiefung eine zusätzliche elektrische Kontaktierung des Trägerelementes des Moduls ermöglicht.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen das Modul und/oder die Leiterplatte mehrere Positionierelemente auf, von denen wenigstens eines, vorzugsweise ein zusammengehöriges Paar von Positionierelementen außerhalb der Symmetrieachsen des Moduls angeordnet ist, insbesondere um eine falsche Anordnung des Moduls an der Leiterplatte beispielsweise in Folge einer nicht beabsichtigten Verdrehung des Moduls zu vermeiden.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Aufbau einer der vorstehend erläuterten Vorrichtungen, bei dem ein Modul mit seinem Kontaktelement an einer Leiterplatte lose angeordnet und mit seiner Rückseite lose ohne mechanisches Verbindungselement an einem Element zur Anlage gebracht wird, welches Element das Modul gegen die Leiterplatte drückt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 die Anordnung eines Moduls nach dem Stand der Technik an einer Leiterplatte,
2 ein zur Anordnung an einer Leiterplatte vorgesehenes Modul in einer Ansicht von oben,
3 einen Schnitt durch das Modul aus 2,
4 die Anordnung zweier Module an einer Leiterplatte, und
5–8 Anordnungsvarianten eines Moduls an einer Leiterplatte
In der 2 und 3 ist ein zur Anordnung an einer Leiterplatte vorgesehenes Modul 10 dargestellt. Die 2 zeigt eine Ansicht des Moduls 10 von oben. In 3 ist eine Schnittansicht des Moduls 10 aus 2 in Richtung der Pfeile III der 2 gezeigt.
Die Modul 10 umfasst ein Trägerelement 11, bei dem es sich vorzugsweise um ein Substrat, beispielsweise um ein DCB-Substrat (direct copper bonding), handelt, auf dem im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels Leiterbahnen und, wie in 3 mit gestrichelten Linien angedeutet, drei elektrotechnische Bauelemente in Form von Halbleiterbauelementen 12 bis 14 angeordnet sind. Die Halbleiterbauelemente sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels Leistungshalbleiterbauelemente 12 bis 14, bei denen es sich beispielsweise um IGBTs (Isolated Gate Bipolar Transistor) und/oder um MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) handeln kann.
Aufgrund der Leistungshalbleiterbauelemente des Moduls 10 wird diese im Folgenden als Leistungshalbleitermodul 10 bezeichnet.
Das Leistungshalbleitermodul 10 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere mechanisch belastbare elektrische Kontaktelemente 15, die auf dem Trägerelement 11 beispielsweise mittels Löten angeordnet sind. Die Kontaktelemente 15 dienen der elektrischen Kontaktierung des Leistungshalbleitermoduls 10 nach außen.
Das Leistungshalbleitermodul 10 weist weiterhin eine Abdeckung 16 auf, wobei die Kontaktelemente 15 jeweils aus einer Öffnung 18 in der Abdeckung 16 herausragen. Die Abdeckung 16 ist bevorzugt aus einem Kunststoff ausgebildet. Die 3 zeigt dabei einen Schnitt durch eine Wandung 17 der Abdeckung 16. Die Kontaktelemente 15 müssen im Übrigen nicht notwendigerweise auf dem Trägerelement 11 mittels Löten angeordnet sein, sondern können auch in der Abdeckung 16 gehalten werden und schon mittels Federkraft auf das Substrat 11 kontaktieren.
Wie bereits erwähnt, sind die Kontaktelemente 15 mechanisch belastbar ausgebildet, was bedeutet, dass diese ggf. unter einer vorzugsweise elastischen Verformung derselben mit mechanischem Druck beaufschlagbar sind. Bei den Kontaktelementen 15 kann es sich dabei um Federelemente oder um jeweils ein Federelement aufweisende Druckkontakte handeln. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Kontaktelemente 15 als Federelemente 15 ausgeführt, wobei es sich bei den Federelementen 15 jeweils um einen elastisch verformbaren Federdraht oder um ein elastisch verformbares Federmaterial handelt. Die Federelemente können jedoch auch in nicht dargestellter Weise als Schraubenfedern ausgeführt sein. Die Federelemente 15 weisen bevorzugt eine bestimmte vorgebbare Federkonstante auf, wobei je nach Verwendungszweck des Leistungshalbleitermoduls 10 Federelemente mit einer bestimmten Federkonstante gewählt werden. Über die Anzahl der Federele mente 15 als auch über die Federkonstanten der Federelemente 15 kann nämlich der Anpressdruck des Leistungshalbleitermoduls 10 gegen eine noch zu beschreibende Leiterplatte und gegen ein noch zu beschreibendes vorzugsweise als Kühlvorrichtung dienendes, druckausübendes Element eingestellt werden, welches auf der den Leistungshalbleiterbauelementen 12 bis 14 abgewandten Seite des Trägerelementes 11 angeordnet werden kann.
Die Federelemente 15 sind derart auf dem Trägerelement 11 angeordnet und durch die Öffnungen 18 in der Abdeckung 16 geführt, dass sich eine möglichst gute Anlage des Leistungshalbleitermoduls 10 an der Leiterplatte unter Gewährleistung eines sicheren elektrischen Kontaktes sowie eine möglichst gute Kraftübertragung hinsichtlich des Anpressdrucks an das auf der Rückseite des Trägerelements 11 angeordnete Element ergibt. Bevorzugt sind zumindest einige Federelemente 15 daher symmetrisch auf dem Trägerelement 11 des Leistungshalbleitermoduls 10 angeordnet. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn zumindest einige Federelemente 15 im Wesentlichen punktsymmetrisch zu einem Bezugspunkt des Trägerelementes 11, bei dem es sich bevorzugt um den Mittelpunkt des Trägerelementes 11 handelt, angeordnet sind. In 2 ist der Mittelpunkt M des Trägerelementes 11 schematisch angedeutet, wobei im Falle des in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiels des Leistungshalbleitermoduls 10 nicht alle Federelemente 15 punktsymmetrisch zu dem Mittelpunkt M des Trägerelements 11 angeordnet sind. Für einen guten Anpressdruck ist es aber nicht erforderlich, dass Federelemente bzw. alle Federelemente 15 symmetrisch zu den Symmetrieachsen des Leistungshalbleitermoduls 10 bzw. punktsymmetrisch zum Mittelpunkt M des Trägerelementes angeordnet sind.
Wie der 2 und 3 ebenfalls entnommen werden kann, weist das Leistungshalbleitermodul 10, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels speziell die Abdeckung 16 des Leistungshalbleitermoduls 10, wenigstens ein Positionierelement, vorliegend fünf Positionierelemente auf. Bei den Posi tionierelementen 19, 20 handelt es sich im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels um die Oberfläche der Abdeckung 16 überragende Stifte, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels als Teil der Abdeckung 16 selbst wie die Abdeckung 16 aus einem Kunststoff ausgebildet sind. Bei den Positionierelementen 21 bis 23 handelt es sich im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels um in der Abdeckung 16 vorhandene Vertiefungen oder auch sogenannte Dome. Die Positionierelemente 19 bis 23 sind zur lagerichtigen Anordnung des Leistungshalbleitermoduls 10 an einer Leiterplatte vorgesehen, die entsprechende Gegenpositionierelemente (Vertiefungen und Stifte) aufweist. Die Positionierelemente 19 bis 23 wirken dabei mit den Gegenpositionierelementen der Leiterplatte möglichst passgenau zusammen. Die Vertiefung 23 ist im Übrigen außerhalb einer der Symmetrieachsen des Leistungshalbleitermoduls 10 angeordnet, um mit dieser Vertiefung 23 sicherzustellen, dass es bei der Montage des Leistungshalbleitermoduls 10 an einer Leiterplatte nicht zu einer unerwünschten Verdrehung, also einer unerwünschten verdrehten Anordndung des Leistungshalbleitermoduls 10 an der Leiterplatte kommt.
Insbesondere Stifte als Positionierelemente können auch aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sein, was sich dann anbietet, wenn die Stifte zur elektrischen Verbindung des Trägerelementes 11 mit beispielsweise einer Leiterbahn der Leiterplatte oder einem auf der Leiterplatte vorhandenen elektrischen Zwischenkreis vorgesehen sind. In 3 ist ein derartig ausgestalteter Stift 24 mit gestrichelten Linien angedeutet.
Ist die Leiterplatte, an der das Leistungshalbleitermodul 10 angeordnet werden soll, mit einem Positionierstift versehen, der aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist, so kann dieser zur Positionierung des Leistungshalbleitermoduls 10 an der Leiterplatte und zur elektrischen Verbindung der Leiterplatte mit dem Trägerelement 11 in beispielsweise die Vertiefung 21 eingeführt werden, die allerdings im Unterschied zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels dann derart ausgebildet ist, dass sie bis zum Trägerelement 11 reicht. Dies ist in 3 mit gestrichelten Linien in der Vertiefung 21 angedeutet. In diesem Fall kann der aus elektrisch leitendem Material ausgebildete Positionierstift der Leiterplatte das Trägerelement 11 elektrisch kontaktieren.
Das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul 10 kann im Übrigen mit unterschiedlichster Bestückung von Kontaktelementen bzw. Federelementen, Positionierelementen und Leistungshalbleiterbauteilen ausgeführt werden. So kann beim Aufbau eines sogenannten Leistungsteils, bei dem das Leistungshalbleitermodul 10 unter Umständen mit wenigstens einem weiteren Leistungshalbleitermodul an einer Leiterplatte angeordnet wird, eine möglichst gute Konfiguration von Gleichrichtern, Wechselrichtern und/oder Choppern (schaltbares Leistungshalbleiterbauelement, speziell ein Unterbrecher für Wechselrichter und Spannungswandler) etc. für das Leistungsteil erreicht werden.
Besonders hervorzuheben ist, dass das Leistungshalbleitermodul 10 im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Leistungshalbleitermodulen keinerlei Durchgangsöffnung aufweist, um das Leistungshalbleitermodul 10 mit einer Kühlvorrichtung zu versehen oder um das Leistungshalbleitermodul 10 an einer Leiterplatte anzuordnen. Demnach steht insbesondere auf dem Trägerelement 11 des Leistungshalbleitermoduls 10 mehr Platz für die Anordnung von Leiterbahnen und Leistungshalbleiterbauteilen zur Verfügung.
Die tatsächliche Anordnung des Leistungshalbleitermoduls 10 an einer Leiterplatte ist in 4 exemplarisch dargestellt. Im Falle des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels sind zwei Leistungshalbleitermodule 30, 31, jedes auf einer Seite A, B einer Leiterplatte 32 angeordnet, bei der es sich beispielsweise um ein Printed Circuit Board (PCB) handeln kann. Die Leistungshalbleitermodule 30, 31 entsprechen in ihrem Aufbau im Wesentlichen dem zuvor beschriebenen Leistungshalbleitermodul 10, können jedoch eine voneinander abweichende Bestückung mit Federelementen 15, Positionierelementen und mit Leistungshalbleiterbauelementen aufweisen.
Das Leistungshalbleitermodul 31 liegt mit seinen Federelementen 15 an in 4 nicht explizit dargestellten Anschlussstellen an der Seite A der Leiterplatte 32 an. Zu verdrehsicheren Anordnung des Leistungshalbleitermoduls 32 an der Seite A der Leiterplatte 32 greifen, wie in 4 schematisch dargestellt, ein Stift 33 aus Kunststoff auf der Seite A der Leiterplatte 32 in eine Vertiefung 34 des Leistungshalbleitermoduls 31 und ein metallischer Stift 35 des Leistungshalbleitermoduls 31 in eine Vertiefung 36 auf der Seite A der Leiterplatte 32. Der metallische Stift 35 ist dabei, wie in 4 mit durchgehenden Linien angedeutet, elektrisch mit dem Trägerelement des Leistungshalbleitermoduls 31 verbunden.
In vergleichbarer Weise ist das Leistungshalbleitermodul 30 auf der Seite B der Leiterplatte 32 angeordnet. Zur verdrehsicheren Anordnung des Leistungshalbleitermoduls 30 an der Seite B der Leiterplatte 32 greifen ein Stift 37 aus Kunststoff der Seite B der Leiterplatte 32 in eine Vertiefung 38 des Leistungshalbleitermoduls 30 und ein mit dem Trägerelement des Leistungshalbleitermoduls 30 elektrisch verbundener metallischer Stift 39 des Leistungshalbleitermoduls 30 in eine Vertiefung 40 der Seite B der Leiterplatte 32.
Die Leiterplatte 32 kann auf ihren Seiten A und B wie in 4 nicht dargestellter Weise weitere Vertiefungen und Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Vertiefungen und Stiften der Leistungshalbleitermodule 30 und 31 zur verdrehsicheren Anordnung der Leistungshalbleitermodule 30 und 31 an der Leiterplatte 32 zusammenwirken können.
Über die beiden metallischen Stifte 35 und 39 der Leistungshalbleitermodule 30 und 31 können die Leistungshalbleitermodule 30 und 31 direkt miteinander verbunden werden, sofern sich diese innerhalb der Leiterplatte 32 berühren. Es kann jedoch auch wie im Falle des vorliegenden Ausführungsbei spiels vorgesehen sein, die beiden Leistungshalbleitermodule 30 und 31 über die Positionier- und Kontaktstifte 35 und 39 gemeinsam an einen Zwischenkreis 49 anzuschließen, welcher sich im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels auf der Seite B der Leiterplatte 32 befindet. Der Zwischenkreis 49 kann beispielsweise Energiepuffer in Form von Kondensatoren, beispielsweise Elektrolytkondensatoren aufweisen, um z. B. die Versorgungsspannung der Leistungshalbleitermodule zu stabilisieren. Der Zwischenkreis kann jedoch auch andere elektrotechnische Bauelemente aufweisen und andere Funktionen erfüllen.
Zur Herstellung und Aufrechterhaltung eines sicheren elektrischen Kontaktes der Federelemente 15 der Leistungshalbleitermodule 30 und 31 mit den entsprechenden Anschlussstellen der Seiten A und B der Leiterplatte 32 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein erstes Element 41 und ein zweites Element 42 vorhanden. Im Falle des Ausführungsbeispiels nach 4 handelt es sich bei dem Element 41 sowie bei dem Element 42 jeweils um einen Kühlkörper. Der mit Kühlrippen 43 versehene Kühlkörper 42 stellt dabei ein Gegenelement zu dem mit Kühlrippen 44 versehenen Kühlkörper 41 dar. Die Kühlkörper 41 und 42 sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels jeweils über einen Schenkel 45 bzw. 46 miteinander verbunden. Insbesondere der Schenkel 45 des Kühlkörpers 42 sowie der Schenkel 46 des Kühlkörpers 41 sind derart ausgestaltet, insbesondere hinsichtlich ihrer Abmessungen, dass bei einer mechanischen Verbindung der beiden Kühlkörper 41 und 42 über ihre Schenkel 45 und 46 miteinander auf der Seite A der Leiterplatte 32 das Leistungshalbleitermodul 31 mit seinen Federelementen 15 mit Druck gegen die Seite A der Leiterplatte 32 gedrückt wird. Ebenso wird in vergleichbarer Weise das Leistungshalbleitermodul 30 auf der Seite B der Leiterplatte 32 mit seinen Federelementen 15 gegen die Seite B der Leiterplatte 32 gedrückt. Durch die Federelemente 15 der Leistungshalbleitermodule 30 und 31 wird zudem ein Gegendruck erzeugt, so dass das Leistungshalbleitermodul 30 mit seiner der Seite B der Leiterplatte 32 abgewandten Seite an den Kühlkörper 42 angepresst wird. In vergleichbarer Weise wird das Leistungshalbleitermodul 31 auf seiner der Seite A der Leiterplatte 32 abgewandten Seite gegen den Kühlkörper 41 gepresst. Die Leistungshalbleitermodule 30, 31 liegen dabei mit ihren Rückseiten jeweils lose, also ohne mechanisch feste Verbindung an den Kühlkörpern 41, 42 an.
Somit wird deutlich, dass es zum Aufbau eines Leistungsteils, welches im Falle des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels zwei Leistungshalbleitermodule 30 und 31, welche an einer Leiterplatte 32 angeordnet sind, und zwei Kühlkörper 41, 42 aufweist, nicht erforderlich ist, die Leistungshalbleitermodule 30, 31 direkt über Schrauben oder Klammern mit der Leiterplatte 32 oder einem der Kühlkörper 41, 42 zu verbinden. Vielmehr können insbesondere die Leistungshalbleitermodule 30 und 31 durchgangsöffnungslos wie im Übrigen auch die Leiterplatte 32 ausgeführt werden, wodurch sowohl auf der Leiterplatte 32 als auch in den Leistungshalbleitermodulen 30 und 31 mehr Raum für Leiterbahnen bzw. für elektrotechnische Bauelemente zur Verfügung steht. Es erfolgt demnach eine reine lose Druckmontage der Leistungshalbleitermodule 30 und 31 an der Leiterplatte 32 sowie an den Kühlkörpern 41, 42, also eine Montage ohne Schrauben, Klammern, Lötverbindung, Einpressverbindung etc..
Die mechanische Verbindung der Kühlkörper 41 und 42, insbesondere deren Schenkel 45 und 46 kann im Übrigen, wie in 4 dargestellt, mittels einer Schraubenverbindung erfolgen, wobei eine Durchgangsschraube 47 im Falle des in 4 dargestellten Ausführungsbeispiels mit einer Mutter 48 gekontert ist. Diese Schraubenverbindung erfolgt jedoch außerhalb der Leiterplatte 32 sowie außerhalb der Leistungshalbleitermodule 30 und 31. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels nehmen die Schenkel 45 und 46 im Übrigen auch einen Teil der Leiterplatte 32 zur zusätzlichen Fixierung der Leiterplatte 32 auf.
Alternativ zu der Schraubenverbindung können die beiden Kühlkörper 41 und 42 durch entsprechende Ausgestaltung ihrer Schenkel 45 und 46 auch ineinander gesteckt werden, wodurch eine Rastverbindung realisiert wird oder die beiden Kühlkörper 41 und 42 können insbesondere mit ihren Schenkel 45 und 46 miteinander verpresst werden. In all diesen Fällen wird durch die mechanische Verbindung der Kühlkörper 41 und 42 miteinander erreicht, dass eine sichere elektrische Verbindung zwischen den Leistungshalbleitermodulen 30, 31 und der Leiterplatte 32 hergestellt wird. Des Weiteren wird mit den mechanisch belastbaren, elektrischen Kontaktelementen 15 der Leistungshalbleitermodule 30 und 31 sichergestellt, dass durch entsprechende Wahl der Federkonstanten der Kontaktelemente 15 und der Anzahl und Verteilung der Kontaktelemente 15 über die Leistungshalbleitermodule 30 und 31 die Leistungshalbleitermodule gegen die ihnen zugeordneten Kühlkörper 41, 42 gepresst werden, um eine hinreichende Kühlung der Leistungshalbleitermodule 30 und 31 im Betrieb zu gewährleisten. In Folge des beschriebenen Aufbaus können im Übrigen sowohl die Leistungshalbleitermodule 30 und 31 als auch die Kühlkörper 41 und 42 in vereinfachter Weise vor dem Aufbau des Leistungsteils beispielsweise im Siebdruck mit einer Wärmeleitpaste versehen werden und anschließend das Leistungsteil aufgebaut werden.
Im Unterschied zu dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel können auch noch weitere Leistungshalbleitermodule auf der Seite A und/oder der Seite B der Leiterplatte 32 angeordnet werden, für die eigene Kühlkörper vorgesehen sein können oder die mit Hilfe der Kühlkörper 41 und 42 an der Leiterplatte 32 angeordnet werden sollen. In diesem Fall sind die Kühlkörper 41 und 42 in Richtung der Leiterplatte größer auszuführen.
Im Übrigen kann es beispielsweise vorgesehen sein, die Kühlkörper 41 und 42 in ein Gehäuse zu montieren, weshalb jeweils die rechte Kühlrippe der Kühlkörper 41 und 42 verstärkt aus geführt ist, um diese beispielsweise mit einer Gehäusewand verschrauben zu können.
In den 5 bis 8 sind exemplarisch weitere alternative Aufbauformen eines Leistungsteils gezeigt, wobei die angeführten Alternativen nicht abschließend sind, sondern nur die Vielzahl der Aufbauformen veranschaulichen soll.
Gemäß der Ausführungsform nach 5 ist nur ein Leistungshalbleitermodul 31 zur Anordnung an der Seite A der Leiterplatte 32 vorgesehen. Mit seiner Rückseite liegt das Leistungshalbleitermodul 31 dabei lose ohne mechanisches Verbindungselement an dem druckausübenden Element 50 an, bei dem es sich wieder um einen Kühlkörper 50 handelt. Im Unterschied zu dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kühlkörper 50 mechanisch mit einem Gegenelement in Form einer Gehäusewand 51 verbunden. Die Leiterplatte 32 liegt dabei mit ihrer Seite B an der Gehäusewand 51 an. Durch die in 5 nicht explizit gezeigte Verschraubung, Verrastung oder Verpressung des Kühlkörpers 50 und der Gehäusewand 51 miteinander wird, wie bereits zuvor beschriebenen, das Leistungshalbleitermodul 31 mit seinen Federelementen 15 gegen entsprechende Anschlussstellen der Seite A der Leiterplatte 32 gedrückt, so dass sich ein sicherer elektrischer Kontakt ergibt. Zugleich ergibt sich durch die mechanisch belastbare Ausführung der Kontaktelemente bzw. Federelemente 15 eine hinreichende Anpressung der Rückseite des Leistungshalbleitermoduls 31 an den Kühlkörper 50 zur Abfuhr der im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls 31 erzeugten Verlustwarme. Im Falle des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels ist also das auf das Leistungshalbleitermodul 31 druckausübende Element durch den Kühlkörper 50 und das druckausübende Gegenelement durch eine Gehäusewand 51 verkörpert.
Das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass auch das auf die Rückseite des Leistungshalbleitermoduls 31 druckausübende Element eine Gehäusewand 52 ist. Im Falle des in 6 gezeigten Ausführungsbeispiels sind die Gehäusewand 51 und die Gehäusewand 52 miteinander verbunden. Die Gehäusewände können dabei wieder miteinander verschraubt, verrastet oder verpresst sein.
Das in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass anstelle der Gehäusewand 51 als Gegenelement nunmehr ein spezieller Gegenhalter 53 vorgesehen ist, der mit der Gehäusewand 52 beispielsweise mittels Schrauben, durch Verpressen oder durch Verrasten verbunden ist. Der Gegenhalter 53 zeichnet sich dadurch aus, dass er die Seite B der Leiterplatte nur an bestimmten Stellen berührt, so dass auf der Seite B der Leiterplatte 32 in den Zwischenräumen Bauelemente angeordnet werden können.
Das in 8 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiels dahingehend, dass für das Leistungshalbleitermodul 31 wieder ein Kühlkörper 54 als druckausübendes Element vorgesehen ist, das mit dem in 7 gezeigten Gegenhalter 53 mechanisch verbunden ist.
Bei allen aufgezeigten Ausführungsbeispielen wird derart vorgegangen, dass das Leistungshalbleitermodul mit Hilfe der Positionierelemente zunächst lagerichtig an der Leiterplatte 32 lose angeordnet wird und anschließend mit seiner der Leiterplatte 32 abgewandten Seite lose, ohne mechanisches Verbindungselement an einem druckausübendem Element zur Anlage gebracht wird. Das druckausübende Element wird schließlich mit einem Gegenelement verbunden, so dass sich die, wie bereits mehrfach erwähnte, sichere elektrische Kontaktierung des Leistungshalbleitermoduls mit der Leiterplatte und die hinreichende Verbindung zwischen der Rückseite des Leistungshalbleitermoduls mit einer Kühlvorrichtung, sei es in Form eines Kühlkörpers mit Kühlrippen, eines ebenen Kühlkörpers zur Realisierung der sogenannten „cold plate" oder sei es in Form einer kühlenden Gehäusewand ergibt.
Ein derartiger Aufbau eines Leistungsteils hat den Vorteil, dass keine Schrauben oder Klammern zur Montage des Leistungshalbleitermoduls an oder auf der Leiterplatte oder dem Kühlkörper benötigt werden, wobei der Aufbau leicht automatisiert werden kann, was insbesondere im Hinblick auf Großserien vorteilhaft ist, da alle Komponenten des Leistungsteils mit Automaten montiert werden können. Wenn bei der Anordnung mehrerer Leistungshalbleitermodule auf einer Seite einer Leiterplatte diese an nur einem Kühlkörper anliegen, ergibt sich durch den Federweg der Kontaktfedern in vorteilhafter Weise ein Toleranzausgleich. Durch die schwimmende Montage der Leistungshalbleitermodule in Folge der losen Anordnung der Leistungshalbleitermodule an den Kühlvorrichtungen und der Kontaktfedern der Leistungshalbleitermodule an der Leiterplatte werden auch Wärmeausdehnungsunterschiede der Leiterplatte und der Kühlvorrichtungen ausgeglichen, so dass die elektrischen Kontaktstellen auf Seiten der Leiterplatte keinen wesentlichen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Des Weiteren ergibt sich eine vereinfachte Leistungsführung, wenn als Leistungsteil ein Gleichrichter/Wechselrichter oder ein Wechselrichter/Wechselrichter innerhalb eines Gerätes aufgebaut wird, da durch die gegenüberliegende Montage der Leistungshalbleitermodule eine aufwendige Leiterbahnführung für die Zuführung von Versorgungsströmen und Versorgungsspannungen entfallen kann. Die beschriebene Aufbauform erlaubt dabei die Realisierung unterschiedlichster Leistungsteile in einfacher Weise. Wird beispielsweise mit einem Leistungshalbleitermodul nach 4 ein Einzelschalter realisiert, so kann dieser mit einem entsprechend ausgeführtem Leistungshalbleitermodul auf der andern Seite der Leiterplatte eine Halbbrücke bilden. Ein drei Phasen Umrichter würde dann aus sechs Leistungshalbleitermodulen bestehen.

Claims

Vorrichtung aufweisend eine Leiterplatte (32) und wenigstens ein wenigstens ein elektrotechnisches Bauelement (12 bis 14) umfassendes Modul (10, 30, 31), welches auf einer Seite wenigstens ein mechanisch belastbares, elektrisches Kontaktelement (15) umfasst, wobei das Modul (10, 30, 31) auf seiner einen Seite mit dem Kontaktelement (15) unter Druck an der Leiterplatte (32) elektrisch leitend verbunden anliegt, und mit seiner anderen Seite lose, ohne mechanisches Verbindungselement an einem druckausübenden Element (41, 42, 50, 52, 54) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das druckausübende Element eine Gehäusewand (52) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das druckausübende Element ein Kühlkörper (41, 50, 54) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das druckausübende Element (41, 50, 52, 54) mit einem auf der anderen Seite (B) der Leiterplatte (32) angeordneten Gegenelement (42, 51, 53) derart zusammenwirkt, dass von dem Element (41, 50, 52, 54) Druck auf das Modul (10, 30, 31) ausgeübt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Gegenelement eine Gehäusewand (51) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Gegenelement ein Kühlkörper (42) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der das Gegenelement (53) die andere Seite (B) der Leiterplatte (32) nur an bestimmten Stellen berührt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der wenigstens ein zweites Modul (30) an der anderen Seite (B) der Leiterplatte (32) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das zweite Modul (30) auf seiner einen Seite mit dem Kontaktelement (15) unter Druck an der anderen Seite (B) der Leiterplatte (32) elektrisch leitend verbunden anliegt und mit seiner andere Seite lose, ohne mechanisches Verbindungselement an dem druckausübenden Gegenelement (42) anliegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, bei der das druckausübende Element (41, 50, 52, 54) und das druckausübende Gegenelement (42, 51, 53) miteinander verschraubt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, bei der das druckausübende Element (41, 50, 52, 54) und das druckausübende Gegenelement (42, 51, 53) ineinander gesteckt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, bei der das druckausübende Element (41, 50, 52, 54) und das druckausübende Gegenelement (42, 51, 53) miteinander verpresst sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, welche mehrere Module auf einer Seite der Leiterplatte aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der auf beiden Seiten der Leiterplatte mehrere Module angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der das Modul (10, 30, 31) ein das elektrotechnische Bauelement (12 bis 14) aufnehmendes Trägerelement (11) und eine Abdeckung (16) für das mit dem elektrotechnischen Bauelement (12 bis 14) versehene Trägerelement (11) aufweist, wobei das mechanisch belastbare, elektrische Kontaktelement (15) auf dem Trägerelement (11) angeordnet, mit dem Trägerelement (11) elektrisch verbunden ist und durch eine Öffnung (18) in der Abdeckung (16) aus der Abdeckung (16) heraus ragt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der das Modul (10, 30, 31) durchgangsöffnungslos ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der das elektrotechnische Bauelement ein Halbleiterbauelement (12 bis 14) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der das elektrotechnische Bauelement ein Leistungshalbleiterbauelement (12 bis 14) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der das Kontaktelement ein Federelement (15) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei der das Kontaktelement eine Schraubenfeder ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei der das Kontaktelement ein Federdraht (15) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei der das Kontaktelement (15) eine bestimmte Federkonstante aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei der das Modul (10, 30, 31) mehrere Kontaktelemente (15) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der die Kontaktelemente (15) symmetrisch auf dem Trägerelement (11) in Bezug auf das Modul (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, bei der die Kontaktelemente (15) punktsymmetrisch zu einem Bezugspunkt (M) des Trägerelementes (11) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der der Bezugspunkt der Mittelpunkt (M) des Trägerelementes (11) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, bei der das Modul (10, 30, 31) und/oder die Leiterplatte (32) wenigstens ein Positionierelement (19 bis 24, 33 bis 40) für das Modul (10, 30, 31) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der das Positionierelement eine Vertiefung (21 bis 23, 34, 36, 38, 40) oder ein Stift (19, 20, 24, 33, 35, 37, 39) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der der Stift (19, 20, 33, 37) aus einem Kunststoff ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der der Stift (24, 35, 39) aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der der Stift (24, 35, 39) aus einem elektrisch leitenden Material als Bestandteil der Leiterplatte (32) mit der Leiterplatte (32) oder als Bestandteil des Moduls (10, 30, 31) mit dem Trägerelement (11) des Moduls (10, 30, 31) elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Vertiefung (21) als Bestandteil des Moduls (10) bis zum dem Trägerelement (11) des Moduls (10) reicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, bei der das Modul (10, 30, 31) und/oder die Leiterplatte (32) mehrere Positionierelemente (19 bis 24, 33 bis 40) aufweisen, von denen wenigstens eines (23) außerhalb der Symmetrieachsen des Moduls (10, 30, 31) angeordnet ist.
Verfahren zum Aufbau einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, bei dem wenigstens ein wenigstens ein elektrotechnisches Bauelement (12 bis 14) umfassendes Modul (10, 30, 31), welches auf einer Seite wenigstens ein mechanisch belastbares, elektrisches Kontaktelement (15) umfasst, mit seiner einen Seite mit dem Kontaktelement (15) an einer Leiterplatte (32) angeordnet, und mit seiner andere Seite lo se, ohne mechanisches Verbindungselement an einem Element (41, 42, 50, 52, 54) zur Anlage gebracht wird, wobei das Modul (10, 30, 31) mit dem Element (41, 42, 50, 52, 54) gegen die Leiterplatte (32) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 34, bei dem das Modul (31) mit einer Gehäusewand (52) oder einem Kühlkörper (41, 50, 54) gegen die Leiterplatte (32) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, bei dem das Modul (31) mit Hilfe eines auf der anderen Seite (B) der Leiterplatte (32) angeordneten Gegenelementes (42, 51, 53) gegen die Leiterplatte (32) gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 36, bei dem das Gegenelement eine Gehäusewand (51) oder ein Kühlkörper (42) ist.
Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, bei dem ein zweites Modul (30) mit seiner einen Seite mit dem Kontaktelement (15) auf der anderen Seite (B) der Leiterplatte (32) angeordnet, mit seiner anderen Seite lose, ohne mechanisches Verbindungselement an dem Gegenelement (42, 51, 53) zur Anlage gebracht wird und bei dem das Element (41, 50, 52, 54) und das Gegenelement (42, 51, 53) derart miteinander verbunden werden, dass das Element (41, 50, 52, 54) auf das erste Modul (31) und das Gegenelement (42, 51, 53) auf das zweite Modul (30) Druck ausüben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, bei dem das Element (41, 50, 52, 54) und das Gegenelement (42, 51, 53) miteinander verschraubt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 39, bei dem das Element (41, 50, 52, 54) und das Gegenelement (42, 51, 53) ineinander gesteckt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 40, bei dem das Element (41, 50, 52, 54) und das Gegenelement (42, 51, 53) miteinander verpresst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 41, bei dem das Modul (10, 30, 31) mit Hilfe eines Positionierelementes (19 bis 24, 33 bis 40) des Moduls (10, 30, 31) und/oder der Leiterplatte (32) an der Leiterplatte (32) angeordnet wird.