DE102007007223B4

DE102007007223B4 - Modular aufgebautes Leistungshalbleitermodul

Info

Publication number: DE102007007223B4
Application number: DE102007007223A
Authority: DE
Inventors: Rainer Popp; Marco Lederer
Original assignee: Semikron GmbH and Co KG; Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron GmbH and Co KG; Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2027-02-15
Also published as: DE102007007223A1

Abstract

Leistungshalbleitermodul, bestehend aus einer Anzahl Teilmodule (10), die jeweils ein Gehäuse (14) aufweisen, wobei die Gehäuse (14) der Teilmodule (10) im zum Leistungshalbleitermodul (44) zusammengebauten Zustand mit ihren Seitenflächen (12, 34) aneinander anliegen und mittels an den Seitenflächen (12, 34) vorgesehenen Verbindungselementen (36, 16) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (16, 36) der miteinander zu verbindenden Teilmodul-Gehäuse (14) an der einen Seitenfläche (34) des jeweiligen Teilmoduls (10) von formstabilen Rastelementen (36) und an der anderen Seitenfläche (12) von an diese formmäßig angepassten Gegenrastelementen (16) gebildet sind, wobei die Rastelemente (36) und die Gegenrastelemente (16) in Richtung senkrecht zu den Seitenflächen (12, 34) der Teilmodul-Gehäuse (14) Hinterschneidungen bilden, derart dass die Verbindungselemente (16, 36) der Teilmodul-Gehäuse (14) die Teilmodul-Gehäuse (14) im zusammengebauten Zustand in Bezug zueinander zentrieren, und dass die Rast- und Gegenrastelemente (36, 16) partiell aus der jeweiligen Seitenfläche (12, 34) des Teilmodul-Gehäuses (14) mit einem Podest...

Description

Die Erfindung betrifft ein modular aufgebautes Leistungshalbleitermodul, bestehend aus einer Anzahl Teilmodule, die jeweils ein Gehäuse aufweisen, wobei die Gehäuse der Teilmodule in dem zum Leistungshalbleitermodul zusammengebauten Zustand mit ihren Seitenflächen aneinander anliegen und mittels an den Seitenflächen vorgesehenen Verbindungselementen miteinander zum Leistungshalbleitermodul verbunden sind.
Ein derartiges Leistungshalbleitermodul ist beispielsweise in der DE 103 16 356 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Leistungshalbleitermodul sind die Verbindungselemente bspw. als federnde Finger mit Rastnasen ausgebildet, wobei die Rastnasen eines Teilmodul-Gehäuses an Widerlagern des benachbarten Teilmodul-Gehäuses anliegen, um die benachbarten Teilmodule miteinander zum Leistungshalbleitermodul zu verbinden. Derartige federnde Rastfinger sind filigrane Gebilde, die leicht vom zugehörigen Teilmodul-Gehäuse abbrechen können. Infolge der Federungseigenschaften der federnden Rastfinger ergibt sich auch nur eine bedingte Zentrierung der benachbarten Teilmodule in Bezug zueinander.
Der Zusammenbau der Teilmodule zum Leistungshalbleitermodul erfolgt bei diesem bekannten Leistungshalbleitermodul durch eine Zusammenbaubewegung, die senkrecht zu den Seitenflächen der Teilmodul-Gehäuse orientiert ist.
Aus der DE 695 30 221 T2 sind optoelektronische Bauelemente bekannt, die jeweils ein Gehäuse aufweisen, wobei jedes Gehäuse an seinen Seitenflächen mit Verbindungselementen ausgebildet ist, die an einer Seitenfläche von formstabilen Rastelementen und an der gegenüberliegenden anderen Seitenfläche von an die Rastelemente formmäßig angepassten Gegenrastelementen gebildet sind. Die Rastelemente und die Gegenrastelemente bilden in Richtung senkrecht zu den Seitenflächen der Gehäuse Hinterschneidungen.
Integrierte Schaltungen in Gehäusen, die an einer Seitenfläche formstabile Rastelemente und an der gegenüberliegenden anderen Seitenfläche an diese formstabilen Rastelemente formmäßig angepasste Gegenrastelemente aufweisen, sind aus der US 6 512 293 B1 bekannt. Auch bei diesen Gehäusen bilden die Rastelemente und die Gegenrastelemente in Richtung senkrecht zu den Seitenflächen der Gehäuse Hinterschneidungen.
Aus der US 4 600 968 A ist eine Halbleitervorrichtung mit einem ersten Gehäuse und mit einem zweiten Gehäuse bekannt, wobei das erste Gehäuse an einer Seitenfläche ein formstabiles Rastelement und das zweite Gehäuse an der zugehörigen Seitenfläche ein Gegenrastelement aufweist, das an das Rastelement formmäßig angepasst ist. Das Rastelement und das Gegenrastelement bilden in Richtung senkrecht zu den genannten Seitenflächen Hinterschneidungen.
Eine den oben genannten Ausbildungen ähnliche Ausbildung mit einem ersten Gehäuseteil und mit einem zweiten Gehäuseteil ist auch aus der US 6 801 436 B2 bekannt, wobei das erste Gehäuseteil an einer Seitenfläche mit formstabilen Rastelemente und das zweite Gehäuseteil an der zugehörigen Seitenfläche mit Gegenrastelementen ausgebildet ist, die formmäßig an die Rastelemente angepasst sind und in Richtung senkrecht zu den besagten Seitenflächen Hinterschneidungen bilden.
Bei allen diesen bekannten Ausbildungen wird die Bewegung der miteinander zu kombinierenden Gehäuse in Richtung senkrecht zu den mit den Rastelementen und den Gegenrastelementen ausgebildeten Seitenflächen nicht begrenzt, so dass der Zusammenbau der Gehäuse Mängel aufweisen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungshalbleitermodul der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach ausgebildet einen zuverlässig selbstzentrierenden Zusammenbau der Teilmodule zum Leistungshalbleitermodul ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1, d. h. dadurch gelöst, dass die Verbindungselemente der miteinander zu verbindenden Teilmodul-Gehäuse an der einen Seitenfläche des jeweiligen Teilmoduls von formstabilen Rastelementen und an der anderen Seitenfläche von an diese formmäßig angepassten Gegenrastelementen gebildet sind, wobei die Rastelemente und die Gegenrastelemente in Richtung senkrecht zu den Seitenflächen der Teilmodul-Gehäuse Hinterschneidungen bilden, derart dass die Verbindungselemente der Teilmodul-Gehäuse die Teilmodul-Gehäuse im zusammengebauten Zustand in Bezug zueinander zentrieren, und dass die Rast- und Gegenrastelemente partiell aus der jeweiligen Seitenfläche des Teilmodul-Gehäuses mit einem Podest vorstehen und partiell gegen die jeweilige Seitenfläche des Teilmodul-Gehäuses mit einer Aussparung zurückversetzt sind.
Erfindungsgemäß sind die Gegenrastelemente als an die Rastelemente angepasste Rastausnehmungen ausgebildet. Die Rast- und Gegenrastelemente können z. B. mit einem Schwalbenschwanzprofil oder mit einem konkav-konvexen Profil ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß stehen die Rast- und Gegenrastelemente – in Projektion auf die Grundfläche des Teilmodul-Gehäuses gesehen – partiell aus der jeweiligen Seitenfläche des Teilmodul-Gehäuses mit einem Podest vor und sind partiell gegen die jeweilige Seitenfläche mit einer Aussparung zurückversetzt. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Rast- und Gegenrastelemente hälftig aus der jeweiligen Seitenfläche des Teilmodul-Gehäuses mit dem Podest vorstehen und hälftig gegen die jeweilige Seitenfläche mit der Aussparung zurückversetzt sind. Dabei können die Höhe des Podestes und die Tiefe der Aussparung gleich groß sein. Desgleichen ist es möglich, dass die Höhe des Podestes kleiner oder größer ist als die Tiefe der Aussparung.
Erfindungsgemäß kann das Podest mit einer das Gegenrastelement bildenden Durchgangs-Rastausnehmung ausgebildet sein. Zweckmäßig kann es jedoch sein, wenn das Podest mit einer das Gegenrastelement bildenden Sackloch-Rastausnehmung ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß können die Rast- und Gegenrastelemente in Zusammenbaurichtung der Teilmodul-Gehäuse orientierte, d. h. zur Zusammenbaurichtung parallel orientierte Hinterschneidungsflächen besitzen. Der selbstzentrierende Zusammenbau benachbarter Teilmodule ist erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise jedoch dadurch weiter verbessert möglich, dass die Rast- und Gegenrastelemente in Zusammenbaurichtung der Teilmodul-Gehäuse konisch verjüngte Hinterschneidungsflächen besitzen. Durch eine derartige konisch verjüngte Ausbildung ergibt sich beim Zusammenbau benachbarter Teilmodule in vorteilhafter Weise eine Selbstzentrierung.
Erfindungsgemäß kann es vorteilhaft sein, wenn die Hinterschneidungsflächen mit einem selbsthemmenden Konuswinkel ausgebildet sind, um im zusammengebauten Zustand benachbarter Teilmodule ein ungewolltes Loslösen derselben voneinander zu verhindern.
Um das erfindungsgemäße modulare Leistungshalbleitermodul mit seinen Teilmodulen auf einem ebenflächigen Grundkörper, wie beispielsweise einem Kühlkörper, in an sich bekannter Weise befestigen, d. h. beispielsweise festschrauben, zu können, sind die Rastelemente und die Podeste der Gegenrastelemente jeweils mit einem Durchgangsloch ausgebildet, die miteinander axial fluchten, so dass durch die Rastelemente eine Befestigungsschraube durchsteckbar ist.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
1 abschnittweise perspektivisch eine erste Ausführungsform eines Teilmoduls,
2 abschnittweise perspektivisch das Teilmodul gemäß 1 in Blickrichtung auf die der Seitenfläche gemäß 1 gegenüberliegende Seitenfläche,
3 eine der 1 prinzipiell ähnliche abschnittweise perspektivische Ansicht einer anderen Ausbildung eines Teilmoduls in Blickrichtung auf eine Seitenfläche desselben,
4 abschnittweise perspektivisch das Teilmodul gemäß 3 in Blickrichtung auf die von der Seitenfläche gemäß 3 abgewandte Seitenfläche des Teilmoduls,
5 abschnittweise perspektivisch in einer der 4 ähnlichen Blickrichtung zwei miteinander verbundene Teilmodule, und
6 drei zu einem Leistungshalbleitermodul zusammengebaute Teilmodule – ähnlich den Teilmodulen gemäß den 3 bis 5, wobei die Gegenrastelemente jedoch ohne Podeste ausgebildet sind.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Abschnitt eines Teilmoduls 10 in Blickrichtung von schräg oben auf die eine Seitenfläche 12 seines Gehäuses 14.
Die Seitenfläche 12 ist mit Gegenrastelementen 16 ausgebildet, von welchen in 1 nur ein Gegenrastelement 16 dargestellt ist. Das/jedes Gegenrastelement 16 ist als Rastausnehmung 18 ausgebildet.
Das Gegenrastelement 16 ist mit einem Podest 20 ausgebildet. Das Podest 20 steht partiell bzw. hälftig aus der Seitenfläche 12 vor. Das ist in 1 durch den Pfeil 22 angedeutet. Das Podest 20 ist außerdem gegen die Seitenfläche 12 mit einer Aussparung 24 zurückversetzt. Das ist in 1 durch den Pfeil 26 angedeutet.
Die Höhe des Podestes 20 ist mit H und die Tiefe der Aussparung 24 ist mit T bezeichnet.
Das von der Rastausnehmung 18 gebildete Gegenrastelement 16 weist ein konkaves Profil 28 auf. Bei diesem Profil kann es sich um ein zylindrisches Profil handeln, das zu der durch den Pfeil 30 in 1 angedeuteten Zusammenbaurichtung benachbarter Teilmodule parallel orientiert ist. Die das Gegenrastelement 16 bildende Rastausnehmung 18 kann in Zusammenbaurichtung jedoch auch konisch verjüngt ausgebildet sein.
Das jeweilige Podest 20 kann mit einer das Gegenrastelement 16 bildenden durchgehenden Rastausnehmung 18' (siehe 6) oder mit einer Sackloch-Rastausnehmung 18'' ausgebildet sein, wie die 1 und 3 verdeutlichen. Während bei der Ausbildung gemäß 1 die Rastausnehmung 18 als mit einem konkaven Profil 28 ausgebildete Sackloch-Rastausnehmung 18'' gestaltet ist, ist bei der Ausbildung gemäß 3 die Rastausnehmung 18 mit einem Schwalbenschwanzprofil 32 ausgebildet und ebenfalls als Sackloch-Rastausnehmung 18'' gestaltet.
2 zeigt abschnittweise perspektivisch das Teilmodul 10 gemäß 1 in Blickrichtung auf die von der Seitenfläche 12 abgewandte Seitenfläche 34 mit einem formstabilen Rastelement 36. Das Rastelement 36 ist formmäßig an das Gegenrastelement 16 (siehe 1) angepasst, d. h. es besitzt ein konvexes Profil 38, das an das konkave Profil 28 der als Sackloch-Rastausnehmung 18'' gestalteten Rastausnehmung 18 angepasst ist.
Entsprechend dem Zurückversatz 26 der Aussparung 24 gemäß 1 steht das Rastelement 36 über die Seitenfläche 34 vor. Das ist in 2 durch den Pfeil 40 angedeutet. Dem durch den Pfeil 22 in 1 angedeuteten Überstand des Gegenrastelementes 16 entsprechend ist das Rastelement 36 gegen die Seitenfläche 34 zurückversetzt. Das ist in 2 durch den Pfeil 42 angedeutet.
4 verdeutlicht in einer der 2 ähnlichen Ansicht ein Teilmodul 10, wobei das an der Seitenfläche 34 vorgesehene Rastelement 36 – dem Schwalbenschwanzprofil 32 der Rastausnehmung 18 entsprechend – mit einem Schwalbenschwanzprofil 42 ausgebildet ist.
Unabhängig davon, ob das jeweilige Rastelement und die zugehörige Rastausnehmung konkav-konvex profiliert oder mit einem Schwalbenschwanzprofil ausgebildet ist, ergeben sich Hinterschneidungen, so dass der Zusammenbau benachbarter Teilmodule 10 nur in der Zusammenbaurichtung 30, d. h. parallel zu den Seitenflächen 12, 34, möglich ist.
6 verdeutlicht ein modulares Leistungshalbleitermodul 44 mit drei miteinander zentriert fest verbundenen Teilmodulen 10, d. h. Halbbrückenschaltungen, beispielsweise einer Drei-Phasen-Vollbrückenschaltung, wobei die Rastelemente 36 mit Durchgangslöchern 46 ausgebildet sind. Im Vergleich hierzu verdeutlichen die 1, 2 bzw. 3, 4 Ausbildungen, wobei nicht nur die Rastelemente 36 mit Durchgangslöchern 46 sondern außerdem auch das jeweilige Podest 20 an seinem unterseitigen Verbindungsabschnitt 48 mit einem Durchgangsloch 50 ausgebildet ist, das mit dem Durchgangsloch 46 des zugehörigen Rastelementes 36 axial fluchtet.

10: Teilmodul (von 44)
12: Seitenfläche (von 10 bzw. 14)
14: Gehäuse (von 10)
16: Gegenrastelement (von 10 bzw. 14)
18, 18', 18'': Rastausnehmung (von 16)
20: Podest (von 16)
22: Pfeil (Vorstand von 20)
24: Aussparung (bei 12 in 14 für 36)
26: Pfeil/Einsenkung (für 24 in 12)
28: konkaves Profil (von 18)
30: Zusammenbaurichtung (von 10 mit 10)
32: Schwalbenschwanzprofil (von 18)
34: Seitenfläche von (10 bzw. 14)
36: Rastelement (an 34 für 18)
38: konvexes Profil (von 36)
40: Pfeil/Vorstand (von 36 über 34)
41: Pfeil/Einsenkung (von 36 in 34)
42: Schwalbenschwanzprofil (von 36)
44: Leistungshalbleitermodul
46: Durchgangsloch (in 36)
48: Verbindungsabschnitt (von 20)
50: Durchgangsloch (in 48)

Claims

Leistungshalbleitermodul, bestehend aus einer Anzahl Teilmodule (10), die jeweils ein Gehäuse (14) aufweisen, wobei die Gehäuse (14) der Teilmodule (10) im zum Leistungshalbleitermodul (44) zusammengebauten Zustand mit ihren Seitenflächen (12, 34) aneinander anliegen und mittels an den Seitenflächen (12, 34) vorgesehenen Verbindungselementen (36, 16) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (16, 36) der miteinander zu verbindenden Teilmodul-Gehäuse (14) an der einen Seitenfläche (34) des jeweiligen Teilmoduls (10) von formstabilen Rastelementen (36) und an der anderen Seitenfläche (12) von an diese formmäßig angepassten Gegenrastelementen (16) gebildet sind, wobei die Rastelemente (36) und die Gegenrastelemente (16) in Richtung senkrecht zu den Seitenflächen (12, 34) der Teilmodul-Gehäuse (14) Hinterschneidungen bilden, derart dass die Verbindungselemente (16, 36) der Teilmodul-Gehäuse (14) die Teilmodul-Gehäuse (14) im zusammengebauten Zustand in Bezug zueinander zentrieren, und dass die Rast- und Gegenrastelemente (36, 16) partiell aus der jeweiligen Seitenfläche (12, 34) des Teilmodul-Gehäuses (14) mit einem Podest (20) vorstehen und partiell gegen die jeweilige Seitenfläche (12, 34) des Teilmodul-Gehäuses (14) mit einer Aussparung (24) zurückversetzt sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenrastelemente (16) als an die Rastelemente (36) angepasste Rastausnehmungen (18) ausgebildet sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Rast- und Gegenrastelemente (36, 16) ein Schwalbenschwanzprofil (32, 42) aufweisen.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rast- und Gegenrastelemente (36, 16) ein konkav-konvexes Profil (28, 38) aufweisen.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rast- und Gegenrastelemente (36, 16) hälftig aus der jeweiligen Seitenfläche (12, 34) des Teilmodulgehäuses (14) mit dem Podest (20) vorstehen und hälftig gegen die jeweilige Seitenfläche mit der Aussparung (24) zurückversetzt sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) des Podestes (20) kleiner, gleich oder größer ist als die Tiefe (T) der Aussparung (24).
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Podest (20) mit einer das Gegenrastelement (16) bildenden Durchgangs-Rastausnehmung (18') ausgebildet ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Podest (20) mit einer das Gegenrastelement (16) bildenden Sackloch-Rastausnehmung (18'') ausgebildet ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rast- und Gegenrastelemente (36, 16) in Zusammenbaurichtung (30) der Teilmodul-Gehäuse (14) orientierte Hinterschneidungsflächen besitzen.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rast- und Gegenrastelemente (36, 16) in Zusammenbaurichtung (30) der Teilmodul-Gehäuse (14) konisch verjüngte Hinterschneidungsflächen besitzen.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidungsflächen mit einem selbsthemmenden Konuswinkel ausgebildet sind.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Rastelemente (36) mit Durchgangslöchern (46) ausgebildet sind.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Podest (20) einen Verbindungsabschnitt (48) mit einem Durchgangsloch (50) aufweist, das mit dem Durchgangsloch (46) des zugehörigen Rastelementes (36) axial fluchtet.