DE102008012570B4 - Leistungshalbleitermodul-System, Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung - Google Patents

Leistungshalbleitermodul-System, Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung Download PDF

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Abstract

Leistungshalbleitermodulsystem mit – einem Montageadapter (20) zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zwischen einem Schaltungsträger (10) und einem Leistungshalbleitermodul (30), der elektrisch leitende Kontaktelemente (23) zur elektrischen Kontaktierung eines Leistungshalbleitermoduls (30) aufweist, wobei jedes der Kontaktelemente (23) elektrisch leitend mit einer lötbaren Anschlussstelle (22) des Montageadapters (20) verbunden ist; – einem Leistungshalbleitermodul (30), das elektrisch leitende Kontaktelemente (35) aufweist, die jeweils mit einem zugeordneten Kontaktelement (23) des Montageadapters (20) elektrisch kontaktierbar sind; wobei der Montageadapter (20) und das Leistungshalbleitermodul (30) in zwei verschiedenen Verrastungsstufen so miteinander verrastbar sind, dass zumindest eines der Kontaktelemente (35) des Leistungshalbleitermoduls (30) das diesem Kontaktelement (35) zugeordnete Kontaktelement (23) des Montageadapters (20) in einer zweiten der Verrastungsstufen, nicht jedoch in einer ersten der Verrastungsstufen elektrisch kontaktiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul-System. Leistungshalbleitermodule, wie sie beispielsweise in Umrichtern, Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlagen, bei der elektrischen Versorgung von Motoren oder dergleichen eingesetzt werden, weisen äußere Anschlüsse auf, die mit anderen elektrischen Komponenten, beispielsweise mit einem Schaltungsträger, der mit einer Ansteuerelektronik für das Leistungshalbleitermodul bestückt sein kann, verlötet sind. Im Vergleich zu den elektrischen Anschlüssen herkömmlicher Elektronikkomponenten, wie sie beispielsweise für eine solche Ansteuerelektronik verwendet werden, sind die elektrischen Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls thermisch mit hohen Wärmekapazitäten gekoppelt. Diese hohen Wärmekapazitäten können z. B. auf einer massiven metallischen Bodenplatte des Leistungshalbleitermoduls und/oder auf einem thermisch mit einem Halbleiterchip des Moduls gekoppelten Wärmepuffer beruhen.
  • Durch die thermische Kopplung der zu verlötenden elektrischen Anschlüsse mit Elementen hoher Wärmekapazität kann es zu Problemen kommen, wenn auf einen Schaltungsträger gleichzeitig, d. h. in dem selben Lötschritt, sowohl ein solches Leistungshalbleitermodul als auch konventionelle Elektronikkomponenten aufgelötet werden sollen. Die vergleichsweise hohe Wärmekapazität, mit der die Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls thermisch gekoppelt sind, entzieht diesen Anschlüssen die beim Lötvorgang zugeführte Wärme, so dass der Lötvorgang verhältnismäßig viel Zeit erfordert, da die der Lötstelle beim Löten zugeführte Wärme anfänglich schnell dissipiert, so dass der Temperaturanstieg an den Lötstellen der Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls wesentlich langsamer erfolgt, als an den ebenfalls mit dem Schaltungsträger zu verlötenden Anschlüssen der konventionellen Elektronikkomponenten.
  • Da eine Lötung bei zu niedriger Temperatur zu kalten Lötstellen und damit zu einem Ausfall des Leistungshalbleitermoduls führen kann, muss darauf geachtet werden, dass das Auflöten der Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls auf den Schaltungsträger bei einer vorgegebenen Mindestlöttemperatur erfolgt. Eine demzufolge für die Lötung der Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls ausreichend lang gewählte Prozesszeit für den Lötvorgang kann jedoch bewirken, dass die herkömmlichen Elektronikkomponenten während des Lötvorgangs überhitzt und dadurch zerstört oder zumindest geschädigt werden.
  • Aus der US 5 626 536 A ist eine Halbleiterbaugruppe bekannt, die einen Pinanschlussblock aufweist, der an einem Gehäuserahmen befestigt ist. An einer Seitenfläche des Pinanschlussblocks ist eine Kopplungskralle vorgesehen, die in eine Kopplungskralle des Gehäuserahmens eingreift.
  • Die DE 10 2005 039 946 A1 beschreibt ein Leistungshalbleitermodul, in das ein Anschlussverbinder eingesetzt wird, der mehrere Verbindungseinrichtungen mit jeweils einer Rastnase aufweist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Leistungshalbleitermodul-System bereitzustellen, das es ermöglicht, die Anschlüsse eines Leistungshalbleitermoduls und die Anschlüsse herkömmlicher Elektronikkomponenten elektrisch mit einem Schaltungsträger zu verbinden, ohne dass es zur Ausbildung kalter Lötstellen oder zur Überhitzung der konventionellen Elektronikkomponenten kommt und ohne dass für das Löten der Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls und für das Löten der Anschlüsse der konventionellen Elektronikkomponenten separate Lötschritte erforderlich sind. Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine Leistungshalbleitermodulanordnung bereitzustellen, bei der ein solches Leistungshalbleitermodul-System mit einem Schaltungsträger verlötet ist, sowie darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leistungshalbleitermodulanordnung bereitzustellen.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Leistungshalbleitermodul-System gemäß Patentanspruch 1, durch eine Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Patentanspruch 18 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Patentanspruch 27 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein Leistungshalbleitermodul-System umfasst einen Montageadapter zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zwischen einem Schaltungsträger und einem Leistungshalbleitermodul. Der Montageadapter weist elektrisch leitende Kontaktelemente auf, die zur elektrischen Kontaktierung eines Leistungshalbleitermoduls dienen. Jedes der Kontaktelemente ist elektrisch leitend mit einer lötbaren Anschlussstelle des Montageadapters verbunden.
  • Das System umfasst des Weiteren ein Leistungshalbleitermodul mit elektrisch leitenden Kontaktelementen, die jeweils mit einem zugeordneten Kontaktelement des Montageadapters elektrisch kontaktierbar sind. Der Montageadapter und das Leistungshalbleitermodul sind in zwei verschiedenen Verrastungsstufen so miteinander verrastbar, dass zumindest eines der Kontaktelemente des Leistungshalbleitermoduls das diesem Kontaktelement zugeordnete Kontaktelement des Montageadapters in einer zweiten der Verrastungsstufen, nicht jedoch in einer ersten der Verrastungsstufen elektrisch kontaktiert.
  • So lange eine Anschlussstelle eines solchen Montageadapters thermisch nicht über einen niedrigen Wärmeübergangswiderstand mit den vergleichsweise großen Wärmekapazitäten des Leistungshalbleitermoduls gekoppelt sind, können sie zusammen mit elektrischen Anschlüssen konventioneller Elektronikkomponenten während desselben Lötschrittes mit einem Schaltungsträger zuverlässig verlötet werden. Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktelement des Leistungshalbleitermoduls und dem diesem Kontaktelement zugeordneten Kontaktelement des Montageadapters kann dann nach Abschluss des Lötvorgangs erfolgen, d. h. während des Lötvorgangs ist der zu verlötende Anschluss des Montageadapters thermisch von den besonders hohen Wärmekapazitäten entkoppelt. Eine Kopplung erfolgt erst nach der Fertigstellung der Lötverbindung.
  • Durch diese thermische Entkopplung können die später mit dem Leistungshalbleitermodul zu kontaktierenden Lötanschlüsse des Montageadapters und die Lötanschlüsse konventioneller Elektronikkomponenten in demselben Lötschritt mit einem Schaltungsträger verlötet werden, ohne dass die Gefahr ”kalter Lötstellen” oder einer Überhitzung der konventionellen Elektronikkomponenten besteht.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung, bei dem ein in zwei Verrastungsstufen mit einem Leistungshalbleitermodul verrastbarer Montageadapter in einer ersten Verrastungsstufe zusammen mit weiteren Elektronikkomponenten auf einen Schaltungsträger aufgelötet und anschließend das Leistungshalbleitermodul in einer zweiten Verrastungsstufe mit dem Montageadapter verrastet wird,
  • 2 eine Abwandlung des in 1 gezeigten Verfahrens, bei dem der Montageadapter ohne das aufgesetzte Leistungshalbleitermodul mit dem Schaltungsträger verlötet wird,
  • 3 eine Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der die Kontaktelemente des Leistungshalbleitermoduls unterhalb von Öffnungen in der Deckelplatte des Leistungshalbleitermoduls angeordnet sind,
  • 4 eine Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der die Kontaktelemente des Montageadapters als Schraubenfeder ausgebildet sind,
  • 5 eine Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der die Kontaktelemente des Leistungshalbleitermoduls als Schraubenfedern ausgebildet sind,
  • 6 eine Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der die Kontaktelemente des Montageadapters hülsenförmige Enden aufweisen, in die die zugeordneten Kontaktelemente des Leistungshalbleitermoduls unter Ausbildung von Press-Fit-Verbindungen einsteckbar sind,
  • 7 eine Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der die Kontaktelemente des Leistungshalbleitermoduls hülsenförmige Enden aufweisen, in die die zugeordneten Kontaktelemente des Montageadapters unter Ausbildung von Press-Fit-Verbindungen einpressbar sind,
  • 8 eine Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der das Leistungshalbleitermodul eine Deckelplatte aufweist, die mit metallisierten Öffnungen versehen ist, in welche die Kontaktelemente des Montageadapters unter Ausbildung von Press-Fit-Verbindungen einpressbar sind,
  • 9 einen Zwischenschritt eines Verfahrens zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der das Leistungshalbleitermodul ein Gussgehäuse aufweist, wobei das Leistungshalbleitermodul vor dem Lötvorgang in einer ersten Verrastungsstufe mit dem Montageadapter verrastet wird, ohne dass es dabei zur Ausbildung von Kontakten zwischen den Kontaktelementen des Leistungshalbleitermoduls und den zugeordneten Kontaktelementen des Montageadapters kommt,
  • 10 eine Alternative zu dem in 9 gezeigten Verfahren, bei der der Montageadapter entsprechend dem Verfahren gemäß 2 zunächst ohne das aufgesetzte Leistungshalbleitermodul mit dem Schaltungsträger verlötet und anschließend das Leistungshalbleitermodul auf den Montageadapter aufgesetzt wird,
  • 11A die Oberseite des in den 9 und 10 gezeigten Montageadapters,
  • 11B die Unterseite des in den 9 und 10 gezeigten Montageadapters,
  • 12A die Oberseite des in den 9 und 10 gezeigten Leistungshalbleitermoduls,
  • 12B die Unterseite des in den 9 und 10 gezeigten Leistungshalbleitermoduls,
  • 13 eine Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der die Anschlussstellen des Montageadapters als Stifte ausgebildet sind, die in Kontaktlöcher eines Schaltungsträgers eingeführt und mit diesen verlötet sind,
  • 14 verschiedene Verrastungsstufen einer Verrastung von Rastelementen eines Montageadapters mit Rastelementen eines Leistungshalbleitermoduls, wobei die Rastelemente jeweils als Mehrfach-Rastnasen ausgebildet sind,
  • 15 verschiedene Verrastungsstufen einer Verrastung von Rastelementen eines Montageadapters mit Rastelementen eines Leistungshalbleitermoduls, wobei die Rastelemente des Leistungshalbleitermoduls als Mehrfach-Rastnasen und die korrespondierenden Rastelemente des Montageadapters als Einfach-Rastnasen ausgebildet sind,
  • 16 verschiedene Verrastungsstufen einer Verrastung von Rastelementen eines Montageadapters mit Rastelementen eines Leistungshalbleitermoduls, wobei die Rastelemente des Leistungshalbleitermoduls als Einfach-Rastnasen und die korrespondierenden Rastelemente des Montageadapters als Mehrfach-Rastnasen ausgebildet sind,
  • 17 verschiedene Verrastungsstufen einer Verrastung von Rastelementen eines Montageadapters mit Rastelementen eines Leistungshalbleitermoduls, wobei die Rastelemente des Leistungshalbleitermoduls als Mehrfach-Rastnasen und die Rastelemente des Montageadapters als Öffnungen ausgebildet sind.
  • In den Figuren bezeichnen – sofern nicht anders angegeben – gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente mit gleicher Funktion.
  • 1 zeigt verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul-System. Das Leistungshalbleitermodul-System umfasst ein Leistungshalbleitermodul 30 und einen Montageadapter 20 gemäß 1A. Das Leistungshalbleitermodul 30 weist ein dielektrisches Gehäuse 36 mit einer Deckelplatte 37 und einem zylindrischen Stützelement 41 auf. Zur Montage des Leistungshalbleitermoduls 30 dient eine zentrale Befestigungsöffnung 40, die von dem zylindrischen Stützelement 41 umschlossen wird. Das zylindrische Stützelement 41 dient dazu, eine Durchbiegung des Leistungshalbleitermoduls bei dessen Verschraubung mit einem Kühlkörper zu vermeiden. Außerdem dichtet es den Innenraum des Gehäuses gegenüber der zentralen Befestigungsöffnung 40 ab, so dass die bei einem späteren Vergießen des Innenraums verwendete Vergussmasse nicht auslaufen kann.
  • Das Gehäuse 36 kann beispielsweise mittels Spritzgießtechnik hergestellt sein. Eine metallische Bodenplatte 31, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, schließt das Leistungshalbleitermodul 30 nach unten ab. Auf der Bodenplatte 31 sind Substrate 32 angeordnet, die jeweils einen oder mehrere Leistungshalbleiterchips 33 tragen. Die Substrate 32 weisen zumindest auf ihrer der Bodenplatte 31 abgewandten Oberseite eine in 1 nicht dargestellte, strukturierte Metallisierung auf, die mittels eines Lotes oder mittels eines elektrisch leitenden Klebers mit bestimmten Anschlusskontakten der betreffenden Leistungshalbleiterchips 33 verbunden ist.
  • Ein elektrisch leitendes Kontaktelement 35, beispielsweise eine metallische Lasche, ist an seinem unteren Ende leitend mit der strukturierten Metallisierung des Substrates 32 verbunden. Die Kontaktelemente 35 ragen aus Öffnungen 38 in der Deckelplatte 37 hervor, so dass die oberen Enden der Kontaktelemente 35 von der Außenseite des Gehäuses 36 zugänglich sind und somit für eine Kontaktierung mit modulexternen Komponenten zur Verfügung stehen. Die Seitenwand des Gehäuses 36 weist an ihrem der Bodenplatte 31 abgewandten Ende beispielsweise als Rastnasen ausgebildete Rastelemente 39 auf, die dazu vorgesehen sind, das Leistungshalbleitermodul 30 mit dem Montageadapter 20 zu verrasten.
  • Der Montageadapter 20 umfasst einen dielektrischen Korpus 21, in den Anschlussstellen 22 eingesetzt oder eingespritzt sind. Die Anschlussstellen 22 können zur Verlötung mit den korrespondierenden Anschlussstellen 13 des Schaltungsträgers 10 jeweils einen ebenen Abschnitt aufweisen und beispielsweise als SMD-Kontaktflächen (SMD = ”Surface Mounted Device”) ausgebildet sein. Der Montageadapter 20 weist weiterhin Kontaktelemente 23 auf, die jeweils mit einer der Anschlussstellen 22 elektrisch leitend verbunden sind. Die Enden der Kontaktelemente 23 sind hülsenförmig ausgebildet und jeweils mittels eines federnden Abschnittes 23a an die korrespondierenden Anschlussstellen 22 angeschlossen.
  • An die Seite des dielektrischen Korpus 21, an der die Anschlussstellen 22 angeordnet sind, sind an den Korpus 21 optionale Rastelemente 25 sowie optionale Stützelemente 26 angeformt. Der dielektrische Korpus 21 kann beispielsweise mittels eines Spritzgießverfahrens hergestellt werden. Dabei können die Rastelemente 25 und/oder die Stützelemente 26 integral mit dem Korpus 21 hergestellt werden. Die Rastelemente 25 sind dazu vorgesehen, den Montageadapter 20 durch Einstecken der Rastelemente 25 in korrespondierende, optionale Öffnungen 12 einer modulexternen Komponente, beispielsweise eines Schaltungsträgers 10 (siehe 1B), mit dieser zu verrasten und dadurch eine passgenaue Justierung der Anschlussstellen 22 des Montageadapters 20 mit korrespondierenden Anschlussstellen 13 des modulexternen Komponente zu gewährleisten.
  • Weiterhin umfasst der dielektrische Korpus 21 einen zylindrischen Abschnitt 28, der eine Öffnung 27 umschließt, welche mit einer optionalen Öffnung 15 des Schaltungsträgers 10 fluchtet, wenn die Anschlussstellen 22 passgenau zu den korrespondierenden Anschlussstellen 13 des Schaltungsträgers 10 justiert sind.
  • Der dielektrische Korpus 21 weist weiterhin eine Anzahl von Rastelementen 24 auf, die beispielhaft als Rastnasen ausgebildet sind. Die Rastelemente 24, die auf der Außenseite der Seitenwände des Korpus 21 angeordnet sein können, dienen zur Verrastung des Montageadapters 20 mit dem Leistungshalbleitermodul 30. Die Rastelemente 24 können ebenso wie die Rastelemente 25 bzw. die Stützelemente 26 mittels eines Spritzgießverfahrens integral an den dielektrischen Korpus 21 angeformt werden.
  • Nachfolgend wird anhand der 1A bis 1E ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung mit einem Schaltungsträger 10 sowie mit einem Leistungshalbleitermodul-System beschrieben, das ein Leistungshalbleitermodul 30 sowie einen Montageadapter 20 umfasst. Gemäß 1A werden ein Leistungshalbleitermodul 30 und ein Montageadapter 20 bereitgestellt. Das Leistungshalbleitermodul 30 wird dann auf den Montageadapter 20 aufgesetzt, so dass die Rastelemente 39 des Leistungshalbleitermoduls 30 mit den Rastelementen 24 des Montageadapters 20 in einer ersten Verrastungsstufe verrasten.
  • Beim Aufsetzen des Leistungshalbleitermoduls 30 auf den Montageadapter 20 können zwei oder mehr Verrastungsstufen eingestellt werden. In der ersten Verrastungsstufe, wie sie in 1B dargestellt ist, ist das Leistungshalbleitermodul 30 zwar mit dem Montageadapter 20 verrastet, allerdings besteht zwischen zumindest einem der Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 und dem jeweils korrespondierenden Kontaktelement 23 des Montageadapters 20 noch kein Kontakt. Wie ebenfalls aus 1B hervorgeht, werden außerdem eine modulexternen Komponente 10, hier beispielsweise ein Schaltungsträger bereitgestellt, sowie optionale, konventionelle Elektronikkomponenten 11, die zusammen mit der verrasteten Einheit aus dem Leistungshalbleitermodul 30 und dem Montageadapter 20, beispielsweise in SMD-Technik, auf den Schaltungsträger 10 aufgelötet werden sollen.
  • Der Schaltungsträger 10, bei dem es sich beispielsweise um eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB, PCB = ”Printed Circuit Board”) handeln kann, weist auf zumindest einer Seite Anschlussstellen 13 auf, die zur Herstellung von Lötverbindungen mit jeweils einer korrespondierenden Anschlussstelle 22 des Montageadapters 20 vorgesehen sind. Bei den Anschlussstellen 13 kann es sich beispielsweise um Abschnitte einer strukturierten Metallisierung des Schaltungsträgers 10 handeln.
  • Die Bestückung des Schaltungsträgers 10 mit dem mit dem Leistungshalbleitermodul 30 verrasteten Montageadapter 20 sowie mit den konventionellen Elektronikkomponenten 11 kann derart erfolgen, dass zunächst auf die Anschlussstellen 13 des Schaltungsträgers 10 eine Lotpaste aufgebracht wird. Anschließend werden die Rastnasen 25 des Montageadapters 20 in die korrespondierenden Öffnungen 12 des Schaltungsträgers 10 eingesteckt. Die relative Anordnung der Rastnasen 25 zueinander sowie korrespondierend dazu der Öffnungen 12 zueinander kann so gewählt werden, dass der Montageadapter 20 mit dem Schaltungsträger 10 nur in genau einer Relativposition verrasten kann, in der die Anschlussstellen 22 jeweils auf einem Abschnitt der Lotpaste aufliegen, der auf die zu der betreffenden Anschlussstelle 22 korrespondierende Anschlussstelle 13 des Schaltungsträgers aufgebracht ist.
  • Weiterhin werden die konventionellen elektrischen Bauelemente 11, beispielsweise mittels eines Pick-and-Place-Verfahrens, auf die vorgegebenen, mit Lotpaste versehenen Metallisierungsabschnitte 13 aufgesetzt. Danach kann die Lotpaste in einem Lötofen durch Zufuhr von Wärme aufgeschmolzen und anschließend wieder abgekühlt werden, wodurch es zur Ausbildung stabiler Lötverbindungen zwischen den Anschlussstellen 22 des Montageadapters 20 bzw. den konventionellen Elektronikkomponenten 11 einerseits und den zugehörigen Anschlussstellen 13 des Schaltungsträgers 10 andererseits kommt. Da die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 während des in der ersten Verrastungsstufe ausgeführten Lötvorgangs noch in keinem thermischen Kontakt mit den korrespondierenden Kontaktelementen 23 des Montageadapters stehen, kann es zu keinem Wärmestrom von den Anschlussstellen 22 des Montageadapters 20 über die Kontaktelemente 23 hin zum Leistungshalbleitermodul 30 kommen. Somit kann die Einheit aus Montageadapter 20 und Leistungshalbleitermodul 30 in dieser ersten Verrastungsstufe unproblematisch zusammen mit den konventionellen Elektronikkomponenten 11 entsprechend dem anhand von 1 erläuterten Verfahren auf die zugehörigen Abschnitte 13 der strukturierten Metallisierung des Schaltungsträgers 10 aufgelötet werden, ohne dass die Gefahr kalter Lötstellen oder einer Überhitzung der konventionellen Elektronikkomponenten 11 gegeben ist.
  • Nach Abschluss des Lötvorganges wird das Leistungshalbleitermodul 30 bis in eine zweite Verrastungsstufe auf den Montageadapter 20 aufgeschoben, in der die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 in die Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 eingreifen und diese elektrisch kontaktieren, wie dies in 1C gezeigt ist. Hierdurch entsteht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Anschlussstellen 22 und den korrespondierenden Kontaktelementen 35. Zumindest eine solche Verbindung ist für einen Bemessungsstrom von größer 8 A ausgelegt. Bei der Verwendung von Standard PCBs als Schaltungsträger 10, z. B. aus FR4 (Glasfasergewebe und Epoxidharz) können diese Ströme bis zu 200 A betragen, in Sonderlösungen auch mehr.
  • Wie aus 1D ersichtlich ist, kann in die fluchtenden Öffnungen 15, 27 und 40 eine Schraube 52 eingeführt und in eine Gewindebohrung 51 eines Kühlkörpers 50 eingeschraubt werden. Hierdurch wird die Bodenplatte 31 an den Kühlkörper 50 angepresst, so dass die in den Leistungshalbleiterchips 33 anfallende Wärme über die Substrate 32, die Bodenplatte 31 des Leistungshalbleitermoduls 30 zum Kühlkörper 50 hin abgeführt werden kann. Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs kann zwischen die Bodenplatte 31 und den Kühlkörper 50 eine Wärmeleitpaste oder eine wärmeleitende Folie eingebracht werden.
  • Durch die Verschraubung des Montageadapters 20 mit dem Leistungshalbleitermodul 30 werden auch die unteren Enden der Kontaktelemente 23 gegen die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 gepresst, so dass eine zuverlässige und dauerhafte elektrisch leitende Verbindung zwischen den Anschlussstellen 22 und den korrespondierenden Kontaktelementen 35 vorliegt. 1E zeigt die so erzeugte Leistungshalbleitermodulanordnung.
  • Abweichend von den anhand von 1 erläuterten Verfahren kann natürlich der Montageadapter 20 auch ohne das aufgesetzte Leistungshalbleitermodul 30 auf die beschriebenen Weise mit dem Schaltungsträger 10 verrastet und verlötet werden, bevor das Leistungshalbleitermodule 30 auf den Montageadapter 20 aufgesetzt und in der zweiten Verrastungsstufe mit diesem verrastet wird. 2 zeigt den mit dem Schaltungsträger 10 verrasteten und verlöteten Montageadapter 20 bei noch nicht aufgesetztem Leistungshalbleitermodul 30.
  • Nachfolgend werden anhand der 3 bis 8 beispielhaft verschiedene Varianten zur Ausgestaltung der Kontaktelemente 23 und 35 des Montageadapters 20 bzw. des Leistungshalbleitermoduls 30 erläutert. Bei der Anordnung gemäß 3 weist das Leistungshalbleitermodul 30 eine Deckelplatte 37 mit Öffnungen 38 auf. Die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 sind jeweils zwischen einer solchen Öffnung 38 und einem Substrat 32 angeordnet. Durch Verrasten des Montageadapters 20 und des Leistungshalbleitermoduls 30 ragen die Enden der Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 in der zweiten Verrastungsstufe in die korrespondierenden Öffnungen 38 ein und kontaktieren in der zweiten Verrastungsstufe die betreffenden Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30. Die Geometrie kann dabei so gewählt werden, dass die dem Leistungshalbleitermodul 30 zugewandten Enden der Kontaktelemente 23 durch die Öffnungen 38 seitlich geführt und stabilisiert werden.
  • Bei der Anordnung gemäß 4 sind die Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 als Schraubenfedern ausgebildet. Die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 sind unterhalb der Öffnungen 38 der Deckelplatte 37 angeordnet, so dass die Schraubenfedern 23 beim Verrasten des Montageadapters 20 mit dem Leistungshalbleitermodul 30 in die zweite Verrastungsstufe in die Öffnungen 38 eindringen und ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Schraubenfedern 23 und den korrespondierenden Kontaktelementen 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 entsteht.
  • Bei einem weiteren, in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 starr, beispielsweise als metallische Laschen ausgebildet. Die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 werden durch Federelemente, beispielsweise durch Schraubenfedern, gebildet, welche in Öffnungen des Gehäuses 36 eingesetzt und an ihrem unteren Ende elektrisch leitend mit korrespondierenden Metallisierungen der Substrate 32 verbunden sind. Beim weiteren Aufschieben des Leistungshalbleitermoduls 30 auf den Montageadapter 20 verrastet dieser in der zweiten Verrastungsstufe mit dem Leistungshalbleitermodul, wobei die Enden der Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 in die korrespondierenden Öffnungen des Gehäuses 36 eindringen und die darin angeordneten Federelemente elektrisch leitend kontaktieren.
  • Bei der Anordnung gemäß 6 sind die Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 mit hülsenförmigen Enden versehen. Korrespondierend dazu sind die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 so geformt, dass sie bezüglich der Innenabmessungen der hülsenförmigen Enden der korrespondierenden Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 ein Übermaß aufweisen, wodurch sich beim weiteren Aufschieben des Leistungshalbleitermoduls 30 auf den Montageadapter 20 eine Einpressverbindung (”Press-Fit-Verbindung”) zwischen den Enden korrespondierender Kontaktelemente 23 und 35 ausbildet. Um eine definierte Einpresskraft zu erzielen, können die oberen Enden der Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 eine Öffnung oder eine Vertiefung aufweisen, durch die die mechanische Festigkeit des oberen Endes der Kontaktelemente 35 gezielt geschwächt wird.
  • Die Anordnung gemäß 7 entspricht der Anordnung gemäß 6 mit dem Unterschied, dass hier die oberen Enden der Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 als Hülsen ausgebildet sind, in die die unteren Enden der Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 beim weiteren Aufschieben des Leistungshalbleitermoduls 30 auf den Montageadapter 20 spätestens in der zweiten Verrastungsstufe eingepresst sind und mit diesen Press-Fit-Verbindungen ausbilden.
  • Bei der Anordnung gemäß 8 erfolgt die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Kontaktelementen 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 und den korrespondierenden Kontaktelementen 23 des Montageadapters 20 ebenfalls mittels Press-Fit-Einpressverbindungen. Hierzu weist das Leistungshalbleitermodul 30 eine Deckelplatte 37 auf, die als Leiterplatte, beispielsweise als PCB, ausgebildet sein kann. Die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 sind durch ”Kontaktlöcher”, d. h. durch metallisierte Öffnungen 43 gegeben, die über eine nicht weiter dargestellte strukturierte Metallisierung der Deckelplatte 37 sowie über metallische Verbindungslaschen 42 mit der strukturierten Metallisierung eines Substrats 22 verbunden sind. Schiebt man das Leistungshalbleitermodul 30 ausgehend von der in 8 dargestellten ersten Verrastungsstufe, bei der kein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktelementen 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 und den korrespondierenden Kontaktelementen 20 des Montageadapters 20 besteht, weiter auf den Montagrahmen 20 auf, so werden die unteren Enden der Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 in einer zweiten Verrastungsstufe in die metallisierten Öffnungen 35 der Deckelplatte 37 eingepresst und kontaktieren so die Metallisierung 44 der Kontaktlöcher 43.
  • Abweichend von einer zentralen Befestigungsöffnung sind an das Gehäuse 36 Montageflansche 36a angeformt, welche Befestigungsbohrungen aufweisen, mittels denen das Leistungshalbleitermodul 30 mit einem Kühlkörper 50 verschraubt werden kann.
  • 9 zeigt eine Anordnung mit einem Leistungshalbleitermodul-System, das ein Leistungshalbleitermodul 30 und einen Montageadapter 20 umfasst. Abweichend von den vorangehend erläuterten Leistungshalbleitermodulen weist das Leistungshalbleitermodul 30 gemäß 9 ein Gussgehäuse auf. Die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 sind als gestanzte und gebogene Blechlaschen ausgebildet und an einem Ende elektrisch leitend mit einer Metallisierung eines Substrates 32 verbunden. Das andere Ende des Kontaktelements 35 ist aus dem Gehäuse 36 herausgeführt und auf der der Bodenplatte 31 gegenüberliegenden Seite umgebogen, so dass eine ebene, parallel zur Unterseite der Bodenplatte 31 verlaufende Kontaktfläche entsteht.
  • Ebenso wie die anhand der vorangehenden Figuren erläuterten Leistungshalbleitermodule weist auch das Leistungshalbleitermodul 30 gemäß 9 zumindest einen Leistungshalbleiterchip 33 auf, der auf einem metallisierten Keramiksubstrat 32 angeordnet und mittel dieser Metallisierung sowie mittels Bonddrähten 34 elektrisch verschaltet ist. Das mit dem Leistungshalbleiterchip 33 bestückte Keramiksubstrat 32 ist ebenfalls auf der metallischen Bodenplatte 31 angeordnet.
  • Die Substrate 32, die Halbleiterchips 33, die Bonddrähte 34 sowie die Kontaktelemente 35 sind in die das Gehäuse 36 bildende Gussmasse eingebettet und werden durch diese mechanisch stabilisiert sowie elektrisch isoliert. Zur Montage ist an dem Modul eine zentrale Montageöffnung 40 vorgesehen. Auf der der Bodenplatte 31 gegenüberliegenden Seite weist das Gehäuse 36 ein Stützelement 41 auf, das beispielsweise zylinderringförmig ausgebildet und um die Achse der Montageöffnung 40 herum angeordnet sein kann. Das Stützelement 41 dient bei einer späteren Verschraubung des Moduls dazu, die bei einer Verschraubung entstehenden Kräfte aufzunehmen und dadurch eine Durchbiegung des Moduls 30 zu verhindern oder zumindest zu verringern. Das Gehäuse 36 weist weiterhin auf einer der Bodenplatte 31 gegenüberliegenden Seite Flanken auf, welche auf ihrer der Montageöffnung 40 bzw. dem Stützelement 41 zugewandten Seite mit einem oder mehreren Rastelementen 39 versehen sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 9 sind die Rastelemente 39 als Rastnasen ausgebildet.
  • Zur Montage des Leistungshalbleitermoduls 30 ist ein Montageadapter 20 vorgesehen, der ebenfalls eine zentrale Montageöffnung 27 aufweist. Der Montageadapter 20 umfasst einen dielektrischen Korpus 21 mit einer zentralen Befestigungsöffnung 27. Die zentrale Befestigungsöffnung 27 wird durch ein Stützelement 28 gebildet, die dazu dient, Verschraubungskräfte bei einer späteren Verschraubung des Montageadapters 20 mit dem Leistungshalbleitermodul 30 aufzufangen und eine übermäßige Durchbiegung des Montageadapters 20 zu vermeiden. Der Korpus 21 weist weiterhin seitliche Flanken auf, die auf ihrer der zentralen Befestigungsöffnung 27 bzw. auf ihrer dem Stützelement 28 aufgewandten Seite mit einem oder mehreren Rastelementen 24 versehen ist. Die Rastelemente 24 sind so angeordnet, dass sie bei einer Verschraubung des Leistungshalbleitermoduls 30 mit dem Montageadapter 20 mit den Rastelementen 39 des Leistungshalbleitermoduls 30 verrasten können.
  • Zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung des Montageadapters 20 mit einem Schaltungsträger 10 weist der Montageadapter 20 Anschlussstellen 22 auf, die als SMD-Kontakte ausgebildet sind. Die Anschlussstellen 22 sind elektrisch leitend mit federnden Kontaktelementen 23, die beispielhaft als Schraubenfedern ausgebildet sind, verbunden. Die Rastelemente 39 des Leistungshalbleitermoduls 30 und die Rastelemente 24 des Montageadapters 20 sind so angeordnet, dass das Leistungshalbleitermodul 30 und der Montageadapter 20 so miteinander verrastet werden können, dass die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 die korrespondierenden Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 in einer ersten, in 9 dargestellten Verrastungsstufe noch nicht kontaktieren, sondern einen Abstand d aufweisen.
  • Beim weiteren Aufschieben des Leistungshalbleitermoduls 30 auf den Montageadapter 20 wird dann eine zweite Verrastungsstufe erreicht, in der die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 die korrespondierenden Kontaktelemente 23 des Montageadapters 20 kontaktieren, so dass elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Anschlussstellen 22 und den korrespondierenden Kontaktelementen 35 entstehen. Die Einheit mit dem Montageadapter 20 und dem damit in der ersten Verrastungsstufe verrasteten Leistungshalbleitermodul 30 kann ebenso, zusammen mit optionalen konventionellen Elektronikkomponenten 11, mit einem Schaltungsträger 10 verlötet und mit einem Kühlkörper 50 verschraubt werden, wie dies anhand von 1 erläutert wurde.
  • Abweichend von den anhand von 9 erläuterten Verfahren kann natürlich der Montageadapter 20 auch ohne das aufgesetzte Leistungshalbleitermodul 30 auf die beschriebenen Weise mit dem Schaltungsträger 10 verrastet und verlötet werden, bevor das Leistungshalbleitermodule 30 auf den Montageadapter 20 aufgesetzt und in der zweiten Verrastungsstufe mit diesem verrastet wird. 10 zeigt den mit dem Schaltungsträger 10 verrasteten und verlöteten Montageadapter 20 bei noch nicht aufgesetztem Leistungshalbleitermodul 30, sowie den noch nicht aufgeschraubten Kühlkörper 50.
  • Die folgenden 11A bis 12B zeigen sowohl für den Montageadapter 20 als auch für das Leistungshalbleitermodul 30 jeweils eine Draufsicht sowie eine Ansicht von unten. Jeweils eingezeichnet ist eine Schnittebene E, die die Ansicht der betreffenden Komponente gemäß 10 wiedergibt.
  • 11A zeigt die Oberseite des anhand der 9 und 10 erläuterten Montageadapters 20. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass jeweils mehrere Anschlusselemente 22 beabstandet voneinander in einander gegenüberliegenden Reihen angeordnet sein können. 11B zeigt die dem Leistungshalbleitermodul 30 zugewandte Seite des Montageadapters 20 gemäß den 9 und 10. Darin ist erkennbar, dass die Kontaktelemente 23 korrespondierend zu den Anschlusselementen 22 voneinander beabstandet und in parallelen Reihen angeordnet sein können. Ebenso ist erkennbar, dass die seitlichen Flanken des Montageadapters 20 einen ringförmig geschlossenen Rahmen bilden können, an der auf einander gegenüberliegenden Seiten die Rastelemente 24 angeordnet sind.
  • 12A zeigt eine Ansicht der der Bodenplatte gegenüberliegenden Oberseite des Leistungshalbleitermoduls 30 gemäß der 9 und 10. Erkennbar sind insbesondere die aus dem Gehäuse 36 herausragenden, parallel zur (in dieser Ansicht nicht sichtbaren) Bodenplatte verlaufenden Enden der Kontaktelemente 35. Die seitlichen Flanken des Gehäuses 36 bilden einen umlaufenden Rahmen, in den die seitlichen Flanken des Montageadapters 20 gemäß 11B eingesteckt werden können, so dass dessen Rastelemente 24 mit den Rastelementen 39 des Leistungshalbleitermoduls 30 verrasten. 12B zeigt die Unterseite des Moduls mit Blick auf die Bodenplatte 31.
  • Aus den 11B, 12A und 12B ist ersichtlich, dass es ausreichend sein kann, zur Verschraubung des Leistungshalbleitermoduls 30 und des Montageadapters 20 lediglich eine zentrale Montageöffnung des Leistungshalbleitermoduls zum Einführen einer Befestigungsschraube vorzusehen. Dasselbe gilt jedoch auch für beliebige andere Leistungshalbleitermodule. Grundsätzlich können auf entsprechende Weise natürlich auch zwei oder mehr Montageöffnungen vorgesehen sein, die nicht notwendigerweise im Zentrum des Moduls angeordnet sein müssen.
  • Bei allen bisherigen Ausführungsbeispielen waren die Montageadapter 20 mit Rastelementen 25 versehen, die zur Verrastung des Montageadapters mit einem Schaltungsträger 10 vorgesehen sind. Hierzu ist es jedoch erforderlich, dass der Schaltungsträger 10 zu den Rastelementen 25 korrespondierenden Öffnungen 12 aufweist. Diese Art der Verrastung beansprucht jedoch Platz auf dem Schaltungsträger 10, der nicht mehr für die Montage anderer Bauelemente zur Verfügung steht.
  • Um diesen Platz zu nutzen kann es vorgesehen sein, auf solche Montageöffnungen 12 und/oder andere Montage- oder ähnliche Öffnungen zu verzichten und nur noch eine einzige Öffnung 15 in dem Schaltungsträger 10 vorzusehen, die zur Verschraubung des mit dem Schaltungsträger 10 verlöteten Montageadapters 20 mit dem Leistungshalbleitermodul 30 und mit einem Kühlkörper 50 dient. Bei dem Verzicht auf eine Verrastung unter Verwendung von Rastelementen 25 und Verrastungsöffnungen 12 kann die mechanische Verbindung des Montageadapters 20 mit dem Schaltungsträger 10 allein durch das Verlöten der Anschlussstellen 22 des Montageadapters 20 mit den korrespondierenden Anschlussstellen 13 des Schaltungsträgers 10 erfolgen.
  • In allen bisherigen Ausführungsbeispielen waren die Anschlussstellen 22 des Montageadapters 20 als SMD-Anschlussflächen ausgebildet. Abweichend davon besteht natürlich grundsätzlich auch die Möglichkeit, die Anschlussstellen 22 als lötbare Stifte auszuführen, wie dies bei der Anordnung gemäß 13 gezeigt ist. Korrespondierend zu den Stiften 22 sind in dem Schaltungsträger 10 Anschlussstellen 13 angeordnet, die als Kontaktlöcher ausgebildet sind. Die Stifte 22 sind in die korrespondierenden Kontaktlöcher 13 eingesteckt und mittels eines Lotes 14 mit diesen verlötet.
  • Bei allen vorangegangenen Ausführungsbeispielen wurde das Verrasten des Leistungshalbleitermoduls 30 mit dem Montageadapter 20 anhand von zwei unterschiedlichen Verrastungsstufen miteinander erläutert. Dabei bestand in einer ersten Verrastungsstufe noch kein Kontakt zwischen den Kontaktelementen 35 des Leistungshalbleitermoduls und den korrespondierenden Kontaktelementen 23 des Montageadapters 20. Beim weiteren Aufschieben des Leistungshalbleitermoduls 30 auf den Montageadapter 20 wurde eine zweite Verrastungsstufe erreicht, in der die Kontaktelemente 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 die korrespondierenden Kotaktelemente 23 des Montageadapters 20 kontaktieren, so dass eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen Kontaktpartnern 23 und 35 besteht.
  • Zur Realisierung dieser wenigstens zwei Verrastungsstufen ist es erforderlich, dass zumindest einer der durch das Leistungshalbleitermodul 30 und den Montageadapter 20 gebildeten, miteinander zu verrastenden Rastpartner wenigstens zwei Rastelemente aufweist, die beide mit einem bestimmten, korrespondierenden Rastelement des anderen Rastpartners verrastbar sind. Der andere Rastpartner muss somit zumindest ein zu den wenigstens zwei Rastelementen des einen Rastpartners korrespondierendes Rastelement aufweisen, was unter Bezugnahme auf die nachfolgenden 13 bis 17 anhand verschiedener Ausführungsbeispiels von Rastelementpaaren mit korrespondierenden Rastelementen 24, 36 erläutert wird. Die 13 bis 17 zeigen jeweils eine Flanke des Korpus 21 des Montageadapters 20 und eine Flanke des Gehäuses 36 des Leistungshalbleitermoduls 30.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 14 weist die Flanke des Korpus 21 zwei als Rastnasen ausgebildete Rastelemente 24 und die Flanke des Gehäuses 36 drei ebenfalls als Rastnasen ausgebildete Rastelemente 39 auf. 14A zeigt die Flanken im unverasteten Zustand, 14B in der ersten Verrastungsstufe und 14C in der zweiten Verrastungsstufe.
  • Abweichend davon ist es grundsätzlich jedoch auch ausreichend, wenn einer der Rastpartner 21, 36 nur ein Rastelement aufweist. In 15 ist die Flanke des Korpus 21 lediglich mit einer Rastnase 24 versehen. 15A zeigt den unverrasteten Zustand, 15B die erste Verrastungsstufe, 15C die zweite Verrastungsstufe und 15D eine dritte Verrastungsstufe. Während in den Verrastungsstufen gemäß den 15A und 15B noch kein Kontakt zwischen den Kontaktelementen 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 und den korrespondierenden Kontaktelementen 23 des Montageadapters 20 besteht, kontaktieren die Kontaktelemente 35 die korrespondierenden Kontaktelemente 23 bei einer Verrastung der anhand der 15C und 15D erläuterten zweiten bzw. dritten Verrastungsstufe.
  • Bei der Anordnung gemäß der 16 weist eine Flanke des Korpus 21 zwei Rastnasen 24 auf, wohingegen zu diesen beiden Rastnasen 24 lediglich eine korrespondierende Rastnase 39 der Seitenflanke des Gehäuses 36 des Leistungshalbleitermoduls vorgesehen ist. 16A zeigt den unverrasteten Zustand, 16B die erste Verrastungsstufe und 16D die zweite Verrastungsstufe.
  • Bislang wurde die Erfindung lediglich anhand von Rastnasen erläutert. Grundsätzlich kann die Verrastung jedoch auch durch beliebige andere Rastelemente erfolgen. Entscheidend ist bei der Wahl der Verrastungsart lediglich, dass das Leistungshalbleitermodul 30 und der Montageadapter 20 in zwei verschiedenen Verrastungsstufen miteinander verrastet werden können, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen zumindest einem Kontaktelement 35 des Leistungshalbleitermoduls 30 und einem Kontaktelement 23 des Montageadapters 20 nur in einer zweiten, nicht jedoch in einer ersten Verrastungsstufe erfolgt. 17 zeigt eine auf der Anordnung gemäß 14 basierende Anordnung, bei der abweichend davon die an der Flanke des Korpus 21 angeordneten Rastelemente 24 nicht als Rastnasen sondern als Öffnungen ausgebildet sind. Die Rastnasen 39 des Leistungshalbleitermoduls 30 können in mehreren Verrastungsstufen mit den Öffnungen 24 des Montageadapters 30 verrasten.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Schaltungsträger
    11
    elektrisches Bauelement
    12
    Öffnung des Schaltungsträgers
    13
    Anschlussstelle
    14
    Lot
    15
    Montageöffnung
    20
    Montageadapter
    21
    dielektrischer Korpus
    22
    Anschlussstelle
    23
    Kontaktelement des Montageadapters
    24
    Rastelement des Korpus
    25
    Rastelement des Korpus
    26
    Stützelement
    27
    Montageöffnung des Montageadapters
    28
    Stützelement
    30
    Leistungshalbleitermodul
    31
    Bodenplatte
    32
    Substrat
    33
    Leistungshalbleiterchip
    34
    Bonddraht
    35
    Kontaktelement des Leistungshalbleitermoduls
    36
    Gehäuse
    37
    Deckelplatte
    38
    Öffnung der Deckelplatte
    39
    Rastelement des Gehäuses
    40
    Montageöffnung des Leistungshalbleitermoduls
    41
    Stützelement
    42
    Verbindungslasche
    43
    Kontaktloch
    44
    Metallisierung
    50
    Kühlkörper
    51
    Gewindebohrung
    52
    Schraube
    E
    Schnittebene

Claims (30)

  1. Leistungshalbleitermodulsystem mit – einem Montageadapter (20) zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen zwischen einem Schaltungsträger (10) und einem Leistungshalbleitermodul (30), der elektrisch leitende Kontaktelemente (23) zur elektrischen Kontaktierung eines Leistungshalbleitermoduls (30) aufweist, wobei jedes der Kontaktelemente (23) elektrisch leitend mit einer lötbaren Anschlussstelle (22) des Montageadapters (20) verbunden ist; – einem Leistungshalbleitermodul (30), das elektrisch leitende Kontaktelemente (35) aufweist, die jeweils mit einem zugeordneten Kontaktelement (23) des Montageadapters (20) elektrisch kontaktierbar sind; wobei der Montageadapter (20) und das Leistungshalbleitermodul (30) in zwei verschiedenen Verrastungsstufen so miteinander verrastbar sind, dass zumindest eines der Kontaktelemente (35) des Leistungshalbleitermoduls (30) das diesem Kontaktelement (35) zugeordnete Kontaktelement (23) des Montageadapters (20) in einer zweiten der Verrastungsstufen, nicht jedoch in einer ersten der Verrastungsstufen elektrisch kontaktiert.
  2. Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 1, bei dem der Montageadapter (20) ein erstes Rastelement (24) und ein zweites Rastelement (24) aufweist; das Leistungshalbleitermodul (30) ein Rastelement (39) aufweist; wobei das Rastelement (39) des Leistungshalbleitermoduls (30) zur Herstellung der zwei verschiedenen Verrastungsstufen mit jedem der zwei Rastelemente (24) des Montageadapters (20) verrastbar ist.
  3. Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Montageadapter (20) ein Rastelement (24) aufweist; das Leistungshalbleitermodul (30) ein erstes Rastelement (39) und ein zweites Rastelement (39) aufweist; wobei das Rastelement (24) des Montageadapters (20) zur Herstellung der zwei verschiedenen Verrastungsstufen mit jedem der zwei Rastelemente (39) des Leistungshalbleitermoduls (30) verrastbar ist.
  4. Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem zumindest ein Rastelement (24) des Montageadapters (20) als Rastnase oder als Öffnung ausgebildet ist.
  5. Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem zumindest ein Rastelement (39) des Leistungshalbleitermoduls als Rastnase oder als Öffnung ausgebildet ist.
  6. Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Montageadapter (20) und das Leistungshalbleitermodul (30) in zumindest einer der verschiedenen Verrastungsstufen formschlüssig miteinander verrastbar sind.
  7. Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine elektrisch leitende Kontaktierung oder Verbindung zwischen zumindest einem der Kontaktelemente (35) des Leistungshalbleitermoduls (30) und dem zugeordneten Kontaktelement (23) des Montageadapters (20) mittels einer Steckverbindung hergestellt ist.
  8. Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 7, bei dem die Steckverbindung eine Einpress-Verbindung ist.
  9. Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 7, bei dem das zumindest eine der Kontaktelemente (35) des Leistungshalbleitermoduls (30) und das zugeordnete Kontaktelement (23) des Montageadapters (20) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  10. Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zumindest eines der Kontaktelemente (35) des Leistungshalbleitermoduls (30) als Federelement ausgebildet ist.
  11. Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zumindest eines der Kontaktelemente (23) des Montageadapters (20) als Federelement ausgebildet ist.
  12. Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Leistungshalbleitermodul (30) eine Deckelplatte (37) mit Öffnungen (38) aufweist, durch die die Kontaktelemente (35) des Leistungshalbleitermoduls (30) aus dem Leistungshalbleitermodul (30) herausgeführt sind.
  13. Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Montageadapter (20) auf einer Seite, auf der auch eine Anschlussstelle (22) des Montageadapters angeordnet ist, ein Stützelement (26) aufweist.
  14. Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Verbindung zumindest eines der Kontaktelemente (23) des Montageadapters (20) mit einem korrespondierenden Kontaktelement (35) des Leistungshalbleitermoduls (30) für einen Bemessungsstrom von mehr als 8 A ausgelegt ist.
  15. Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Leistungshalbleitermodul (30) einen Leistungshalbleiterchip (33) aufweist.
  16. Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 15, bei dem der Leistungshalbleiterchip (33) auf einem Keramiksubstrat (32) angeordnet ist.
  17. Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 16, bei dem das Keramiksubstrat (32) auf einer metallischen Bodenplatte des Leistungshalbleitermoduls (30) angeordnet ist.
  18. Leistungshalbleitermodulanordnung mit einem Leistungshalbleitermodulsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, sowie mit einem Schaltungsträger (10), der eine Leiterbahnstruktur mit elektrischen Anschlussstellen (13) aufweist, wobei jede der Anschlussstellen (22) des Montageadapters (20) mit einer zugeordneten Anschlussstelle (13) des Schaltungsträgers (10) verlötet ist.
  19. Leistungshalbleitermodulanordnung nach Anspruch 18, bei der zumindest eine der Anschlussstellen (22) des Montageadapters (20) als flächiger SMD-Kontakt ausgebildet ist.
  20. Leistungshalbleitermodulanordnung nach Anspruch 19, bei der der flächige SMD-Kontakt mit einer Anschlussstelle (13) des Schaltungsträgers (10) verlötet ist, die als flächiger Abschnitt einer Leiterbahnstruktur ausgebildet ist.
  21. Leistungshalbleitermodulanordnung nach Anspruch 18, bei der zumindest eine der Anschlussstellen (22) des Montageadapters (20) als Anschlussstift ausgebildet ist.
  22. Leistungshalbleitermodulanordnung nach Anspruch 21, bei der der flächige Anschlussstift in eine als Kontaktloch ausgebildete Anschlussstelle (13) des Schaltungsträgers (10) eingeführt und mit diesem Kontaktloch verlötet ist.
  23. Leistungshalbleitermodulanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, bei der das Leistungshalbleitermodul (30) und der Montageadapter (20) in der ersten Verrastungsstufe miteinander verrastet sind.
  24. Leistungshalbleitermodulanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, bei der das Leistungshalbleitermodul (30) und der Montageadapter (20) in der zweiten Verrastungsstufe miteinander verrastet sind.
  25. Leistungshalbleitermodulanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, bei dem der Schaltungsträger (10) keine Öffnung aufweist.
  26. Leistungshalbleitermodulanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 24, bei dem der Schaltungsträger (10) als einzige Öffnung eine zentrale Befestigungsöffnung (12) aufweist, die mit einer korrespondierenden Befestigungsöffnung (40) Leistungshalbleitermoduls (30) fluchtet.
  27. Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 26 mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Schaltungsträgers (10), der eine Leiterbahnstruktur mit elektrischen Anschlussstellen (13) aufweist; – Bereitstellen eines Leistungshalbleitermodulsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem zumindest eines der Kontaktelemente (35) des Leistungshalbleitermoduls (30) keinen elektrischen Kontakt mit der diesem Kontaktelement (35) zugeordneten Kontaktelement (23) des Montageadapters (20) aufweist; – Verlöten der Anschlussstellen (22) des Montageadapters (20) mit Anschlussstellen (13) des Schaltungsträgers (10); – Herstellen eines elektrischen Kontaktes des zumindest einen Kontaktelements (35) des Leistungshalbleitermoduls (30) mit dem diesem Kontaktelement (35) zugeordneten Kontaktelement (23) des Montageadapters (20) nach dem Verlöten.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem der Schritt des Verlötens in einem Zustand durchgeführt wird, in dem das Leistungshalbleitermodul (30) und der Montageadapter (20) voneinander getrennt sind.
  29. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem der Schritt des Verlötens in einem Zustand durchgeführt wird, in dem das Leistungshalbleitermodul (30) und der Montageadapter (20) in der ersten Verrastungsstufe miteinander verrastet sind.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das Leistungshalbleitermodul (30) und der Montageadapter (20) nach dem Verlöten in der zweiten Verrastungsstufe miteinander verrastet werden.
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