DE102009024384B4 - Power semiconductor module in stacked construction - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitermodul mit mindestens drei Teilkörpern (11, 12, 13), mit mindestens einer Druckeinrichtung (31) sowie mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelementen (23, 26), wobei das Leistungshalbleitermodul mit mindestens aus dem ersten Teilkörper (11), dem ersten Leistungshalbleiterbauelement (23), dem zweiten Teilkörper (12), dem zweiten Leistungshalbleiterbauelement (26) und dem dritten Teilkörper (13) sowie der Druckeinrichtung (31) eine derartige gestapelte Bauweise aufweist, dass die Teilkörper (11, 12, 13) zueinander fixiert und die Leistungshalbleiterbauelemente (23, 26) mit Druck beaufschlagt werden, wobei die Druckeinrichtung (31) drei um 120° gegeneinander versetzt angeordnete Schraubverbindungen sind, und wobei die Druckeinrichtung (31) einen Isolierstoffkörper (35) aufweist, der die Druckeinrichtung (31) vom ersten (11) und zweiten Teilkörper (12) isoliert und bis in den dritten Teilkörper (13) hineinragt, wobei die Teilkörper (11, 12, 13) zylindrisch ausgebildet sind und als Kühlvorrichtung, die auf der Mantelfläche in Richtung einer Hochachse verlaufende Kühlrippen (14) aufweisen, sowie als Potentialübertragungsmittel verwendet werden, wobei der erste (11) und der zweite Teilkörper (12) um 120° gegeneinander versetzte Durchführungen (71) und der dritte Teilkörper (13) um 120° gegeneinander versetzte nicht durchgehende Innengewinde (72) aufweist.Power semiconductor module having at least three partial bodies (11, 12, 13), at least one pressure device (31) and at least two power semiconductor components (23, 26), the power semiconductor module having at least the first partial body (11), the first power semiconductor component (23), the second partial body (12), the second power semiconductor component (26) and the third partial body (13) and the pressure device (31) have such a stacked construction that the partial bodies (11, 12, 13) are fixed relative to one another and the power semiconductor components (23, 26) are pressurized, wherein the pressure device (31) are three offset by 120 ° from each other arranged screw, and wherein the pressure device (31) has a Isolierstoffkörper (35), the pressure device (31) from the first (11) and second Part body (12) isolated and extends into the third part of the body (13), wherein the part body (11, 12, 13) cylindrical out are formed and used as a cooling device, which on the lateral surface in the direction of a vertical axis extending cooling fins (14) and as a potential transfer means, wherein the first (11) and the second part body (12) by 120 ° staggered passages (71) and the third part body (13) by 120 ° staggered non-continuous internal thread (72).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul beispielhaft zur Antriebssteuerung, insbesondere zur Sanftansteuerung von elektrischen Motoren mit mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelementen, drei Teilkörpern für die Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente sowie einer Druckeinrichtung, die die Leistungshalbleiterbauelemente mit Druck beaufschlagt.The present invention relates to a power semiconductor module by way of example for drive control, in particular for the soft control of electric motors with at least two power semiconductor components, three partial bodies for cooling the power semiconductor components and a pressure device which pressurizes the power semiconductor components with pressure.

Ein Leistungshalbleitermodul ist als Bestandteil einer leistungselektronischen Einheit für den Sanftanlauf von Motoren bekannt. Die leistungselektronische Einheit umfasst hier eines oder mehrere elektronische Leistungsmodule, die für Kurzzeitbelastungen ausgelegt sein müssen. Eine derartige leistungselektronische Einheit führt nur in der Anlaufphase des Motors Strom, der in der Betriebsphase von einem parallelen Schaltgerät übernommen wird.A power semiconductor module is known as part of a power electronic unit for the soft start of motors. The power electronic unit here comprises one or more electronic power modules that must be designed for short-term loads. Such a power electronic unit performs only in the startup phase of the motor current, which is taken over in the operating phase of a parallel switching device.

Derartige elektronische Leistungshalbleitermodule werden beispielsweise dann eingesetzt, wenn hohe Ströme zu steuern, zu regeln oder zu schalten sind. Dabei kann es in bestimmten Betriebsphasen zu einer hohen Verlustleistung in den Leistungshalbleiterbauelementen kommen, die in Form von Wärme von dem Leistungshalbleiterbauelement abgeführt werden muss.Such electronic power semiconductor modules are used, for example, when high currents are to be controlled, regulated or switched. In certain operating phases, this can lead to a high power loss in the power semiconductor components, which must be dissipated in the form of heat from the power semiconductor component.

In der Anlaufphase entstehen in den Leistungshalbleiterbauelementen der Leistungshalbleitermodule hohe Verlustleistungen. Durch geeignete Kombination aus Leistungshalbleitermodul bzw. Leistungshalbleiterbauelement und Kühlkörper muss gewährleistet sein, dass die für das Leistungshableiterbauelement zulässige Sperrschichttemperatur nicht überschritten wird, um deren Zerstörung zu vermeiden.In the start-up phase, high power losses occur in the power semiconductor components of the power semiconductor modules. By a suitable combination of power semiconductor module or power semiconductor component and heat sink must be ensured that the permissible for the Leistungshableiterbauelement junction temperature is not exceeded in order to avoid their destruction.

Allgemein bekannt ist eine Ausführungsform eines Leistungshalbleitermoduls, bei dem zwei einzelne Thyristoren antiparallel geschaltet und zwischen zwei symmetrische Kühlkörperhälften gepresst sind. Eine der beiden Kühlkörperhälften ist mittig geteilt und die beiden Teile sind mit einer flexiblen, elektrisch leitfähigen Verbindung verbunden. Dies ermöglicht eine flächige Pressung der Thyristor-Scheibenzellen, auch bei unterschiedlicher Scheibenzellenhöhe. Die beiden Kühlkörperhälften dieses bekannten Leistungsteils, das sowohl für Kurzzeitbelastung als auch für Dauerbetrieb ausgelegt ist, sind Teil des Stromkreises und damit potentialbehaftet.Generally known is an embodiment of a power semiconductor module in which two individual thyristors are connected in anti-parallel and pressed between two symmetrical heat sink halves. One of the two heat sink halves is divided in the middle and the two parts are connected to a flexible, electrically conductive connection. This allows a flat pressing of the thyristor disc cells, even at different disc cell height. The two heat sink halves of this known power unit, which is designed for both short-term load as well as for continuous operation, are part of the circuit and thus potential-related.

Weiter weist die DE 196 51 632 A1 und die DE 195 33 298 A1 jeweils ein Leistungshalbleitermodul auf, wobei gemäß der DE 195 33 298 A1 die Leistungshalbleiterbauelemente zwischen einem Kühlkörper und einer nicht leitenden Schiene eingespannt sind und gemäß der DE 196 51 632 A1 nur eine Schiene ausgebildet ist. Diese beiden Anordnungen eignen sich jedoch nicht für den Sanftanlauf von Motoren.Next, the DE 196 51 632 A1 and the DE 195 33 298 A1 each a power semiconductor module, wherein according to the DE 195 33 298 A1 the power semiconductor components are clamped between a heat sink and a non-conductive rail and according to DE 196 51 632 A1 only one rail is formed. However, these two arrangements are not suitable for the soft start of motors.

Des Weiteren sind aus der deutschen Patentanmeldung DE 100 22 341 A1 ein weiterentwickelter Aufbau eines elektronischen Leistungshalbleitermoduls bekannt. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass zwei gehäuselose Leistungshalbleiterbauelemente, bestehend aus dem eigentlichen Leistungshalbleiterbauelement und Molybdänscheiben, zwischen zwei Kupferschienen eingespannt werden. Diese Anordnung wird in ein Gehäuse eingebaut und vergossen. Der Verguss dient zur Einhaltung der erforderlichen Spannungsabstände und zum Schutz vor schädlichen Umwelteinflüssen. Der Kühlkörper wird an einer Seite angebracht.Furthermore, from the German patent application DE 100 22 341 A1 a further developed structure of an electronic power semiconductor module known. This is characterized by the fact that two housing-less power semiconductor components, consisting of the actual power semiconductor component and molybdenum disks, are clamped between two copper rails. This arrangement is installed in a housing and sealed. The encapsulation serves to maintain the necessary stress relief and to protect against damaging environmental influences. The heat sink is attached to one side.

Die US 4 609 937 A beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterbauelement und einer Ringdichtung. Das Halbleiterbauelement ist auf einer Platine elektrisch leitend angeordnet und wird mittels einer Verbindungseinrichtung druckbeaufschlagt. Um das Halbleiterbauelement luftdicht zu verschließen, wird an der Außenseite einer Elektrode, die oberhalb des Halbleiterbauelementes angeordnet ist, eine ringförmige Dichtung angebracht.The US 4 609 937 A describes a semiconductor device having a semiconductor device and a ring seal. The semiconductor device is arranged on a circuit board electrically conductive and is pressurized by means of a connecting device. In order to hermetically seal the semiconductor device, an annular seal is attached to the outside of an electrode disposed above the semiconductor device.

In der US 3 447 118 A wird ein Leistungshalbleitermodul mit mehreren aufeinander gestapelten Thyristoren offenbart. Ein Gehäuse weist zwei Endträger und einen hierzu vertikal angeordneten Abstandshalter, die mittels einer Verbindungseinrichtung zueinander befestigt sind.In the US 3,447,118 A discloses a power semiconductor module having a plurality of stacked thyristors. A housing has two end supports and a spacer arranged vertically thereto, which are fastened to one another by means of a connecting device.

Aus der US 4 603 344 A ist eine rotierbare Gleichrichteranordnung für einen bürstenlosen Generator bekannt, die stabelförmig angeordnete Kühlkörper zwischen denen Dioden angeordnet sind, aufweist.From the US 4 603 344 A is a rotatable rectifier arrangement for a brushless generator known, the rod-shaped heat sink between which diodes are arranged has.

Ein weiteres Leistungshalbleitermodul ist aus der DE 100 22 341 A1 bekannt. Dieses Leistungshalbleitermodul weist zwei elektrisch antiparallel geschaltete Leistungshalbleiterbauelemente und mindestens einen Kühlkörper auf, wobei die nebeneinander angeordneten Leistungshalbleiterbauelemente über eine Druckkontaktierung zwischen mindestens zwei leitende Schienen eingespannt sind.Another power semiconductor module is from the DE 100 22 341 A1 known. This power semiconductor module has two power semiconductor components electrically connected in antiparallel and at least one heat sink, wherein the power semiconductor components arranged next to one another are clamped via a pressure contact between at least two conductive rails.

Ein derartiges Leistungshalbleitermodul ist auch aus der EP 1 494 278 A1 bekannt. Hierbei soll das Volumen von Leistungshalbleitermodulen für elektronische Motor-Steuergeräte reduziert werden. Dabei wird vorgeschlagen, dass mit Hilfe einer ringförmigen Gummidichtung ein Raum zwischen Kühlelementen gebildet wird, in dem eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Vergussmasse vergossen wird. Damit ist es möglich, die Leistungshalbleitereinrichtung von beiden Seiten mit Kühlkörpern zu kühlen, so dass der Bauraum für das Leistungshalbleitermodul reduziert werden kann.Such a power semiconductor module is also known from EP 1 494 278 A1 known. Here, the volume of power semiconductor modules for electronic engine control units is to be reduced. It is proposed that with the aid of an annular rubber seal a space between cooling elements is formed, in which a power semiconductor device is cast with a potting compound. Thus, it is possible to power semiconductor device from both sides with heat sinks cool, so that the space for the power semiconductor module can be reduced.

Ein Nachteil an den oben beschriebenen Leistungshalbleitermodulen ist die mangelnde Flexibilität des Modulaufbaus in Folge der für die Kühlung mehrerer Leistungshalbleiterbauelemente gemeinsam genutzter Komponenten.A disadvantage of the power semiconductor modules described above is the lack of flexibility of the module structure as a result of the shared components for the cooling of several power semiconductor components.

Ein weiterer Nachteil ist, dass die Verschraubungen, durch nacheinander folgendes Anschrauben, mechanischen Stress auf die Leistungshalbleiterbauelemente ausüben und dies zu einem sofortigen oder zeitlich verzögerten Bruch des Leistungshalbleiterbauelements, durch auftretende mechanische Spannungen, führen kann.A further disadvantage is that the screw connections, by successively screwing on, exert mechanical stress on the power semiconductor components and this can lead to an immediate or delayed breakage of the power semiconductor component due to mechanical stresses occurring.

Des Weiteren besteht der gesamte Aufbau, insbesondere der Druckeinrichtung, der oben genannten Leistungshalbleitermodule aus vielen Einzelteilen, was sich negativ auf die Abmessung der Leistungshalbleitermodule auswirkt, sowie höhere mechanische Spannungen in die Gesamtkonstruktion induziert.Furthermore, the entire structure, in particular the printing device, of the above-mentioned power semiconductor modules consists of many individual parts, which has a negative effect on the dimension of the power semiconductor modules, and induces higher mechanical stresses in the overall construction.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung der Leistungshalbleiterbauelemente und Kühlelemente zu schaffen, die mechanischen Stress auf die Leistungshalbleiterbauelemente verhindert und eine kompaktere Bauweise und eine einfachere Montage des Leistungshalbleitermoduls gestattet.It is therefore the object of the present invention to provide an arrangement of the power semiconductor components and cooling elements, which prevents mechanical stress on the power semiconductor components and allows a more compact design and simpler mounting of the power semiconductor module.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Maßnahmen der Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by the measures of the features of claim 1. Preferred embodiments are described in the dependent claims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass nicht gemäß dem Stand der Technik, die Leistungshalbleiterbauelemente nebeneinander angeordnet und jeweils die Teilkörper, oberhalb und unterhalb der nebeneinander angeordneten Leistungsbauelemente angeordnet sind, sondern das Leistungshalbleitermodul eine gestapelte Bauweise aus einem ersten Teilkörper, einem ersten Sandwich, einem zweiten Teilkörper, einem zweiten Sandwich und einem dritten Teilkörper aufweist.The invention is based on the idea that not according to the prior art, the power semiconductor components arranged side by side and each part of the body, above and below the juxtaposed power devices are arranged, but the power semiconductor module is a stacked construction of a first part body, a first sandwich, a second part body, a second sandwich and a third part body.

Der erfindungsgemäße Aufbau weist eine besondere Bauweise auf, d. h. durch das Einsparen von einzelnen Teilen erhält das Leistungshalbleitermodul eine kompaktere Konstruktion und somit eine allgemein bessere Grundstabilität. Somit wurde der Aufbau so gewählt, dass alle wesentlichen Einzelteile stapelweise angeordnet sind und Höhenunterschiede durch nebeneinander angeordnete Leistungshalbleiterbauelemente nicht ausgeglichen werden müssen und der Druck dadurch auf die Leistungshalbleiterbauelemente gleichmäßiger verteilt ist. Weiterhin können, durch die Anordnung, Schraubverbindungen eingespart werden, beispielhaft kann die Anzahl der Schraubverbindungen der Druckeinrichtung von acht auf drei reduziert werden.The structure according to the invention has a special construction, d. H. By saving individual parts, the power semiconductor module is given a more compact design and thus a generally better basic stability. Thus, the structure was chosen so that all essential items are stacked and height differences by juxtaposed power semiconductor devices need not be compensated and the pressure is thus distributed evenly on the power semiconductor devices. Furthermore, by the arrangement, screw can be saved, for example, the number of screw connections of the printing device can be reduced from eight to three.

Weiter liegt der Erfindung der Gedanke zu Grunde, dass durch die gestapelte Bauform der Aufbau des Leistungshalbleitermoduls und die daraus folgende Anordnung der vorzugsweise als Schraubverbindung ausgebildeten Druckeinrichtung, die die Teilkörper zueinander fixiert und die Leistungshalbleiterbauelemente mit Druck beaufschlagt, vereinfacht werden kann. Durch weniger Schraubverbindungen kann der mechanische Stress auf die Leistungshalbleiterbauelemente minimiert werden. Das wird beispielhaft erreicht durch um 120° gegeneinander versetzte Anordnung von Schraubverbindungen der Druckeinrichtung. Gemäß dem Stand der Technik werden bis zu acht Schrauben benötigt, die möglichst gleichmäßig festgezogen werden müssen um einen gleichmäßigen Druck auf die Leistungshalbleiterbauelemente beaufschlagen zu können, um mechanischen Stress auf die Leistungshalbleiterbauelemente durch nacheinander folgendes anschrauben zu vermeiden. Des Weiteren ergibt sich, dass durch die gestapelte Bauweise eine einfache Montage ermöglicht wird.Further, the invention is based on the idea that the stacked design of the structure of the power semiconductor module and the consequent arrangement of the preferably designed as a screw pressure device that fixes the sub-body to each other and the power semiconductor devices pressurized, can be simplified. Less screw connections can minimize the mechanical stress on the power semiconductor components. This is achieved by way of example by 120 ° staggered arrangement of screw the printing device. According to the prior art, up to eight screws are required, which must be tightened as uniformly as possible in order to be able to apply uniform pressure to the power semiconductor components in order to avoid mechanical stress on the power semiconductor components by successive screwing. Furthermore, it follows that the stacked construction allows easy installation.

Bei der vorliegenden Erfindung werden die Schraubverbindungen der Druckeinrichtung von den Teilkörpern so isoliert, dass die Druckeinrichtung vom ersten und zweiten Teilkörper vollständig isoliert und der Isolationsstoffkörper bis in den dritten Teilkörper hineinragt.In the present invention, the screw connections of the printing device are isolated from the partial bodies in such a way that the pressure device is completely insulated from the first and second partial bodies and the insulating material body projects into the third partial body.

Weiter weisen der erste und der zweite zylindrisch ausgebildete Teilkörper um 120° gegeneinander versetzte Durchführungen für die Schraubverbindungen der Druckeinrichtung auf. Der dritte zylindrisch ausgebildete Teilkörper weist hingegen nicht durchgehende Innengewinde auf zur Aufnahme der Schraubverbindungen. Die Anordnung der Durchführungen sowie nicht durchgehende Innengewinde der vorliegenden Erfindung wurden so gewählt, dass sich die Druckkraft der Schraubverbindungen gleichmäßig auf die Gesamtkonstruktion des Leistungshalbleitermoduls verteilt.Next, the first and the second cylindrically shaped part body by 120 ° staggered passages for the screw on the printing device. The third cylindrically shaped part body, however, does not have continuous internal thread for receiving the screw. The arrangement of the bushings as well as non-continuous internal threads of the present invention were chosen so that the pressure force of the screw is evenly distributed to the overall construction of the power semiconductor module.

Die vorliegende Erfindung weist Lastanschlüsse zur Kontaktierung der Leistungshalbleiterbauelemente auf den ersten und dritten Teilkörpern und auf der gegenüberliegenden Seite auf dem zweiten Teilkörper auf. Die hierzu notwendige externe Kontakteinrichtung kann beispielhaft gesteckt, geschraubt oder geklemmt werden um mit den jeweiligen Teilkörpern, die Bestandteil des Stromkreises sind und damit potentialbehaftet sind, den Strom von den Lastanschlüssen zu den Leistungshalbleiterbauelementen zu übertragen. Um eine sichere Anschlussverbindung zu gewährleisten, weisen die Teilkörper um die Kontaktanschlüsse in Richtung der Hochachse eine Abflachung auf.The present invention has load terminals for contacting the power semiconductor components on the first and third part bodies and on the opposite side on the second part body. The external contact device necessary for this purpose can be plugged, screwed or clamped by way of example in order to transmit the current from the load terminals to the power semiconductor components with the respective sub-bodies, which are part of the electric circuit and thus have potential. To ensure a secure connection, the Part body around the contact terminals in the direction of the vertical axis a flattening.

Die wesentlich zylindrisch ausgebildeten Teilkörper der vorliegenden Erfindung dienen weiter zur Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente. Dafür sind auf dem ersten, zweiten und dritten Teilkörper in Richtung der Hochachse Kühlrippen angeordnet.The substantially cylindrically shaped body part of the present invention further serve to cool the power semiconductor components. For cooling fins are arranged on the first, second and third part body in the direction of the vertical axis.

Die wesentlich zylindrisch ausgebildeten Teilkörper sind Bestandteil des Stromkreises und werden als Potentialübertragungsmittel genutzt. Dafür müssen zwischen dem ersten und zweiten Teilkörpern und zweiten und dritten Teilkörpern ein Zwischenraum vorgesehen werden um Spannungsüberschläge zwischen den Teilkörpern zu vermeiden. Der Abstand zwischen den Teilkörpern muss dahingehend so gewählt werden, dass solche Spannungsüberschläge nicht entstehen können und davon abhängig gemacht werden, wie verschmutzt die Umgebungsluft bei Betrieb des Leistungshalbleitermoduls ist.The substantially cylindrically shaped body parts are part of the circuit and are used as a potential transfer agent. For this purpose, a gap must be provided between the first and second sub-bodies and second and third sub-bodies to avoid flashovers between the sub-bodies. The distance between the sub-bodies must be chosen so that such flashovers can not arise and are made dependent on how dirty the ambient air during operation of the power semiconductor module.

Eine weitere Möglichkeit der Potentialübertragung von einem Teilkörper zum nächsten könnte über die Schraubverbindungen erfolgen. Dafür sind aber Schraubverbindungen nötig, die aus elektrisch gut leitendem Material bestehen und eine Isolierung der Schrauben die schaltungsgerecht ausgelegt werden muss.Another way of potential transfer from one part to the next body could be via the screw connections. But this screw connections are necessary, which consist of electrically good conductive material and insulation of the screws must be designed to match the circuit.

Die Leistungshalbleiterbauelemente der vorliegenden Erfindung können beispielhaft antiparallel, parallel oder in Reihe verschalten sein. Für die jeweilige Schaltungsanordnung müssen dementsprechend die Lastanschlüsse auf die Teilkörper angeordnet werden und gegebenenfalls die Schraubverbindungen schaltungsgerecht ausgebildet sein.The power semiconductor components of the present invention can be connected, for example, in antiparallel, in parallel or in series. Accordingly, for the respective circuit arrangement, the load connections must be arranged on the part bodies and, if appropriate, the screw connections must be designed to be suitable for the circuit.

Weiter weist die vorliegende Erfindung beispielhaft auf dem ersten und zweiten Teilkörper Gateanschlüsse auf. Die Gateanschlüsse müssen vollständig vom jeweiligen Teilkörper isoliert sein um eine sichere Funktion des Schaltverhaltens zu gewährleisten. Dies wird erreicht durch einen Gateanschluss der vollständig in ein Kunststoffgehäuse eingeschlossen/eingespritzt ist.Furthermore, the present invention has gate connections on the first and second part bodies by way of example. The gate connections must be completely isolated from the respective partial body in order to ensure a reliable function of the switching behavior. This is achieved by a gate which is completely enclosed / injected in a plastic housing.

Der erfinderische Gedanke wird anhand der Ausführungsbeispiele in den 1 bis 4 näher erläutert.The inventive idea is based on the embodiments in the 1 to 4 explained in more detail.

1 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls. 1 shows a sectional view of the power semiconductor module according to the invention.

2 zeigt eine zweite dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls. 2 shows a second three-dimensional view of the power semiconductor module according to the invention.

3 zeigt eine weitere dreidimensionale Ansicht der gegenüberliegenden Seite des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls gemäß 2. 3 shows a further three-dimensional view of the opposite side of the power semiconductor module according to the invention according to 2 ,

4 zeigt verschiedene Schaltungsanordnungen von Leistungshalbleiterbauelementen. 4 shows various circuit arrangements of power semiconductor devices.

1 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls. Das Leistungshalbleitermodul weist einen ersten Teilkörper (11), einen zweiten Teilkörper (12) und einen dritten Teilkörper (13) auf und jeweils in einem Zwischenraum (51) ein erstes Sandwich (21) und ein zweites Sandwich (25). Die zwei Sandwiche (21, 25) sind gestapelt angeordnet mit einem ersten flächigen Metallkörper (22), einem ersten Leistungshalbleiterbauelement (23) oder zweiten Leistungshalbleiterbauelement (26) und einem zweiten flächigen Metallkörper (24). Der erste flächige Metallkörper (22) und der zweite flächige Metallkörper (24) dienen zur Stromübertragung beispielhaft vom ersten Teilkörper (11) zum ersten Leistungshalbleiterbauelement (23) und von dem Leistungshalbleiterbauelement (23) zum zweiten Teilkörper (12). Das erste Sandwich (21) und das zweite Sandwich (25) werden durch einen Dicht- und Zentrierring (27) zwischen den ersten Teilkörper (11), dem zweiten Teilkörper (12) und zwischen dem zweiten Teilkörper (12) und dem dritten Teilkörper (13) fixiert und gegenüber Umwelteinflüssen abgedichtet. Weiter weist das Leistungshalbleitermodul eine Druckeinrichtung (31) (siehe 3) mit einer ersten Verschraubung (32), zweiten Verschraubung (33) und dritten Verschraubung (34) auf mit Federscheiben (36) für jede der drei Verschraubungen (32, 33, 34). Der erste Teilkörper (11) und zweite Teilkörper (12) weisen für die drei Verschraubungen (32, 33, 34) um 120° gegeneinander versetzte Durchführungen (71) auf. Im dritten Teilkörper (13) sind für die drei Verschraubungen (32, 33, 34) um 120° gegeneinander versetzte nicht durchgehende Innengewinde (72) vorgesehen. Die Druckeinrichtung (31) ist durch einen Isolierstoffkörper (35) vom ersten Teilkörper (11), zweiten Teilkörper (12) und von den Zwischenräumen (51) elektrisch getrennt und ragt bis in den dritten Teilkörper (13) hinein. Die drei Verschraubungen (32, 33, 34) der Druckeinrichtung (31) werden durch nicht durchgehende Innengewinde (36) an den dritten Teilkörper (13) fixiert und dadurch der Anpressdruck auf das erste Sandwich (21) und das zweite Sandwich (25) beaufschlagt. 1 shows a sectional view of the power semiconductor module according to the invention. The power semiconductor module has a first part body ( 11 ), a second partial body ( 12 ) and a third partial body ( 13 ) on and in each case in a space ( 51 ) a first sandwich ( 21 ) and a second sandwich ( 25 ). The two sandwiches ( 21 . 25 ) are stacked with a first flat metal body ( 22 ), a first power semiconductor device ( 23 ) or second power semiconductor device ( 26 ) and a second flat metal body ( 24 ). The first flat metal body ( 22 ) and the second flat metal body ( 24 ) are used for power transmission by way of example from the first part of the body ( 11 ) to the first power semiconductor device ( 23 ) and of the power semiconductor device ( 23 ) to the second partial body ( 12 ). The first sandwich ( 21 ) and the second sandwich ( 25 ) are replaced by a sealing and centering ring ( 27 ) between the first part bodies ( 11 ), the second partial body ( 12 ) and between the second part body ( 12 ) and the third partial body ( 13 ) and sealed against environmental influences. Furthermore, the power semiconductor module has a printing device ( 31 ) (please refer 3 ) with a first screw connection ( 32 ), second screw connection ( 33 ) and third screw connection ( 34 ) on with spring washers ( 36 ) for each of the three screw connections ( 32 . 33 . 34 ). The first partial body ( 11 ) and second partial bodies ( 12 ) have for the three glands ( 32 . 33 . 34 ) by 120 ° staggered bushings ( 71 ) on. In the third part of the body ( 13 ) are for the three glands ( 32 . 33 . 34 ) by 120 ° staggered non-continuous internal thread ( 72 ) intended. The printing device ( 31 ) is characterized by an insulating material body ( 35 ) of the first part body ( 11 ), second partial body ( 12 ) and of the spaces ( 51 ) electrically separated and protrudes into the third partial body ( 13 ) into it. The three screw connections ( 32 . 33 . 34 ) of the printing device ( 31 ) are made by non-continuous internal thread ( 36 ) to the third partial body ( 13 ) and thereby the contact pressure on the first sandwich ( 21 ) and the second sandwich ( 25 ).

2 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls. Das Modul besteht aus einem ersten Teilkörper (11), zweiten Teilkörper (12) und dritten Teilkörper (13) die in Richtung der Hochachse verlaufende Kühlrippen (14) aufweisen. Weiter ist ein zweiter Lastanschluss (62) auf dem zweiten Teilkörper (12) auf einer in Richtung der Hochachse verlaufenden Abflachung (15) angeordnet. Ein erster Gateanschluss (41) für das erste Leistungshalbleiterbauelement (23) ist auf dem ersten Teilkörper angeordnet und ein zweiter Gateanschluss (42) für das zweite Leistungshalbleiterbauelement (26) ist auf dem zweiten Teilkörper (12) angeordnet. 2 shows a three-dimensional view of the power semiconductor module according to the invention. The module consists of a first partial body ( 11 ), second partial body ( 12 ) and third partial body ( 13 ) running in the direction of the vertical axis cooling fins ( 14 ) exhibit. Next is a second load port ( 62 ) on the second part body ( 12 ) on a flattening running in the direction of the vertical axis ( 15 ) arranged. A first gate connection ( 41 ) for the first power semiconductor device ( 23 ) is arranged on the first part body and a second gate connection ( 42 ) for the second power semiconductor device ( 26 ) is on the second part body ( 12 ) arranged.

3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der gegenüberliegenden Seite des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls gemäß 2. Die drei um 120° gegeneinander versetzte Verschraubungen (32, 33, 34) aufweist, die die Druckeinrichtung (31) darstellen. Ein erster Gateanschluss (41) für das erste Leistungshalbleiterbauelement (23) ist auf dem ersten Teilkörper (11) und ein zweiter Gateanschluss (42) für das zweite Leistungshalbleiterbauelement (26) ist auf dem zweiten Teilkörper (12) angeordnet. Weiter weist das Leistungshalbleitermodul einen ersten Lastanschluss (61) auf dem ersten Teilkörper (11), sowie einen dritten Lastanschluss (63) auf dem dritten Teilkörper (13) auf. Der erste Lastanschluss (61) und der dritte Lastanschluss (63) sind auf einer in Richtung der Hochachse verlaufenden Abflachung (15) angeordnet. 3 shows a three-dimensional view of the opposite side of the power semiconductor module according to the invention according to 2 , The three 120 ° staggered fittings ( 32 . 33 . 34 ) having the printing device ( 31 ). A first gate connection ( 41 ) for the first power semiconductor device ( 23 ) is on the first part body ( 11 ) and a second gate connection ( 42 ) for the second power semiconductor device ( 26 ) is on the second part body ( 12 ) arranged. Furthermore, the power semiconductor module has a first load connection ( 61 ) on the first part body ( 11 ), as well as a third load connection ( 63 ) on the third part body ( 13 ) on. The first load connection ( 61 ) and the third load connection ( 63 ) are on a flattening running in the direction of the vertical axis ( 15 ) arranged.

4a zeigt eine Schaltungsanordnung von Halbleiterbauelementen mit Lastanschlüssen. Die Schaltung weist zwei in Reihe geschaltete Leistungshalbleiterbauelemente (23, 26) auf, mit einem ersten Lastanschluss (61), einem zweiten Lastanschluss (62) und einem dritten Lastanschluss (63). Der erste Lastanschluss (61) ist mit der Anode des ersten Leistungshalbleiterbauelement (23) verbunden, der zweite Lastanschluss jeweils mit der Kathode des ersten Leistungshalbleiterbauelements (23) und der Anode des zweiten Leistungshalbleiterbauelements (26), der dritte Lastanschluss (63) ist mit der Kathode des zweiten Leistungshalbleiterbauelements (26) verbunden. 4a shows a circuit arrangement of semiconductor devices with load terminals. The circuit has two series-connected power semiconductor components ( 23 . 26 ), with a first load terminal ( 61 ), a second load terminal ( 62 ) and a third load connection ( 63 ). The first load connection ( 61 ) is connected to the anode of the first power semiconductor device ( 23 ), the second load connection in each case with the cathode of the first power semiconductor component ( 23 ) and the anode of the second power semiconductor device ( 26 ), the third load connection ( 63 ) is connected to the cathode of the second power semiconductor device ( 26 ) connected.

Claims (6)

Leistungshalbleitermodul mit mindestens drei Teilkörpern (11, 12, 13), mit mindestens einer Druckeinrichtung (31) sowie mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelementen (23, 26), wobei das Leistungshalbleitermodul mit mindestens aus dem ersten Teilkörper (11), dem ersten Leistungshalbleiterbauelement (23), dem zweiten Teilkörper (12), dem zweiten Leistungshalbleiterbauelement (26) und dem dritten Teilkörper (13) sowie der Druckeinrichtung (31) eine derartige gestapelte Bauweise aufweist, dass die Teilkörper (11, 12, 13) zueinander fixiert und die Leistungshalbleiterbauelemente (23, 26) mit Druck beaufschlagt werden, wobei die Druckeinrichtung (31) drei um 120° gegeneinander versetzt angeordnete Schraubverbindungen sind, und wobei die Druckeinrichtung (31) einen Isolierstoffkörper (35) aufweist, der die Druckeinrichtung (31) vom ersten (11) und zweiten Teilkörper (12) isoliert und bis in den dritten Teilkörper (13) hineinragt, wobei die Teilkörper (11, 12, 13) zylindrisch ausgebildet sind und als Kühlvorrichtung, die auf der Mantelfläche in Richtung einer Hochachse verlaufende Kühlrippen (14) aufweisen, sowie als Potentialübertragungsmittel verwendet werden, wobei der erste (11) und der zweite Teilkörper (12) um 120° gegeneinander versetzte Durchführungen (71) und der dritte Teilkörper (13) um 120° gegeneinander versetzte nicht durchgehende Innengewinde (72) aufweist.Power semiconductor module with at least three partial bodies ( 11 . 12 . 13 ), with at least one printing device ( 31 ) and at least two power semiconductor components ( 23 . 26 ), wherein the power semiconductor module with at least from the first partial body ( 11 ), the first power semiconductor device ( 23 ), the second partial body ( 12 ), the second power semiconductor device ( 26 ) and the third partial body ( 13 ) and the printing device ( 31 ) has a stacked construction such that the partial bodies ( 11 . 12 . 13 ) fixed to one another and the power semiconductor components ( 23 . 26 ) are pressurized, the pressure device ( 31 ) are three offset by 120 ° to each other arranged screw, and wherein the pressure device ( 31 ) an insulating material body ( 35 ) having the printing device ( 31 ) from the first ( 11 ) and second part body ( 12 ) and into the third partial body ( 13 protruding), wherein the partial body ( 11 . 12 . 13 ) are cylindrical and, as a cooling device, the cooling ribs extending on the lateral surface in the direction of a vertical axis ( 14 ) as well as being used as potential transfer means, the first ( 11 ) and the second partial body ( 12 ) by 120 ° staggered bushings ( 71 ) and the third partial body ( 13 ) by 120 ° staggered non-continuous internal thread ( 72 ) having. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Lastanschlüsse (61, 62, 63) auf den ersten (11), zweiten (12) und/oder dritten Teilkörper (13) angeordnet sind und die Teilkörper in Richtung der Hochachse eine abgeflachte Anschlussoberfläche (15) bei den Lastanschlüssen (61, 62, 63) aufweist.Power semiconductor module according to claim 1, characterized in that load connections ( 61 . 62 . 63 ) at first ( 11 ), second ( 12 ) and / or third partial body ( 13 ) are arranged and the part body in the direction of the vertical axis a flattened connection surface ( 15 ) at the load terminals ( 61 . 62 . 63 ) having. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der erste (11) und der zweite Teilkörper (12) in Kunststoff eingeschlossene Gateanschlüsse (41, 42) aufweisen.Power semiconductor module according to claim 1, characterized in that the first ( 11 ) and the second partial body ( 12 ) in plastic enclosed gate terminals ( 41 . 42 ) exhibit. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul ein erstes (21) und eine zweites Sandwich (25) aufweist, wobei das erste (21) und zweite Sandwich (25) in einem jeweiligen Zwischenraum (51) angeordnet ist, wobei das erste (21) und zweite Sandwich (25) aus einem ersten flächigen Metallkörper (22), einem Leistungshalbleiterbauelement sowie einem zweiten flächigen Metallkörper (24) besteht.Power semiconductor module according to claim 1, characterized in that the power semiconductor module is a first ( 21 ) and a second sandwich ( 25 ), the first ( 21 ) and second sandwich ( 25 ) in a respective space ( 51 ), the first ( 21 ) and second sandwich ( 25 ) of a first flat metal body ( 22 ), a power semiconductor component and a second flat metal body ( 24 ) consists. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das erste (21) und das zweite Sandwich (25) mit einem Dicht- und Zentrierring (27) zwischen den Teilkörpern fixiert und abgedichtet ist.Power semiconductor module according to claim 4, characterized in that the first ( 21 ) and the second sandwich ( 25 ) with a sealing and centering ring ( 27 ) is fixed and sealed between the partial bodies. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 und 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleiterbauelemente (23, 26) antiparallel, parallel oder in Reihe verschalten sind.Power semiconductor module according to claim 1 and 4, characterized in that the power semiconductor components ( 23 . 26 ) are connected in anti-parallel, parallel or series connection.
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