-
Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungshalbleitermodule. Leistungshalbleitermodule weisen zu ihrer externen elektrischen Kontaktierung üblicherweise Lastanschlüsse auf, über die hohe Lastströme von beispielsweise mehr als 200 A fließen können. Zum schnellen Schalten dieser Lastströme weist das Leistungshalbleitermodul einen oder mehrere steuerbare Leistungshalbleiterschalter auf, mit denen mindestens ein solcher Lastanschluss elektrisch verbunden ist. Aufgrund unvermeidlicher Streuinduktivitäten, die durch die elektrische Verbindung zwischen den betreffenden Leistungshalbleiterschaltern und den Anschlusskontakten verursacht werden, treten insbesondere beim Abschalten der Leistungshalbleiterschalter hohe Spannungsspitzen auf, durch die die Leistungshalbleiterschalter zerstört werden können. Deshalb wird generell versucht, sowohl interne Verbindungsleitungen zwischen den betreffenden Leistungshalbleiterchips und dem Anschlusskontakt als auch mit dem Anschlusskontakt verbundene, modulexterne Anschlussleiter möglichst niederinduktiv auszuführen. Allerdings besitzt der Verbindungsbereich, an dem ein modulexterner Anschlussleiter mit dem Leistungshalbleitermodul verschraubt ist, einen signifikanten Anteil der Gesamtinduktivität.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Leistungshalbleitermodul bereitzustellen, das mit einem externen Anschlussleiter verschraubbar ist, so dass die Gesamtanordnung nach dem Verschrauben eine geringe Induktivität aufweist. Weitere Aufgaben bestehen darin, ein Leistungshalbleitermodulsystem und eine Leistungshalbleitermodulanordnung mit jeweils einem Leistungshalbleitermodul und einem externen Anschlussleiter bereitzustellen, bei dem der Anschlussleiter niederinduktiv mit dem Leistungshalbleitermodul verschraubbar bzw. verschraubt ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiteranordnung, bei dem ein Leistungshalbleitermodul mit einem externen Anschlussleiter niederinduktiv verschraubt ist.
-
Diese Aufgaben werden durch ein Leistungshalbleitermodul gemäß Patentanspruch 1, durch ein Leistungshalbleitermodulsystem gemäß Patentanspruch 10, durch eine Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Patenanspruch 11 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
-
Das in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Leistungshalbleitermodul weist ein Gehäuse auf, sowie mindestens einen in diesem Gehäuse angeordneten Leistungshalbleiterchip. Außerdem ist mindestens eine Anschlusslasche zur externen elektrischen Kontaktierung des Leistungshalbleitermoduls vorgesehen, die im Inneren des Gehäuses elektrisch leitend an dem Leistungshalbleiterchip angeschlossen ist, und die sich bis zur Außenseite des Gehäuses erstreckt und dort mit einem Verbindungsanschluss zum Herstellen einer externen elektrischen Verbindung des Leistungshalbleitermoduls versehen ist. Das Leistungshalbleitermodul weist außerdem ein Federelement auf, das zumindest teilweise außerhalb des Gehäuses angeordnet und in einem zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem Verbindungsanschluss befindlichen Abschnitt der Anschlusslasche elektrisch leitend mit der Anschlusslasche verbunden ist. Das Federelement ist so ausgebildet, dass es nach einem Verschrauben eines vom Leistungshalbleitermodul unabhängigen, modulexternen Anschlussleiters mit dem Verbindungsanschluss einen elektrisch leitenden Druckkontakt mit dem Anschlussleiter ausbildet.
-
Wird bei einem Leistungshalbleitermodulsystem, welches ein solches Leistungshalbleitermodul und einen modulexternen Anschlussleiter umfasst, der modulexterne Anschlussleiter mit dem Verbindungsanschluss verschraubt, so entsteht eine Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der zwischen dem Anschlussleiter und dem Federelement ein elektrisch leitender Druckkontakt ausgebildet ist.
-
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Leitungshalbleitermodulanordnung wird zunächst ein solches Leistungshalbleitermodulsystem bereitgestellt. Dann wird der Anschlussleiter mit dem Anschraubbereich unter Ausbildung eines Druckkontaktes zwischen dem Anschlussleiter und dem Federelement verschraubt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, das mit Federelementen versehene Anschlusslaschen aufweist;
-
2 eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Leistungshalbleitermoduls;
-
3 einen Vertikalschnitt durch das mit einem externen Anschlussleiter verbundene Leistungshalbleitermodul gemäß den 1 und 2;
-
4 eine perspektivischen Ansicht eines anderen Leistungshalbleitermoduls, welches mehrere Schraubanschlüsse aufweist, die jeweils elektrisch leitend mit einem Federelement zur Kontaktierung eines modulexternen Anschlussleiters versehen sind;
-
5 eine perspektivische Ansicht des in 4 gezeigten Leistungshalbleitermoduls bei entferntem Gehäusedeckel;
-
6 eine mögliche Ausgestaltung des bei dem Leistungshalbleiter gemäß den 4 und 5 verwendeten Federelements;
-
7A eine Seitenansicht eines weiteren Federelements;
-
7B eine weitere Seitenansicht des in 7A gezeigten Federelements;
-
8A eine Seitenansicht eines weiteren Federelements;
-
8B eine weitere Seitenansicht des Federelements gemäß 8A;
-
8C eine weitere Seitenansicht des Federelements gemäß den 8A und 8B;
-
9A eine Draufsicht auf den Anschlussbereich einer mit einer Montageöffnung versehenen Anschlusslasche; und
-
9B eine Draufsicht auf den Anschlussbereich einer mit einer Montagenut versehenen Anschlusslasche.
-
Die nachfolgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, welche einen Teil der Beschreibung bilden, und in denen anhand konkreter Ausgestaltungen erläutert wird, auf welche Weise die Erfindung realisiert werden kann. Diesbezügliche Richtungsangaben wie z. B. ”oben”, ”unten”, ”vorne” ”hinten”, ”vordere” ”hintere” etc. werden in Bezug auf die Ausrichtung der erläuterten Figuren verwendet. Da die Elemente in den Ausgestaltungen in einer Vielzahl von verschiedenen Orientierungen angeordnet werden können, dient die richtungsgebundene Terminologie lediglich zur anschaulichen Erläuterung der Figuren und ist in keiner Weise als beschränkend zu verstehen. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch andere Ausgestaltungen umfassen kann. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass beliebige Merkmale der verschiedenen nachfolgend beschriebenen beispielhaften Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes erwähnt ist, oder sofern nicht die Kombination bestimmter Merkmale aus technischen Gründen ausgeschlossen ist.
-
1 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul 100. Das Modul 100 weist ein Gehäuse 1 auf, sowie eine metallische Bodenplatte 8. In dem Gehäuse 1 sind ein oder mehrere Isolationssubstrate 9 angeordnet. Jedes der Isolationssubstrate 9 umfasst ein flaches Keramikplättchen, welches auf seiner dem Modulinneren zugewandten Oberseite mit einer Metallisierung versehen ist, die zu Leiterbahnen und/oder Leiterflächen strukturiert ist. Auf ihren dem Modulinneren abgewandten Unterseiten können die Keramikplättchen ebenfalls eine Metallisierung aufweisen, die im Allgemeinen nicht strukturiert ist, die jedoch im Bedarfsfall strukturiert sein kann. Bei einem jedem der Substrate 9 sind die obere Metallisierung und die untere Metallisierung – soweit eine solche vorgesehen ist – durch das Keramikplättchen elektrisch voneinander isoliert. In jedem Fall sind die oberen Metallisierungen aller Isolationssubstrate 9 durch ihr jeweiliges Keramikplättchen gegenüber der Bodenplatte 8 elektrisch isoliert.
-
Weiterhin sind auf zumindest einem der Isolationssubstrate 9 ein oder mehrere Leistungshalbleiterchips 2 angeordnet. Bei den Leistungshalbleiterchips 2 kann es sich beispielsweise um IGBTs, MOSFETs, J-FETs, Dioden, Thyristoren oder beliebige andere Leistungshalbleiterbauelemente handeln.
-
Die schaltungsgerechte Verschaltung der Leistungshalbleiterchips 2 erfolgt mittels der oberen strukturierten Metallisierungen der Substrate 9. Optional können zur Verschaltung der Leistungshalbleiterchips 2 außerdem weitere elektrisch leitende Verbindungselemente wie z. B. Bonddrähte, metallische Verbindungsbügel (”Clips”) oder dergleichen vorgesehen sein.
-
Mit Hilfe einer solchen elektrischen Verschaltung kann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Lastanschluss eines Leistungshalbleiterchips 2 und einer Anschlusslasche 3, 4, 5 hergestellt werden. Die Anschlusslaschen 3, 4, 5 dienen dazu, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem oder mehreren der Leistungshalbleiterchips 2 und einer oder mehreren modulexternen Komponenten, zum Beispiel einem Zwischenkreiskondensator, einer Versorgungsspannung oder einer Last, zu ermöglichen. Hierzu erstreckt sich eine jede der Anschlusslaschen 3, 4, 5 vom Inneren des Moduls 100 durch die Oberseite des Gehäuses 1 hindurch bis zur Außenseite des Moduls 100. Eine jede der Anschlusslaschen 3, 4, 5 ist elektrisch leitend mit einem oder mehreren Lastanschlüssen von wenigstens einem der Leistungshalbleiterchips 2 verbunden. Bei einem Lastanschluss kann es sich z. B. um einen Anoden-, einen Kathoden, einen Source-, einen Drain-, einen Emitter- oder einen Kollektoranschluss handeln.
-
Um die elektrischen Verluste des Moduls 100 niedrig zu halten, bestehen die Anschlusslaschen 3, 4, 5 aus einem elektrisch gut leitenden Material, beispielsweise aus Kupfer oder einer Legierung mit mehr als 90% Kupfer. Eine jede der Anschlusslaschen 3, 4, 5 ist außerdem für hohe Ströme ausgelegt und weist deshalb, abhängig von der mit dem Modul 100 realisierten Applikation, eine bestimmte Stromtragfähigkeit, beispielsweise 200 A, auf. Hierzu kann eine jede der Anschlusslaschen 3, 4, 5 einen vorgegebenen minimalen Leiterquerschnitt aufweisen, der an jeder Stelle zwischen dem Fußbereich und dem Anschraubbereich 35, 45, 55 der betreffenden Anschlusslasche 3, 4, 5 vorliegen muss. Der minimale Leiterquerschnitt einer jeder der Anschlusslaschen 3, 4, 5 kann beispielsweise 3,2 mm2.
-
Um im Inneren des Moduls 100 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Anschlusslaschen 3, 4, 5 und einem Leistungshalbleiterchip 2 herzustellen, kann beispielsweise die einem Substrat 9 zugewandte Unterseite der betreffenden Anschlusslasche 3, 4, 5 mit der strukturierten oberen Metallisierung eines der Isolationssubstrate 9 verlötet, verschweißt oder elektrisch leitend verklebt sein. Ebenso kann jedoch ein Bonddraht eingesetzt werden, der zum Einen an einen substratseitigen Fußbereich der betreffenden Anschlusslasche 3, 4, 5 und zum Anderen an die strukturierte obere Metallisierung des betreffenden Substrates 9 oder an eine obere Kontaktfläche eines der Leistungshalbleiterchips 2 gebondet sein. Alternativ oder ergänzend dazu ist es auch möglich, dass die einem Substrat 9 zugewandte Unterseite einer Anschlusslasche 3, 4, 5 an eine obere Kontaktfläche eines der Leistungshalbleiterchips 2 gelötet ist.
-
Wie anhand von 2, welche eine perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Leistungshalbleitermoduls 100 zeigt, zu erkennen ist, treten die Anschlusslaschen 3, 4, 5 an der der Bodenplatte 8 abgewandten Oberseite des Gehäuses 1 aus dem Gehäuse 1 aus und weisen außerhalb des Gehäuses 1 jeweils einen Anschraubbereich 35, 45 bzw. 55 auf, an dem die betreffende Anschlusslasche 3, 4, 5 mit einer modulexternen Komponente verschraubt werden kann.
-
Bei dem vorliegenden Beispiel sind die Anschraubbereiche 35, 45 bzw. 55 jeweils als Anschrauböffnung mit umliegend blanker metallischer Kontaktfläche in einem parallel zur Oberseite des Gehäuses 1 verlaufenden Abschnitt der betreffenden Anschlusslasche 3, 4, 5 ausgebildet, unterhalb der jeweils eine Schraubenmutter verdrehsicher in eine Vertiefung des Gehäuses 1 eingelegt ist, so dass eine modulexterne Komponente, beispielsweise ein Anschlussleiter, unter Verwendung einer Schraube, welche in die Schraubenmutter eingedreht wird, verschraubt werden kann, wodurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der modulexternen Komponente und dem betreffenden Anschlusskontakt 3, 4, 5 entsteht.
-
Weiterhin ist für eine jede der beiden Anschlusslaschen 3 und 4 jeweils ein Federelement 6 bzw. 7 vorgesehen. Ein jedes dieser Federelement 6, 7 weist einen Fußbereich 6b bzw. 7b auf, der beispielsweise in eine an der Oberseite des Gehäuses 1 ausgebildete Vertiefung eingesetzt und dort mit dem Gehäuse form- und/oder kraftschlüssig gegen Herausfallen gesichert ist.
-
Weiterhin ist sind die Federelemente 6, 7 in jeweils einem Abschnitt der betreffenden Anschlusslasche 3 bzw. 4, der sich schaltungstechnisch zwischen dem Anschraubbereich 35 bzw. 45 der betreffenden Anschlusslasche 3 bzw. 4 und einem Leistungshalbleiterchip 2, mit dem die betreffende Anschlusslasche 3 bzw. 4 verbunden ist, elektrisch leitend mit der betreffenden Anschlusslasche 3 bzw. 4 verbunden. Die Stelle der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Federelement 6, 7 und der zugehörigen Anschlusslasche 3 bzw. 4 befindet sich also beim Betrieb des Leistungshalbleitermoduls 100 in Richtung des Stromflusses durch die betreffende Anschlusslasche 3, 4 zwischen dem Anschraubbereich 35 bzw. 45 dieser Anschlusslasche 3 bzw. 4 und dem Leistungshalbleiterchip 2, an dem die betreffende Anschlusslasche 3 bzw. 4 elektrisch angeschlossen ist.
-
Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Federelement 6, 7 und der zugehörigen Anschlusslasche 3 bzw. 4 kann beispielsweise als Druckkontaktverbindung ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend dazu können eine Anschlusslasche 3, 4 und das zugehörige Federelement 6 bzw. 7 auch einstückig ausgebildet oder fest, beispielsweise durch Löten, Schweißen, elektrisch leitendes Kleben, Nieten oder Verpressen miteinander verbunden sein.
-
Weiterhin weisen die Felderelemente 6, 7, beispielsweise an ihren dem Gehäuse 1 abgewandten Seiten, jeweils wenigstens eine federnde Kontaktzunge 61, 62 bzw. 71, 72 mit jeweils einem Kontaktbereich 61t, 62t, 71t bzw. 72t auf. Wie in 3 dargestellt ist, dienen diese Kontaktbereiche 61t, 62t, 71t, 72t dazu, einen Druckkontakt zu einer modulexternen Komponente, beispielsweise zu einem Anschlussleiter 201 bzw. 202, herzustellen, die an dem Anschraubbereich 35 bzw. 45 der dem betreffenden Federelement 6 bzw. 7 zugeordneten Anschlusslasche 3 bzw. 4 mit dieser Anschlusslasche 3 bzw. 4 verschraubt ist.
-
Es besteht also nach dem Anschrauben des modulexternen Anschlussleiters 201 an die Anschlusslasche 3 ein Druckkontakt zwischen dem Anschlussleiter 201 und dem Kontaktbereich 61t, 62t einer jeder der Kontaktzungen 61, 62 des unabhängig von diesem Druckkontakt elektrisch mit der Anschlusslasche 3 verbundenen Federelements 6. Somit ist das Federelement 6 elektrisch parallel zu einem den Anschraubbereich 35 umfassenden Abschnitt der Reihenschaltung aus der Anschlusslasche 3 und dem Anschlussleiter 201 geschaltet, wodurch die Induktivität der Anordnung im Vergleich zu einer Anordnung, die das Federelement 6 nicht aufweist, aber ansonsten identisch aufgebaut ist, reduziert ist.
-
Entsprechend besteht nach dem Anschrauben des modulexternen Anschlussleiters 202 an die Anschlusslasche 4 ein Druckkontakt zwischen dem Anschlussleiter 202 und dem Kontaktbereich 71t, 72t einer jeder der Kontaktzungen 71, 72 des unabhängig von diesem Druckkontakt elektrisch mit der Anschlusslasche 4 verbundenen Federelements 7. Das Federelement 7 ist dadurch elektrisch parallel zu einem den Anschraubbereich 45 umfassenden Abschnitt der Reihenschaltung aus der Anschlusslasche 4 und dem Anschlussleiter 202 geschaltet, wodurch die Induktivität der Anordnung im Vergleich zu einer Anordnung, die das Federelement 7 nicht aufweist, aber ansonsten identisch aufgebaut ist, reduziert ist.
-
Durch die induktivitätsreduzierende Wirkung der Federelemente 6 und 7 kommt es zu einer signifikanten Verringerung der eingangs erläuterten, induktiv bedingten Spannungsspitzen während des Schaltbetriebs des Leistungshalbleitermoduls 100.
-
Wie bei dem vorliegenden Leistungshalbleitermodul 199 am Beispiel der Anschlusslasche 5 gezeigt ist, muss nicht notwendigerweise jede mit einem Lastanschluss eines Leistungshalbleiterchips 2 verbundene Anschlusslasche 5 mit einem Federelement entsprechen den Federelementen 6 und 7 versehen sein. Das vorliegend gezeigte Leistungshalbleitermodul 100 kann beispielsweise eine mit den Leistungshalbleiterchips 2 gebildete Brückenschaltung zum Betrieb einer modulexternen, induktiven Last aufweisen, welche an die Anschlusslasche 5 angeschlossen wird. Wenn die Induktivitätsverringerung, die ein entsprechend den Federelementen 6, 7 an die Anschlusslasche 5 angebrachtes Federelement bewirken würde, sehr klein ist im Vergleich zu der Induktivität der anzuschließenden Last, so kann bei der Anschlusslasche 5 auf den Einsatz eines solchen Federelements verzichtet werden. Außerdem kommt bei der Anschlusslasche 5 – anders als bei den Anschlusslaschen 3 und 4 – aufgrund der extern angeschlossenen induktiven Last zu keinen schnellen Stromänderungen (dI/dt), weshalb an der Anschlusslasche 5 geringere Überspannungen auftreten als an den Anschlusslaschen 3 und 4.
-
Grundsätzlich kann jedoch auch eine zum Anschluss einer externen Last vorgesehene Anschlusslasche 5, unabhängig von der Induktivität der anzuschließenden Last, mit einem Federelement ausgestattet sein, das eine induktivitätsreduzierende Funktion aufweist, wie sie anhand der Federelemente 6, 7 beispielhaft erläutert wurde.
-
Grundsätzlich kann die Form eines einer Anschlusslasche zugeordneten induktivitätsreduzierenden Federelementes beliebig gewählt werden, solange das Federelement die Funktion erfüllt, dass es – bei einer modulextern an diese Anschlusslasche angeschlossenen Komponente – elektrisch parallel zu einem den Anschraubbereich dieser Anschlusslasche umfassenden Abschnitt der Reihenschaltung aus dieser Anschlusslasche und der modulexternen Komponente geschaltet ist.
-
Bei einem Leistungshalbleitermodul 100, wie es in den 1 bis 3 gezeigt ist, können die Anschlusslaschen 3 und 4 beispielsweise dazu dienen, das Leistungshalbleitermodul 100 an eine Versorgungsspannung und/oder an einen Zwischenkreiskondensator anzuschließen. Um hierbei die Gesamtinduktivität gering zu halten, können die Anschlusslaschen 3 und 4 modulintern zumindest abschnittweise parallel geführt sein.
-
Die Anschlussleiter 201 und 202 sind durch ein dazwischen befindliches Dielektrikum 210 elektrisch gegeneinander isoliert. Sie können beispielsweise als ungebogene oder gebogene Bleche ausgebildet sein, die im Wesentlichen parallel und in geringem Abstand voneinander angeordnet sind, so dass sie eine geringe Induktivität aufweisen.
-
Der untere Anschlussleiter 201 ist im Anschraubbereich 35 mittels einer Schraube 301 mit dem Anschlusskontakt 3 verschraubt. Die Breite des Anschlussleiters 201 ist so gewählt, dass er sich bis über die Kontaktzungen 61 und 62 des Federelements 6 erstreckt, so dass die Kontaktzungen 61 und 62 beim Verschrauben des Anschlussleiters 201 entgegen der Federkraft des Federelements 6 in Richtung des Gehäuses 1 gedrückt werden, wodurch an den Kontaktbereichen 61t und 62t eine elektrisch leitende Druckkontaktverbindung zwischen den Kontaktzungen 61 und 62 und dem unteren Anschlussleiter 201 entsteht.
-
Entsprechend erstreckt sich der obere Anschlussleiter 202 in seitlicher Richtung bis über die Kontaktzungen 71 und 72 des Federelements 7. Beim Verschrauben des oberen Anschlussleiters 202 mit der Anschlusslasche 4 an deren Anschraubbereich 45 werden die Kontaktzungen 71 und 72 des Federelements 7 durch den oberen Anschlussleiter 202 entgegen der Federkraft des Federelements 7 in Richtung des Gehäuses 1 gedrückt, so dass an den Kontaktstellen 71t, 72t eine elektrische leitende Druckkontaktverbindung zwischen dem Federelement 7 und dem oberen Anschlussleiter 202 entsteht.
-
Wie anhand von 1 außerdem zu erkennen ist, kann ein Anschraubbereich 35, 45 optional zwischen zwei benachbarten Kontaktzungen 61, 62 bzw. 71, 72 desselben Federelements 6 bzw. 7 angeordnet sein.
-
Zur der Herstellung eines solchen Leistungshalbleitermoduls 100 kann auf die mit den Isolationssubstraten 3, den Leistungshalbleiterchips 2 und den Anschlusslaschen 3, 4, 5 bestückte Bodenplatte 8 das Gehäuse 1 aufgesetzt werden. Hierbei sind die Anschlusslaschen 3, 4, 5 an ihren Verbindungsbereichen 35, 45 bzw. 55 noch nicht umgebogen, so dass sie beim Aufsetzen des Gehäuses 1 durch vorbereitete Öffnungen in der Oberseite des Gehäuses 1 eingeführt werden können. Die aus dem Gehäuse 1 herausragenden Abschnitte der Anschlusslaschen 3, 4, 5 können zu einem späteren Zeitpunkt umgebogen werden, so dass sie beispielsweise parallel zur Oberseite des Gehäuses 1 verlaufen. Vor dem Umbiegen können auch die erläuterten Schraubenmuttern verdrehsicher in vorbereitete Vertiefungen im Gehäuse 1 eingesetzt werden. Das spätere Umbiegen der aus dem Gehäuse 1 herausragenden Abschnitte der Anschlusslaschen 3, 4, 5 erfolgt so, dass die Schraubenmuttern durch die umgebogenen Abschnitte in ihren Vertiefungen herausfallsicher gehalten werden, und dass die Gewindebohrungen einer jeder der Schraubenmuttern mit dem Anschraubbereich 35, 45 bzw. 55 der jeweiligen Anschlusslasche 3, 4 bzw. 5 fluchtet.
-
Nach dem Aufsetzen des Gehäuses 1 auf die bestückte Bodenplatte 8 können die Federelemente 6 und 7 zu jedem beliebigen Zeitpunkt in die dafür jeweils vorgesehene Vertiefung an der Oberseite des Gehäuses 1 eingesetzt werden. Das Einsetzten der Federelemente 6 und 7 kann vor, während oder nach dem Umbiegen der aus dem Gehäuse 1 herausragenden Abschnitte der Anschlusslaschen 3 und 4 erfolgen.
-
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines anderen Leistungshalbleitermoduls 100, bei dem jede der Anschlusslaschen 3, 4, 5 mehrere Anschraubbereiche 35, 45 bzw. 55 aufweist, die separat von den anderen Anschraubbereichen 35, 45 bzw. 55 derselben Anschlusslasche 3, 4, 5 aus dem Gehäuse 1 herausgeführt sind, wobei die verschiedenen Anschraubbereiche 35, 45, 55 im Inneren des Gehäuses 1 elektrisch leitend miteinander verbunden sind, was aus 5, welche die bestückte Bodenplatte 8 vor der Montage des Gehäuses 1 und vor dem Umbiegen der die Anschraubbereichen 35, 45, 55 aufweisenden Abschnitte der Anschlusslaschen 3, 4 bzw. 5 zeigt, ersichtlich ist.
-
Ergänzend sind in 5 außerdem die Federelemente 6 und 7 der Anschlusslaschen 3 bzw. 4 an ihren endgültigen Positionen dargestellt, um die relative Anordnung der Anschlusslaschen 3, 4 und der zugehörigen Federelemente 6 bzw. 7 zu verdeutlichen. Tatsächlich werden die Anschlusslaschen 3 und 4 jedoch erst nach der Montage des Gehäuses 1 auf der bestückten Bodenplatte 8 mit den zugehörigen Federelementen 6 bzw. 7 versehen. Falls ein Federelement 6, 7 nicht nur eine sondern mehrere Kontaktzungen 61–67 bzw. 71–77 aufweist, können diese Kontaktzungen 61–67 bzw. 71–77 durch einen Verbindungsabschnitt 60 bzw. 70 des betreffenden Federelements 6 bzw. 7 miteinander verbunden sein. Ein derartiger Verbindungsabschnitt 60 bzw. 70 kann dabei parallel zur Oberseite des Gehäuses 1 verlaufen. 6 zeigt die in den 4 und 5 dargestellten Federelemente 6 und 7 als separate Teile.
-
Anders als die in den 1 bis 3 gezeigten Federelemente 6, 7 sind die Federelemente 6, 7 gemäß den 4 bis 6 an ihren dem Modulinneren zugewandten Unterseiten 6b bzw. 7b nicht gekrümmt. Um dennoch zu erreichen, dass diese Federelemente 6, 7 verliersicher mit dem Leistungshalbleitermodul 100 verbunden bleiben, können sie nach dem Einstecken in eine dafür jeweils vorgesehene Vertiefung oder Aussparung des Gehäuses 1 mit der zugehörigen Anschlusslasche 6 bzw. 7 verlötet, verschweißt oder elektrisch leitend verklebt werden.
-
Alternativ oder ergänzend ist es jedoch auch möglich, die Abmessungen der Vertiefung oder der Aussparung etwas kleiner zu wählen als die Abmessungen des einzusetzenden Federelements 6 bzw. 7, so dass das Federelement 6 bzw. 7 unter Verdrängung oder Verbiegung des Gehäusematerials in die vorgesehenen Vertiefung eingepresst werden kann und dort durch die von dem Gehäuse ausgeübte Gegenkraft kraftschlüssig gehalten wird. Der Kontakt zwischen dem Federelement 6 bzw. 7 und der zugehörigen Anschlusslasche 3 bzw. 4 kann in diesem Fall als Druckkontakt ausgeführt sein, der die Anpresskraft nutzt, die entsteht, wenn eine modulexterne Komponente wie zum Beispiel ein in 3 gezeigter Anschlussleiter 201 bzw. 202 mit der zugehörigen Anschlusslasche 3 bzw. 4 verschraubt wird.
-
Ebenso ist es jedoch möglich, die Unterseite 6b, 7b eines solchen Federelements 6, 7 durchgehend oder zumindest an einzelnen Stellen entsprechend den Unterseiten 6b bzw. 7b der in den 2 und 3 gezeigten Federelement 6 und 7 gekrümmt auszugestalten, so dass das Federelement 6 bzw. 7 beim Einstecken in die dafür vorgesehene Vertiefung an der Gehäuseoberseite eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Gehäuse 1 ausbildet, welche unter anderem auf der Federkraft der gekrümmten Unterseite 6b bzw. 7b beruht.
-
Anhand der 4 und 5 ist zu erkennen, dass sich ein Federelement 6, 7 in seitlicher Richtung, d. h. in einer Richtung parallel zur Oberseite des Gehäuses 1, über mehrere Anschraubbereiche 35 bzw. 45 derselben Anschlusslasche 3 bzw. 4 erstrecken kann. Hierbei kann das betreffende Federelement 6, 7 drei oder mehr Kontaktzungen 61–67 bzw. 71–77 aufweisen, die so angeordnet sind, dass jeder Anschraubbereich 35 bzw. 45 einer Anschlusslasche 3 bzw. 4 zwischen wenigstens zwei Kontaktzungen 61–67 bzw. 71–77 des zugehörigen Federelements 6 bzw. 7 angeordnet ist, und/oder dass zwischen zwei beliebigen Anschraubbereichen 35 bzw. 45 derselben Anschlusslasche 3 bzw. 4 jeweils wenigstens eine Kontaktzunge 63–65 bzw. 73–75 des zugehörigen Federelements 6 bzw. 7 angeordnet ist.
-
Wie 5 weiterhin zu entnehmen ist, kann eine Anschlusslasche 3, 4 zwei oder mehr Fußbereiche aufweisen, die auf unterschiedlichen Isolationssubstraten 9 angeordnet und dort mit dem jeweiligen Isolationssubstrat 9 mit der oberen Metallisierung des betreffenden Isolationssubstrats 9 und/oder mit einem Lastanschluss eines auf dem betreffenden Isolationssubstrats 9 angeordneten Leistungshalbleiterchips 2 verlötet, verschweißt oder elektrisch leitend verklebt ist. Hierdurch können beispielsweise zwei oder mehr identische, auf verschiedenen Isolationssubstraten 9 realisierte Schaltungen elektrisch parallel geschaltet werden, wenn das Leistungshalbleitermodul 100 für hohe Ströme ausgelegt werden soll.
-
Grundsätzlich können solche Federelemente 6, 7 verschiedenste Ausgestaltungen aufweisen. Hierzu wird in den 7A und 7B anhand verschiedener Seitenansichten beispielhaft eine weitere Ausgestaltung eines Federelements 6 gezeigt. Das Federelement 6 ist an seiner dem Modulinneren zugewandten Seite im Querschnitt wannenförmig ausgestaltet, so dass zwei in seitlicher Richtung einander gegenüberliegende Abschnitte entstehen, die an der Unterseite 6b durch einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind.
-
Weiterhin ist das Federelement 6 an einem an einer Kontaktzunge 69 ausgebildeten ersten Ende zur Ausbildung eines federelastischen Kontaktbereichs 69t gekrümmt. Dieser Kontaktbereich 69t dient wie vorangehend anhand der Kontaktbereiche 61t, 71t beschrieben zur elektrischen Druckkontaktierung einer modulexternen, an das Leistungshalbleitermodul 100 angeschlossenen Komponente. Wie außerdem anhand von 7B zu erkennen ist, können beliebig viele weitere Kontaktzungen 61 bis 68 vorgesehen sein, die ebenfalls jeweils ein gekrümmtes Ende zur Ausbildung eines federelastischen Kontaktbereichs 61t bis 68t aufweisen.
-
An einem anderen Ende kann das Federelement 6 ebenfalls einen federelastisch gekrümmten Abschnitt 6f aufweisen. Dieser Abschnitt 6f kann dazu eingesetzt werden eine kraftschlüssige Verbindung mit einem Modulgehäuse 1 zu realisieren und/oder dazu, einen elektrisch leitenden Druckkontakt zu einem Anschlusskontakt eines Leistungshalbleitermoduls 100 herzustellen.
-
Die 8A bis 8C zeigen weitere Beispiele für mögliche Ausgestaltungen eines Federelements 6.
-
9A zeigt eine Draufsicht auf einen außerhalb des Gehäuses angeordneten, flachen Abschnitt einer Anschlusslasche 3, 4, 5; der einen Anschlussbereich 35, 45 bzw. 55 aufweist, welcher als kreisförmige bzw. zylindrische Montageöffnung ausgebildet ist. Die Herstellung der Montageöffnung kann beispielsweise durch Ausstanzen oder Bohren erfolgen. Abweichend davon kann eine solche Montageöffnung auch eine beliebige andere Form als kreisförmig oder zylindrisch aufweisen.
-
9B zeigt eine Draufsicht auf eine alternative Ausgestaltung eines außerhalb des Gehäuses angeordneten, flachen Abschnitt einer Anschlusslasche 3, 4, 5. Dieser Abschnitt weist einen Anschlussbereich 35, 45 bzw. 55 auf, welcher durch eine Nut gegabelt ausgebildet ist. Die Herstellung der Nut kann beispielsweise durch Ausstanzen oder Fräsen erfolgen.
-
Die vorliegende Erfindung wurde vorangehend beispielhaft anhand von Leistungshalbleitermodulen 100 erläutert, die eine metallische Bodenplatte 8 aufweisen, auf denen die Isolationsträger 9 angeordnet sind. Bei alternativen Ausgestaltungen kann jedoch auf eine derartige metallische Bodenplatte 8 verzichtet werden. In solchen Fällen bilden der Isolationsträger 9 oder im Falle von mehreren Isolationsträgern 9 deren Verbund die eine Bodenplatte des Leistungshalbleitermoduls 100.
-
Bei allen Ausgestaltungen kann das Gehäuse 1 noch ganz oder teilweise mit einer isolierenden Vergussmasse verfüllt sein, um die Isolationsfestigkeit des Moduls 100 zu erhöhen.
-
Die Erfindung lässt sich außerdem auch bei Modulen anwenden, bei denen das Gehäuse durch eine Spritz- oder Gießmasse gebildet ist, in die zumindest der oder die Leistungshalbleiterchips 2 und die innerhalb des Gehäuses angeordneten Abschnitte der Anschlusslaschen 3, 4, 5 eingebettet und dadurch fixiert sind. Eine derartige Anordnung lässt sich beispielsweise durch Umspritzen oder Umgießen einer bestückten Bodenplatte erfolgen, wie sie in 5 gezeigt ist. Das Umspritzen oder Umgießen erfolgt so, dass zumindest die Leistungshalbleiterchips 2 von der verwendeten Spritz- oder Gießmasse vollständig bedeckt sind, während die Anschlussbereiche 35, 45, 55 und die Kontaktzungen 61–67 im 71–77 frei bleiben.
