DE102012213573B3 - Halbleitermodulanordnung und verfahren zur herstellung und zum betrieb einer halbleitermodulanordnung - Google Patents

Halbleitermodulanordnung und verfahren zur herstellung und zum betrieb einer halbleitermodulanordnung Download PDF

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Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Halbleitermodulanordnung. Diese umfasst ein Halbleitermodul (5) mit einer Oberseite (55), einer der Oberseite (55) entgegengesetzten Unterseite (56), sowie mehreren an der Oberseite (55) ausgebildeten elektrischen Anschlusskontakten (42). Die Modulanordnung umfasst außerdem eine Leiterplatte (7), einen Kühlkörper (6) mit einer Montageseite (65), sowie ein oder mehrere Befestigungselemente (8) zur Befestigung der Leiterplatte (7) an dem Kühlkörper (6). Dabei ist entweder an der Unterseite (56) des Halbleitermoduls (5) eine Vielzahl von Vorsprüngen (92) und an der Montageseite (65) des Kühlkörpers (6) eine Vielzahl von Aufnahmebereichen (92) zur Aufnahme der Vorsprünge (91) ausgebildet, oder es sind an der Montageseite (65) des Kühlkörpers (6) eine Vielzahl von Vorsprüngen (91) und an der Unterseite (56) des Halbleitermoduls (5) eine Vielzahl von Aufnahmebereichen (92) zur Aufnahme der Vorsprünge (91) ausgebildet. In jedem Fall erstreckt sich ein jeder der Vorsprünge (91) in einen der Aufnahmebereiche (92) hinein.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Anordnung von Halbleitermodulen auf einem Kühlkörper sowie den Betrieb derartiger Halbleitermodulanordnungen. Halbleitermodule entwickeln, insbesondere wenn sie mit hohen Leistungen betrieben werden, sehr viel Abwärme, die durch geeignete Maßnahmen abgeführt werden muss. Hierzu gibt es viele Konzepte, die aber zum Teil sehr aufwendig sind und/oder die beim Betrieb der Halbleitermodulanordnung hinderlich sind. Eine grundsätzlich praktikable Lösung zur Kühlung ist beispielsweise die Flüssigkeitslösung. Diese erfordert jedoch beim Betrieb des Moduls einen in Regel geschlossenen Flüssigkeitskreislauf. Zum Teil werden auch Pumpen eingesetzt, um die Flüssigkeit durch einen Kühlkörper hindurchzuleiten. Flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper können kompakt und leicht ausgebildet werden, so dass auch eine Integration solcher Kühlkörper in ein Modul (direktes Auflöten von Substraten auf Kühlkörper) möglich ist, ohne dass eine überdimensionale Modulgröße und -gewicht entstehen. Solche Bauformen können immer noch zu geringen Kosten in alle Welt versandt werden.
  • Insbesondere in Anordnungen, wo keine Flüssigkühlung zur Verfügung steht, wird z. B. Luftkühlung eingesetzt, die große Kühlkörper benötigt. Für solche Anordnungen und auch Anordnungen mit Flüssigkeitskühlkörper, die im Vergleich zu Standardmodulen groß und schwer sind, werden Module mit ebenen Bodenflächen eingesetzt. Um geringe Unebenheiten zwischen Modul und Kühlkörper wärmeleitend zu füllen, wird eine Wärmeleitpaste zwischen Modul und Kühlkörper eingebracht. Die Wärmeleitung solcher Materialien liegt bei max. 1 W/(m·K) und ist damit besser als Luft aber stellt eine gewisse Wärmebarriere im begleich zu den metallischen Kontaktpartnern dar.
  • Aus der US 8 159 822 B2 ist ein Leistungshalbleitermodul bekannt, das einen Schaltungsträger, ein Außengehäuse, ein Innengehäuse sowie Anschlusskontakte aufweist. Der Schaltungsträger ist mit dem Innengehäuse verbunden.
  • Die Montage des Leistungshalbleitermoduls an einem Kühlkörper erfolgt mittels einer Schraube, die sich durch das Leistungshalbleitermodul hindurch erstreckt und die mit dem Kühlkörper verschraubt ist, wodurch das Außengehäuse an den Kühlkörper gepresst wird. Hierdurch wird der Schaltungsträger gegen eine Kontaktfläche des Kühlkörpers gepresst.
  • In der US 2011/0 299 253 A1 ist ein Leistungsmodul bekannt, das an einer ersten Seite auf einer Oberfläche einer Wärmesenke montiert ist. Hierzu umfasst die erste Seite zwei dübelartige Befestigungselemente, die jeweils an einem Ende des Leistungsmoduls angeordnet und in zwei entsprechende Bohrungen der Wärmesenke einführbar sind. Eine zweite Seite des Leistungsmoduls ist mit elektrischen Verbindungselementen zur Montage auf einer Leiterplatte versehen. Zur Montage des Leistungsmoduls an der Wärmesenke werden zwei als längliche Pins ausgebildete Festklemmelemente in entsprechende Durchgangsbohrungen der Leiterplatte und in entsprechende Bohrungen der dübelartigen Befestigungselemente eingeführt.
  • In der DE 10 2008 056 846 A1 ist ein Leistungselektronikmodul mit einer Bodenplatte gezeigt, an der das Modul mit einem Kühlkörper verschraubt werden kann. An der der Bodenplatte abgewandten Seite weist das Modul Lastanschlüsse und Steueranschlüsse auf.
  • Die JP 2012 064 864 A beschreibt die Montage eines Elektronikmoduls auf einem Kühlkörper. Das Elektronikmodul weist eine Wärmeverteilerplatte mit Vorsprüngen auf, die in korrespondierende Vertiefungen des Kühlkörpers eingreifen. Eine ähnliche Anordnung zeigt auch die US 2009/0 200 065 A1 .
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Halbleitermodul bereitzustellen, das eine effizient Abfuhr der in dem Modul anfallenden Abwärme ermöglicht und das sich auf einfache Weise an einem Kühlkörper montieren lässt. Weitere Aufgaben bestehen in der Bereitstellung von Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb einer derartigen Halbleitermodulanordnung.
  • Diese Aufgaben werden durch eine Halbleitermodulanordnung gemäß Patentanspruch 1, durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitermodulanordnung gemäß Patentanspruch 14 bzw. durch ein Verfahren zum Betrieb einer Halbleitermodulanordnung gemäß Patentanspruch 18 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Halbleitermodulanordnung. Diese umfasst ein Halbleitermodul mit einer Oberseite, einer der Oberseite entgegengesetzten Unterseite, sowie mehreren an der Oberseite ausgebildeten elektrischen Anschlusskontakten. Die Modulanordnung umfasst außerdem eine Leiterplatte einen Kühlkörper mit einer Montageseite, sowie ein oder mehrere Befestigungselemente zur Befestigung der Leiterplatte an dem Kühlkörper. In diesem Sinn werden als Leiterplatte jede herkömmliche Leiterplatte (PCB) verstanden, aber beispielsweise auch so genannten laminierte Busschienen (”laminated bus bars”), bei denen zwei oder mehr Leiterschichten, die jeweils strukturiert sein können, über ein jeweils zwischen zwei benachbarten Leiterschichten befindliches Dielektrikum flächig miteinander verklebt (d. h. laminiert) sind. Ebenso werden so genannte Streifenleiter als Leiterplatte angesehen.
  • Dabei ist entweder an der Unterseite des Halbleitermoduls eine Vielzahl von Vorsprüngen und an der Montageseite des Kühlkörpers eine Vielzahl von Aufnahmebereichen zur Aufnahme der Vorsprünge ausgebildet, oder es ist an der Montageseite des Kühlkörpers eine Vielzahl von Vorsprüngen und an der Unterseite des Halbleitermoduls eine Vielzahl von Aufnahmebereichen zur Aufnahme der Vorsprünge ausgebildet. In jedem Fall erstreckt sich ein jeder der Vorsprünge in einen der Aufnahmebereiche hinein. Durch die Vorsprünge und die Aufnahmebereiche wird im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen eine Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Halbleitermodul und Kühlkörper bewirkt, woraus eine verbesserte Ableitung der Abwärme des Halbleitermoduls hin zum Kühlkörper resultiert. Die Anzahl der Vorsprünge ist grundsätzlich beliebig, allerdings vergrößert sich mit der Anzahl von Vorsprüngen auch die Größe der Kontaktfläche zwischen dem Halbleitermodul und dem Kühlkörper. So kann die Anzahl der Vorsprünge beispielsweise größer oder gleich 1 pro cm2 der Modulgrundfläche sein.
  • Um außerdem eine einfache Befestigung des Halbleitermoduls an dem Kühlkörper zu ermöglichen, weist das Halbleitermodul keine unmittelbare formschlüssige Verbindung zum Kühlkörper auf, d. h. es erfolgt entweder überhaupt keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Halbleitermodul und dem Kühlkörper, oder aber jede formschlüssige Verbindung zwischen dem Halbleitermodul und dem Kühlkörper erfolgt nur mittelbar über die Leiterplatte, mit welcher das Halbleitermodul über seine Anschlusskontakte elektrisch leitend und mechanisch ausreichend stabil verbunden ist.
  • Die Modulanordnung kann optional auch ein Modulgehäuse umfassen, das mit dem Kühlkörper verbunden ist (Kühlkörper am Gehäuse bzw. Gehäuse am Kühlkörper montiert) und das auch die Leiterplatte über Schraubbefestigungen oder Klemmschienen oder Klemmleisten etc. trägt.
  • Die Herstellung einer derartigen Halbleitermodulanordnung erfolgt dadurch, dass die Vorsprünge jeweils in einen der Aufnahmebereiche eingebracht werden, und zwar unabhängig davon, ob sich die Vorsprünge am Halbleitermodul und die Aufnahmebereiche am Kühlkörper befinden, oder umgekehrt, die Vorsprünge am Kühlkörper und die Aufnahmebereich am Halbleitermodul.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In den Figuren bezeichnen – sofern nicht anders angegeben – gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Elemente. Es zeigen:
  • 1 eine Schnittansicht der Komponenten eines ersten Beispiels einer Halbleitermodulanordnung vor deren Montage, wobei die Vorsprünge am Halbleitermodul und die Aufnahmebereiche am Kühlkörper angebracht sind;
  • 2 die Komponenten gemäß 1 nach der Montage des Halbleitermoduls an der Leiterplatte;
  • 3 die fertig gestellte Halbleitermodulanordnung gemäß den 1 und 2;
  • 4A einen vergrößerten Ausschnitt der Ansicht gemäß 3;
  • 4B eine horizontale Schnittansicht durch einen Vorsprung in einer in 4A gezeigten Schnittebene E1;
  • 5A den Abschnitt gemäß 4A in einer alternativen Ausgestaltung der Halbleitermodulanordnung, bei der zwischen die Vorsprünge und die jeweiligen Aufnahmebereiche ein Wärmeübertragungsmedium eingebracht ist;
  • 5B eine horizontale Schnittansicht durch einen Vorsprung in einer in 5A gezeigten Schnittebene E2;
  • 6A den Abschnitt gemäß 4A in einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Halbleitermodulanordnung, bei der die Vorsprünge ohne Kraftschluss in die jeweiligen Aufnahmebereiche eintauchen;
  • 6B eine horizontale Schnittansicht durch einen Vorsprung in einer in 6A gezeigten Schnittebene E3;
  • 7A den Abschnitt gemäß 4A in noch einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Halbleitermodulanordnung, bei der die Vorsprünge unter plastischer Verformung der Vorsprünge und/oder der Aufnahmebereiche in die jeweiligen Aufnahmebereiche eingepresst sind;
  • 7B eine horizontale Schnittansicht durch einen Vorsprung in einer in 7A gezeigten Schnittebene E4;
  • 8 eine Schnittansicht der Komponenten eines zweiten Beispiels einer Halbleitermodulanordnung vor deren Montage, wobei die Vorsprünge am Kühlkörper und die Aufnahmebereiche am Halbleitermodul angebracht sind;
  • 9 die Komponenten gemäß 8 nach der Montage des Halbleitermoduls an der Leiterplatte;
  • 10 die fertig gestellte Halbleitermodulanordnung gemäß den 8 und 9;
  • 11A einen vergrößerten Ausschnitt der Ansicht gemäß 10, der veranschaulicht, dass die Vorsprünge unter plastischer Verformung der Vorsprünge und/oder der Aufnahmebereiche in die jeweiligen Aufnahmebereiche eingepresst sind;
  • 11B eine horizontale Schnittansicht durch einen Vorsprung in einer in 11A gezeigten Schnittebene E5;
  • 12A den Abschnitt gemäß 11A in einer alternativen Ausgestaltung der Halbleitermodulanordnung, bei der zwischen die Vorsprünge und die jeweiligen Aufnahmebereiche zusätzlich ein Wärmeübertragungsmedium eingebracht ist;
  • 12B eine horizontale Schnittansicht durch einen Vorsprung in einer in 12A gezeigten Schnittebene E6;
  • 13A den Abschnitt gemäß 11A in einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Halbleitermodulanordnung, bei der die Vorsprünge ohne Kraftschluss in die jeweiligen Aufnahmebereiche eintauchen;
  • 13B eine horizontale Schnittansicht durch einen Vorsprung in einer in 13A gezeigten Schnittebene E7;
  • 14 eine Schnittansicht der Komponenten eines dritten Beispiels einer Halbleitermodulanordnung vor deren Montage, die sich von der Halbleitermodulanordnung gemäß dem dritten Beispiel dadurch unterscheidet, dass Aufnahmebereiche als gelötete Hülsen ausgebildet sind;
  • 15 die Komponenten gemäß 14 nach der Montage des Halbleitermoduls an der Leiterplatte;
  • 16 die fertig montierte Halbleitermodulanordnung gemäß den 14 und 15;
  • 17 die fertig montierte Halbleitermodulanordnung gemäß den 14 bis 16, bei der eine optionale Klebeschicht zwischen das Halbleitermodul und den Kühlkörper eingebracht ist;
  • 18A einen vergrößerten Ausschnitt A der Ansicht gemäß 17;
  • 18B eine horizontale Schnittansicht durch einen Vorsprung in einer in 18A gezeigten Schnittebene E8;
  • 19 eine Schnittansicht eines vierten Beispiels einer fertig montierten Halbleitermodulanordnung, die sich von den Halbleitermodulanordnungen des ersten, zweiten und dritten Beispiels dadurch unterscheidet, dass die Befestigungselemente mittels Rastnasen am Kühlkörper und an der Leiterplatte befestigt sind;
  • 20A eine Schnittansicht durch einen als Stift ausgebildeten Vorsprung;
  • 20B eine Schnittansicht durch einen als Stift ausgebildeten Vorsprung, der eine verbreiterte Montagebasis aufweist;
  • 20C eine Schnittansicht durch einen als Federklammer ausgebildeten Vorsprung;
  • 20D eine Schnittansicht durch einen als Bonddraht ausgebildeten Vorsprung;
  • 21 eine Schnittansicht durch eine Halbleiteranordnung, bei dem die Leiterplatte in einem Modulgehäuse angeordnet ist, das als Befestigungsmittel dient; und
  • 22 eine Schnittansicht durch eine weitere Halbleiteranordnung, bei dem die Leiterplatte in einem Modulgehäuse angeordnet ist, das als Befestigungsmittel dient.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine Halbleitermodulanordnung vor deren Montage. Die Halbleitermodulanordnung umfasst ein Halbleitermodul 5, einen Kühlkörper 6, eine Leiterplatte 7 sowie ein oder mehrere optionale Befestigungselemente 8. Das Halbleitermodul 5 weist einen oder mehrere Halbleiterchips 1, beispielsweise MOSFETs, IGBTs, Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, Thyristoren, Dioden oder beliebige andere Halbleiterbauelemente auf. Die Montage der Halbleiterbauelemente 1 erfolgt auf einem Schaltungsträger 2, über den beim Betrieb des Halbleitermoduls ein wesentlicher Anteil der insbesondere in den Halbleiterbauelementen 1 anfallen Abwärme zum Kühlkörper 6 hin abgeführt wird. Der Schaltungsträger 2 weist einen Isolationsträger 20 auf, auf den eine obere Metallisierungsschicht 21 und eine untere Metallisierungsschicht 22 aufgebracht sind. Der Isolationsträger 2, bei dem es sich beispielsweise um ein dünnes Keramikplättchen handeln kann, isoliert die obere Metallisierungsschicht 21 gegenüber der unteren Metallisierungsschicht 22. Die obere Metallisierungsschicht 21 kann optional zu Leiterbahnen strukturiert sein, welche zur Verschaltung des oder der Halbleiterbauelemente 1 und/oder gegebenenfalls weiterer optionaler elektrischer Bauelemente verwendet werden kann. Darüber hinaus können optional weitere Verschaltungselemente wie der in 1 beispielhaft gezeigte Bondraht 3 vorhanden sein. Anstelle oder zusätzlich zu einem oder mehreren Bonddrähten 3 können auch beliebige andere elektrische Verbindungselemente eingesetzt werden. Lediglich beispielhaft seien hier Stanzbiegeteile aus Blech genannt, welche an die obere Metallisierungsschicht 21 und/oder die Halbleiterbauelemente 1 elektrisch angeschlossen sind. Grundsätzlich sind die Art und der Aufbau der auf dem Schaltungsträger 2 realisierten Schaltung jedoch beliebig.
  • Für den elektrischen Betrieb des Halbleitermoduls 5 sind außerdem elektrische Anschlusskontakte 42 vorhanden, über die eine elektrische Versorgungsspannung und/oder eine elektrische Last an das Halbleitermodul 5 angeschlossen werden kann. Bei dem gezeigten Beispiel sind die Anschlusskontakte 42 als Einpresskontakte ausgebildet, die in korrespondierende elektrische Kontaktöffnungen 72 der Leiterplatte 7 eingepresst werden können. Vor dem Einpressen weisen derartige Einpresskontakte 42 gegenüber den zugehörigen elektrischen Kontaktöffnungen 72 ein Übermaß auf, so dass die Anschlusskontakte 42 während des Einpressvorgangs geringfügig deformiert werden. Das Einpressen derartiger Einpresskontakte 42 in zugehörige elektrische Kontaktöffnungen 72 der Leiterplatte kann gemäß DIN 41611-9:1987-12: ”Lötfreie elektrische Verbindungen; Abisolierfreie Wickelverbindungen; Begriffe, Kennwerte, Anforderungen, Prüfungen” oder gemäß DIN EN (IEC) 60352-5, 2008-11: ”Lötfreie Verbindungen – Teil 5: Einpressverbindungen – Allgemeine Anforderungen, Prüfverfahren und Anwendungshinweise (IEC 60352-5:2008)”, beide erhältlich beim Beuth Verlag GmbH, Berlin, erfolgen.
  • Alternativ zu Einpresskontakten könnten die Anschlusskontakte 42 beispielsweise aber auch als Lötpins ausgestaltet sein, welche in die elektrischen Kontaktöffnungen 72 der Leiterplatte 7 eingesteckt und dann eingelötet werden. Ebenso könnten die elektrischen Verbindungen zwischen dem Halbleitermodul 5 und der Leiterplatte 7 jedoch auch mit Hilfe von Schraub- oder Klemmverbindungen elektrisch leitend mit der Leiterplatte 7 verbunden werden. Die elektrischen Kontakte dienen damit auch zur mechanischen Befestigung und Halterung des Halbleitermoduls 5 an der Leiterplatte.
  • Wie in 1 gezeigt, können die Kontaktlöcher 72 der Leiterplatte 7 als metallisierte Durchgangsöffnungen ausgebildet sein, die an Leiterbahnen 71 angeschlossen sind, welche auf einen dielektrischen Träger 70 aufgebracht sind.
  • Wie ebenfalls in 1 gezeigt ist, können die Anschlusskontakte 42 Bestandteile eines elektrischen Anschlusselements 4 sein, welches an einer Kontaktstelle 41 elektrisch leitend mit der oberen Metallisierungsschicht 21 verbunden ist.
  • Optional kann das Halbleitermodul 5 ein Gehäuse 10 aufweisen, in dem der bzw. die Halbleiterchips 1 angeordnet sind. Sofern ein Gehäuse 10 vorhanden ist, sind die Anschlusskontakte 42 von der Außenseite des Gehäuses 10 her zugänglich, d. h. sie können an der Außenseite des Gehäuses 10 an der Oberseite 55 des Halbleitermoduls 5 angeordnet sein.
  • Der Kühlkörper 6 besteht aus einem Material mit hoher Wärmekapazität, beispielsweise einem Metall (z. B. Kupfer, Aluminium, einer Kupferlegierung oder einer Aluminiumlegierung). Weiterhin weist der Kühlkörper 6 eine Montageseite 65 auf, an der das Halbleitermodul 5 montiert werden kann. Optional kann der Kühlkörper 6 außerdem mit mehreren Kühlrippen 63 ausgestattet sein.
  • An seiner der Oberseite 55 entgegengesetzten Unterseite 56 weist das Halbleitermodul 5 eine Anzahl von Vorsprüngen 91 auf, die bei der Montage des Halbleitermoduls 5 an der Montagefläche 65 des Kühlkörpers 6 in korrespondierende Aufnahmebereiche 92 am Kühlkörper 6 eingebracht werden können, so dass jeder der Vorsprünge 91 zumindest teilweise in einem der Aufnahmebereiche 92 angeordnet ist. Da die Aufnahmeelemente 91 aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen, wird durch die vorgesehene Struktur die für den Wärmeaustausch mit dem Kühlkörper maßgebliche Kontaktfläche signifikant vergrößert und damit die Wärmeabfuhr von den Halbleiterchips 1 hin zum Kühlkörper 6 gegenüber herkömmlichen Anordnungen signifikant verbessert.
  • Die Vorsprünge 91 können beispielsweise als Stifte oder als Rippen ausgebildet sein, und die Aufnahmebereiche 92 als Bohrungen oder als längliche, beispielsweise gefräste Gräben, die sich an der Montagefläche 65 in den Kühlkörper 6 hineinerstrecken.
  • Zur Herstellung einer Halbleitermodulanordnung wird ein Verbund mit dem Halbleitermodul 5, dem Kühlkörper 6 und der Leiterplatte 7 derart erzeugt, dass die Anschlusskontakte 42 elektrisch leitend mit der Leiterplatte 7 verbunden sind, und dass ein jeder der Vorsprünge 91 zumindest teilweise in einem der Aufnahmebereiche 92 angeordnet ist.
  • Bei dieser wie bei allen anderen Varianten der Erfindung erfolgt zwischen dem Halbleitermodul 5 und dem Kühlkörper 6 entweder überhaupt keine formschlüssige Verbindung, oder – sofern eine oder mehrere formschlüssige Verbindungen vorhanden sind – erfolgen diese ausnahmslos nur mittelbar über die Leiterplatte 7. Das bedeutet, dass die Leiterplatte 7 in diesen Fällen mittels einer oder mehreren formschlüssiger Verbindungen mit dem Kühlkörper 6 verbunden ist und die jeweiligen formschlüssigen Verbindungen lediglich mittelbar über die Leiterplatte 7 auf das Halbleitermodul 5 einwirken.
  • Wie in 2 veranschaulicht ist, kann die Montage der Halbleitermodulanordnung so erfolgen, dass vor einer Montage des Halbleitermoduls 5 an dem Kühlkörper 6 die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Anschlusskontakten 42 und der Leiterplatte 7 hergestellt werden und dass erst danach die Montage des Verbundes mit dem Halbleitermodul 5 und der Leiterplatte 7 an der Montagefläche 65 des Kühlkörpers 6 derart erfolgt, dass ein jeder der Vorsprünge 91 zumindest teilweise in einem der Aufnahmebereiche 92 angeordnet wird.
  • Bei dem gezeigten Beispiel erfolgt eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Leiterplatte 7 und dem Kühlkörper 6 mit Hilfe von Befestigungselementen 8, die jeweils einen Abstandhalter mit einem Innengewinde 81 und einem Außengewinde 82 aufweisen, sowie eine Befestigungsschraube 84. Die Leiterplatte 7 weist für jede der Schrauben 84 eine Montageöffnung 73 auf, durch die die jeweilige Schraube 84 hindurchgeführt und mit dem Innengewinde 81 verschraubt werden kann. Entsprechend weist der Kühlkörper 6 passend zu jedem der Außengewinde 82 ein Innengewinde 62 auf, so dass der Abstandhalter mit dem Außengewinde 82 in das zugehörige Innengewinde 62 eingeschraubt und dadurch mit dem Kühlkörper 6 fest verbunden werden kann. Auf diese Weise wird mit jedem der Befestigungselemente 8 eine formschlüssige Verbindung zwischen der Leiterplatte 7 und dem Kühlkörper 6 hergestellt.
  • Optional können an verschiedenen Stellen auch noch Unterlegscheiben 83 vorgesehen sein, von denen in dem vorliegenden Beispiel lediglich Unterlegscheiben 23 zwischen den Befestigungsschrauben 84 und der Leiterplatte 7 gezeigt sind. 3 zeigt die Halbleitermodulanordnung im fertig montierten Zustand. 3 zeigt ebenfalls, dass an die fertig montierte Halbleitermodulanordnung eine elektrische Spannung U angeschlossen werden kann, indem diese zwei Anschlusskontakten 42 des Halbleitermoduls 5 über Leiterbahnen 71 der Leiterplatte 7 zugeführt wird.
  • Aus den 1 bis 3 ist ersichtlich, dass es sich bei sämtlichen Befestigungselementen 8 – wie auch bei allen anderen Varianten der Erfindung – um von dem Halbleitermodul 5 unabhängige Elemente der Halbleitermodulanordnung handelt. Die Befestigungselemente 8 zur Herstellung einer oder mehrerer formschlüssiger Verbindungen zwischen der Leiterplatte 7 und dem Kühlkörper 6 können dabei wie bei allen anderen Varianten der Erfindung außerhalb eines Modulgehäuses 10 angeordnet sein, in dem der oder die Halbleiterchips angeordnet sind. Das bedeutet, dass keines der Befestigungselemente 8 ist durch eine Montageöffnung des Modulgehäuses 10 hindurchgeführt ist. Sämtliche Befestigungselemente 8 können also zum Beispiel wie gezeigt seitlich neben dem Modulgehäuse 10 angeordnet sein.
  • Entsprechend weist auch das Halbleitermodul 5 insgesamt keine Befestigungsöffnung auf, durch die ein Befestigungselement 8, welches eine formschlüssige Verbindung zwischen der Leiterplatte 7 und dem Kühlkörper 6 herstellt, hindurchgeführt ist.
  • 4A zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Anordnung gemäß 3 mit zwei Fortsätzen 91, die fest mit der unteren Metallisierungsschicht 22 des Schaltungsträgers 2 verbunden sind. Als Verbindungstechniken eignen sich beispielsweise Schweißen, z. B. Lichtbogenschweißen, Bonden oder Löten oder Sintern. Wie in Verbindung mit der Schnittansicht gemäß 4B in der Ebene E1 deutlich wird, kann ein Vorsprung 91 beispielsweise als Federelement ausgebildet sein. In dem gezeigten Beispiel weist der Vorsprung 91 eine Federgabel mit zwei federnden Abschnitten 911 auf. Die federnden Abschnitte 911 werden beim Einpressen des betreffenden Vorsprungs 91 in den zugehörigen Aufnahmebereich 92 vorgespannt, so dass kraftschlüssige Verbindungen entstehen.
  • 5A zeigt denselben Ausschnitt wie 4A mit dem Unterschied, dass zwischen das Halbleitermodul 5 und den Kühlkörper 6 ein Wärmeübertragungsmedium 90 eingebracht ist. Bei dem Wärmeübertragungsmedium 90 kann es sich beispielsweise um eine Wärmeleitpaste handeln, oder um ein Phasenwechselmaterial. Die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragungsmediums 90 kann beispielsweise 0,4 W(m·K) bis 1 W/(m·K) betragen, was den Wärmeleitfähigkeiten handelsüblicher Materialien entspricht. Aufgrund der neuen Geometrie können auch höher gefüllte Materialien mit einer Wärmeleitfähigkeit von größer als 1 W/(m·K) eingesetzt werden. Mit dem Füllgrad steigt die Viskosität einer Wärmeleitpaste, weshalb sich Wärmeleitpasten mit hohem Füllgrad nicht mehr so einfach zu einer dünnen Schicht pressen lassen, wie dies bei ebenen Kontaktflächen zwischen Halbleitermodul und Kühlkörper erforderlich wäre. Durch die vorliegend Struktur mit den Vorsprüngen 91 und den Aufnahmebereiche 92 muss der Druck nicht vertikal als Flächendruck zwischen Halbleitermodul 5 und Kühlkörper 6 aufgebracht werden, sondern er wird durch Eintauchen in die Aufnahmebereiche 92 im Wesentlichen in seitlicher Richtung erzeugt. 5B zeigt eine Schnittansicht im Bereich eines der Vorsprünge 91 in einer Schnittebene E2.
  • Während bei den Beispielen gemäß den 4A und 5A eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Vorsprüngen 91 und dem jeweiligen Aufnahmebereich vorliegt, tauschen bei der weiteren, in den 6A und 6B gezeigten Alternative die Vorsprünge 91 lediglich in die jeweiligen Aufnahmebereiche 92 ein. Auch hier kann optional ein Wärmeübertragungsmedium 90 wie vorangehend beschrieben vorhanden sein. 6B zeigt eine Schnittansicht durch einen der Vorsprünge 91 in einer Schnittebene E3.
  • Ebenfalls dargestellt ist in 6A die Eintauchtiefe d0, mit der die Vorsprünge 91 den jeweils korrespondierenden Aufnahmebereich 92 eintauchen. Die Eintauchtiefe d0 kann, bei dieser wie bei allen anderen Varianten der Erfindung, beispielsweise größer oder gleich 3 mm, oder größer oder gleich 5 mm, gewählt sein.
  • Noch eine weitere Alternative ist in den 7A und 7B dargestellt. Hier weisen die Vorsprünge 91 vor der Montage des Halbleitermoduls 5 an dem Kühlkörper 6 gegenüber den zugehörigen Aufnahmebereichen 92 ein Übermaß auf, so dass sie in den jeweiligen Aufnahmebereich 92 eingepresst werden müssen. Dabei kommt es zu plastischen Verformungen des Vorsprungs 91 und/oder des Aufnahmebereichs 92. Auch hier kann optional ein Wärmeleitmedium 90 verwendet werden, wie es vorangehend erläutert wurde. 7B zeigt eine Schnittansicht durch einen der Vorsprünge 91 in einer Schnittebene E4.
  • Ein weiteres Beispiel der Erfindung wird nun anhand der 8 bis 10 erläutert. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem anhand der 1 bis 3 erläuterten Beispiel lediglich dadurch, dass sich die Vorsprünge 91 an der Montagefläche 65 des Kühlkörpers 6 befinden und die Aufnahmebereiche 92 am Halbleitermodul 5, das zu diesem Zweck gegenüber dem in den 1 bis 3 gezeigten Halbleitermodul 5 zusätzlich eine massive Bodenplatte 25 aufweist, mit der der Schaltungsträger 2, beispielsweise durch Löten, Sintern oder Kleben, verbunden ist. Die Dicke d25 dieser wie auch jeder anderen Bodenplatte 25, sofern eine solche bei einem Halbleitermodul 5 einer Halbleitermodulanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, kann beispielsweise wenigstens 2 mm oder wenigstens 3 mm betragen. Während 8 die einzelnen Bestandteile der Halbleitermodulanordnung im nicht montierten Zustand zeigt, sind in 9 die elektrischen Kontakte 42 bereits elektrisch leitend mit der Leiterplatte 7 verbunden. Auch hierzu können die bereits anhand der 1 bis 3 erläuterten Verbindungstechniken zwischen den elektrischen Kontakten 42 und der Leiterplatte 7 verwendet werden.
  • 10 zeigt die fertig montierte Halbleitermodulanordnung, bei der ein jeder der am Kühlkörper 6 befindlichen Vorsprünge 91 zumindest teilweise in einen korrespondierenden Aufnahmebereich 92 des Halbleitermoduls 5 eintaucht.
  • 11A zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Ansicht gemäß 10 mit zwei Vorsprüngen 91 des Kühlkörpers 6, 11B eine Schnittansicht durch einen dieser Vorsprünge 91 in einer Schnittebene E5. Wie bei dem Beispiel gemäß den 7A und 7B weisen die Vorsprünge 91 vor der Montage des Halbleitermoduls 5 an dem Kühlkörper 6 gegenüber den zugehörigen Aufnahmebereichen 92 ein Übermaß auf, so dass sie während der Montage des Halbleitermoduls 5 an dem Kühlkörper 6 unter plastischer Verformung der Vorsprünge 91 und/oder der Aufnahmebereiche 92 in die Aufnahmebereiche 92 eingepresst werden müssen. Wie in den 11A und 11B gezeigt ist, kann auf ein Wärmeleitmedium zwischen dem Halbleitermodul 5 und dem Kühlkörper 6 verzichtet werden, es kann jedoch auch ein Wärmeleitmedium 90 vorgesehen sein, wie dies in den 12A und 12B gezeigt ist, welche ansonsten der Anordnung gemäß den 11A bzw. 11B entsprechen. 12B zeigt eine Schnittansicht durch einen der in 12A gezeigten Vorsprünge 91 in einer Schnittebene E6.
  • Noch eine weitere alternative Ausgestaltung ist in den 13A und 13B gezeigt. Diese Ausgestaltung ist identisch mit der Ausgestaltung gemäß den 6A und 6B mit dem einzigen Unterschied, dass sich die Vorsprünge 91 am Kühlkörper 6 und die zugehörigen Aufnahmebereiche 92 am Halbleitermodul 5 befinden. 13B zeigt eine Schnittansicht durch einen der in 13A gezeigten Vorsprünge 91 in einer Schnittebene E7.
  • Während die bisher gezeigten Aufnahmebereiche 92 als Bohrungen oder Schlitze entweder in einem Kühlkörper 6 oder in einer Bodenplatte 25 eines Halbleitermoduls 5 erläutert wurden, sind in einem weiteren, anhand der 14 bis 16 erläuterten Beispiel die Aufnahmebereiche 92 durch Hülsen 93 gebildet, die an der unteren Metallisierung 22 des Schaltungsträgers 2, beispielsweise durch Löten, Sintern oder Kleben, befestigt sind. Die Fortsätze 91 hingegen sind Bestandteile des Kühlkörpers 6 und können an diesem so befestigt sein, wie dies bereits anhand der 8 bis 11 erläutert wurde. 14 zeigt die einzelnen Elemente der Halbleitermodulanordnung, 15 wiederum das durch die elektrischen Kontakte 42 mit der Leiterplatte 7 verbundene Halbleitermodul 5. Auch hier können die elektrischen Verbindungen zwischen den elektrischen Kontakten 42 und der Leiterplatte 7 so hergestellt sein, wie dies vorangehend bereits unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erläutert wurde. 16 zeigt die fertig montierte Halbleitermodulanordnung.
  • Optional kann das Halbleitermodul 5, wie in 17 gezeigt ist, noch mittels eines wärmeleitenden Klebstoffes 95 an dem Kühlkörper 6 befestigt werden. Der Klebstoff 95 kann vor oder nach dem Einstecken der Vorsprünge 91 in die Aufnahmebereiche 92 appliziert werden. Dabei kann der Klebstoff 95 auch zusätzlich die Funktion eines Wärmeübertragungsmediums übernehmen.
  • 18A zeigt einen vergrößerten Abschnitt A der Ansicht gemäß 17 mit zwei Vorsprüngen 91 des Kühlkörpers 6, die jeweils in eine korrespondierende Hülse 93 am Halbleitermodul 5 eingepresst sind. In der Schnittansicht gemäß 18B in einer Schnittebene E8 wird veranschaulicht, dass das Einspressen unter plastischer Verformung der Vorsprünge 91 und/oder der Aufnahmebereiche erfolgen kann.
  • Obwohl bei den bisherigen Befestigungsmethoden der Leiterplatte 7 an dem Kühlkörper 6 jeweils dieselbe Schraubverbindung mit Hilfe der Befestigungselemente 8 erläutert wurde, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es sich hier lediglich um ein Beispiel für eine formschlüssige Verbindung handelt und dass sich die Verbindung grundsätzlich auch mit beliebigen anderen formschlüssigen Verbindungstechniken realisieren lässt. Als Beispiel hierfür ist in 20 eine fertig montierte Halbleitermodulanordnung gezeigt, bei der die Verbindungselemente 8 die Leiterplatte 7 nicht durch Verschraubung sondern durch Verrastung mit dem Kühlkörper 6 verbinden. Hierzu weisen die Montageelemente 8 an entgegengesetzten Enden federnde Rastnasen 87 bzw. 88 auf, wobei die Rastnasen 87 jeweils in korrespondierende Montageöffnungen 73 der Leiterplatte 7 und die Rastnasen 88 in korrespondierende Montageöffnungen 68 des Kühlkörpers 6 eingeschnappt sind.
  • Abgesehen von der anderen Ausgestaltung der Befestigungselemente 8 und der Anpassung des Kühlkörpers 6 an die Rastnasen 88 ist die Halbleitermodulanordnung gemäß 19 identisch mit der Halbleitermodulanordnung der 1 bis 3. Dies gilt insbesondere für die Art und Ausgestaltung der Vorsprünge 91 und der Aufnahmebereiche 92. Das Prinzip der bezugnehmend auf 20 erläuterten Verrastungstechnik zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen der Leiterplatte 7 und dem Kühlkörper 6 lässt sich auch mit sämtlichen anderen Ausgestaltungen der Vorsprünge 91 und der Aufnahmebereiche 92 realisieren, und zwar insbesondere auch mit sämtlichen vorangehend erläuterten Ausgestaltungen.
  • Selbstverständlich können auch verschiedene formschlüssige Verbindungstechniken innerhalb eines Verbindungselements 8 realisiert werden. So kann beispielsweise ein Verbindungselement 8, wie anhand der 1 bis 3 erläutert, mit dem Kühlkörper 6 verschraubt und wie anhand von 19 erläutert mit der Leiterplatte 7 verrastet werden. Umgekehrt kann ein Befestigungselement auch wie in 19 erläutert mit federnden Rastnasen 88 mit dem Kühlkörper 6 verrastet und wie bei den 1 bis 3 erläutert mit der Leiterplatte 7 verschraubt werden.
  • Grundsätzlich lassen sich alle vorliegend erläuterten Verbindungstechniken entweder bei Halbleitermodulanordnungen realisieren, bei denen die Vorsprünge 91 Bestandteile des Halbleitermoduls 5 und die Aufnahmebereiche 92 Bestandteile des Kühlkörpers 6 sind, oder, umgekehrt, bei Halbleitermodulanordnungen, bei denen die Vorsprünge 91 Bestandteile des Kühlkörpers 6 und die Aufnahmebereiche 92 Bestandteile des Halbleitermoduls 5 sind.
  • In sämtlichen Fällen können die Vorsprünge 91 beim Einbringen in die Aufnahmebereiche 92 lediglich in die zugehörigen Aufnahmebereiche 92 eintauchen, ohne dass es zu plastischen Verformungen der Vorsprünge 91 oder der Aufnahmebereiche 92 kommt, oder aber mit einer plastischen Verformung der Vorsprünge 91 und/oder der Aufnahmebereiche 92. Auch kann in allen Fällen ein Wärmeleitmedium 90 zwischen das Halbleitermodul 5 und dem Kühlkörper 6 eingebracht werden, wie es vorangehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erläutert wurde.
  • Wie abschließend anhand der 20A bis 20D erläutert wird, können die Vorsprünge 91 verschiedenste Gestalt aufweisen. So kann ein Vorsprung 91 beispielsweise als im wesentlicher gerader Stift ausgebildet sein, wie er in 20A gezeigt ist. Optional kann ein Vorsprung 91 an dem Ende, mit dem voran er in den zugehörigen Aufnahmebereich 92 eingeführt wird, konisch zulaufen, um ein Einführen zu erleichtern. Die Querschnitte eines Vorsprungs 91 sind grundsätzlich beliebig, sie können beispielsweise, wie gezeigt, rechteckig, quadratisch oder rund sein. Allerdings sind auch beliebige andere Querschnitte wie beispielsweise dreieckig, fünfeckig, sechseckig oder achteckig ebenso möglich.
  • Ergänzend dazu kann, wie in 20B gezeigt ist, das Ende der Vorsprünge 91, mit dem diese am Halbleitermodul 5 oder am Kühlkörper 6 befestigt sind, verbreitert sein, um eine größere Montagefläche zur Montage am Halbleitermodul 5 bzw. am Kühlkörper 6 bereitzustellen und damit eine höhere Festigkeit der Verbindung zu erreichen.
  • 20C zeigt einen Vorsprung 91, der als Federelement mit beispielhaft zwei Federzinken 911 ausgebildet ist.
  • Noch eine andere Ausgestaltung eines Vorsprungs 91 zeigt 20D mit einem Bonddraht, der an seinem in 20D unteren Ende an die untere Metallisierung 22 des Schaltungsträgers 2 oder an den Kühlkörper 6 gebondet und dann in etwa senkrecht von der Montagefläche weg und abgeschnitten wurde, so dass er einen im Wesentlichen senkrecht von der Montagefläche abstehenden Abschnitt aufweist, der in einen korrespondierenden Aufnahmebereich am Kühlkörper 6 bzw. am Halbleitermodul 5 eingesteckt werden kann.
  • Bei allen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung erfolgt eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Halbleitermodul 5 und dem Kühlkörper 6 – sofern überhaupt eine derartige formschlüssige Verbindung vorgesehen ist – allenfalls mittelbar über die Leiterplatte 7, sowie dies in allen Ausführungsbeispielen gezeigt ist. Optional können die Befestigungselemente 8 in ihrer Länge so bemessen sein, dass die Leiterplatte 7 vorgespannt wird und dadurch das Halbleitermodul 5 gegen den Kühlkörper 6 presst.
  • Die vorliegend erläuterte Montagetechnik eignet sich insbesondere auch für Halbleitermodule 5, bei denen das Verhältnis zwischen der Masse des Halbleitermoduls 5 und dessen Grundfläche nicht allzu groß ist. Beispielsweise kann dieses Verhältnis kleiner oder gleich 5 g/cm2 oder kleiner oder gleich 4 g/cm2 betragen. Unabhängig davon kann das Verhältnis auch wenigstens 3 g/cm2 betragen.
  • Außerdem können geeignete Halbleitermodule 5 eine Grundfläche von wenigstens 20 mm × 30 mm aufweisen, wobei als Grundfläche (auch für die Ermittlung des o. g. Verhältnisses) die Größe der Projektionsfläche angesehen wird, die man erhält, wenn man das Halbleitermodul 5 mit der Unterseite 56 auf eine Ebene auflegt und orthogonal auf diese projiziert.
  • Noch eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung wird anhand der 21 und 22 erläutert. Bei beiden Anordnungen ist die Leiterplatte 7 innerhalb eines Modulgehäuses 10 angeordnet. Das Modulgehäuse 10 dient zugleich als Befestigungsmittel 8, mit dem die Leiterplatte 7 an dem Kühlkörper 6 befestigt ist. Als Verbindungstechniken zur Verbindung des Modulgehäuses 10 mit dem Kühlkörper 6 eignen sich beispielsweise Kleben, aber auch beliebige andere Verbindungstechniken wie Verschrauben, Verklammern, Verrasten usw. Unabhängig davon eignen sich als Verbindungstechniken zur Verbindung des Modulgehäuses 10 mit der Leiterplatte 7 ebenfalls Kleben, Verschrauben, Verklammern, Verrasten usw. Bei Halbleitermodulanordnungen, bei denen die Leiterplatte 7 wie gezeigt vollständig oder aber auch nur teilweise innerhalb eines Modulgehäuses 10 angeordnet ist, lassen sich ebenfalls sämtliche der vorangehend erläuterten Kombinationen von Vorsprüngen 91 und Aufnahmebereichen 92 realisieren.

Claims (18)

  1. Halbleitermodulanordnung umfassend: ein Halbleitermodul (5) mit einer Oberseite (55), einer der Oberseite (55) entgegengesetzten Unterseite (56), sowie mehreren elektrischen Anschlusskontakten (42), die an der Oberseite (55) ausgebildet sind; eine Leiterplatte (7); einen Kühlkörper (6) mit einer Montageseite (65); und ein oder mehrere Befestigungselemente (8) zur Befestigung der Leiterplatte (7) an dem Kühlkörper (6); wobei entweder an der Unterseite (56) eine Vielzahl von Vorsprüngen (91) und an der Montageseite (65) eine Vielzahl von Aufnahmebereichen (92) zur Aufnahme der Vorsprünge (91) ausgebildet sind; oder an der Montageseite (65) eine Vielzahl von Vorsprüngen (91) und an der Unterseite (56) eine Vielzahl von Aufnahmebereichen (92) zur Aufnahme der Vorsprünge (91) ausgebildet sind; sich ein jeder der Vorsprünge (91) in einen der Aufnahmebereiche (92) hinein erstreckt; das Halbleitermodul (5) an den Anschlusskontakten (42) mit der Leiterplatte (7) elektrisch leitend verbunden und mechanisch gehalten ist; die Leiterplatte (7) mittels jedem Befestigungselement (8) mit dem Kühlkörper (6) verbunden ist; entweder keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Halbleitermodul (5) und dem Kühlkörper (6) besteht; oder jede formschlüssige Verbindung zwischen dem Halbleitermodul (5) und dem Kühlkörper (6) nur mittelbar über die Leiterplatte (7) erfolgt.
  2. Halbleitermodulanordnung nach Anspruch 1, bei der das Halbleitermodul (5) an den Anschlusskontakten (42) durch Lötverbindungen oder durch Einpressverbindungen elektrisch leitend mit der Leiterplatte (7) verbunden ist.
  3. Halbleitermodulanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der zwischen die Unterseite (56) und die Montageseite (65) eine Wärmeleitpaste, ein Phasenwechselmaterial oder ein Klebstoff eingebracht ist.
  4. Halbleitermodulanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Halbleitermodul (5) keine Anschrauböffnung aufweist, durch die eine Schraube hindurchgeführt ist, mittels der das Halbleitermodul (5) unmittelbar oder mittelbar mit dem Kühlkörper (6) verschraubt ist.
  5. Halbleitermodulanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Halbleitermodul (5) ein Gehäuse (10) aufweist, in dessen Innerem ein oder mehrere Halbleiterchips (1) angeordnet sind; ein jedes der Befestigungselemente (8) außerhalb des Gehäuses (10) angeordnet und von diesem beabstandet ist.
  6. Halbleitermodulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Halbleitermodul (5) ein Gehäuse (10) aufweist, in dessen Innerem ein oder mehrere Halbleiterchips (1) sowie die Leiterplatte (7) angeordnet sind und das eines der Befestigungselemente (8) bildet.
  7. Halbleitermodulanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Vorsprünge (91) als Pins ausgebildet sind, die an die Unterseite (56) oder an die Montageseite (65) geschweißt, gelötet, gesintert oder gebondet sind.
  8. Halbleitermodulanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Aufnahmebereiche (92) ausgebildet sind als Bohrungen oder als Schlitze, die in den Kühlkörper (6) oder in eine Bodenplatte (25) des Halbleitermoduls (5) eingebracht sind; oder als Hülsen, die an die Unterseite (56) oder an die Montageseite (65) geschweißt, gelötet, gesintert oder gebondet sind.
  9. Halbleitermodulanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Vorsprünge (91) als Federelemente oder als Pins ausgebildet sind, die kraftschlüssig in einen der Aufnahmebereichen (92) eingesteckt sind.
  10. Halbleitermodulanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Halbleitermodul (5) eine Masse und eine Grundfläche aufweist, so dass das Verhältnis von Masse zu Grundfläche – kleiner oder gleich 5 g/cm2 ist; und/oder – größer oder gleich 3 g/cm2.
  11. Halbleitermodulanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Schaltungsträger (2), der einen als Keramikplättchen ausgebildeten Isolationsträger (20) aufweist, auf den eine obere Metallisierungsschicht (21) aufgebracht ist, sowie eine untere Metallisierungsschicht (22), die durch den Isolationsträger (20) gegenüber der Metallisierungsschicht (21) elektrisch isoliert ist; einem oder mehreren auf der oberen Metallisierungsschicht (21) montierten und mit der oberen Metallisierungsschicht (21) elektrisch leitend verbundenen Halbleiterchips (1).
  12. Halbleitermodulanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Halbleitermodul (5) eine Grundfläche und eine Anzahl von Vorsprüngen (91) aufweist, so dass das Verhältnis zwischen der Anzahl der Vorsprünge (91) und der Grundfläche größer oder gleich 1 cm–2 ist.
  13. Halbleitermodulanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der ein jeder der Vorsprünge (91) über eine Eintauchtiefe (d0) von wenigstens 3 mm oder wenigstens 5 mm in den korrespondierenden Aufnahmebereich (92) eintaucht.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitermodulanordnung mit den Schritten: Bereitstellen – eines Halbleitermoduls (5), das eine Oberseite (55) und eine der Oberseite (55) entgegengesetzte Unterseite (56) aufweist, sowie mehrere elektrische Anschlusskontakte (42), die an der Oberseite (55) ausgebildet sind; und – eines eine Montageseite (65) aufweisenden Kühlkörpers (6); wobei entweder an der Unterseite (56) eine Vielzahl von Vorsprüngen (91) und an der Montageseite (65) eine Vielzahl von Aufnahmebereichen (92) zur Aufnahme der Vorsprünge (91) ausgebildet sind; oder an der Montageseite (65) eine Vielzahl von Vorsprüngen (91) und an der Unterseite (56) eine Vielzahl von Aufnahmebereichen (92) zur Aufnahme der Vorsprünge (91) ausgebildet sind; Bereitstellen einer Leiterplatte (7); und Bereitstellen eines oder mehrerer Befestigungselemente (8); Herstellen von elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Anschlusskontakten (42) und der Leiterplatte (7); Einbringen eines jeden der Vorsprünge (91) in einen der Aufnahmebereiche (92), so dass sich jeder der Vorsprünge (91) zumindest teilweise in einer der Vertiefungen (92) befindet; Verbinden der Leiterplatte (7) mit dem Kühlkörper (6) mittels der Befestigungselemente (8) derart, dass entweder keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Halbleitermodul (5) und dem Kühlkörper (6) besteht, oder dass jede formschlüssige Verbindung zwischen dem Halbleitermodul (5) und dem Kühlkörper (6) nur mittelbar über die Leiterplatte (7) erfolgt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Anschlusskontakten (42) und der Leiterplatte (7) vor dem Einbringen eines jeden der Vorsprünge (91) in eine der Vertiefungen (92) erfolgt.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Vorsprünge (91), bevor diese in den jeweiligen Aufnahmebereichen (92) eingebracht werden, gegenüber diesem Aufnahmebereich (92) ein Übermaß aufweisen.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die hergestellte Halbleitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
  18. Verfahren zum Betrieb einer Halbleitermodulanordnung mit den Schritten: Bereitstellen einer Halbleitermodulanordnung, die nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet oder die nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17 hergestellt ist; Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen zwei der Anschlusskontakte (42).
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