DE102013219433A1 - Elektronisches Leistungsmodul mit elastischen Kontakten und Stapelaufbau mit einem solchen Leistungsmodul - Google Patents

Elektronisches Leistungsmodul mit elastischen Kontakten und Stapelaufbau mit einem solchen Leistungsmodul Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Leistungsmodul (11) bzw. einen Stapelaufbau aus Leistungsmodulen (11). Derartige Leistungsmodule sind an sich bekannt, wobei leistungselektronische Schaltungen (15a, 15b) über einen Leadframe (22) nach außen elektrisch kontaktiert werden können. Diese Kontaktierung muss teilweise elastisch ausgeführt werden, um Toleranzen beim Einbau in einen Stapel ausgleichen zu können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass diese elastische Kontaktierung durch monolithische Strukturen (19) erfolgen kann, welche aus einem Verbundmaterial hergestellt sind. Beispielsweise kann ein Metallschaum (20) mit Poren (21) erzeugt werden, wobei der Verbund dann aus dem Metall als elektrisch leitende Komponente und der eingeschlossenen Luft als weiterer Komponente ausgebildet ist. Auf diesem Wege lässt sich eine im Vergleich zu massiven Metallkontakten höhere Elastizität erreichen, wodurch elastische Kontakte mit einfacher Geometrie entstehen. Dies erleichtert den Einbau und verringert den notwendigen Einbauraum für die elastische Kontaktierung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektronisches Leistungsmodul, aufweisend eine Substratplatte, welche auf einer Montageseite eine leistungselektronische Schaltung trägt, die mit elastischen Kontakten ausgestattet ist.
  • Ein elektronisches Leistungsmodul der eingangs angegebenen Art wird beispielsweise unter der Produktbezeichnung „StakPak“ durch die Firma ABB angeboten. Danach können Stapel von IGBTs elektrisch kontaktiert werden, wobei als elastische Kontakte Mechanismen mit Tellerfedern zum Einsatz kommen. Die Eigenschaften der elastischen Kontakte werden durch die Federkennlinien der Tellerfedern bestimmt. Die IGBTs werden in einem Halterahmen mit den elastischen Kontakten vormontiert, wobei die Halterahmen zu Stapeln zusammengesetzt werden können. Die Halterahmen ermöglichen überdies eine elektrische Kontaktierung der IGBTs von außen, wobei der elektrische Strom über die elastischen Kontakte geführt wird. Bauartbedingt benötigen die Tellerfedern einen Bauraum, damit diese sich elastisch verformen können. Dieser Bedarf an Bauraum führt dazu, dass die Halterrahmen ein Vielfaches der Höhe der zum Einsatz kommenden Substratplatten mit ihren IGBTs aufweisen. Die Leistungsmodule sind beispielsweise in einer Broschüre von ABB mit der Nummer 5SYA 2100-01 von April 2013 beschrieben.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Leistungsmodul der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass dieses sich vergleichsweise leicht montieren lässt und einen vergleichsweise geringen Bauraum benötigt.
  • Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen elektrischen Leistungsmodul erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die elastischen Kontakte in Form von Kontaktstücken aus monolithischen Strukturen eines Verbundmaterials bestehen, das eine elektrisch leitende Komponente und eine weitere Komponente enthalten, wobei das Verbundmaterial einen geringeren Elastizitätsmodul E aufweist, als die elektrisch leitende Komponente. Vergleicht man die erfindungsgemäßen elastischen Kontakte mit denjenigen aus dem Stand der Technik, so wird deutlich, dass die Elastizität der Kontakte nicht mit Federelementen erzeugt wird, sondern durch eine Beeinflussung des Elastizitätsmoduls E. Hierbei wird erfindungsgemäß dem Umstand Rechnung getragen, dass die vorzugsweise metallischen Materialien, die als Kontakte mit einer genügenden elektrischen Leitfähigkeit ausgestattet sind, nicht genügend elastisch sind, damit ein elastischer Kontakt mit diesen als monolithische Struktur gefertigt werden könnte. Hier setzt die Erfindung an, indem ein Verbundmaterial erzeugt wird, welches einerseits die Aufgabe einer Leitung des elektrischen Stroms genügen kann. Hierzu wird die elektrisch leitende Komponente vorgesehen. Im Verbundmaterial ist andererseits eine weitere Komponente vorgesehen, die bewirkt, dass das Verbundmaterial selbst einen geringeren Elastizitätsmodul E aufweist als die elektrisch leitende Komponente. Dies bedeutet, dass eine monolithische Struktur aus der elektrisch leitenden Komponente als elastischer Kontakt eine höhere Steifigkeit aufweisen würde, als der elektrische Kontakt aus dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial. Als monolithische Struktur soll in diesem Zusammenhang ein aus einem Stück bestehendes Bauteil verstanden werden. Dieses weist damit eine blockartige Struktur auf, wobei die Gestalt beispielsweise quaderförmig oder auch zylindrisch sein kann. Vorzugsweise ist die innere Struktur des elastischen Kontakts auch innerhalb des gesamten Volumens der monolithischen Struktur zumindest im Wesentlichen einheitlich, wobei diese nicht zwangsläufig massiv ausgeführt sein muss (hierzu im Folgenden noch mehr).
  • Durch die elastischen Kontakte ist eine dauerelastische Verbindung sichergestellt, wobei diese bei einer Serienschaltung der Leistungsmodule einerseits eine ausreichend hohe Druckkraft für eine elektrische Übertragung sicherstellt und außerdem die Elastizität zum Ausgleich eventueller toleranzbedingter Höhenunterschiede der einzelnen Elemente der elektronischen Schaltung (gelötete oder gesinterte IGBTs oder auch Dioden) zur Verfügung stehet. Die Elastizität der Verbindung ist überdies vorteilhaft auch geeignet, die im Betrieb entstehenden thermomechanischen Verformungen aufgrund einer Erwärmung der leistungselektronischen Schaltung auszugleichen. Dies ist auch bei einem Stapelaufbau von Leistungsmodulen möglich, da in jedem der Leistungsmodule der erfindungsgemäße elastische Ausgleich über die elastischen Kontakte verwirklicht wird. Durch die Erzeugung von Stapelaufbauten können auch Applikationen für die erfindungsgemäßen elektronischen Leistungsmodule im Hochspannungsbereich (z. B. HGÜ-Komponenten, d. h. Komponenten der Hochspannungsgleichstromübertragung oder Windkraftanlagen) zur Verfügung gestellt werden.
  • Neben der elektrisch leitenden Komponente kann auch die weitere Komponente grundsätzlich elektrisch leitend sein. Allerdings reicht es, wenn nur die elektrisch leitende Komponente den elektrischen Strom überträgt. Diese muss in einer Konzentration in dem Verbundmaterial vorhanden sein, dass die erforderlichen elektrischen Ströme ohne eine unzulässig hohe Erwärmung des Verbundmaterials übertragen werden können. Es kann z. B. gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen werden, dass die elektrisch leitende Komponente metallisch ist und die weitere Komponente aus einem Gas besteht. Als metallische Komponente im Sinne der Erfindung sind auch Legierungen zu verstehen. Metallische Komponenten sind vergleichsweise gute elektrische Leiter und eignen sich daher hervorragend für die Aufgabe als elektrischer Kontakt. Die Steifigkeit des Kontakts wird vorteilhaft durch die weitere Komponente herabgesetzt, die gasförmig vorliegt. Mit anderen Worten handelt es sich hierbei um Einschlüsse in der metallischen Matrix des Verbundmaterials. Das poröse Verbundmaterial hat vorteilhaft ein Eigenschaftsprofil, was sich von massiven Metallen unterscheidet. Der Elastizitätsmodul E von
  • Metallschäumen ist z. B. als Funktion der Dichte darstellbar. Hierbei gilt E(ρ) ~ ρn, mit ρn ≈ 1,7...2,0.
  • Unter Berücksichtigung dieser Beziehung lassen sich die elastischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen elastischen Kontakte direkt durch Wahl der Porendichte beeinflussen. Die Porendichte wird durch den Herstellungsprozess eines entsprechenden Metallschaumes bestimmt. Dies ist an sich bekannt, an dieser Stelle soll nur erwähnt werden, dass die Wahl des Treibmittels und dessen Konzentration in dem zu schäumenden Metall als Einflussgrößen genutzt werden können. Das Metall wird geschäumt, indem dieses so weit erwärmt wird, dass das Treibmittel zu dessen plastischer Verformung führen kann, wobei diese Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des zu schäumenden Metalls liegt.
  • Eine andere Möglichkeit, einen Verbund aus Metall und Gas herzustellen, besteht darin, dass das Verbundmaterial aus metallischen Hohlkugeln besteht, die über Lötverbindungen oder Sinterverbindungen miteinander verbunden sind. Die Porosität eines so hergestellten Metallkörpers wird durch die Kugelgröße und die durch die Kugeln eingeschlossenen Volumina an Gas bestimmt. Außerdem können Poren in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Hohlkugeln entstehen. Der Verband wird entweder durch Verlöten hergestellt, wobei sich die Zwischenräume zwischen den einzelnen Hohlkugeln im Wesentlichen mit dem Lot füllen. Eine andere Möglichkeit liegt darin, eine Sinterbehandlung durchzuführen, bei der sich die Hohlkugeln so weit erwärmt werden, dass diese eine bleibende Verbindung zueinander ausbilden.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die elektrisch leitende Komponente metallisch ist und die weitere Komponente aus einem metallischen Pulver besteht. Dieses Pulver liegt dann in Hohlräumen eines durch die metallische Komponente entstandenen Körpers vor, wobei auch Gas mit dem Pulver in diese Einschlüsse eingebunden wird. Das Pulver in den Hohlräumen führt zu einer Vergrößerung der Dämpfung im Falle einer elastischen Verformung des Kontakts. Hergestellt werden kann ein solches Verbundmaterial beispielsweise mit einem additiven Fertigungsverfahren wie dem Laserschmelzen. Hierbei kommt ohnehin als Rohstoff Pulver zum Einsatz, welches lokal zur Herstellung der Bauteilstruktur aufgeschmolzen wird. Wird das nicht aufgeschmolzene Pulver während der Herstellung nicht entfernt, so füllt dieses automatisch die Hohlräume aus. Das Pulver, welches ebenfalls metallisch ist, unterstützt vorteilhaft zusätzlich die elektrische Leitung durch den Kontakt.
  • Ein anderer Weg zur Herstellung der Kontakte wird beschritten, wenn die weitere Komponente aus einem Matrixwerkstoff besteht, in dem die elektrisch leitfähige Komponente als Füllsstoff verteilt ist. Dabei kann der Matrixwerkstoff elektrisch leitend sein, wobei die Elastizität des Kontakts vorrangig durch die Eigenschaften des Matrixwerkstoffs bestimmt wird. Die elektrisch leitfähige Komponente, die den Füllstoff bildet, verbessert die elektrische Leitfähigkeit. Als Matrixwerkstoffe kommen beispielsweise Kunststoffe in Frage, die naturgemäß einen geringeren Elastizitätsmodul als Metalle aufweisen. In diesem Falle muss der Füllstoff allerdings in einer Konzentration oberhalb der Perkolationsschwelle in dem Matrixwerkstoff vorgesehen werden, damit eine elektrische Leitung innerhalb des Verbundmaterials erfolgen kann. Der Matrixwerkstoff selbst ist elektrisch is0lierend, so dass der Füllstoff eine leitende, netzartige Struktur in der Matrix ausbilden muss. Ein solches Netz bildet sich nur bei einer Konzentration des Füllstoffs oberhalb der Perkolationsschwelle aus.
  • Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung wird erhalten, wenn die monolithischen Strukturen der Kontakte mit einem Leadframe fest verbunden sind. Der Leadframe dient der Ausleitung der zu leitenden Ströme aus dem Leistungsmodul und kontaktiert zu diesem Zweck über die elastischen Kontakte die leistungselektronische Schaltung. Durch die Kontaktierung der elastischen Kontakte mit dem Leadframe erhält das Modul insgesamt vorteilhaft eine höhere mechanische Stabilität. Außerdem kann diese Einheit vormontiert beispielsweise zu Stapelaufbauten von Leistungsmodulen zusammengefügt werden, wobei vorteilhaft Montageschritte eingespart werden, was zu einer höheren Wirtschaftlichkeit der technischen Lösung führt.
  • Das erfindungsgemäße Leistungsmodul kann gemäß einer besonderen Ausgestaltung auch in einen Stapelaufbau von Leistungsmodulen eingebaut werden, wobei der Stapelaufbau eine Haltevorrichtung aufweist, in die mehrere Leistungsmodule als Stapel fixiert werden können. Erfindungsgemäß wird das oben bereits beschriebene Leistungsmodul verwendet, wobei in der Haltevorrichtung die folgende sich wiederholende Stapelfolge verwirklicht ist: das Leistungsmodul mit den elastischen Kontakten und ein zugehöriger Leadframe, der mit den elastischen Kontakten elektrisch leitend verbunden ist. Der Stapelaufbau hat den Vorteil, dass dieser kompakt aufgebaut ist und daher vorteilhaft einen geringen Raumbedarf hat. Außerdem ist die Montage vereinfacht, da die zum Einsatz kommenden monolithischen Strukturen als elastische Kontakte nicht montiert werden müssen, sondern nur auf dem Einbauort befestigt werden müssen. Dies kann beispielsweise durch Löten oder Kleben eines elektrischen Leitklebers erfolgen. Die Montage der dauerelastischen Druckkontakte in Form der monolithischen Strukturen kann unmittelbar auf einem Leistungsbaustein, wie einem Chip, auf integrierten leistungselektronischen Schaltungen der Substratplatte oder auch auf Leiterbahnen der Substratplatte erfolgen.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn in der sich wiederholenden Stapelfolge zwischen den Substratplatten der Leistungsmodule und den Leadframes benachbarter Leistungsmodule mindestens eine der folgenden Komponenten eingefügt ist: ein plattenförmiger Kühler mit Kühlkanälen, der mit dem Leadframe verbunden ist, eine Basisplatte, die mit der Substratplatte verbunden ist, und/oder eine Verbindungsschicht zwischen der Substratplatte und der Basisplatte. Ein plattenförmiger Kühler kann vorteilhaft zum Einsatz kommen, um mittels des Kühlmittels, welches durch die Kühlkanäle fließt, Wärmeenergie aus dem Stapelaufbau zu transportieren. Die Wärme entsteht durch die Leitung des elektrischen Stroms in dem Leadframe bzw. in den leistungselektronischen Komponenten, wobei die Wärme aus letzteren indirekt über die elastischen Kontakte sowie die Substratplatte abgeführt wird. Eine Basisplatte im direkten Anschluss an die Substratplatte dient zur mechanischen Stabilisierung des Leistungsmoduls und dient gleichzeitig als Kühlvorrichtung, da in die Basisplatte Wärme abgeführt werden kann. Die Basisplatte oder (bei nicht Vorhandensein einer Basisplatte) die Substratplatte können in der Stapelfolge ebenfalls direkt an die Kühlplatte anschließen, um auch aus diesen Bauteilen eine zuverlässige Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Um die Basisplatte mit der Substratplatte zu verbinden, kann eine Verbindungsschicht vorgesehen werden, welche diese Bauteile aneinander fixiert und somit die Montage des Leistungsmoduls vereinfacht.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls im schematischen Schnitt,
  • 2 ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls im schematischen Schnitt, welches in ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stapelaufbaus integriert ist und
  • 3 bis 6 Ausführungsbeispiele für verschiedene erfindungsgemäße elastische Kontakte in Form von Kontaktstücken mit monolithischen Strukturen, jeweils geschnitten dargestellt.
  • Ein Leistungsmodul 11 gemäß 1 weist eine Substratplatte 12 auf, die in DCB-Technologie strukturiert wurde (DCB bedeutet Direct Copper Bond). Zu erkennen sind Metallisierungslagen 13a, 13b, wobei die Metallisierungslage 13a auf einer Montageseite 14 zur Herstellung von Leiterbahnen strukturiert wurde. Auf der strukturierten Metallisierungslage 13a sind Bauelemente 15a, 15b einer leistungselektronischen Schaltung vorgesehen, die mit einer Lotschicht 16 befestigt wurden. Die Bauelemente 15a, 15b sind in eine Vergussmasse 17 eingegossen, wobei deren jeweilige Oberseite freiliegt. Bei den Bauelementen handelt es sich um IGBTs, die jeweils an ihrer Unterseite über die Lötschichten und an ihrer freiliegenden Oberseite elektrisch kontaktierbar sind.
  • Die Oberseite der Bauelemente 15a, 15b ist gemäß 1 mit einer Kupferschicht 18 versehen, welche als elektrische Kontaktierung zum Außenrand der Substratplatte 12 geführt sind. Auf dieser Kupferschicht 18 sind monolithische Strukturen 19 in nicht näher dargestellter Weise befestigt, welche aus einer elektrisch leitenden Komponente in Form eines Metallschaums 20 gebildet sind, wobei in dem Metallschaum als weitere Komponente Poren mit einem Gas 21 enthalten sind. Das Gas 21 besteht aus dem Treibmittel, welches zur Bildung des Metallschaums 20 zum Einsatz gekommen ist. Aufgrund der Elastizität des Metallschaums 20 bilden die monolithischen Strukturen 19 elastische Kontakte aus, deren freie Flächen mit einem Leadframe 22 elektrisch kontaktiert sind. Über den Leadframe 22 ist eine elektrische Kontaktierung der Bauelemente 15a, 15b von außen möglich.
  • Die Substratplatte 12 ist auf ihrer Rückseite 25 mit der Metallisierungslage 13b beschichtet. Diese dient zur Aufnahme eines Kühlers 26, der ebenfalls plattenförmig ausgebildet ist und daher eine flache Bauform aufweist. Dieser kann beispielsweise aus Aluminium oder auch Kupfer gefertigt sein und mittels einer Verbindungsschicht 28a (z. B. eine Lötschicht oder eine Klebeschicht) fest mit der Substratplatte 12 verbunden sein. In dem Kühler 26 sind Kühlkanäle 27 für ein nicht näher dargestelltes Kühlmedium vorgesehen.
  • Das Modul 11a gemäß 2 ist im Vergleich zu dem in 1 dargestellten Modul etwas anders aufgebaut. Die Bauelemente 15a, 15b werden nicht durch eine Kupferschicht 18 (vgl. 1) elektrisch kontaktiert, sondern auf den Bauelementen 15a, 15b ist direkt eine monolithische Struktur 19 aufgesetzt. Außerdem ist auf der Substratplatte 12 ein äußerer Rahmen 23 aus Kupfer vorgesehen, der ebenfalls mit monolithischen Strukturen 19 versehen ist. Auf den monolithischen Strukturen kann der gemäß 2 mehrteilig ausgeführte Leadframe 22 befestigt werden, wobei der Rahmen 23 für eine elektrische Verbindung der einzelnen Teile des Leadframes 22 sorgt. Sollen die Teile des Leadframes nicht elektrisch verbunden werden, kann der Rahmen 23 auch aus einem elektrischen Isolator wie einer Keramik hergestellt werden.
  • In 2 ist außerdem dargestellt, wie das Modul 11a mit anderen Modulen 11b, 11c (diese sind nur jeweils mit den benachbarten Bauteilen dargestellt und ansonsten durch eine strichpunktierte Linie angedeutet) verbunden werden kann. Hierzu werden diese in eine Haltevorrichtung 24 in Form von Stangen eingesetzt. Auf diese Weise lässt sich ein Stapelaufbau von Leistungsmodulen realisieren, der vorteilhaft sehr platzsparend ausgeführt ist.
  • Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal bei dem Leistungsmodul 11a gemäß 2 liegt darin, dass eine Basisplatte 29 vorgesehen ist, die aus Aluminium oder Kupfer bestehen kann, und die über eine Verbindungsschicht 28b mit der Substratplatte 12 verbunden ist. Diese kann neben einer mechanischen Stabilisierung der Substratplatte 12 bewirken, dass die Wärme aus der Substratplatte 12 besser abgeführt werden kann, weil eine zusätzliche Wärmekapazität zur Ableitung der Wärme zur Verfügung steht. Außerdem kann die Basisplatte 29 mit dem Kühler 26 in Verbindung stehen, so dass über diesen die in der Basisplatte 29 gespeicherte Wärme abgeführt werden kann. Gemäß 2 ist der Kühler 26 über eine Verbindungsschicht 28c mit dem Leadframe 22 des benachbarten Leistungsmoduls 11c verbunden. Dies hat den Vorteil, dass dieser trotz mehrteiliger Ausführung leicht montiert werden kann. Außerdem verbessert dies den Wärmeübergang zwischen dem Leadframe 22 und dem Kühler 26. Alternativ kann der Kühler 26 zusätzlich oder auch ausschließlich mit der Basisplatte 29 verbunden werden (beispielsweise durch Verlöten). Dies ist jedoch nicht dargestellt.
  • In den 3 bis 6 sind unterschiedliche Aufbauten für die monolithische Strukturen 19, die die elastischen Kontakte in Form von Kontaktstücken bilden, dargestellt. In 3 besteht die monolithische Struktur aus einer Hohlstruktur 30, die durch Laserschmelzen hergestellt wurde. Hierbei ist eine Struktur entstanden, die dem Metallschaum 20 ähnlich ist. Jedoch sind Hohlräume 31 in ihrer Geometrie durch das beim Laserschmelzen zum Einsatz kommende CAD-Modell klar definiert. Außerdem befindet sich in den Hohlräumen 31 das Pulver 32, welches beim Laserschmelzen zum Einsatz kommt. Dieses erzeugt eine zusätzliche Dämpfung in den Hohlräumen 31 bei elastischer Verformung. Das Bauelement 15a ist ausschnitthaft dargestellt und die monolithische Struktur 19 ist mit einer Lötschicht 33 auf diesem befestigt.
  • Die monolithische Struktur 19 gemäß 4 besteht aus einem Matrixwerkstoff 34, der aus einem Kunstharz gefertigt ist. In diesem ist ein Füllstoff 35 verteilt, wobei es sich im vorliegenden Fall um CNT (Carbon Nano Tubes) handelt. Diese sind in einer Konzentration oberhalb der Perkolationsschwelle in den Matrixwerkstoff eingefügt, was dadurch angedeutet ist, dass sich die einzelnen Füllstoffpartikel im dargestellten Schnitt einander berühren, so dass diese den Matrixwerkstoff 34 in Form eines Netzwerks durchziehen. Die monolithische Struktur ist mittels einer Klebeschicht 36 aus Leitkleber auf dem Bauelement 15a befestigt.
  • Gemäß 5 besteht die monolithische Struktur aus metallischen Hohlkugeln 37, die zu der monolithischen Struktur gesintert sind. Hierzu wird ein Formkörper hergestellt, welcher anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen wird, welche den Zusammenhalt der Hohlkugeln 37 erzeugt. Bei der monolithischen Struktur 19 gemäß 5 wird die elektrisch leitende Komponente durch das metallische Material der Hohlkugeln 37 gebildet, während die weitere Komponente aus den Gaseinschlüssen in den Hohlräumen 38 der Hohlkugeln 37 sowie den Zwischenräumen 39 zwischen den Hohlkugeln besteht. Die Zwischenräume 39 bieten in der Grenzfläche zum Bauelement 15a auch einen Raum, in dem ein Lotwerkstoff 40 für eine feste Verbindung zwischen monolithischer Struktur 19 und Bauelement 15a eingebracht wurde.
  • Gemäß 6 ist im Vergleich zu 5 ebenfalls eine aus Hohlkugeln bestehende monolithische Struktur 19 als Ausschnitt dargestellt. Im Unterschied hierzu sind die Zwischenräume 39 vollständig mit einem Lotwerkstoff 40 ausgefüllt, wodurch der Zusammenhalt der Hohlkugeln gewährleistet ist. Eine Sinterbehandlung dieser monolithischen Struktur entfällt damit. Im Vergleich zu der monolithischen Struktur 19 gemäß 5 ist diejenige gemäß 6 weniger elastisch, da die Zwischenräume mit dem Lotwerkstoff 40 ausgefüllt sind. Dafür erhöht sich die elektrische Leitfähigkeit.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Broschüre von ABB mit der Nummer 5SYA 2100-01 von April 2013 [0002]

Claims (10)

  1. Elektronisches Leistungsmodul, aufweisend eine Substratplatte (12), welche auf einer Montageseite (14) eine leistungselektronische Schaltung (15a, 15b) trägt, die mit elastischen Kontakten ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Kontakte aus monolithischen Strukturen (19) eines Verbundmaterials bestehen, das eine elektrisch leitende Komponente (20, 30, 35, 37) und eine weitere Komponente (21, 31, 34, 38, 39) enthalten, wobei das Verbundmaterial einen geringeren Elastizitätsmodul E aufweist, als die elektrisch leitende Komponente.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Komponente (20, 30, 35, 37) metallisch ist und die weitere Komponente aus einem Gas (21) besteht.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial aus einem Metallschaum (20) besteht.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial aus metallischen Hohlkugeln (37) besteht, die über Lötverbindungen oder Sinterverbindungen miteinander verbunden sind.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Komponente (20, 30, 35, 37) metallisch ist und die weitere Komponente (21, 31, 34, 38, 39) aus einem metallischen Pulver (32) besteht.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Komponente aus einem Matrixwerkstoff (34) besteht, in dem die elektrisch leitfähige Komponente als Füllstoff (35) verteilt ist.
  7. Leistungsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Matrixwerkstoff (34) elektrisch isolierend ist und der Füllstoff (35) in einer Konzentration oberhalb der Perkolationsschwelle in dem Matrixwerkstoff (34) vorgesehen ist.
  8. Leistungsmodul nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die monolithischen Strukturen (19) mit einem Leadframe (22) fest verbunden sind.
  9. Stapelaufbau von Leistungsmodulen, wobei der Stapelaufbau eine Haltevorrichtung (24) aufweist, in die mehrere Leistungsmodule als Stapel fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass Leistungsmodule (11a, 11b, 11c) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 fixiert sind, wobei in der Haltevorrichtung die folgende sich wiederholende Stapelfolge verwirklicht ist: – das Leistungsmodul (24) mit den elastischen Kontakten und – ein zugehöriger Leadframe (22), der mit den eleatischen Kontakten elektrisch leitend verbunden ist.
  10. Stapelaufbau nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der sich wiederholenden Stapelfolge zwischen den Substratplatten (12) der Leistungsmodule und den Leadframes (22) benachbarter Leistungsmodule mindestens eine der folgenden Komponenten eingefügt ist: – ein plattenförmiger Kühler (26) mit Kühlkanälen (27), der mit dem Leadframe verbunden ist, – eine Basisplatte (29), die mit der Substratplatte (12) verbunden ist, – eine Verbindungsschicht (28b) zwischen der Substratplatte (12) und der Basisplatte (29).
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