DE102014110617A1

DE102014110617A1 - Leistungshalbleitermodulsystem mit hoher Isolationsfestigkeit und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung mit einer hohen Isolationsfestigkeit

Info

Publication number: DE102014110617A1
Application number: DE102014110617.2A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Bayerer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-07-29
Also published as: CN105304597B; US20160029478A1; CN105304597A; US9622341B2; DE102014110617B4

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodulsystem mit einem Leistungshalbleitermodul (100) und einer Leiterplatte (200). Das Leistungshalbleitermodul (100) weist ein Modulgehäuse (50) mit einer Oberseite (50t) auf, eine erste Anschlussgruppe (10), sowie eine zweite Anschlussgruppe (20). Die erste Anschlussgruppe (10) weist wenigstens einen ersten elektrischen Anschluss (1) auf, oder wenigstens zwei erste elektrische Anschlüsse (1), die dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die zweite Anschlussgruppe (20) weist wenigstens einen zweiten elektrischen Anschluss (2) auf, oder wenigstens zwei zweite elektrische Anschlüsse (2), die dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Leiterplatte (200), die eine erste Elektrode (210) und eine zweite Elektrode (220) aufweist, ist derart an dem Leistungshalbleitermodul (100) montierbar, dass im montierten Zustand jeder erste Anschluss (1) mit der ersten Elektrode (210) elektrisch leitend verbunden ist und dass jeder zweite Anschluss (2) mit der zweiten Elektrode (220) elektrisch leitend verbunden ist. Das Leistungshalbleitermodulsystem weist weiterhin einen ersten Isolationssteg (11) und/oder einen zweiten Isolationssteg (12) auf. Im Fall eines ersten Isolationsstegs (11) ist dieser auch im unmontierten Zustand an der Leiterplatte (200) befestigt, und im montierten Zustand ist er zwischen der ersten Anschlussgruppe (10) und der zweiten Anschlussgruppe (20) angeordnet. Im Fall eines zweiten Isolationsstegs (12) ist dieser auch im unmontierten Zustand an der Leiterplatte (200) befestigt, und im montierten Zustand ist er auf der dem Leistungshalbleitermodul (100) abgewandten Seite der Leiterplatte (200) zwischen der ersten Anschlussgruppe (10) und der zweiten Anschlussgruppe (20) angeordnet.

Description

Zwischen den elektrischen Anschlüssen von Leistungshalbleitermodulen liegen häufig sehr hohe Potentialdifferenzen vor, was die Gefahr von Spannungsüberschlägen in sich birgt. Deshalb müssen ausreichende Kriechstrecken eingehalten werden, deren Mindestlänge von der höchsten auftretenden Potentialdifferenz und dem zu erwartenden Verschmutzungsgrad der zwischen den Anschlüssen befindlichen Moduloberfläche abhängt. Grundsätzlich ist es bekannt, bei einem Halbleitermodul die Kriechwege durch geeignete Maßnahmen zu verlängern, allerdings kann die Montage einer Leiterplatte an dem Leistungshalbleitermodul zu einem unzulässig hohen Kriechstrom oder gar einem Spannungsüberschlag entlang der Leiterplatte führen. Eine ebene Leiterplatte verkürzt zum Beispiel die Kriechwege wieder, die am Modul durch Gräben oder Stege vorhanden sind. Dem genannten Problem kann zwar bis zu einem gewissen Grad durch einen großen Abstand zwischen den elektrischen Anschlüssen begegnet werden, allerdings erhöht dies die Induktivität zwischen den an die elektrischen Anschlüsse angeschlossenen Leitungen, da deren Abstand – zumindest im Bereich der Anschlüsse – ebenfalls vergrößerst werden muss. Eine erhöhte Induktivität ist aber vor allem bei schnell schaltenden Anwendungen wie zum Beispiel bei Umrichtern nachteilig, weil es aufgrund starker zeitlicher Stromänderungen zu unzulässig hohen Induktionsspannungen kommen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Leistungshalbleitermodulsystem sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung bereitzustellen, mit denen Spannungsüberschläge und unzulässig hohe Kriechströme bzw. unzulässig kurze Kriechwege entlang einer an dem Leistungshalbleitermodul montierten oder montierbaren Leiterplatte vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Leistungshalbleitermodulsystem gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Patentanspruch 16 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erster Aspekt betrifft ein Leistungshalbleitermodulsystem mit einem Leistungshalbleitermodul, einer ersten Anschlussgruppe, einer zweiten Anschlussgruppe und einer Leiterplatte. Das Leistungshalbleitermodul weist ein Modulgehäuse mit einer Oberseite auf, eine erste Anschlussgruppe mit wenigstens einem ersten elektrischen Anschluss sowie eine zweite Anschlussgruppe mit wenigstens einem zweiten elektrischen Anschluss.
Sofern die erste Anschlussgruppe wenigstens zwei erste elektrische Anschlüsse aufweist, sind diese ersten elektrischen Anschlüsse dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden. Entsprechendes gilt für die zweite Anschlussgruppe, d.h. sofern diese wenigstens zwei zweite elektrische Anschlüsse aufweist, sind diese zweiten elektrischen Anschlüsse dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden.
Die Leiterplatte, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, ist derart an dem Leistungshalbleitermodul montierbar, dass im montierten Zustand jeder der ersten Anschlüsse mit der ersten Elektrode elektrisch leitend verbunden ist und dass jeder der zweiten Anschlüsse mit der zweiten Elektrode elektrisch leitend verbunden ist.
Das Leistungshalbleitermodulsystem weist weiterhin einen ersten Isolationssteg und/oder einen zweiten Isolationssteg auf. Sofern ein erster Isolationssteg vorhanden ist, ist dieser auch im unmontierten Zustand an der Leiterplatte befestigt ist, und im montierten Zustand ist er zwischen der ersten Anschlussgruppe und der zweiten Anschlussgruppe angeordnet. Entsprechend ist ein zweiter Isolationssteg, sofern vorhanden, auch im unmontierten Zustand an der Leiterplatte befestigt und im montierten Zustand auf der dem Leistungshalbleitermodul abgewandten Seite der Leiterplatte zwischen der ersten Anschlussgruppe und der zweiten Anschlussgruppe angeordnet.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung liegt ein "montierter Zustand" immer dann vor, wenn die Leiterplatte derart fest an dem Halbleitermodul angebracht ist, dass sämtliche ersten Anschlüsse elektrisch leitend mit der ersten Elektrode und sämtliche zweiten Anschlüsse elektrisch leitend mit der zweiten Elektrode verbunden sind. Anderenfalls liegt ein "unmontierter Zustand" vor.
Ein zweiter Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung. Hierzu wird ein gemäß dem ersten Aspekt ausgebildetes Leistungshalbleitermodulsystem bereitgestellt, und dessen Leiterplatte wird derart an dem Leistungshalbleitermodul montiert, dass im montierten Zustand ein jeder der ersten Anschlüsse mit der ersten Elektrode elektrisch leitend verbunden ist und dass ein jeder der zweiten Anschlüsse mit der zweiten Elektrode elektrisch leitend verbunden ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Sofern nicht anders angegeben bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleicher Funktion. Es wird darauf hingewiesen, dass die Darstellung in den Figuren nicht maßstäblich ist. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls mit einer ersten Anschlussgruppe und einer zweiten Anschlussgruppe.
2 eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitermodulanordnung vor der Montage einer mit zwei Isolationsstegen versehenen Leiterplatte an einem Leistungshalbleitermodul.
3 eine Draufsicht auf das Leistungshalbleitermodul gemäß 2.
4 eine Schnittansicht der Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß 2 nach der Montage der mit den beiden Isolationsstegen versehenen Leiterplatte an dem Leistungshalbleitermodul.
5 eine Draufsicht auf die Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß 4.
6 eine Draufsicht auf eine weitere Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der die Leiterplatte eine größere Breite aufweist als das Leistungshalbleitermodul.
7 eine Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul, bei dem sich ein Graben, der zwischen zwei Anschlussgruppen in dem Modulgehäuse verläuft, vollständig durch das Modulgehäuse hindurch erstreckt.
8 eine Seitenansicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß 7.
9 eine Schnittansicht einer Leiterplatte mit zwei daran montierten Isolationsstegen, deren Länge geringer ist als die Breite der Leiterplatte.
10 eine Schnittansicht einer Leiterplatte mit zwei daran montierten Isolationsstegen, deren Länge der Breite der Leiterplatte entspricht.
11 eine Schnittansicht einer Leiterplatte mit zwei daran montierten Isolationsstegen, deren Länge größer ist als die Breite der Leiterplatte.
12A eine Schnittansicht einer Leiterplatte und zweier an der Leiterplatte zu montierender Isolationsstege, die jeweils Justagepins aufweisen.
12B eine Schnittansicht der Leiterplatte gemäß 12A nach der Montage der Isolationsstege an der Leiterplatte, wobei die Justagepins Jeweils in eine Justageöffnung der Leiterplatte eingreifen.
13A eine Seitenansicht einer Leiterplatte mit einem Isolationsstegpaar, das zwei an der Leiterplatte zu montierenden Isolationsstege aufweist, von denen einer eine Nut und der andere eine Feder aufweist.
13B die Teile gemäß 13A, nachdem die Isolationsstege des Isolationsstegpaars derart an der Leiterplatte montiert wurden, dass die Feder in die Nut eingreift.
14A eine Seitenansicht von zwei beweglich miteinander verbundenen Isolationsstegen in einem Zustand, in dem sie eine ringförmig geschlossene Einheit bilden.
14B die Isolationsstege gemäß 14A in einem aufgeklappten Zustand.
14C die Isolationsstege gemäß 14B nach dem Einlegen einer Leiterplatte.
14D die Isolationsstege gemäß 14C nach dem Schließen der Isolationsstege zu einer ringförmig geschlossenen Einheit, die die Leiterplatte umgibt.
15A eine Seitenansicht zweier zusammenhängender Isolationsstege, die eine als geschlossener Ring ausgebildete Einheit bilden.
15B eine Schnittansicht einer Leiterplatte, nachdem die Einheit gemäß 15A derart auf die Leiterplatte aufgeschoben wurde, dass sie die Leiterplatte ringförmig umgibt.
16 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Leiterplatte mit zwei Isolationsstegpaaren, von denen jedes entsprechend dem Isolationsstegpaar gemäß 15B an der Leiterplatte montiert ist.
17 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Leistungshalbleitermoduls mit drei nebeneinander angeordneten Anschlussgruppen, wobei das Modulgehäuse zwischen jeweils zwei benachbarten Anschlussgruppen eine Graben zur Aufnahme eines Isolationsstegs aufweist.
18A eine Schnittansicht durch ein Leistungshalbleitermodulsystem während der Montage einer mit zumindest einem Isolationssteg versehenen Leiterplatte an einem Halbleitermodul.
18B die nach der Montage gemäß 18A gebildete Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der ein Isolationssteg in einen Graben des Modulgehäuses eingreift.
19 eine Schnittansicht durch eine Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der die Leiterplatte nur an ihrer dem Halbleitermodul zugewandten Seite mit einem Isolationssteg versehen ist.
20 eine Schnittansicht durch eine Leistungshalbleitermodulanordnung, bei der die Leiterplatte nur an ihrer dem Halbleitermodul abgewandten Seite mit einem Isolationssteg versehen ist, während ein weiterer Isolationssteg an der der Leiterplatte zugewandten Seite des Modulgehäuses ausgebildet ist.
21 eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitermodulanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul, an dem eine mit Isolationsstegen versehen Leiterplatte montiert ist.
22 einen vergrößerten Abschnitt der Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß 4.
1 zeigt ein Leistungshalbleitermodul 100 mit einem Modulgehäuse 50. Das Modulgehäuse 50 kann beliebig ausgestaltet sein. Es kann insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, beispielweise aus Kunststoff. Das Modulgehäuse 50 kann einstückig ausgebildet sein, oder aber aus zwei oder mehr Gehäuseteilen zusammengesetzt sein. Bei dem gezeigten Beispiel weist das Modulgehäuse 50 einen ringförmigen Gehäuserahmen 51 auf, auf den ein optionaler Gehäusedeckel 52 aufgesetzt ist. In jedem Fall besitzt das Modulgehäuse 50 eine Oberseite 50t, an der mehrere Anschlussgruppen 10, 20, 30 mit jeweils einem oder mehreren elektrischen Anschlüssen 1, 2 bzw. 3 außerhalb des Modulgehäuses 50 frei liegen.
Bei einer jeden der Anschlussgruppen 10, 20, 30 sind die zugehörigen elektrischen Anschlüsse 1, 2 bzw. 3, beispielsweise durch elektrische Verbindungsleitungen im Inneren des Modulgehäuses 50, dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden. Die erste Anschlussgruppe 10 enthält also einen oder wenigstens zwei erste elektrische Anschlüsse 1. Im Fall von wenigstens zwei ersten elektrischen Anschlüssen 1 sind diese dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden. Entsprechend enthält die zweite Anschlussgruppe 20 einen oder wenigstens zwei zweite elektrische Anschlüsse 2, die im Fall von wenigstens zwei zweiten elektrischen Anschlüssen 2 dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und die dritte Anschlussgruppe 30 enthält einen oder wenigstens zwei dritte elektrische Anschlüsse 3, die im Fall von wenigstens zwei dritten elektrischen Anschlüssen 3 dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Grundsätzlich weist ein Leistungshalbleitermodul 100 wenigstens zwei Anschlussgruppen 10, 20, 30 auf. Zwischen zwei der der Anschlussgruppen 10, 20, 30 – bei dem vorliegenden Leistungshalbleitermodul 100 sind dies lediglich beispielhaft die Anschlussgruppen 10 und 20 – weist das Modulgehäuse 50 einen optionalen Graben 55 auf, der sich zwischen der diesen Anschlussgruppen 10 und 20 von der Oberseite 50t ausgehend in das Modulgehäuse 50 hinein erstreckt. Ein entsprechender Graben kann optional auch noch zwischen den Anschlussgruppen 20 und 30 angeordnet sein. Dies wird insbesondere der Fall sein, wenn auch die Anschlussgruppen 10 und 30 und/oder 20 und 30 eng benachbart sind, weil die Streuinduktivität zwischen allen drei Anschlussgruppen 10, 20 und 30 gering sein soll.
2 zeigt eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitermodulanordnung vor der Montage einer mit zwei Isolationsstegen 11, 12 versehenen Leiterplatte 200 an einem Leistungshalbleitermodul 100.
Die Schnittdarstellung durch das Leistungshalbleitermodul 100 ist insoweit nur schematisch, als die im Inneren des Modulgehäuses 50 befindlichen Komponenten nicht gezeigt sind. Die Schraffur des Modulgehäuses 50 soll lediglich zum Ausdruck bringen, dass es sich um eine Schnittdarstellung handelt. Die Schnittebene verläuft dabei auch durch den Graben 55 sowie durch elektrische Anschlüsse 1, 2 und 3 und durch die Leiterplatte 200 sowie die an dieser montierten Isolationsstege 11 und 12.
An der Leiterplatte 200, die einen dielektrischen Isolationsträger 230 aufweist, sowie eine erste Elektrode 210 und eine zweite Elektrode 220, ist zumindest einer von zwei dielektrischen Isolationsstegen 11 und 12 befestigt, und zwar bereits bevor die Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 montiert wird. Die erste Elektrode 210 und die zweite Elektrode 220 sind durch den dielektrischen Isolationsträger 230 elektrisch voneinander isoliert. Die erste Elektrode 210 und die zweite Elektrode 220 können beispielsweise vollständig oder zumindest überwiegend als flache Metallfolien ausgebildet sein. Diese können parallel verlaufen. Zum Beispiel kann es sich bei der Leiterplatte 200 um einen Wellenleiter handeln, bei dem die erste Elektrode 110 und die zweite Elektrode 220 im Wesentlichen als parallele Metallfolien ausgebildet sein, die mit dem Isolationsträger 230 flächig und stoffschlüssig verbunden sind (z.B. als Parallelplatten-Wellenleiter). Zur Erzielung eines geringen elektrischen Widerstands können die Elektroden 210, 220 zum Beispiel vollständig oder überwiegend aus Kupfer bestehen. Andere elektrisch leitende Materialien können jedoch ebenfalls verwendet werden. Als Leiterplatte 200 werden insbesondere auch Anordnungen verstanden, bei denen die erste Elektrode 210 und die zweite Elektrode 220 als massive Busschienen ("bus bars") ausgebildet sind.
Wie ebenfalls in 2 gezeigt ist, kann die Leiterplatte 200 an ihrer dem Leistungshalbleitermodul 100 abgewandten Seite optional eine elektrisch isolierende Abdeckung 240, beispielsweise einen Isolierlack, eine isolierende Folie, etc., aufweisen.
Im montierten Zustand würde ohne die Isolationsstege 11, 12 der Kriechweg auf der Leiterplatte 200 von der Elektrode 210, soweit sie am Durchgangsloch 201 freiliegt (oben und unten) und der Elektrode 220, soweit sie am Durchgangsloch 202 freiliegt (oben und unten) gebildet. Dieser Kriechweg ist in der Regel noch kürzer als der freie Abstand (Luftweg) der Anschlüsse am Leistungshalbleitermodul 100, da die Modulanschlüsse 1, 2, 3 noch von freiliegenden Hülsen oder Durchkontaktierungen in der Leiterplatte 200 und Lötaugen auf beiden Seiten der Leiterplatte 200 umgeben sein können. Wenn im montierten Zustand von Kriechwegen zwischen Anschlussgruppen 10, 20, 30 die Rede ist, so beziehen sich die betreffenden Angaben auf die Kriechwege, die zwischen den entsprechenden Anschlussgruppen 10, 20, 30 einschließlich der mit der betreffenden Anschlussgruppe 10, 20, 30 elektrisch leitend verbundenen Hülsen, Durchkontaktierungen und Lötaugen vorliegen (soweit solche Hülsen, Durchkontaktierungen bzw. Lötaugen vorhanden sind).
3 zeigt eine Draufsicht auf das Leistungshalbleitermodul gemäß 2. Hier ist zu erkennen, dass die elektrischen Anschlüsse 1, 2, 3 bei einer jeden der Anschlussgruppen 10, 20 bzw. 30 optional in einer Reihe hintereinander angeordnet sein können und dass in diesem Fall die Reihen der elektrischen Anschlüsse 1, 2, 3 von wenigstens zwei der Anschlussgruppe 10, 20, 30 parallel zueinander verlaufen können.
Weiterhin ist zu erkennen, dass sich der Graben 55 in seiner Verlaufsrichtung r mindestens über die volle Länge der Reihen der Anschlussgruppen 10 und 20, zwischen denen er verläuft, erstrecken kann.
Wie 3 außerdem zu entnehmen ist, kann der Graben 55 optional eine durch das Modulgehäuse 50 gebildete, ringförmig geschlossene Seitenwand 55w aufweisen.
4 zeigt die Leistungshalbleitermodulanordnung 400, die dadurch entsteht, dass die mit dem wenigstens einen Isolationssteg 11, 12 bestückte Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 montiert wird. Sofern dabei ein erster Isolationssteg 11 vorhanden ist, der auf der dem Leistungshalbleitermodul 100 zugewandten Seite der Leiterplatte 200 montiert ist, ist dieser zwischen denjenigen der Anschlussgruppen 10, 20 angeordnet, zwischen denen sich auch der Graben 55 befindet, und greift in den Graben 55 ein. Falls der Graben 55 dabei eine ringförmig geschlossene Seitenwand 55w aufweist, umgibt diese Seitenwand 55w den ersten Isolationssteg 11 ringförmig. Sofern dabei ein zweiter Isolationssteg 12 vorhanden ist, der auf der dem Leistungshalbleitermodul 100 abgewandten Seite der Leiterplatte 200 montiert ist, ist dieser zwischen den Anschlussgruppen 10 und 20 angeordnet.
Im montierten Zustand sind also der erste Isolationssteg 11 und der zweite Isolationssteg 12 – soweit diese vorhanden sind – zwischen der ersten Anschlussgruppe 10 und der zweiten Anschlussgruppe 20 angeordnet, was eine Kriechstreckenverlängerung zwischen der ersten Anschlussgruppe 10 und der zweiten Anschlussgruppe 20 bewirkt.
Die Art der Montage der Isolationsstege 11, 12 an der Leiterplatte 200 ist grundsätzlich beliebig. Sie können beispielsweise an die Leiterplatte 200 geklebt, gesteckt, geklammert, geschraubt oder genietet sein. Optional kann immer eine Klebung mit einem elektrisch isolierenden Kleber, beispielsweise einem Silikonkleber, vorhanden sein, der einen Spalt zwischen dem betreffenden Isolationssteg 11, 12 und der Leiterplatte 200 vollständig abdichtet, um Kriechströme zu vermeiden, die sich ansonsten zwischen der ersten Anschlussgruppe 10 und der zweiten Anschlussgruppe 20 durch den Spalt hindurch ausbilden könnten.
Wie anhand der 2 und 4 außerdem zu erkennen ist, kann ein an der Leiterplatte 200 montierter Isolationssteg 11, 12 an seiner der Leiterplatte 200 zugewandten Seite optional einen Flansch 111 bzw. 121 aufweisen, um die jeweilige Klebefläche zu vergrößern.
Bei der Montage der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 werden die ersten elektrischen Anschlüsse 1 in jedem Fall mit der ersten Elektrode 210 elektrisch leitend kontaktiert, und die zweiten elektrischen Anschlüsse 2 mit der zweiten Elektrode 220.
Bei dem vorliegenden Beispiel sind die in 2 nur schematisch dargestellten elektrischen Anschlüsse 1, 2 und 3 als so genannte Einpress-Anschlüsse ("Press-Fit") gemäß DIN 41611-9:1987-12: "Lötfreie elektrische Verbindungen; Abisolierfreie Wickelverbindungen; Begriffe, Kennwerte, Anforderungen, Prüfungen" ausgebildet, 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.
Alternativ zu Einpresskontakten könnten die elektrischen Anschlüsse 1, 2, 3 auch als Lötanschlüsse ausgebildet sein, wobei im montierten Zustand der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 der oder die ersten elektrischen Anschlüsse 1 mit der ersten Elektrode 210 verlötet werden bzw. sind und die zweiten elektrischen Anschlüsse 2 mit der zweiten Elektrode 220.
Ebenso können die elektrischen Anschlüsse 1, 2, 3 auch als Schweißanschlüsse ausgebildet sein, wobei im montierten Zustand der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 der oder die ersten elektrischen Anschlüsse 1 mit der ersten Elektrode 210 verschweißt werden bzw. sind und die zweiten elektrischen Anschlüsse 2 mit der zweiten Elektrode 220.
Weiterhin können die elektrischen Anschlüsse 1, 2, 3 auch als Schraubanschlüsse ausgebildet sein, wobei im montierten Zustand der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 der oder die ersten elektrischen Anschlüsse 1 mit der ersten Elektrode 210 verschraubt werden bzw. sind und die zweiten elektrischen Anschlüsse 2 mit der zweiten Elektrode 220.
Außerdem können die elektrischen Anschlüsse 1, 2, 3 auch als Federkontakte ausgebildet sein, wobei im montierten Zustand der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 der oder die ersten elektrischen Anschlüsse 1 federnd und unter Ausbildung einer elektrischen Druckkontaktverbindung gegen die erste Elektrode 210 gepresst werden, und wobei der oder die zweiten elektrischen Anschlüsse 2 federnd und unter Ausbildung einer elektrischen Druckkontaktverbindung gegen die zweite Elektrode 220 gepresst werden.
5 zeigt eine Draufsicht auf die Leistungshalbleitermodulanordnung 400 gemäß 4. Wie anhand der 4 und 5 erkennbar ist, können sich im montierten Zustand Abschnitte der mit den Elektroden 210 und 220 elektrisch leitend verbundenen elektrischen Anschlüsse 1 bzw. 2 auf der dem Leistungshalbleitermodul 100 abgewandten Seite der Leiterplatte 200 befinden. Ebenso ist es jedoch möglich, dass die elektrischen Anschlüsse 1 und 2 auch im montierten Zustand vollständig auf der dem Leistungshalbleitermodul 100 zugewandten Seite der Leiterplatte 200 angeordnet sind oder sich zumindest nicht über die dem Leistungshalbleitermodul 100 abgewandte Seite der Leiterplatte 200 hinaus erstrecken.
Wie ebenfalls aus 5 ersichtlich ist, kann die Leiterplatte 200 im montierten Zustand in der Verlaufsrichtung r des Grabens 55 (siehe 3) zumindest im Bereich des Grabens 55 eine größere, oder, wie in 6 dargestellt ist, eine geringere Breite aufweisen als die Leiterplatte 200. Ebenso kann die Leiterplatte 200 im montierten Zustand in der Verlaufsrichtung r des Grabens 55 zumindest im Bereich des Grabens 55 eine mit der Breite des Leistungshalbleitermoduls 100 identische Breite aufweisen.
7 zeigt eine Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul 100, das sich von dem Leistungshalbleitermodul 100 gemäß 3 nur dadurch unterscheidet, dass sich der Graben 55 in seiner Verlaufsrichtung r vollständig durch das Modulgehäuse 50 erstreckt. Der Graben 55 ist also weder in noch entgegen seiner Verlaufsrichtung r von dem Modulgehäuse 50 begrenzt. Eine Seitenansicht des Halbleitermoduls gemäß 7 zeigt 8.
Wie weiterhin in den 9, 10 und 11 gezeigt ist, kann sich ein Isolationssteg 11, 12 in seiner Verlaufsrichtung eine Länge aufweisen, die geringer ist als die Breite der Leiterplatte 200, so dass die Leiterplatte 200 den Isolationssteg 11, 12 überragt (9), oder die identisch ist mit der Breite der Leiterplatte 200, so dass der Isolationssteg 11, 12 an seinen beiden entgegengesetzten Enden bündig mit der Leiterplatte 200 abschließt (10), oder die größer ist als die Breite der Leiterplatte 200, so dass der Isolationssteg 11, 12 die Leiterplatte 200 überragt (11).
Gemäß einer weiteren, anhand der 12A und 12B veranschaulichten Option, die bei einem oder beiden Isolationsstegen 11, 12 (soweit vorhanden) vorgesehen sein kann, können ein erster Isolationssteg 11 erste Justagepins 112 und ein zweiter Isolationssteg 12 zweite Justagepins 122 aufweisen, die nach der Befestigung des betreffenden Isolationsstegs 11, 12 an der Leiterplatte 200 jeweils in eine korrespondierende Justageöffnung 212 bzw. 222 der Leiterplatte 200 eingreifen. Die 12A und 12B zeigen die Isolationsstege 11 und 12 vor bzw. nach ihrer Befestigung an der Leiterplatte 200. Selbstverständlich lassen sich derartige in Justieröffnungen 212, 222 der Leiterplatte 200 eingreifende Justagepins eines Isolationsstegs 11, 12 auch dann realisieren, wenn nur einer der Isolationsstege 11, 12 vorhanden ist.
Sofern ein erster und ein zweiter Isolationssteg 11 und 12 vorhanden sind, kann einer beliebiger davon eine Nut 116 aufweisen und der andere eine Feder 126, die nach der Befestigung beider Isolationsstege 11 und 12 an der Leiterplatte 200 in die Nut 116 eingreift, was aus den 13A und 13B hervorgeht, die die Leiterplatte 200 vor bzw. nach der Befestigung der Isolationsstege 11 und 12 zeigen.
Gemäß noch einer anderen Option können ein erster Isolationssteg 11 und ein zweiter Isolationssteg 12 als zusammenhängende Einheit ausgebildet sein, was beispielsweise in 14A gezeigt ist. Die Einheit kann ein Scharnier 15 aufweisen, durch das die Isolationsstege 11 und 12 vor ihrer Montage an einer Leiterplatte 200 relativ zueinander beweglich sind. Hierzu können die Isolationsstege 11 und 12 beispielsweise aus einem einheitlichen Material, beispielsweise Kunststoff, bestehen und einteilig ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Einheit auf einfache Weise durch Gießen oder Spritzgießen hergestellt werden. Das Scharnier 15 aus einem Einschnitt der Einheit bestehen, durch den ein schmaler, elastischer Verbindungssteg 16 zwischen den Isolationsstegen 11 und 12 gebildet wird, der aufgrund der Elastizität des einheitlichen Materials der Einheit die Funktion eines Scharniers übernehmen kann.
14B zeigt die Einheit gemäß 14A in einem aufgeklappten Zustand, so dass eine Leiterplatte 200 in die Einheit eingelegt werden kann, was in 14C dargestellt ist. Optional kann von dem ersten und zweiten Isolationssteg 11, 12 ein beliebiger einen Pin 125 aufweisen, der nach dem Zusammenklappen in eine Öffnung eingreift, die in den anderen der Isolationsstege 11, 12 ausgebildet ist. Dabei kann der Pin 125 optional gegenüber der Öffnung ein Übermaß aufweisen und in die Öffnung eingepresst werden, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den freien Enden der Isolationsstege 11 und 12 entsteht.
Ebenso kann an einem freien Ende eines beliebigen der Isolationsstege 11, 12 ein Rasthaken ausgebildet sein, der beim Zusammenklappen mit dem freien Ende des anderen der Isolationsstege 11, 12 verrastet.
Nach dem Zusammenklappen kann die Einheit mit dem beiden Isolationsstegen 11 und 12 einen Ring bilden, der die Leiterplatte 200 ringförmig umgibt, was in 14D dargestellt ist. der Ring kann wie gezeigt einteilig ausgebildet sein, aber auch mehrteilig.
Gemäß einer anderen, in 15A gezeigten Variante kann eine Einheit, die einen ersten Isolationssteg 11 und einen zweiten Isolationssteg 12 aufweist, auch als geschlossener Ring ausgebildet sein, der vor der Montage der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 auf die Leiterplatte 200 aufgeschoben wird. 15B zeigt die auf die Leiterplatte 200 aufgeschobene Einheit.
Wie weiterhin anhand von 16 gezeigt ist, kann auf einer Leiterplatte 200 mehrere Anschlussgruppen 10, 20, 30 vorhanden, von denen zwischen zwei verschiedenen Paaren von Anschlussgruppen 10, 20, 30, hier zwischen den Anschlussgruppen 10 und 20 sowie zwischen den Anschlussgruppen 20 und 30, jeweils wenigstens ein Isolationssteg 11-1, 12-1 bzw. 11-2, 12-2 angeordnet ist, wie dies vorangehend erläutert wurde. Bei dem in 16 erfolgt die Befestigung der Isolationsstege 11-1, 12-1, 11-2, 12-2 an der Leiterplatte 200 lediglich beispielhaft gemäß den 13A und 13B. Ebenso können jedoch auch alle anderen erläuterten Varianten gewählt werden.
Entsprechend kann ein zugehöriges Halbleitermodul 100 dann auch zwei Gräben 55-1 und 55-2 aufweisen, von denen einer (55-1) zwischen den Anschlussgruppen 10 und 20 und der andere (55-2) zwischen den Anschlussgruppen 20 und 30 angeordnet ist, was in 17 dargestellt ist.
Die 18A und 18B zeigen noch am Beispiel einer gemäß 15B mit zumindest einem ersten Isolationssteg 11 bestückten Leiterplatte 200, wie der erste Isolationssteg 11 bei der Montage der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 passgenau in den Graben 55 eintaucht.
Wie aus dem Beispiel gemäß 19 ersichtlich ist, kann zwischen zwei Anschlussgruppen 10 und 20 auch nur ein erster Isolationssteg 11 hindurchgeführt werden, der bereits vor der Montage der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 an der Leiterplatte 200 befestigt wurde und der sich nach der Montage der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 auf der dem Leistungshalbleitermodul 200 zugewandten Seite der Leiterplatte 200 befindet und in den Graben 55 eintaucht.
Unabhängig davon sind bei der Leistungshalbleitermodulanordnung 400 gemäß 19 die elektrischen Anschlüsse 1, 2 und 3 nicht als Einpressanschlüsse ausgebildet und demgemäß nicht durch die Leiterplatte 200 hindurchgeführt. Stattdessen kontaktieren sie jeweils eine der Elektroden 210 bzw. 220 an der dem Leistungshalbleitermodul 100 zugewandten Unterseite der Leiterplatte 200. Zur weiteren Verschaltung der Elektrode 220 kann die Leiterplatte 200 beispielsweise Durchkontaktierungen 225 aufweisen.
Gemäß noch einer anderen, anhand von 20 veranschaulichten Variante kann zwischen zwei Anschlussgruppen 10 und 20 auch nur ein zweiter Isolationssteg 12 hindurchgeführt werden, der bereits vor der Montage der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 an der Leiterplatte 200 befestigt wurde und der sich nach der Montage der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 auf der dem Leistungshalbleitermodul 200 abgewandten Seite der Leiterplatte 200 befindet.
Bei derartigen Ausgestaltungen kann ein elektrisch isolierender dritter Isolationssteg 13 vorhanden sein, der als Bestandteil des Modulgehäuses 50 ausgebildet oder fest mit diesem Modulgehäuse 50 verbunden ist, und der zwischen der ersten Anschlussgruppe 10 und der zweiten Anschlussgruppe 20 angeordnet ist. Nach der Montage der Leiterplatte 200 an dem Leistungshalbleitermodul 100 liegt der dritte Isolationssteg 13 an der dem Leistungshalbleitermodul 100 zugewandten Seite der Leiterplatte 200 an und/oder ist mit dieser mittels eines Kleber verklebt, der einen Spalt zwischen dem dritten Isolationssteg 13 und der Leiterplatte 200 vollständig abdichtet.
21 zeigt eine Gesamtansicht einer Leistungshalbleitermodulanordnung 400 mit einem Leistungshalbleitermodul 100, an dem eine Leiterplatte 200 montiert ist, an der vor der Montage an dem Leistungshalbleitermodul 100 wenigstens ein Isolationssteg 11-1, 11-2, 12-1, 12-2 befestigt wurde. Optional kann die Leiterplatte 200 kann durch ein oder mehrere Verbindungsmittel, beispielsweise durch Verschrauben, mit dem Leistungshalbleitermodul 100 verbunden werden.
Gemäß einer weiteren Option kann an dem Leistungshalbleitermodul 100 auf dessen der Leiterplatte 200 abgewandten Seite noch ein Kühlkörper 300 montiert werden. Die Befestigung des Leistungshalbleitermoduls 100 dem Kühlkörper 300 kann ebenfalls auf beliebige Weise, beispielsweise durch Verschrauben, erfolgen.
Die Ausgestaltung einer Leiterplatte 200 ist prinzipiell beliebig, sie kann zum Beispiel als gedruckte Leiterpatte ausgebildet sein, oder als laminierte Busschiene ("bus bar"), bei der die beiden Elektroden 210 und 220 elektrisch voneinander isoliert zu einem Verbund laminiert sind.
Im Inneren des Modulgehäuses 50 kann sich zumindest ein Leistungshalbleiterbauelement befinden, zum Beispiel ein MOSFET, ein IGBT, ein JFET, ein Thyristor, eine Diode, oder ein beliebiges andere Leistungsbauelement. Das Halbleitermodul 100 kann unter Verwendung des zumindest einen Leistungshalbleiterbauelements einen steuerbaren Halbleiterschalter enthalten, eine Halbbrücke, zwei Halbbrücken (z. B. eine H-Brücke), drei Halbbrücken, oder eine beliebige andere Konfiguration.
Beim Betrieb einer Leistungshalbleitermodulanordnung 400 gemäß der vorliegenden Erfindung kann zumindest zwischen den ersten elektrischen Anschlüssen 1 der ersten Anschlussgruppe 10 und den zweiten elektrischen Anschlüssen 2 der zweiten Anschlussgruppe 20, zwischen denen der erste Isolationssteg 11 und/oder der zweite Isolationssteg 20 verläuft, eine hohe elektrische Potentialdifferenz anliegen, die dann auch zwischen den Elektroden 210 und 220 der Leiterplatte 200 anliegt. Aufgrund von Durchkontaktierungen oder Durchgangslöchern 201, 202 der Leiterplatte 200 kann diese Potentialdifferenz auch über einem zwischen den Anschlussgruppen 10 und 20 befindlichen Abschnitt 231 des Isolationsträgers 230 anliegen, was beispielhaft anhand des in 22 gezeigten, vergrößerten Abschnitts der Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß 4 gezeigt ist. Die in diesem Zusammenhang erläuterten Kriterien gelten jedoch auch für alle anderen Ausgestaltungen. Zum Beispiel kann der Isolationsträger 230 in dem Abschnitt 231 Glasfasern aufweisen, entlang denen die Potentialdifferenz abfällt. Wenn in dem Modulgehäuse 50 Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet sind, die eine maximal zulässige Sperrspannung von 600 V aufweisen, so können zwischen den Anschlussgruppen 10 und 20 Betriebsspannungen (Gleich- oder Wechselspannungen) von 200 V bis 450 V anliegen. Im Fall von Leistungshalbleiterbauelementen mit einer maximal zulässigen Sperrspannung von 1200 V können zwischen den Anschlussgruppen 10 und 20 sogar Betriebsspannungen von 400 V bis 900 V anliegen, und bei Leistungshalbleiterbauelementen mit einer maximal zulässigen Sperrspannung von 1700 V sogar Betriebsspannungen von 600 V bis 1400 V. Kurzzeitige Sapnnungspitzen können im Extremfall bis zu einer maximal zulässigen Betriebsspannung U_max reichen, die zwischen den Anschlussgruppen 10 und 20 anliegen darf. Es darf dabei zu keiner Zerstörung der in dem Leistungshalbleitermodul 100 verbauten elektrischen Bauelemente kommen. Bei den Leistungshalbleiterbauelementen kann es sich zum Beispiel um Dioden handeln, oder um steuerbare Halbleiterbauelemente, bei denen der Strom durch eine Laststrecke (z. B. zwischen Emitter und Kollektor, zwischen Source und Drain oder zwischen Anode und Kathode) mittels eines Steueranschlusses (z. B. einem Gate- oder Basisanschluss) gesteuert wird. Geeignete steuerbare Leistungshalbleiterbauelemente sind zum Beispiels IGBTs, MOSFETs, JFETs, Thyristoren, HEMTs, usw. Die angegebenen maximal zulässigen Sperrspannungen beziehen sich, je nach Bauelement, auf die maximal zulässige Sperrspannung zwischen Emitter und Kollektor, zwischen Source und Drain, oder zwischen Anode und Kathode). Beispielsweise kann in dem Gehäuse 50 des Leistungshalbleitermoduls 100 zumindest ein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet sein, das eine maximal zulässige Sperrspannung von wenigstens 300 V oder von wenigstens 600 V aufweist.
Durch die Verwendung eines oder mehrerer Isolationsstege 11, 12 lässt sich der (kleinste) Abstand w zwischen der ersten Anschlussgruppe 10 einschließlich der mit dieser elektrisch leitend verbundenen Elemente der Leiterplatte 200 (Elektrode 210, Durchkontaktierungen 211, Lötaugen, etc.) einerseits und der zweiten Anschlussgruppe 20 und einschließlich der mit dieser elektrisch leitend verbundenen Elemente der Leiterplatte 200 (Elektrode 220, Durchkontaktierungen 221, Lötaugen, etc.) andererseits im Vergleich zu herkömmlichen Leistungshalbleitermodulanordnungen deutlich verringern. Der Abstand w wird nachfolgend als "Elektrodengruppenabstand" bezeichnet. Der Elektrodengruppenabstand w gibt den (kleinsten) Abstand zwischen einer ersten Elektrodengruppe und einer zweiten Elektrodengruppe an. Dabei umfasst die erste Elektrodengruppe sämtliche Elemente, die, solange die Leiterplatte 200 an dem Halbleitermodul 100 montiert ist, mit den ersten elektrischen Anschlüssen 1 der ersten Anschlussgruppe 10 dauerhaft elektrisch leitend verbunden sind. Entsprechend umfasst die zweite Elektrodengruppe sämtliche Elemente, die, solange die Leiterplatte 200 an dem Halbleitermodul 100 montiert ist, mit den zweiten elektrischen Anschlüssen 2 der zweiten Anschlussgruppe 20 dauerhaft elektrisch leitend verbunden sind. Bei einer jeden der Elektrodengruppen können sämtliche elektrisch leitend miteinander verbundenen Elemente aus Metall bestehen. Dadurch besitzen die Elemente einer Elektrodengruppe beim Betrieb der Leistungshalbleiteranordnung im Wesentlichen dasselbe elektrische Potential. Wenn beim Betrieb der Leistungshalbleiteranordnung zwischen der ersten Anschlussgruppe 10 und der zweiten Anschlussgruppe 20 eine elektrische Potentialdifferenz vorliegt, so fällt diese über dem Elektrodengruppenabstand w ab.
Beispielsweise kann der nachfolgend auch als "Anschlussgruppenabstand" bezeichnete Abstand d zwischen den Anschlussgruppen 10 und 20 des Leistungshalbleitermoduls 100 mit d < U_max·0,0070 mm/V gewählt werden, oder gar mit d < U_max·0,0045 mm/V, wobei U_max die maximal zulässige Betriebsspannung ist, die beim Betrieb der Leistungshalbleiteranordnung (d.h. mit an dem Leistungshalbleitermodul 100 montierter Leiterplatte 200) zwischen der ersten Anschlussgruppe 10 und der zweiten Anschlussgruppe 20 angelegt werden darf, ohne dass es zu einer Zerstörung der in dem Leistungshalbleitermodul 100 verbauten elektrischen Bauelemente führt.
Beispielsweise kann der Abstand d zwischen zwei benachbarten Anschlussgruppen 10 und 20 für U_max = 1200 V kleiner sein als 7 mm (z. B. im Bereich von 3 mm bis 5 mm), oder für U_max = 1700 V kleiner als 11,5 mm (z.B. im Bereich von 5 mm bis 7 mm). Unabhängig von diesen Kriterien kann der Abstand d der Spannung, die beim Betrieb zwischen der ersten Anschlussgruppe 10 und der zweiten Anschlussgruppe 20 anliegt, mindestens 1,5 mm betragen.
Die Abstände der Elektroden 210 und 220 der Leiterplatte 200 können innerhalb einer Isolierlage des Isolationsträgers 230 horizontal entlang von Strukturen der Isolierlage (z.B. Glasfasern, -geweben) innerhalb der Leiterplatte 200 bis etwa auf die Mindestabstände verkürzt werden, die erforderlich sind, um innerhalb der Leiterplatte 200 eine ausreichende elektrische Isolierung zu bewirken. Dabei sind Fehlermechanismen in der Leiterplatte 200 wie „CAF“ (CAF = Conductive Anodic Filament) berücksichtigt. Diese Mechanismen spielen sich im Fall von Glasfasern oder Glasfasergeweben bevorzugt entlang von Glasfasern ab. Deshalb darf der Elektrodengruppenabstand w nicht zu kurz werden. Dieser Elektrodengruppenabstand kann aufgrund der vorliegenden Erfindung aber wesentlich kürzer gewählt werden, als der Mindest-Kriechweg, der erforderlich ist, wenn zwischen den Elektrodengruppen die maximal zulässige Betriebsspannung U_max anliegt.
Bei der vorliegenden Erfindung kann eine Leistungshalbleiteranordnung so ausgestaltet sein, dass zwischen den ersten elektrischen Anschlüssen 1 der ersten Anschlussgruppe 10 und den zweiten elektrischen Anschlüsse 2 der zweiten Anschlussgruppe 20, die ja beim Betrieb auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen, keine gerade Strecke vorliegt, die nur durch Luft verläuft. Anders ausgedrückt bedeutet das, dass nirgends zwischen den ersten elektrischen Anschlüssen 1 der ersten Anschlussgruppe 10 und den zweiten elektrischen Anschlüsse 2 der zweiten Anschlussgruppe 20 eine "Sichtverbindung" besteht.
Generell aber nicht notwendiger Weise kann ein Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung einen schnell schaltenden Kommutierungskreis aufweisen (zum Beispiel eine Halbbrücke, eine H-Brücke, ein 3- oder Mehr-Level-Schaltung etc.). Ebenso kann ein Leistungshalbleitermodul ein Bestandteil eines schnell schaltenden Kommutierungskreises sein. Zum Beispiel können zwei Halbleitermodule jeweils einen logischen Schalter mit einem oder mehreren elektrisch parallel geschalteten Halbleiterchips enthalten, und die logischen Schalter können zu einer Halbbrücke verschaltet sein. Der eine logische Schalter kann dann zum Beispiel einen DC+ Kreis bilden, der andere einen DC– Kreis.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 41611-9:1987-12: "Lötfreie elektrische Verbindungen; Abisolierfreie Wickelverbindungen; Begriffe, Kennwerte, Anforderungen, Prüfungen" [0056]
DIN EN (IEC) 60352-5, 2008-11: "Lötfreie Verbindungen – Teil 5: Einpressverbindungen – Allgemeine Anforderungen, Prüfverfahren und Anwendungshinweise (IEC 60352-5:2008)" [0056]

Claims

Leistungshalbleitermodulsystem mit einem Leistungshalbleitermodul (100), das – ein Modulgehäuse (50) mit einer Oberseite (50t) aufweist; – eine erste Anschlussgruppe (10) mit wenigstens einem ersten elektrischen Anschluss (1) aufweist, oder mit wenigstens zwei ersten elektrischen Anschlüssen (1), die dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden sind; – eine zweite Anschlussgruppe (20) mit wenigstens einem zweiten elektrischen Anschluss (2) aufweist, oder mit wenigstens zwei zweiten elektrischen Anschlüssen (2), die dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden sind; einer Leiterplatte (200), die eine erste Elektrode (210) und eine zweite Elektrode (220) aufweist und die derart an dem Leistungshalbleitermodul (100) montierbar ist, dass im montierten Zustand – jeder erste Anschluss (1) mit der ersten Elektrode (210) elektrisch leitend verbunden ist; und – jeder zweite Anschluss (2) mit der zweiten Elektrode (220) elektrisch leitend verbunden ist; wobei das Leistungshalbleitermodulsystem weiterhin einen oder beiden der folgenden Isolationsstege (11, 12) aufweist: – einen ersten Isolationssteg (11), der auch im unmontierten Zustand an der Leiterplatte (200) befestigt ist und der im montierten Zustand zwischen der ersten Anschlussgruppe (10) und der zweiten Anschlussgruppe (20) angeordnet ist; – einen zweiten Isolationssteg (12), der auch im unmontierten Zustand an der Leiterplatte (200) befestigt ist und der im montierten Zustand auf der dem Leistungshalbleitermodul (100) abgewandten Seite der Leiterplatte (200) zwischen der ersten Anschlussgruppe (10) und der zweiten Anschlussgruppe (20) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 1, bei dem das Modulgehäuse (50) einen Graben (55) aufweist, der sich zwischen der ersten Anschlussgruppe (10) und der zweiten Anschlussgruppe (20) von der Oberseite (50t) ausgehend in das Modulgehäuse (50) hinein erstreckt; und der erste Isolationssteg (11) im montierten Zustand in den Graben (55) eingreift.
Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 2, bei dem der Graben (55) eine durch das Modulgehäuse (50) gebildete, ringförmig geschlossene Seitenwand (r) aufweist, die den ersten Isolationssteg (11) im montierten Zustand ringförmig umgibt.
Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 2, bei dem der Graben (55) eine Verlaufsrichtung (r) aufweist und weder in der Verlaufsrichtung (r) noch entgegen der Verlaufsrichtung (r) von dem Modulgehäuse (50) begrenzt ist.
Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Graben (55) eine Verlaufsrichtung (r) aufweist und das Modulgehäuse (50) im montierten Zustand in der Verlaufsrichtung (r) zumindest im Bereich des Grabens (55) eine größere Breite aufweist als die Leiterplatte (200).
Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Graben (55) eine Verlaufsrichtung (r) aufweist und das Modulgehäuse (50) im montierten Zustand in der Verlaufsrichtung (r) zumindest im Bereich des Grabens (55) eine geringere Breite (r) aufweist als die Leiterplatte (200).
Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Isolationssteg (11) und der zweite Isolationssteg (12) zusammen eine einteilige oder mehrteilige ringförmige Struktur bilden, die die Leiterplatte (200) ringförmig umgibt.
Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Isolationssteg (11) und der zweite Isolationssteg (12) zusammenhängend ausgebildet sind und eine Einheit bilden, die die Leiterplatte (200) ringförmig umgibt.
Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 8, bei dem die Einheit als geschlossener Ring ausgebildet ist, der auf die Leiterplatte (200) aufgeschoben ist.
Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der erste Isolationssteg (11) erste Justagepins (112) aufweist, die jeweils in eine korrespondierende erste Justageöffnung (212) der Leiterplatte (200) eingreifen; und/oder der zweite Isolationssteg (12) zweite Justagepins (122) aufweist, die jeweils in eine korrespondierende zweite Justageöffnung (222) der Leiterplatte (200) eingreifen.
Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Isolationssteg (11) mit der Leiterplatte (200) verklebt ist; und/oder der zweite Isolationssteg (12) mit der Leiterplatte (200) verklebt ist.
Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem dritten Isolationssteg (13), der als Bestandteil des Modulgehäuses (50) ausgebildet oder fest mit diesem Modulgehäuse (50) verbunden ist, und der zwischen der ersten Anschlussgruppe (10) und der zweiten Anschlussgruppe (20) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodulsystem nach Anspruch 12, bei dem der dritte Isolationssteg (13) mit der Leiterplatte (200) verklebt ist.
Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die ersten Anschlüsse (1) und die zweiten Anschlüsse (2) jeweils als Lötanschlüsse ausgebildet sind, wobei im montierten Zustand die ersten Anschlüsse (1) mit der ersten Elektrode (210) und die zweiten Anschlüsse (2) mit der zweiten Elektrode (220) verlötet sind; oder jeweils als Schweißanschlüsse ausgebildet sind, wobei im montierten Zustand die ersten Anschlüsse (1) mit der ersten Elektrode (210) und die zweiten Anschlüsse (2) mit der zweiten Elektrode (220) verschweißt sind; oder jeweils als Schraubanschlüsse ausgebildet sind, wobei im montierten Zustand die ersten Anschlüsse (1) mit der ersten Elektrode (210) und die zweiten Anschlüsse (2) mit der zweiten Elektrode (220) verschraubt sind; oder jeweils als Einpressanschlüsse nach DIN 41611-9:1987-12 oder nach DIN EN (IEC) 60352-5, 2008-11 ausgebildet sind, wobei im montierten Zustand ein jeder der ersten Anschlüsse (1) jeweils in eine korrespondierende erste Öffnung (201) der ersten Elektrode (210) eingepresst ist und ein jeder der zweiten Anschlüsse (2) jeweils in eine korrespondierende zweite Öffnung (202) der zweiten Elektrode (220) eingepresst ist; jeweils als Federkontakte ausgebildet sind, wobei im montierten Zustand ein jeder der ersten Anschlüsse (1) federnd und unter Ausbildung einer elektrischen Druckkontaktverbindung gegen die erste Elektrode (210) gepresst wird und ein jeder der zweiten Anschlüsse (2) federnd und unter Ausbildung einer elektrischen Druckkontaktverbindung gegen die zweite Elektrode (220) gepresst wird.
Leistungshalbleitermodulsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Leistungshalbleitermodul (100) eine maximal zulässige Betriebsspannung (U_max) aufweist, die zwischen der ersten Anschlussgruppe (10) und der zweiten Anschlussgruppe (20) anliegen darf; und die erste Anschlussgruppe (10) und die zweite Anschlussgruppe (20) einen Anschlussgruppenabstand (d) aufweisen, der zumindest einem oder einer beliebigen Kombination der folgenden Kriterien genügt, soweit sich diese Kriterien nicht gegenseitig ausschließen: – der Anschlussgruppenabstand (d) ist kleiner als das (0,0070 mm/V) -fache der maximal zulässigen Betriebsspannung (U_max); – der Anschlussgruppenabstand (d) ist kleiner als das (0,0045 mm/V) -fache der maximal zulässigen Betriebsspannung (U_max); – der Anschlussgruppenabstand (d) ist kleiner als 7 mm und die maximal zulässige Betriebsspannung (U_max) beträgt 1200 V; – der Anschlussgruppenabstand (d) ist kleiner als 11,5 mm und die maximal zulässige Betriebsspannung (U_max) beträgt 1700 V; – der Anschlussgruppenabstand (d) beträgt mindestens 1,5 mm.
Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildeten Leistungshalbleitermodulsystems; Montieren der Leiterplatte (200) an dem Leistungshalbleitermodul (100) derart, dass im montierten Zustand ein jeder der ersten Anschlüsse (1) mit der ersten Elektrode (210) elektrisch leitend verbunden ist und ein jeder der zweiten Anschlüsse (2) mit der zweiten Elektrode (220) elektrisch leitend verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Leistungshalbleitermodulsystem einen ersten Isolationssteg (11) aufweist, der vor der Montage der Leiterplatte (200) an dem Leistungshalbleitermodul (100) fest mit der Leiterplatte (200) verbunden ist; und/oder das Leistungshalbleitermodulsystem einen zweiten Isolationssteg (12) aufweist, der vor der Montage der Leiterplatte (200) an dem Leistungshalbleitermodul (100) fest mit der Leiterplatte (200) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei dem das Leistungshalbleitermodulsystem (400) einen ersten Isolationssteg (11) mit ersten Justagepins (112) aufweist, wobei der erste Isolationssteg (11) vor der Montage der Leiterplatte (200) an dem Leistungshalbleitermodul (100) fest mit der Leiterplatte (200) verbunden wird, so dass die ersten Justagepins (112) jeweils in eine korrespondierende erste Justageöffnung (212) der Leiterplatte (200) eingreifen und während der Montage der Leiterplatte (200) an dem Leistungshalbleitermodul (100) mit den ersten Justageöffnungen (212) in Eingriff bleiben; und/oder das Leistungshalbleitermodulsystem einen zweiten Isolationssteg (12) mit zweiten Justagepins (122) aufweist, wobei der zweite Isolationssteg (12) vor der Montage der Leiterplatte (200) an dem Leistungshalbleitermodul (100) fest mit der Leiterplatte (200) verbunden wird, so dass die zweiten Justagepins (122) jeweils in eine korrespondierende zweite Justageöffnung (222) der Leiterplatte (200) eingreifen und während der Montage der Leiterplatte (200) an dem Leistungshalbleitermodul (100) mit den zweiten Justageöffnungen (222) in Eingriff bleiben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem das Leistungshalbleitermodulsystem einen ersten Isolationssteg (11) und einen zweiten Isolationssteg (12) aufweist, die fest mit der Leiterplatte (200) verbunden werden und die vor ihrer Montage an der Leiterplatte (200) beweglich miteinander verbunden sind.