DE102014115812B4

DE102014115812B4 - Halbleitermodul und Halbleitermodulanordnung mit geringen Kriechströmen

Info

Publication number: DE102014115812B4
Application number: DE102014115812.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Höhn; Georg Borghoff
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: CN105575925B; DE102014115812A1; CN105575925A

Abstract

Halbleitermodul, das aufweist:
ein Gehäuse (50), das eine Unterseite (50b) aufweist, eine in einer vertikalen Richtung (v) von der Unterseite (50b) beabstandete Oberseite (50t), einen ersten Abschnitt (51) und einen von diesem beabstandeten zweiten Abschnitt (52), sowie einen dritten Abschnitt (53), der zwischen dem ersten Abschnitt (51) und dem zweiten Abschnitt (52) angeordnet ist;
ein erstes Lastterminal (1) und ein zweites Lastterminal (2), die im Bereich des ersten Abschnitts (51) an der Außenseite des Gehäuses (50) angeordnet sind;
ein drittes Lastterminal (3, 4), das im Bereich des zweiten Abschnitts (52) an der Außenseite des Gehäuses (50) angeordnet ist;
ein erstes Kleinsignalterminal (8) und ein zweites Kleinsignalterminal (5), die im Bereich des dritten Abschnitts (53) an der Außenseite des Gehäuses (50) angeordnet sind;
einen steuerbaren ersten Halbleiterschalter (S1), der einen ersten Lastanschluss (11), einen zweiten Lastanschluss (12) und eine zwischen diesen ausgebildete erste Laststrecke aufweist, sowie einen ersten Steueranschluss (13) zur Steuerung der ersten Laststrecke;
einen steuerbaren zweiten Halbleiterschalter (S2), der einen ersten Lastanschluss (21), einen zweiten Lastanschluss (22) und eine zwischen diesen ausgebildete zweite Laststrecke aufweist, sowie einen zweiten Steueranschluss (23) zur Steuerung der zweiten Laststrecke; wobei
das erste Lastterminal (1) mit dem zweiten Lastanschluss (22) des zweiten Halbleiterschalters (S2) elektrisch verbunden ist;
das zweite Lastterminal (2) mit dem ersten Lastanschluss (11) des ersten Halbleiterschalters (S1) elektrisch verbunden ist;
das dritte Lastterminal (3, 4) mit dem zweiten Lastanschluss (12) des ersten Halbleiterschalters (S1) und dem ersten Lastanschluss (21) des zweiten Halbleiterschalters (S2) elektrisch verbunden ist;
das erste Kleinsignalterminal (8) mit dem ersten Steueranschluss (13) elektrisch leitend verbunden und vom ersten Lastterminal (1) und vom zweiten Lastterminal (2) weiter beabstandet ist als vom dritten Lastterminal (3, 4);
das zweite Kleinsignalterminal (5) mit dem zweiten Steueranschluss (23) elektrisch leitend verbunden und vom dritten Lastterminal (3, 4) weiter beabstandet ist als vom ersten Lastterminal (1);wobei
das erste Lastterminal (1), das zweite Lastterminal (2) und das dritte Lastterminal (3, 4) jeweils ein der Unterseite (50b) abgewandtes Ende (1t, 2t, 3t, 4t) aufweisen, wobei diese Enden (1t, 2t, 3t, 4t) in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten ersten Ebene (E1) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft Halbleitermodule und Halbeitermodulanordnungen. Halbleitermodule und Halbeitermodulanordnungen werden häufig bei hohen Betriebsspannungen betrieben. Dabei kann es zu unerwünschten Spannungsüberschlägen und/oder Kriechströmen kommen. Außerdem sind Halbleitermodule und Halbeitermodulanordnungen häufig umständlich zu montieren, beispielsweise wenn sie nebeneinander auf einem gemeinsamen Kühlkörper angeordnet, mit diesem verschraubt und mit Hilfe von plattenförmigen Busbars oder Leiterplatten, deren Anschlüsse vorgegebene Relativpositionen aufweisen, elektrisch verschaltet werden sollen.
Aus DE 196 12 515 A1 ist ein Leistungshalbleitermodul mit einem Modulgehäuse bekannt, in dem eine Halbbrücke mit zwei IGBTs angeordnet ist. Sechs Versorgungsanschlüsse zur Zuführung eines positiven Potentials einer Versorgungsspannung sind in einer anderen Ebene angeordnet als sechs Versorgungsanschlüsse zur Zuführung eines negativen Potentials der Versorgungsspannung.
Die DE 103 16 356 A1 betrifft ein modular aufgebautes Leistungshalbleitermodul, das aus mehreren Teilmodulen besteht, die jeweils eine Grundplatte und ein rahmenartiges Gehäuse aufweisen. Die einzelnen Teilmodule werden mittels eines die Teilmodule gegeneinander fixierenden Deckels und/oder mittels die einzelnen Teilmodule fixierender Verbindungen zu einem Leistungshalbleitermodul verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Halbleitermodul bereitzustellen, das bei hohen Spannungen betrieben werden kann, ohne dass Spannungsüberschläge und allzu hohe Kriechströme auftreten und/oder das sich auf einfache Weise montieren und elektrisch verschalten lässt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Halbleitermodulanordnung mit wenigstens zwei Halbleitermodulen bereitzustellen, die bei hohen Spannungen betrieben werden kann, ohne dass Spannungsüberschläge und allzu hohe Kriechströme auftreten und/oder die sich auf einfache Weise montieren und elektrisch verschalten lässt.
Diese Aufgaben werden durch ein Halbleitermodul gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch eine Halbeitermodulanordnung gemäß Patentanspruch 17 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erster Aspekt betrifft ein Halbleitermodul mit einem Gehäuse, einem ersten, einem zweiten und einem dritten Lastterminal, einem ersten Kleinsignalterminal, einem zweiten Kleinsignalterminal, einem steuerbaren ersten Halbleiterschalter und einem steuerbaren zweiten Halbleiterschalter. Das Gehäuse weist eine Unterseite und eine in einer vertikalen Richtung von der Unterseite beabstandete Oberseite auf, einen ersten Abschnitt und einen von diesem beabstandeten zweiten Abschnitt, sowie einen dritten Abschnitt, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist. Das erste Lastterminal und das zweite Lastterminal sind im Bereich des ersten Abschnitts an der Außenseite des Gehäuses angeordnet, das dritte Lastterminal ist im Bereich des zweiten Abschnitts an der Außenseite des Gehäuses angeordnet, und das erstes und zweite Kleinsignalterminal sind im Bereich des dritten Abschnitts an der Außenseite des Gehäuses angeordnet. Der erste Halbleiterschalter weist einen ersten Lastanschluss, einen zweiten Lastanschluss und eine zwischen diesen ausgebildete erste Laststrecke auf, sowie einen ersten Steueranschluss zur Steuerung der ersten Laststrecke. Entsprechend weist der zweite Halbleiterschalter einen ersten Lastanschluss, einen zweiten Lastanschluss und eine zwischen diesen ausgebildete zweite Laststrecke auf, sowie einen zweiten Steueranschluss zur Steuerung der zweiten Laststrecke. Das erste Lastterminal mit dem zweiten Lastanschluss des zweiten Halbleiterschalters S2 elektrisch verbunden, das zweite Lastterminal ist mit dem ersten Lastanschluss des ersten Halbleiterschalters elektrisch verbunden, das dritte Lastterminal ist mit dem zweiten Lastanschluss des ersten Halbleiterschalters und mit dem ersten Lastanschluss des zweiten Halbleiterschalters elektrisch verbunden. Dabei weisen das erste Lastterminal, das zweite Lastterminal und das dritte Lastterminal jeweils ein der Unterseite abgewandtes Ende auf, wobei diese Enden in einer zur vertikalen Richtung senkrechten ersten Ebene angeordnet sind. Außerdem ist das erste Kleinsignalterminal mit dem ersten Steueranschluss elektrisch leitend verbunden und vom ersten Lastterminal und vom zweiten Lastterminal weiter beabstandet ist als vom dritten Lastterminal, und das zweite Kleinsignalterminal ist mit dem zweiten Steueranschluss elektrisch leitend verbunden und vom dritten Lastterminal weiter beabstandet ist als vom ersten Lastterminal.
Ein zweiter Aspekt betrifft eine Halbleitermodulanordnung mit einem ersten und einem zweiten Halbleitermodul, die jeweils gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet sind, sowie mit einer Leiterplatte. Ein jedes der Halbleitermodule ist an seinem ersten Kleinsignalterminal mittels jeweils einer ersten Schraube unter Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen diesem ersten Kleinsignalterminal und der Leiterplatte fest mit dieser verschraubt.
Diese sowie weitere Aspekte der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:

1 ein Schaltbild einer Anordnung mit einem Halbleitermodul und einer Ansteuerelektronik .
2 eine perspektivische Draufsicht auf ein Halbleitermodul.
3 eine Draufsicht sowie vier Seitenansichten des Halbleitermoduls gemäß 2.
4 eine bemaßte Draufsicht auf das Halbleitermodul gemäß 2.
5 eine bemaßte Seitenansicht des Halbleitermoduls gemäß 2.
6 eine Draufsicht auf zwei miteinander verrastete, jeweils gemäß 2 ausgebildete Halbleitermodule1.
7 eine Seitenansicht der beiden gemäß 6 miteinander verrasteten Halbleitermodule.
8 eine perspektivische Ansicht der beiden gemäß 6 miteinander verrasteten Halbleitermodule mit einer auf diesen montierten Leiterplatte.
9 eine Draufsicht sowie vier Seitenansichten der beiden gemäß 8 miteinander verrasteten Halbleitermodule mit einer Leiterplatte versehenen Halbleitermodule.
10 eine weitere perspektivische Draufsicht auf das Halbleitermodul gemäß 2.
11 einen vergrößerten Abschnitt der Ansicht gemäß 10, der ein Rastelement zeigt.
12 noch eine weitere perspektivische Draufsicht auf das Halbleitermodul gemäß 2.
13 einen vergrößerten Abschnitt der Ansicht gemäß 12, der ein Rastelement zeigt.
14 eine perspektivische untere Ansicht des Halbleitermoduls gemäß 2.
15 einen vergrößerten Abschnitt der Ansicht gemäß 14, der ein weiteres Rastelement zeigt.
16 eine weitere perspektivische untere Ansicht des Halbleitermoduls gemäß 2.
17 einen vergrößerten Abschnitt der Ansicht gemäß 16, der ein Rastelement zeigt.
18 einen Querschnitt durch den Verrastungsbereich zweier gemäß 6 miteinander verrasteter Halbleitermodule.
19 einen vergrößerten Abschnitt der Ansicht gemäß 18.
20 verschiedene Ansichten zweier miteinander verrasteter Halbleitermodule, die mit einer Leiterplattenanordnung verschraubt sind, welche mehrere separate Leiterplatten aufweist.
21 verschiedene Ansichten zweier miteinander verrasteter Halbleitermodule, die mit einer Leiterplattenanordnung verschraubt sind, welche eine mit Schlitzen versehene Leiterplatte aufweist.
1 zeigt ein Schaltbild mit einem Halbleitermodul 100 und einer Ansteuerschaltung 200 hierfür.

Das Halbleitermodul 100 enthält eine Halbbrücke mit einem oberen Halbbrückenzweig I und einem unteren Halbbrückenzweig II. Der obere Halbbrückenzweig I enthält einen steuerbaren ersten Halbleiterschalter S1, der untere Halbbrückenzweig II einen steuerbaren zweiten Halbleiterschalter S2. Der erste Halbleiterschalter S1 weist einen ersten Lastanschluss 11, einen zweiten Lastanschluss 12 und eine zwischen diesen ausgebildete erste Laststrecke auf, sowie einen ersten Steueranschluss 13 zur Steuerung der ersten Laststrecke. Entsprechend weist auch der zweite Halbleiterschalter S2 einen ersten Lastanschluss 21, einen zweiten Lastanschluss 22 und eine zwischen diesen ausgebildete zweite Laststrecke auf, sowie einen zweiten Steueranschluss 23 zur Steuerung der zweiten Laststrecke.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterschalter S1 und S2 jeweils als IGBT ausgebildet. Grundsätzlich können S1 und S2, unabhängig voneinander und in beliebigen Kombinationen miteinander - als MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), als Thyristor, als JFET (Junction Field Effect Transistor), als HEMT (High Electron Mobility Transistor) oder als beliebiger anderer steuerbarer unipolarer oder bipolarer Halbleiterschalter ausgebildet sein. Insbesondere können S1 und S2 auch durch identische der genannten Bauelement-Grundtypen (z. B. n-kanal IGBT und p-kanal IGBT) gebildet werden, oder durch verschiedene der genannten Bauelement-Grundtypen (z. B. IGBT und JFET).
Je nach Bauelementtyp kann es sich bei dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterschalters S1 zum Beispiel um Anode bzw. Kathode, um Kathode bzw. Anode, um Source bzw. Drain, um Drain bzw. Source, um Emitter bzw. Kollektor oder um Kollektor bzw. Emitter des betreffenden Bauelements handeln, und bei dem ersten Steueranschluss 13 um einen Gate- oder Basisanschluss. Entsprechend kann es sich bei dem ersten Lastanschluss 21 und dem zweiten Lastanschluss 22 des zweiten Halbleiterschalters S2 um Anode bzw. Kathode, um Kathode bzw. Anode, um Source bzw. Drain, um Drain bzw. Source, um Emitter bzw. Kollektor oder um Kollektor bzw. Emitter des betreffenden Bauelements handeln, und bei dem zweiten Steueranschluss 23 um einen Gate- oder Basisanschluss.
Die steuerbaren Halbleiterschalter S1 und S2 sind jeweils als logische Halbleiterschalter zu verstehen. Der erste Halbleiterschalter S1 kann zum Beispiel durch genau einen steuerbaren Halbleiterschalter gegeben sein, der in einem Halbleiterchip integriert ist, durch mehrere steuerbare Halbleiterschalter, die in demselben Halbleiterchip integriert sind, oder durch mehrere steuerbare Halbleiterschalter, die jeweils in einem anderen Halbleiterchip integriert sind. Soweit der erste Halbleiterschalter S1 zwei oder mehr steuerbare Halbleiterschalter aufweist, sind diese parallel geschaltet, indem ihre Laststrecken parallel geschaltet und ihre Steueranschlüsse elektrisch miteinander verbunden sind. Entsprechendes gilt auch für den zweiten Halbleiterschalter S2.
Zur Ausbildung der Halbbrücke sind die Laststrecken der Halbleiterschalter S1 und S2 in Reihe geschaltet. Hierzu ist der zweite Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterschalters S1 elektrisch leitend mit dem ersten Lastanschluss 21 des zweiten Halbleiterschalters S2 verbunden.
Optional kann das Halbleitermodul 100 noch ein (logisches) erstes Freilaufelement D1 enthalten, das zur Laststrecke des ersten Halbleiterschalters S1 parallel geschaltet ist, sowie ein (logisches) zweites Freilaufelement D2 enthalten, das zur Laststrecke des zweiten Halbleiterschalters S2 parallel geschaltet ist. Bei dem ersten Freilaufelement D1 kann es sich beispielsweise um eine Freilaufdiode handeln, deren Kathode 31 mit dem ersten Lastanschluss 11 des ersten Halbleiterschalters S1 elektrisch verbunden ist, und deren Anode 32 mit dem zweiten Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterschalters S1 und dem ersten Lastanschluss 21 des zweiten Halbleiterschalters S2 elektrisch verbunden ist.
Entsprechend kann es sich bei dem zweiten Freilaufelement D2 ebenfalls um eine Freilaufdiode handeln, deren Anode 42 mit dem zweiten Lastanschluss 22 des zweiten Halbleiterschalters S2 elektrisch verbunden ist, und deren Kathode 41 mit dem zweiten Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterschalters S1 und dem ersten Lastanschluss 21 des zweiten Halbleiterschalters S2 elektrisch verbunden ist.
Die Ansteuerschaltung 200 weist einen ersten Schaltungsteil 201 zur Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters S1 auf, einen zweiten Schaltungsteil 202 zur Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters S2, sowie einen optionalen dritten Schaltungsteil 203. Der dritte Schaltungsteil 203 kann zum Beispiel eine Auswerteelektronik enthalten, mittels der die Anstiegsgeschwindigkeit der über der Laststrecke des ersten Halbleiterschalters S1 abfallenden Spannung ermittelt wird. Je nach Anwendungsgebiet, in dem das Halbleitermodul 100 und damit die Halbbrücke eingesetzt wird, kann der Betrag der Potentialdifferenz U = V2-V1, die während des Betriebs zwischen dem ersten Lastanschluss 11 des ersten Halbleiterschalters S1 und dem zweiten Lastanschluss 22 des zweiten Halbleiterschalters S2 anliegt, mehrere hundert oder sogar mehrere tausend Volt betragen. Allerdings ist es sowohl aus Kostengründen als auch aus diversen technischen Gründen vorteilhaft, die Ansteuerschaltung mit oder aus Bauelementen aufzubauen, über denen nur vergleichsweise geringe Spannungen, beispielsweise nicht mehr als 30 V, abfallen. Typische steuerbare Halbleiterschalter S1, S2 lassen sich in einem Ansteuerspannungsbereich von 0 V bis 30 V oder von 0 V bis 15 problemlos betreiben, d.h. ein Halbleiterschalter S1, S2 kann im Ansteuerspannungsbereich eingeschaltet (Laststrecke leitet maximal) oder ausgeschaltet (Laststrecke sperrt maximal, d.h. abgesehen von unvermeidlichen Leckströmen) werden, oder es kann ein beliebiger Zwischenzustand eingestellt werden, in dem die Leitfähigkeit der Lasttrecke größer ist als im ausgeschalteten Zustand, aber geringer als im maximal leitenden Zustand.
Zur Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters S1 ist dessen Ansteuerspannung zwischen seinem Steueranschluss 13 und seinem zweiten Lastanschluss 12 anzulegen. Entsprechend ist zur Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters S2 dessen Ansteuerspannung zwischen seinem Steueranschluss 23 und seinem zweiten Lastanschluss 22 anzulegen. Das Potential des zweiten Lastanschlusses 12 stellt das Bezugspotential zur Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters S1 über dessen Steueranschluss 13 dar, und das Potential des zweiten Lastanschlusses 22 das Bezugspotential zur Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters S2 über dessen Steueranschluss 23.
Wenn beim Betrieb des Halbleitermoduls 100 eine hohe Spannung von mehreren hundert oder gar mehreren tausend Volt über der Laststrecke des zweiten Halbleiterschalters S2 abfällt, unterscheiden sich die genannten Bezugspotentiale an den zweiten Steueranschlüssen 12 und 22 ebenfalls um diese hohe Spannung. Daher ist es vorteilhaft, den ersten Schaltungsteil 201, der die Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters S1 enthält, vom zweiten Schaltungsteil 202, der die Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters S2 enthält, so weit zu entkoppeln, dass zwischen ihnen keine Spannungsüberschläge und keine oder zumindest keine signifikanten Kriechströme auftreten. Entsprechendes gilt auch für die Entkopplung eines eventuell vorhandenen dritten Schaltungsteils 203 sowohl gegenüber dem ersten Schaltungsteil 201 als auch gegenüber dem zweiten Schaltungsteil 202.
Gleichwohl können aus schaltungstechnischen Gründen, jeweils optional, eine elektrische Kopplung zwischen dem zweiten Schaltungsteil 202 und dem ersten Schaltungsteil 201 vorgesehen sein, sowie zwischen dem ersten Schaltungsteil 201 und dem dritten Schaltungsteil 203. Hierzu sind zwischen den betreffenden Schaltungsteilen Kopplungsvorrichtungen 221 bzw. 213 vorhanden. Bei dem gezeigten Beispiel weisen die Kopplungsvorrichtungen 221 und 213 jeweils eine Kette von in Reihe geschalteten Bauteilen 91 (diese sind hier lediglich beispielhaft als Dioden ausgebildet) auf, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur drei dargestellt sind. Grundsätzlich kann eine Kette auch eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Bauteilen 91 aufweisen, z. B. eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Dioden, eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Widerständen, oder eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Kondensatoren, aber auch eine Reihenschaltung mit einer Vielzahl von zwei oder drei der genannten Bauelementtypen.
In jedem Fall bewirkt die Reihenschaltung eine Aufteilung einer über der Reihenschaltung abfallenden hohen Spannung auf die einzelnen in Reihe geschalteten Bauteile 91. Auf diese Weise lässt sich durch eine Reihenschaltung einer Vielzahl von Einzelbauteilen 91 die auf die Einzelbauteile 91 jeweils wirkende Spannungsbelastung so weit reduzieren, dass diese in ihrem zulässigen Spannungsbereich betrieben werden können.
Wie weiterhin in Verbindung mit der perspektivischen Ansicht des Halbleitermoduls 100 gemäß 2 und der Draufsicht mit den vier Seitenansichten gemäß 3 zu erkennen ist, weist dieses ein Gehäuse 50 mit einer Unterseite 50b und einer Oberseite 50t auf, in dem die Halbbrücke angeordnet ist. Die Oberseite 50t ist in einer vertikalen Richtung v von der Unterseite 50b beabstandet. An der Unterseite 50b kann optional eine ebene oder im Wesentlichen ebene Bodenplatte 60 montiert sein. In diesem Fall kann die vertikale Richtung v senkrecht zu der dem Gehäuse 50 abgewandten Unterseite 60b der Bodenplatte 60 verlaufen.
Das Gehäuse 50 kann elektrisch isolierend sein. Es kann beispielsweise Kunststoff aufweisen oder aus Kunststoff bestehen, z. B. einem Thermoplasten, einem Duromer oder einem Duroplasten. Besonders einfach lässt sich das Gehäuse 50 durch Spritzgießen herstellen. Allerdings sind beliebige andere Herstellungsverfahren ebenfalls möglich. Außerdem kann das Gehäuse 50 einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Um das Gehäusematerial mechanisch zu verstärken, kann es einen Anteil aus länglichen Fasern, beispielsweise Glasfasern, enthalten.
Um das Halbleitermodul 100 von der Außenseite des Gehäuses 50 her elektrisch kontaktieren zu können, sind an der Außenseite Lastterminals 1, 2, 3, 4 und Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10 angebracht, wobei von den Lastterminals 3 und 4 eines optional ist. Außerdem ist von den Kleinsignalterminals 6, 7, 9 und 10 ein jedes optional. Als „Lastterminals“ werden elektrische Anschlüsse verstanden, die eine hohe Stromtragfähigkeit aufweisen. Insbesondere kann ein jedes der Lastterminals 1, 2, 3, 4 eine höhere Stromtragfähigkeit aufweisen als ein jedes der Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10. Beispielsweise kann ein jedes der Lastterminals 1, 2, 3, 4 eine Stromtragfähigkeit von wenigstens 250A aufweisen, und/oder ein jedes der Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10 kann eine Stromtragfähigkeit von höchstens 30A besitzen. Die Bezugszeichen der Terminals 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 entsprechen den gleichlautenden, neben dem jeweiligen Terminal angegebenen Nummern auf dem Gehäuse 50.
Die Lastterminals 1, 2, 3 und 4 können, soweit diese Lastterminals vorhanden sind, jeweils mittels einer Schraubenmutter 81, 82, 83 bzw. 84 mit einem modulexternen Anschluss verschraubt werden. Die Schraubenmutter 81, 82, 83, 84 ist hierbei jeweils unterhalb des betreffenden Lastterminals 1, 2, 3, 4 in einer Aussparung des Gehäuses 6 angeordnet, so dass eine Schraube durch eine Durchgangsöffnung des Lastterminals 1, 2, 3, 4 hindurchgeführt und fest mit der Schraubenmutter 81, 82, 83, 84 verschraubt werden kann. Die Aussparung des Gehäuses 6 ist dabei jeweils so ausgebildet, dass die Schraubenmutter 81, 82, 83, 84 beim Eindrehen einer Schraube vom dem Gehäuse 6 gehalten wird, so dass beim Eindrehen ein Gegenmoment entsteht, das ein Festziehen der Schraube ermöglicht. Die Schraubenmuttern 81, 82, 83, 84 können dabei als von den Lastterminals 1, 2, 3, 4 getrennte Elemente vorliegen. Die Schraubenmuttern 81, 82, 83, 84 (soweit vorhanden) können jeweils ein metrisches M8 Innengewinde aufweisen.
Die Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9 und 10 können, soweit diese Kleinsignalterminals vorhanden sind, ein Innengewinde aufweisen, um das betreffende Terminal mittels einer Schraubverbindung elektrisch leitend mit einem beliebigen modulexternen Element, beispielsweise einem Anschlussblech, einer Leiterkarte, einem Anschlussdraht etc. zu verschrauben. Beispielsweise können sämtliche Lastterminals 1, 2, 3, 4 (soweit vorhanden) jeweils ein metrisches M8 Innengewinde aufweisen, und die Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9 und 10 (soweit vorhanden) jeweils ein metrisches M3 Innengewinde. Bei den Kleinsignalterminals kann ein solches Innengewinde integraler Bestandteil des jeweiligen Kleinsignalterminals sein.
Das erste Lastterminal 1 ist mit dem zweiten Lastanschluss 22 des zweiten Halbleiterschalters S2 elektrisch verbunden, das zweite Lastterminal 2 ist mit dem ersten Lastanschluss 11 des ersten Halbleiterschalters S1 elektrisch verbunden, das dritte Lastterminal 3 und das vierte Lastterminal 4 sind, soweit vorhanden, jeweils mit dem zweiten Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterschalters S1 und dem ersten Lastanschluss 21 des zweiten Halbleiterschalters S2 elektrisch verbunden.
Weiterhin ist das erste Kleinsignalterminal 8 mit dem ersten Steueranschluss 13 elektrisch leitend verbunden, das zweite Kleinsignalterminal 5 ist mit dem zweiten Steueranschluss 23 elektrisch leitend verbunden, das optionale dritte Kleinsignalterminal 9 ist mit dem zweiten Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterschalters S1 elektrisch leitend verbunden, das optionale vierte Kleinsignalterminal 6 ist mit dem zweiten Lastanschluss 22 des zweiten Halbleiterschalters S2 elektrisch leitend verbunden, und das optionale fünfte Kleinsignalterminal 7 ist mit dem ersten Lastanschluss 11 des ersten Halbleiterschalters S1 elektrisch leitend verbunden. Das ebenfalls optionale sechste Kleinsignalterminal 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel nicht angeschlossen, kann aber nach entsprechender modulinterner Verschaltung zur Übertragung eines beliebigen Kleinsignals genutzt werden.
Legt man an das erste Lastterminal 1 ein erstes elektrisches Potential V1 und an das zweite Lastterminal 2 ein zweites elektrisches Potential V2, das größer ist als das erste elektrische Potential V1, so können das dritte Lastterminal 3 und das vierte Lastterminal 4, soweit vorhanden, durch geeignete Ansteuerung der Halbleiterschalter S1 und S2 entweder mit dem ersten elektrischen Potential V1 oder mit dem zweiten elektrischen Potential V2 verbunden oder aber von beiden dieser Potentiale V1, V2 entkoppelt werden. Sofern die Laststrecke des ersten Halbleiterschalters S1 durch ein geeignetes Ansteuersignal, das dem ersten Steueranschluss 13 über das erste Kleinsignalterminal 8 zugeführt wird, in einen leitenden Zustand versetzt wird, während die Laststrecke des zweiten Halbleiterschalters S2 sperrt, so liegt an dem dritten Lastterminal 3 und dem vierten Lastterminal 4, soweit vorhanden, im Wesentlichen das erste elektrische Potential V1 an. Entsprechend liegt an dem dritten Lastterminal 3 und dem vierten Lastterminal 4, soweit vorhanden, im Wesentlichen das zweite elektrische Potential V2 an, wenn die Laststrecke des zweiten Halbleiterschalters S2 durch ein geeignetes Ansteuersignal, das dem zweiten Steueranschluss 23 über das zweite Kleinsignalterminal 5 zugeführt wird, in einen leitenden Zustand versetzt wird, während die Laststrecke des ersten Halbleiterschalters S1 sperrt. Wenn hingegen die Laststrecken sowohl des ersten als auch des zweiten Halbleiterschalters S1, S2 sperren, sind das dritte Lastterminal 3 und das vierte Lastterminal 4, soweit vorhanden, sowohl vom ersten elektrischen Potential V1 als auch vom zweiten elektrischen Potential V2 entkoppelt. Das erste Kleinsignalterminal 8 und das zweite Kleinsignalterminal 5 dienen also dazu, dem ersten Steueranschluss 13 des ersten Halbleiterschalter S1 bzw. dem zweiten Steueranschluss 23 des zweiten Halbleiterschalters S2 jeweils ein Ansteuersignal zuzuführen.
Das dritte Kleinsignalterminal 9 dient als Anschluss für das Bezugspotential zur Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters S1, d.h. als Bezugspotential für ein Steuersignal, das dem ersten Steueranschluss 13 über das erste Kleinsignalterminal 8 zugeführt wird. Analog dazu dient das vierte Kleinsignalterminal 6 als Anschluss für das Bezugspotential zur Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters S2, d.h. als Bezugspotential für ein Steuersignal, das dem zweiten Steueranschluss 23 über das zweite Kleinsignalterminal 5 zugeführt wird. Bei dem gezeigten Beispiel stellen das dritte Kleinsignalterminal 9 und das vierte Kleinsignalterminal 6 jeweils ein Hilfsemitterterminal dar. Grundsätzlich könnte zwar anstelle des dritten Kleinsignalterminals 9 auch das dritte oder vierte Lastterminal 3 bzw. 4 als Bezugspotential zur Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters S1 verwendet werden, und anstelle des vierten Kleinsignalterminals 6 das erste Lastterminal 1 als Bezugspotential zur Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters S2, allerdings kann es dort aufgrund der oft starken Lastströme zwischen dem ersten oder zweiten Lastterminal 1, 2 einerseits und dem dritten bzw. vierten Lastterminal 3, 4 andererseits zu Bezugspotentialverschiebungen kommen, was im Extremfall z.B. dazu führen kann, dass die Laststrecke eines Halbleiterschalters S1, S2, dessen Steueranschluss 13 bzw. 23 ein Steuersignal zugeführt wird, um den Halbleiterschalter S1 bzw. S2 einzuschalten, kein oder ein verzögertes Einschalten der Laststrecke bewirkt.
Wenn das Halbleitermodul 100 an hohen elektrischen Potentialdifferenzen U = V2-V1 zwischen dem zweiten Lastterminal 2 und dem ersten Lastterminal 1 betrieben wird, beispielsweise wenn die Potentialdifferenz U = V2-V1 wenigstens 3,3 kV oder gar wenigstens 6,5 kV beträgt, kann es zwischen Terminals 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, die auf stark unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen, grundsätzlich zu unerwünschten Kriechströmen und/oder Spannungsüberschlägen kommen. Außerdem können sich innerhalb und an der Oberfläche des Gehäuses 50 aufgrund von ionischen Migrationsvorgängen elektrisch leitende anodische Filamente („Conductive Anodic Filaments“ = CAF) ausbilden, was selbstredend ebenfalls unerwünscht ist. Derartige anodische Filamente bilden sich bevorzugt entlang von Fasern (z.B. Glasfasern) aus, die in dem Gehäusematerial enthalten sind. Mit dem vorliegenden Modulaufbau werden derartige Probleme aufgrund verschiedener konstruktiver Maßnahmen jedoch weitgehend vermieden.
Eine dieser Maßnahmen besteht darin, diejenigen der Terminals 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 die beim bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleitermoduls 100 auf stark unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen, zu separieren. Hierzu kann man die Terminals 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (soweit diese vorhanden sind) in drei Terminalgruppen einteilen: Eine erste Terminalgruppe mit dem ersten Lastterminal 1, dem zweiten Kleinsignalterminal 5 und dem vierten Kleinsignalterminal 6, eine zweite Terminalgruppe mit dem zweiten Lastterminal 2 und dem fünften Kleinsignalterminal 7, sowie eine dritte Terminalgruppe mit den dritten und vierten Lastterminals 3, 4, dem ersten Kleinsignalterminal 8 und dem dritten Kleinsignalterminal 9. Das Halbleitermodul 100 kann nun beispielsweise so ausgestaltet sein, dass zwischen sämtlichen Paaren aus zwei Terminals 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, die (soweit vorhanden) unterschiedlichen Terminalgruppen angehören, der Kriechweg mindestens 53 mm beträgt und eine Luftstrecke, falls eine solche zwischen den betreffenden Terminals überhaupt vorhanden ist, mindestens 26 mm beträgt.
Hierzu weist das Gehäuse 50 einen ersten Abschnitt 51 und einen von diesem weit beabstandeten zweiten Abschnitt 52 auf. Die Abschnitte 51 und 52 können wie dargestellt durch entgegengesetzte Randabschnitte des Gehäuses 50 gebildet werden. Während das erste Lastterminal 1 und das zweite Lastterminal 2 jeweils im Bereich des ersten Abschnitts 51 angeordnet sind, befindet sich das dritte Lastterminal 3 und das vierte Lastterminal 4 - soweit vorhanden - im zweiten Abschnitt 52 und damit sehr weit vom ersten und zweiten Lastterminal 1, 2 entfernt. Die Kleinsignalterminals 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 sind, soweit vorhanden, in einem dritten Abschnitt 53 des Gehäuses 50 angeordnet, welcher sich zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 51 bzw. 52 befindet.
Um auch das erste Lastterminal 1 und das zweite Lastterminal 2 wirksam voneinander zu separieren, weist die Gehäuseoberseite 50t dazwischen eine Verrippungsstruktur 55 mit einer oder mehreren Rippen (hier beispielhaft drei Rippen) auf. Hierdurch wird der Kriechweg zwischen dem ersten Lastterminal 1 und dem zweiten Lastterminal 2 im Vergleich zu einer ebenen Gehäuseoberseite 50t deutlich verlängert.
Analog dazu befindet sich eine Verrippungsstruktur 56 zwischen dem ersten Kleinsignalterminal 5 und - soweit vorhanden - dem dritten Kleinsignalterminal 6 einerseits und dem fünften Kleinsignalterminal 7 andererseits. Außerdem befindet sich die Verrippungsstruktur 56 zwischen dem ersten Kleinsignalterminal 5 und - soweit vorhanden - dem dritten Kleinsignalterminal 6 einerseits und dem dritten und vierten Lastterminal 3, 4 (soweit vorhanden) andererseits.
Weiterhin befindet sich eine Verrippungsstruktur 57 zwischen dem zweiten Kleinsignalterminal 8 und - soweit vorhanden - dem vierten Kleinsignalterminal 9 einerseits und dem ersten und zweiten Lastterminal 1, 2 andererseits. Außerdem befindet sich die Verrippungsstruktur 57 zwischen dem zweiten Kleinsignalterminal 8 und - soweit vorhanden - dem vierten Kleinsignalterminal 9 einerseits und dem fünften Kleinsignalterminal 7 (soweit vorhanden) und sechsten Kleinsignalterminal 10 (soweit vorhanden) andererseits.
Dann befindet sich noch eine Verrippungsstruktur 58 zwischen dem fünften Kleinsignalterminal 7 (soweit vorhanden) einerseits und dem ersten Kleinsignalterminal 8, dem dritten Kleinsignalterminal 9 (soweit vorhanden), dem zweiten Kleinsignalterminal 5 und dem vierten Kleinsignalterminal 5 (soweit vorhanden) andererseits.
Schließlich befindet sich noch eine Verrippungsstruktur 59 zwischen dem sechsten Kleinsignalterminal 10 (soweit vorhanden) einerseits und dem ersten Kleinsignalterminal 8, dem dritten Kleinsignalterminal 9 (soweit vorhanden), dem zweiten Kleinsignalterminal 5, dem vierten Kleinsignalterminal 5 (soweit vorhanden) und dem fünften Kleinsignalterminal 7 (soweit vorhanden) andererseits.
Noch eine andere Verrippungsstruktur 54 verläuft ringförmig an den vier Seitenwänden des Gehäuses 50. Die Verrippungsstruktur 54 kann beispielsweise wenigstens eine oder wenigstens zwei Rippen aufweisen. Die Verrippungsstruktur bewirkt eine Kriechwegverlängerung zwischen der Bodenplatte 60 einerseits und einem jeden der Lastterminals 1 und 2 andererseits. Dies kann beispielsweise von Bedeutung sein, wenn die Bodenplatte 60 während des Betriebs des Halbleitermoduls 100 an Masse liegt. Wenn in diesem Fall beispielsweise das erste Lastterminal 1 das Massepotential darstellt, liegt zwischen dem zweiten Lastterminal 2 und der Bodenplatte 60 eine Potenzialdifferenz von betragsmäßig etwa V2-V1, oder wenn der zweite Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterschalter S1 und der erste Lastanschluss 21 des zweiten Halbleiterschalters S2 das Massepotenzial darstellen, so liegt zwischen dem ersten Lastterminal 1 und der Bodenplatte 60 und ebenso zwischen dem zweiten Lastterminal 2 und der Bodenplatte 60 immer noch eine Potenzialdifferenz von betragsmäßig etwa 0,5 (V2-V1).
Demgegenüber sind die Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10 jeweils in der Nähe eines Lastterminals 1, 2, 3, 4 angeordnet, das sich beim bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleitermoduls 100 auf einem elektrischen Potential befindet, das sich dauerhaft nicht allzu sehr (z. B. nicht mehr als 30 V oder 40 V) vom elektrischen Potential des betreffenden Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10 unterscheidet.
So ist das erste Kleinsignalterminal 8 und, soweit vorhanden, das dritte Kleinsignalterminal 9 näher am dritten oder vierten Lastterminal 4 angeordnet als am ersten und zweiten Lastterminal 1, 2. Analog dazu ist das zweite Kleinsignalterminal 5 und, soweit vorhanden, das vierte Kleinsignalterminal 6 näher am ersten Lastterminal 1 angeordnet als am zweiten, dritten und vierten Lastterminal 2, 3, 4.
Außerdem ist das fünfte Kleinsignalterminal 7 (soweit vorhanden) näher am zweiten Lastterminal 2 angeordnet als am ersten, dritten und vierten Lastterminal 1, 3, 4.
Um das Halbleitermodul 100 mit der Unterseite 60b der Bodenplatte 60 voran an einem Kühlkörper (nicht dargestellt) befestigen zu können, weist die näherungsweise rechteckige Bodenplatte 60 an ihren Außenecken jeweils eine Befestigungsstelle 61 auf. Diese Befestigungsstellen 61 können wie dargestellt jeweils als U-förmige Aussparung ausgebildet sein, die sich von der seitlichen Außenkante der Bodenplatte 60 senkrecht zur vertikalen Richtung v in die Bodenplatte 60 hinein erstrecken. Sie könnten jedoch auch als Durchgangsöffnungen, beispielsweise als Durchgangsbohrungen, an den Außenecken der Bodenplatte 60 ausgebildet sein.
Die 4 zeigt noch eine bemaßte Draufsicht auf das Halbleitermodul gemäß 2, und 5 eine bemaßte Seitenansicht. Die den angegebenen Maßzahlen zugrunde liegende Einheit sind Millimeter (mm).
Wie insbesondere der Draufsicht gemäß 4 zu entnehmen ist, können die senkrecht zur Unterseite 60b der Bodenplatte 60 verlaufenden Gewindeachsen der der zu den Lastterminals 1, 2, 3 und 4 gehörenden Schraubenmuttern 81, 82, 83 bzw. 84 durch die Ecken eines zur Unterseite 60b der Bodenplatte 60 parallelen Rechtecks mit den Seitenlängen 44 mm und 122,5 mm verlaufen. Demgemäß betragen die Gewindeachsenabstände der zu den ersten und zweiten Lastterminals 1 bzw. 2 gehörenden Schraubenmuttern 81 bzw. 82 ebenso wie die Gewindeachsenabstände zu den dritten und vierten Lastterminals 3 bzw. 4 gehörenden Schraubenmuttern 83 bzw. 84 in einer zur vertikalen Richtung v senkrechten ersten lateralen Richtung x jeweils 44 mm. Außerdem betragen die Gewindeachsenabstände der zu den ersten und vierten Lastterminals 1 bzw. 4 gehörenden Schraubenmuttern 83 bzw. 84 ebenso wie die Gewindeachsenabstände der zu den zweiten und dritten Lastterminals 2 bzw. 3 gehörenden Schraubenmuttern 82 bzw. 83 in einer sowohl zur vertikalen Richtung v als auch zur ersten lateralen Richtung x senkrechten zweiten lateralen Richtung y jeweils 122,5 mm. Anstelle sowohl eines dritten Lastterminals 3 als auch eines vierten Lastterminals 4 könnte auch nur eines von beiden vorhanden sein. Da das dritte und vierte Lastterminal 3 bzw. 4 ohnehin kurzgeschlossen sind, könnte anstelle eines dritten Lastterminals 3 und eines vierten Lastterminals 4 auch nur ein Lastterminal vorgesehen sein, das zwei Innengewinde aufweist, die sich in Bezug auf die Innengewinde des ersten und zweiten Lastterminals 1, 2 an denselben Positionen befinden wie die beiden Innengewinde des dritten und vierten Lastterminals 3 und 4. Hierdurch lässt sich ein modifiziertes Halbleitermodul 100 realisieren, das anschlusskompatibel ist zu dem gezeigten Halbleitermodul 100.

Die nachfolgende Tabelle 1 gibt die Koordinaten der Gewindeachsen der zu den Lastterminals 1, 2, 3 und 4 gehörenden Schraubenmuttern 81, 82, 83 bzw. 84 sowie der Gewindeachsen der Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9 und 10 in der ersten lateralen Richtung x und der zweiten lateralen Richtung y an (soweit diese Terminals vorhanden sind). Tabelle 1

Terminal	x	y
1	11,5 mm	0,0 mm
2	55,5 mm	0,0 mm
3	55,5 mm	122,5 mm
4	11,5 mm	122,5 mm
5	0,0 mm	39,0 mm
6	0,0 mm	29,5 mm
7	67,0 mm	29,5 mm
8	67,0 mm	79,0 mm
9	67,0 mm	88,5 mm
10	0,0 mm	88,5 mm

Die Breite der Bodenplatte 60 in der ersten lateralen Richtung x beträgt 99,8 mm, und ihre Länge in der zweiten lateralen Richtung y beträgt 140,0 mm. Weiterhin beträgt die Breite des Gehäuses 50 in der ersten lateralen Richtung x 102,7 mm, und ihre Länge in der zweiten lateralen Richtung y beträgt 144,0 mm. Wie weiterhin 5 zu entnehmen ist, beträgt der Abstand zwischen der Unterseite 60b der Bodenplatte 60 und den von der Bodenplatte 60 entfernten Enden 1t und 4t 40 mm, was identisch ist mit der Bauhöhe des Halbleitermoduls 100 in der vertikalen Richtung v. Außerdem beträgt die Dicke der Bodenplatte 60 in der vertikalen Richtung v 4 mm. Die Toleranz einer jeden der in der Tabelle genannten Koordinaten sowie den danach genannten Abmessungen beträgt ± 0,2 mm bis ± 0,4 mm je nach Kundenapplikation und Ausführungsform. Durch die Anordnung der Terminals zueinander lässt sich erreichen, dass die Breite b53 des dritten Abschnitts 53 des Gehäuses 50 höchstens 80 mm beträgt.
Bei den genannten Koordinaten bzw. Längen und Breiten handelt es sich lediglich um Beispielwerte für das vorangehend erläuterte Halbleitermodul 100. Davon abweichende Werte sind ebenso möglich.
Wie sich aus den 4 und 5 und den vorangehenden Erläuterungen ebenfalls ergibt, sind die der Unterseite 50b des Gehäuses 50 bzw. die der Unterseite 60b der Bodenplatte 60 abgewandten Enden 1t, 2t, 3t, 4t des ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Lastterminals 1, 2, 3 bzw. 4 (soweit vorhanden) in einer zur vertikalen Richtung v senkrechten ersten Ebene E1 angeordnet, und die der Unterseite 50b des Gehäuses 50 bzw. die der Unterseite 60b der Bodenplatte 60 abgewandten Enden 8t, 5t, 9t, 6t, 7t bzw. 10t von mindestens drei, mindestens vier oder sämtlichen der ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Kleinsignalterminals 8, 5, 9, 6, 7 bzw. 10 sind in einer zweiten Ebene E2 angeordnet, die ebenfalls senkrecht zur vertikalen Richtung v und damit parallel zur ersten Ebene E1 verläuft, und zwar zwischen der ersten Ebene E1 und der Unterseite 50b des Gehäuses 50 bzw. zwischen der ersten Ebene E1 und der Unterseite 60b der Bodenplatte 60.
Die Oberseite 50t des Gehäuses 50 ist im dritten Abschnitt 53 gegenüber dem ersten und dem zweiten Abschnitt 51, 52 in Richtung der Bodenplatte 60 abgesenkt. In diesem abgesenkten Bereich lässt sich eine Leiterplattenanordnung 220, die die Ansteuerschaltung 200 enthält, unterbringen und mit zumindest einigen der Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10 (soweit vorhanden) verschrauben, was später noch ausführlicher erläutert wird. Die Leiterplattenanordnung 220 kann genau eine Leiterplatte aufweisen, oder aber zwei oder mehr voneinander getrennte Leiterplatten. Die der Unterseite 50b des Gehäuses 50 bzw. der Unterseite 60b der Bodenplatte 60 abgewandten Enden 5t, 6t, 7t, 8t, 9t, 10t der Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10 können die Oberseite 50t des Gehäuses 50 auf dessen der Unterseite 50b des Gehäuses 50 bzw. der Unterseite 60b der Bodenplatte 60 abgewandten Seite überragen, beispielsweise um wenigstens 2 mm. Hierdurch können eine oder mehrere Leiterplatten der Leiterplattenanordnung 220 auf ihrer dem Halbleitermodul 100 zugewandten Seite mit Leiterbahnen versehen und optional auch mit flachen elektronischen Bauelementen bestückt sein.
Ein Halbleitermodul 100, wie es vorangehend erläutert wurde, enthält eine Halbbrückenschaltung. Da viele Anwendungen wie beispielsweise H-Brücken, Umrichter usw. zwei oder mehr Halbbrückenschaltungen benötigen, ist das vorliegende Halbleitermodul 100 so ausgestaltet, dass es mit identischen oder gleichartigen Halbleitermodulen 100 auf einfache Weise kaskadierbar ist.
Wie insbesondere aus der Draufsicht gemäß 3 hervorgeht, kann ein Halbleitermodul 100 zum Zwecke der Kaskadierung Rastelemente 70, 71 aufweisen. Bei den Rastelementen 70, 71 kann es sich beispielsweise um Bestandteile des Gehäuses 50 handeln. Sie können damit aus dem Gehäusematerial bestehen.
Die Rastelemente 71 sind so ausgebildet, dass sie mit korrespondierenden Rastelementen 70 eines anderen Halbleitermoduls 100 in Eingriff gebracht werden können, und zwar insbesondere dann, wenn die beiden Halbleitermodule 100 mit den Unterseiten 60b ihrer Bodenplatte 60 nebeneinander auf einer ebenen Fläche aufliegen. Hierdurch lässt sich eine einfache Montage von zwei oder mehr Halbleitermodulen 100 auf einem gemeinsamen Träger, beispielsweise einem Kühlkörper, erreichen. Zum Beispiel kann ein erstes der zu kaskadierenden Halbleitermodule 100 auf einen Kühlkörper aufgelegt und optional an seinen oder einem Teil seiner Befestigungsstellen 61 mit dem Kühlkörper verschraubt werden. Vor oder nach dem Verschrauben kann ein zweites Halbleitermodul 100 so neben das erste Halbleitermodul 100 auf den Kühlkörper aufgesetzt werden, dass die Rastelemente 70, 71 des einen Halbleitermoduls 100 in die korrespondierenden Rastelemente 71, 70 des anderen Halbleitermoduls 100 eingreifen. Hierdurch ist die relative Lage der Halbleitermodule 100 zueinander festgelegt. Auf entsprechende Weise lassen sich zwei oder mehr Halbleitermodule 100 kaskadiert nebeneinander auf einem Träger montieren. Das feste Verschrauben der Halbleitermodule 100 mit dem Träger kann dabei in beliebigen Montagephasen erfolgen. Die durch das Ineinandergreifen zweier Rastelemente 70, 71 benachbarter Halbleitermodule 100 bewirkte Verrastung der Halbleitermodule 100 ist insbesondere verschraubungsfrei.
Alternativ zu dem vorangehend erläuterten Halbleitermodul 100 könnten das erste Lastterminal 1 und das zweite Lastterminal 2 auch vertauscht angeordnet sein, d.h. das erste Lastterminal 1 zum Anschluss des ersten elektrischen Potentials V1 befände sich dann an der Stelle des zweiten Lastterminals 2, und das zweite Lastterminal 2 zum Anschluss des zweiten elektrischen Potentials V2 > V1 befände sich dann an der Stelle des ersten Lastterminals 1.
6 zeigt eine Draufsicht auf zwei Halbleitermodule 100, die nebeneinander angeordnet sind und deren korrespondierende Rastelemente 70, 71 ineinander greifen. Die Rastelemente 70 des linken Halbleitermoduls 100 sind in dieser Darstellung verdeckt. Eine Seitenansicht der beiden Halbleitermodule 100 zeigt 7.
Mit einer weiteren optionalen Ausgestaltung lassen sich Spannungsüberschläge und/oder Kriechströme zwischen benachbart angeordneten Halbleitermodulen 100 besonders einfach vermeiden. Ein Halbleitermodul 100 lässt sich zusammen mit einem identischen oder gleichartigen Halbleitermodul 100 jeweils mit der Unterseiten 60b der Bodenplatten 60 so auf eine ebene Fläche auflegen, dass die ersten und zweiten Lastterminals 1, 2 der beiden Halbleitermodule 100 fluchtend in einer Reihe angeordnet sind und dass die Halbleitermodule 100 aneinander anliegen. Beispielsweise können die Halbleitermodule 100 an ihren Bodenplatten 60 und/oder an ihren Gehäusen 50 aneinander anliegen. Im aneinander anliegenden Zustand ist zwischen den beiden Halbleitermodulen 100 ein Spalt 101 (7) ausgebildet, der eine Kriechwegverlängerung zwischen den beiden Halbleitermodulen 100 bewirkt. Der Spalt 101, der eine Breite d101 aufweist, erstreckt sich zwischen den Oberseiten 50t der Gehäuse 50 in Richtung der Bodenplatten 60. Er kann sich entgegen der vertikalen Richtung v bis zu einem Abstand s101 von den Unterseiten 60b der Bodenplatten 60 erstrecken. Der Abstand s101 kann beispielsweise kleiner oder gleich 11,7 mm gewählt werden. Größere Werte sind jedoch ebenfalls möglich. Außerdem kann der Spalt 101 so ausgebildet sein, dass er die beiden Halbleitermodule 100 oberhalb einer E3, die im Abstand s101 parallel zur Unterseite 60b der Bodenplatte 60 verläuft und ein jedes der Halbleitermodule 100 durchschneidet, vollständig separiert, d.h. dass sich die beiden Halbleitermodule 100 auf der der Bodenplatte 60 abgewandten Seite der Ebene E3 nicht berühren.
Auch bei auf diese Weise nebeneinander angeordneten, miteinander verrasteten Halbleitermodulen 100 ist sichergestellt, dass Terminals 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 der benachbarten kaskadierten Halbleitermodule 100, die beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Halbleitermodule 100 auf stark unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen, durch Kriechwege von mindestens 53 mm und Luftstrecken (soweit vorhanden) von mindestens 26 mm zu separieren. Hierzu kann zwischen jedem Terminal 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (soweit diese vorhanden sind) des einen der benachbarten Halbleitermoduls 100 und jedem Terminal 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (soweit diese vorhanden sind) des anderen der benachbarten Halbleitermodule 100 ein Kriechweg von mindestens 53 mm gegeben sein, sowie eine Luftstrecke, falls eine solche zwischen den betreffenden Terminals überhaupt vorhanden ist, von mindestens 26 mm.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung, die in 8 in perspektivischer Ansicht sowie in 9 anhand einer Draufsicht und von vier Seitenansichten veranschaulicht ist, kann eine Leiterplattenanordnung 220 mit genau einer Leiterplatte (alternativ mit mehreren Leiterplatten) im dritten Abschnitt 53 eines oder mehrerer Halbleitermodule 100 angeordnet und an einem, mehreren oder sämtlichen der im dritten Abschnitt 53 des betreffenden Halbleitermoduls 100 angeordneten Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10 mit diesem Halbleitermodul 100 verschraubt werden. Bei einem einzelnen Halbleitermodul 100 kann eine Leiterplattenanordnung 220 also wie erläutert in dessen drittem Abschnitt 53 befestigt sein. In den 8 und 9 ist die Bestückung der Leiterplattenanordnung 220 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Bei zwei oder mehr Halbleitermodulen 100 kann sich eine Leiterplattenanordnung 220 mit genau einer Leiterplatte oder alternativ mit mehreren Leiterplatten über die dritten Abschnitte 3 all diese Halbleitermodule 100 hinweg erstrecken und dabei bei jedem dieser Halbleitermodule 100 mit einem, mehreren oder sämtlichen der in dessen dritten Abschnitt 53 angeordneten Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10 verschraubt werden. In diesem Sinne erstreckt sich eine Leiterplatte über einen dritten Abschnitt 53 eines Halbleitermoduls 100 hinweg, wenn zumindest ein Teil des dritten Abschnitts 53 des betreffenden Halbleitermoduls 100 zwischen dieser Leiterplatte und der Bodenplatte 60 des betreffenden Halbleitermoduls 100 angeordnet ist. Insbesondere kann bei einem jeden dieser Halbleitermodule 100 zumindest das erste Kleinsignalterminal 8 und das zweite Kleinsignalterminal 5 zwischen genau einer, einer jeden oder sämtlichen Leiterplatten der Leiterplattenanordnung 220 einerseits und der Bodenplatte 60 dieses Halbleitermoduls 100 andererseits angeordnet sein.
Das Verschrauben eines Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10 dient zum Einen der mechanischen Befestigung der Leiterplattenanordnung 220 an dem zugehörigen Halbleitermodul 100, kann aber zusätzlich auch dazu dienen, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem betreffenden Kleinsignalterminal 5, 6, 7, 8, 9, 10 und einer auf der Leiterplattenanordnung 220 realisierten elektrischen Schaltung 200 (zum Beispiel einer Ansteuerschaltung zur Ansteuerung eines oder mehrerer der mit der Leiterplattenanordnung 220 verschraubten Halbleitermodule 100) herzustellen.
Wie in 8 gezeigt ist, kann bei einem jeden der beteiligten Halbleitermodule 100 die Verschraubung zwischen der Leiterplattenanordnung 220 zumindest an dem ersten und zweiten Kleinsignalterminal 8 bzw. 5 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 208 bzw. 205, optional auch an dem dritten und vierten Kleinsignalterminal 9 bzw. 6 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 209 bzw. 206 erfolgen.
Außerdem kann die Leiterplattenanordnung 220 jeweils mittels einer Befestigungsschraube 210 an den sechsten Kleinsignalterminals 10 eines, mehrerer oder aller beteiligten Halbleitermodule 100 mit dem zugehörigen Halbleitermodul 100 verschraubt werden. Entsprechendes gilt auch für das fünfte Kleinsignalterminal 7 (in den 8 und 9 nicht gezeigt).
Sofern zumindest eine Leiterplatte einer Leiterplattenanordnung 220 an jeweils wenigstens einem Kleinsignalterminal 5, 6, 7, 8, 9, 10 von zwei oder mehr Halbleitermodulen 100 mit diesen wie erläutert verschraubt ist, und sofern sämtliche Halbleitermodule 100 so angeordnet sind, dass all ihre ersten und zweiten Lastterminals 1, 2 fluchtend in einer Reihe angeordnet sind und jedes der Halbleitermodule 100 an Rastelementen 70, 71 mit Rastelementen 71, 70 zumindest eines der anderen Halbleitermodule 100 verrastet ist, bilden die miteinander verrasteten und über die Leiterplatte miteinander verschraubten Halbleitermodule 100 zusammen mit der Leiterplatte und den Befestigungsschrauben einen Verbund, der auf einfache Weise vorgefertigt werden kann. Beispielsweise kann ein solcher Verbund in diesem Zustand an einen Kunden verschickt werden, der den Verbund zu dessen mechanischer Befestigung an einem Kühlkörper dann nur noch an den Befestigungsstellen 61 der Halbleitermodule 100 mit dem Kühlkörper verschrauben muss. Während des Versandes kann der Zusammenhalt des Verbundes ausschließlich durch die Verrastung der Halbleitermodule 100 und deren Verschraubung mit der Leiterplattenanordnung 220 sichergestellt sein. Ebenso ist es möglich, den Verbund zum Zwecke des Versandes an den Befestigungsstellen 61 mit einem kostengünstigen, z. B. nicht-metallischen, Träger zu verschrauben.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Halbleitermoduls 100 von schräg oben, in der die beiden bereits erläuterten Rastelemente 70 dargestellt sind, und 11 einen vergrößerten Abschnitt A der Darstellung gemäß 10. Entsprechend zeigt 12 eine perspektivische Ansicht des Halbleitermoduls 100 von schräg oben, in der die beiden bereits erläuterten Rastelemente 71 dargestellt sind, und 13 einen vergrößerten Abschnitt B der Darstellung gemäß 12. Außerdem zeigt 14 eine perspektivische Ansicht des Halbleitermoduls 100 von schräg unten, in der die beiden bereits erläuterten Rastelemente 70 dargestellt sind, und 15 einen vergrößerten Abschnitt C der Darstellung gemäß 14. Entsprechend zeigt 16 eine perspektivische Ansicht des Halbleitermoduls 100 von schräg unten, in der die beiden bereits erläuterten Rastelemente 71 dargestellt sind, und 17 einen vergrößerten Abschnitt D der Darstellung gemäß 16.
18 zeigt noch eine Draufsicht (d.h. mit Blickrichtung entgegen der vertikalen Richtung v) auf den Verrastungsbereich der beiden gemäß 7 miteinander verrasteten Halbleitermodule 100 in einer Schnittebene E4-E4, und 19 einen vergrößerten Abschnitt E der Darstellung gemäß 18.
Wie insbesondere der vergrößerten Ansicht gemäß 19 zu entnehmen ist, sind die benachbarten Halbleitermodule 100 durch ein Rastelement 70 des einen Halbleitermoduls 100 und durch ein Rastelement 71 des benachbarten Halbleitermoduls 100 formschlüssig aber verschraubungsfrei miteinander verrastet. Das Herstellen der Verrastung kann so erfolgen, dass ein erstes der beiden zu verrastenden Halbleitermodule 100 mit der Unterseite 60b seiner Bodenplatte 60 auf eine ebene Fläche aufgelegt und nachfolgend das zweite der zu verrastenden Halbleitermodule 100 ebenfalls mit der Unterseite 60b seiner Bodenplatte 60 auf die ebene Fläche aufgelegt wird, und zwar so, dass jedes der Rastelemente 71 des zweiten Halbleitermoduls 100 ein korrespondierendes Rastelement 70 des ersten Halbleitermoduls 100 hintergreift, wie dies im Ergebnis beispielhaft in den 18 und 19 gezeigt ist. Die Form der Rastelemente 70 und 71 kann dabei beliebig gewählt werden, soweit diese entsprechend aufeinander abgestimmt sind.
Wie weiterhin in 20 dargestellt ist, kann eine Leiterplatte einer bereits bezugnehmend auf die 8 und 9 erläuterten Leiterplattenanordnung 220 einen oder mehrere Schlitze 251 aufweisen, die sich über ihre Länge durchgehend zwischen den Hauptseiten der betreffenden Leiterplatte erstrecken. Mit Hilfe solcher Schlitze 251 und/oder 252 lässt sich eine Kriechstreckenverlängerung zwischen Terminals 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 erreichen, die beim Betrieb des Halbleitermoduls 100 oder beim Betrieb einer Halbeitermodulanordnung mit zwei oder mehr kaskadierten Halbleitermodulen 100 auf stark unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen. Beispielsweise kann die oder eine Leiterplatte der Leiterplattenanordnung 220 bei jedem der Halbleitermodule 100, mit dem diese Leiterplatte verschraubt ist, einen oder mehrere Schlitze 251, 252 aufweisen, durch die entlang der Leiterplatte bestehende Kriechstrecken im Vergleich zu einer ansonsten identischen Leiterplatte ohne Schlitze 251 verlängert werden.
Jeweils ein oder mehrere Schlitze 251 können, jeweils optional, zwischen der ersten Terminalgruppe (Terminals 1, 5 und 6 - soweit vorhanden) einerseits und der dritten Terminalgruppe (Terminals 3, 4, 8, 9 - soweit vorhanden) andererseits verlaufen, und zwischen der zweiten Terminalgruppe (Terminals 2 und 7 - soweit vorhanden) einerseits und der dritten Terminalgruppe (Terminals 3, 4, 8, 9 - soweit vorhanden) andererseits. Außerdem können optional ein oder mehrere Schlitze 251 zwischen der ersten Terminalgruppe (Terminals 1, 5 und 6 - soweit vorhanden) einerseits und der zweiten Terminalgruppe (Terminals 2 und 7 - soweit vorhanden) andererseits verlaufen.
Für den Fall, dass die oder eine Leiterplatte einer Leiterplattenanordnung 220 mit zwei kaskadierten Halbleitermodulen 100 verschraubt ist, kann die Leiterplatte optional einen oder mehrere Schlitze 252 aufweisen, von denen jeder zwischen der ersten Terminalgruppe desjenigen der benachbarten Halbleitermodule 100 angeordnet ist, dessen erste Terminalgruppe den geringsten Abstand zum jeweils anderen der benachbarten Halbleitermodule 100 aufweist, und der zweiten Terminalgruppe desjenigen der benachbarten Halbleitermodule 100, dessen zweite Terminalgruppe den geringsten Abstand zum jeweils anderen der benachbarten Halbleitermodule 100 aufweist. Der oder die Schlitze 252 verlaufen also zwischen den Terminalgruppen eines Paars, das aus einer ersten Terminalgruppe des einen der benachbarten Halbleitermodule 100 und einer zweiten Terminalgruppe des anderen der benachbarten Halbleitermodule 100 besteht, und zwar zwischen den Terminalgruppen desjenigen der beiden möglichen Paare, dessen Terminalgruppen den geringeren Abstand aufweisen.
Zwischen zwei benachbarten Schlitzen 251 einer Leiterplatte kann die Leiterplatte außerdem einen Steg aufweisen, auf dem genau ein oder mehrere aber nicht sämtliche der Bauelemente 91 einer Kopplungsvorrichtung 221 oder 213 (vergleiche auch 1) montiert sind. Hierdurch bewirken die Schlitze 251 eine Kriechwegverlängerung zwischen den auf unterschiedlichen Seiten des Schlitzes angeordneten Bauelementen der betreffenden Kopplungsvorrichtung 221 bzw. 213.
Gemäß noch einer anderen, in 21 gezeigten Ausgestaltung kann eine Leiterplattenanordnung 220 zwei oder mehr voneinander getrennte Leiterplatten aufweisen, von denen zumindest eine an (zumindest) ein elektrisch aktives Kleinsignalterminal 5, 6, 7, 8, 9, 10 eines ersten Halbleitermoduls 100 und an (zumindest) ein elektrisch aktives Kleinsignalterminal 5, 6, 7, 8, 9, 10 eines zu dem ersten Halbleitermodul 100 benachbarten und mit dem ersten Halbleitermodul 100 kaskadierten zweiten Halbleitermoduls 100 geschraubt und dadurch elektrisch leitend mit dem betreffenden Kleinsignalterminal 5, 6, 7, 8, 9, 10 verbunden ist.
Durch die Verwendung von zwei oder mehr Leiterplatten 231, 232, 233 für eine Leiterplattenanordnung 220 können die ersten Schaltungsteile 201, die bei zwei oder mehr kaskadierten Halbleitermodulen 100 jeweils zur Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters S1 dienen, gemeinsam auf einer ersten Leiterplatte 231 angeordnet sein. Entsprechend können die zweiten Schaltungsteile 202, die bei diesen Halbleitermodulen 100 jeweils zur Ansteuerung des zweiten Halbleiterschalters S2 dienen, gemeinsam auf einer von der ersten Leiterplatte 231 verschiedenen zweiten Leiterplatte 232 angeordnet sein. Soweit ein dritter Schaltungsteil 203 vorhanden ist, der bei zumindest einem der Halbleitermodule 100 an dessen Kleinsignalterminal 7 angeschlossen ist, kann dieser dritte Schaltungsteil 203 auf einer sowohl von der ersten Leiterplatte 231 als auch von der zweiten Leiterplatte 232 verschiedenen dritten Leiterplatte 233 angeordnet sein.
Wie aus 21 außerdem hervorgeht, kann eine Kopplungsvorrichtung 221 optional eine Reihenschaltung mit mehreren Bauteilen 91 aufweisen (siehe auch 1), wobei die Reihenschaltung an einer ersten Anschlussstelle P1 elektrisch und mechanisch an der ersten Leiterplatte 231 an einer zweiten Anschlussstelle P2 elektrisch und mechanisch an der zweiten Leiterplatte 232 montiert und außerdem zwischen der ersten Anschlussstelle P1 und der zweiten Anschlussstelle P2 freitragend ausgebildet und sowohl von der ersten Leiterplatte 231 als auch von der zweiten Leiterplatte 232 beabstandet ist.
Ebenfalls optional kann eine Kopplungsvorrichtung 213 (sofern vorhanden) optional eine Reihenschaltung mit mehreren Bauteilen 91 aufweisen, wobei die Reihenschaltung an einer dritten Anschlussstelle P3 elektrisch und mechanisch an der ersten Leiterplatte 231 an einer vierten Anschlussstelle P4 elektrisch und mechanisch an der dritten Leiterplatte 232 montiert und außerdem zwischen der dritten Anschlussstelle P3 und der vierten Anschlussstelle P4 freitragend ausgebildet und sowohl von der ersten Leiterplatte 231 als auch von der dritten Leiterplatte 233 beabstandet ist. Bei den Anschlussstellen P1, P2, P3, P4 kann aber muss es sich nicht um Kleinsignalterminals 5, 6, 7, 8, 9, 10 handeln. Ebenso denkbar sind beispielsweise Lötstellen, an denen die betreffende Reihenschaltung an die zu der jeweiligen Anschlussstelle gehörige Leiterplatte gelötet ist.
Wie weiterhin in den 20 und 21 schematisch dargestellt ist (vergleiche auch 1), ist im Bereich eines jeden der Halbleitermodule 100 der zugehörige erste Schaltungsteil 201 nahe der zugehörigen dritten Terminalgruppe angeordnet, da beim Betrieb des Halbleitermoduls 100 die Spannungen zwischen den dem ersten Schaltungsteil 201 und der dritten Terminalgruppe im Niederspannungsbereich liegen (z.B. bei kleiner oder gleich 30 V). Entsprechend ist im Bereich eines jeden der Halbleitermodule 100 der zugehörige zweite Schaltungsteil 202 nahe der zugehörigen ersten Terminalgruppe angeordnet, da beim Betrieb des Halbleitermoduls 100 die Spannungen zwischen den dem zweiten Schaltungsteil 202 und der ersten Terminalgruppe im Niederspannungsbereich liegen (z.B. bei kleiner oder gleich 30 V). Außerdem ist im Bereich eines jeden der Halbleitermodule 100 der zugehörige dritte Schaltungsteil 203 (soweit vorhanden) nahe der zugehörigen zweiten Terminalgruppe angeordnet, da beim Betrieb des Halbleitermoduls 100 die Spannungen zwischen den dem dritten Schaltungsteil 203 und der zweiten Terminalgruppe im Niederspannungsbereich liegen (z.B. bei kleiner oder gleich 30 V).
Halbleitermodule 100, wie sie vorangehend erläutert wurden, lassen sich - einzeln oder kaskadiert - bei hohen Betriebsspannungen U = V2-V1 (siehe 1) zwischen dem zweiten Lastterminal 2 und dem ersten Lastterminal 1 betreiben, beispielsweise wenigstens 3,3 kV oder wenigstens 6,5 kV, ohne dass es zu Spannungsüberschlägen oder zu signifikanten Kriechströmen zwischen verschiedenen Terminals 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 desselben Halbleitermoduls 100 kommt, und ohne dass es im Fall von zwei oder mehr kaskadierten Halbleitermodulen 100 zu Spannungsüberschlägen oder zu signifikanten Kriechströmen zwischen Terminals 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 benachbarter Halbleitermodule 100 kommt.

Claims

Halbleitermodul, das aufweist: ein Gehäuse (50), das eine Unterseite (50b) aufweist, eine in einer vertikalen Richtung (v) von der Unterseite (50b) beabstandete Oberseite (50t), einen ersten Abschnitt (51) und einen von diesem beabstandeten zweiten Abschnitt (52), sowie einen dritten Abschnitt (53), der zwischen dem ersten Abschnitt (51) und dem zweiten Abschnitt (52) angeordnet ist; ein erstes Lastterminal (1) und ein zweites Lastterminal (2), die im Bereich des ersten Abschnitts (51) an der Außenseite des Gehäuses (50) angeordnet sind; ein drittes Lastterminal (3, 4), das im Bereich des zweiten Abschnitts (52) an der Außenseite des Gehäuses (50) angeordnet ist; ein erstes Kleinsignalterminal (8) und ein zweites Kleinsignalterminal (5), die im Bereich des dritten Abschnitts (53) an der Außenseite des Gehäuses (50) angeordnet sind; einen steuerbaren ersten Halbleiterschalter (S1), der einen ersten Lastanschluss (11), einen zweiten Lastanschluss (12) und eine zwischen diesen ausgebildete erste Laststrecke aufweist, sowie einen ersten Steueranschluss (13) zur Steuerung der ersten Laststrecke; einen steuerbaren zweiten Halbleiterschalter (S2), der einen ersten Lastanschluss (21), einen zweiten Lastanschluss (22) und eine zwischen diesen ausgebildete zweite Laststrecke aufweist, sowie einen zweiten Steueranschluss (23) zur Steuerung der zweiten Laststrecke; wobei das erste Lastterminal (1) mit dem zweiten Lastanschluss (22) des zweiten Halbleiterschalters (S2) elektrisch verbunden ist; das zweite Lastterminal (2) mit dem ersten Lastanschluss (11) des ersten Halbleiterschalters (S1) elektrisch verbunden ist; das dritte Lastterminal (3, 4) mit dem zweiten Lastanschluss (12) des ersten Halbleiterschalters (S1) und dem ersten Lastanschluss (21) des zweiten Halbleiterschalters (S2) elektrisch verbunden ist; das erste Kleinsignalterminal (8) mit dem ersten Steueranschluss (13) elektrisch leitend verbunden und vom ersten Lastterminal (1) und vom zweiten Lastterminal (2) weiter beabstandet ist als vom dritten Lastterminal (3, 4); das zweite Kleinsignalterminal (5) mit dem zweiten Steueranschluss (23) elektrisch leitend verbunden und vom dritten Lastterminal (3, 4) weiter beabstandet ist als vom ersten Lastterminal (1);wobei das erste Lastterminal (1), das zweite Lastterminal (2) und das dritte Lastterminal (3, 4) jeweils ein der Unterseite (50b) abgewandtes Ende (1t, 2t, 3t, 4t) aufweisen, wobei diese Enden (1t, 2t, 3t, 4t) in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten ersten Ebene (E1) angeordnet sind.
Halbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Gehäuse (50) und einem jeden des ersten, zweiten und dritten Lastterminals (1, 2, 3) jeweils eine Schraubenmutter (81, 82, 83) angeordnet ist; und/oder das erste und zweite Kleinsignalterminal (8, 5) jeweils ein Innengewinde aufweisen.
Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2 mit einem vierten Lastterminal (4, 3), das im Bereich des zweiten Abschnitts (52) an der Außenseite des Gehäuses (50) angeordnet und mit dem zweiten Lastanschluss (12) des ersten Halbleiterschalters (S1) und dem ersten Lastanschluss (21) des zweiten Halbleiterschalters (S2) elektrisch verbunden ist.
Halbleitermodul nach Anspruch 3, bei dem zwischen dem Gehäuse (50) und dem vierten Lastterminal (4) eine Schraubenmutter (84) angeordnet ist.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem dritten Kleinsignalterminal (9), das mit dem zweiten Lastanschluss (12) des ersten Halbleiterschalters (S1) elektrisch verbunden, im Bereich des dritten Abschnitts (53) an der Außenseite des Gehäuses (50) angeordnet und vom ersten Lastterminal (1) sowie vom zweiten Lastterminal (2) weiter beabstandet ist als vom dritten Lastterminal (3); und/oder einem vierten Kleinsignalterminal (6), das mit dem zweiten Lastanschluss (22) des zweiten Halbleiterschalters (S2) elektrisch verbunden, im Bereich des dritten Abschnitts (53) an der Außenseite des Gehäuses (50) angeordnet und vom dritten Lastterminal (3) weiter beabstandet ist als vom ersten Lastterminal (1); und/oder einem fünften Kleinsignalterminal (7), das mit dem ersten Lastanschluss (11) des ersten Halbleiterschalters (S1) elektrisch verbunden, im Bereich des dritten Abschnitts (53) an der Außenseite des Gehäuses (50) angeordnet und vom ersten Lastterminal (1) und vom dritten Lastterminal (3) weiter beabstandet ist als vom zweiten Lastterminal (2).
Halbleitermodul nach Anspruch 5, bei dem die der Unterseite (50b) abgewandten Enden (8t, 5t, 9t, 6t, 7t) von mindestens drei, mindestens vier oder sämtlichen der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Kleinsignalterminals (8, 5, 9, 6, 7) in einer zweiten Ebene (E2) angeordnet sind, die parallel zur ersten Ebene (E1) verläuft und zwischen der ersten Ebene (E1) und der Unterseite (50b) angeordnet ist.
Halbleitermodul nach Anspruch 5 oder 6, bei dem von dem dritten, dem vierten und dem fünften Kleinsignalterminal (9, 6, 7) genau eines, genau zwei oder genau drei jeweils ein Innengewinde aufweisen.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das erste, zweite und dritte Lastterminal (1, 2, 3, 4) an der Oberseite (50t) angeordnet sind, und/oder das erste und zweite Kleinsignalterminal (8, 5) an der Oberseite (50t) angeordnet sind.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das erste, zweite und dritte Lastterminal (1, 2, 3) jeweils eine Stromtragfähigkeit von wenigstens 250 A aufweisen.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das erste und das zweite Kleinsignalterminal (8, 5) jeweils eine Stromtragfähigkeit von höchstens 30 A aufweisen.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Gehäuse (50) und einem jeden des ersten, des zweiten und des dritten Lastterminals (1, 2, 3) eine Schraubenmutter (81, 82, 83) angeordnet ist; und das erste Kleinsignalterminal (8) und das zweite Kleinsignalterminal (5) jeweils ein Innengewinde mit einer Gewindeachse aufweisen, sowie ein der Unterseite (50b) des Gehäuse (50) abgewandtes Ende (1t, 2t, 3t, 8t, 5t), wobei die Koordinaten der Gewindeachse der Schraubenmutter (81) des ersten Lastterminals (1) in einer ersten lateralen Richtung (x) 11,5 mm und in einer zur ersten lateralen Richtung (x) senkrechten zweiten lateralen Richtung (y) 0,0 mm betragen; die Koordinaten der Gewindeachse der Schraubenmutter (82) des zweiten Lastterminals (2) in der ersten lateralen Richtung (x) 55,5 mm und in der zweiten lateralen Richtung (y) 0,0 mm betragen; die Koordinaten der Gewindeachse der Schraubenmutter (83, 84) des dritten Lastterminals (3, 4) in der ersten lateralen Richtung (x) 55,5 mm oder 11,5 mm und in der zweiten lateralen Richtung (y) 122,5 mm betragen; die Koordinaten der Gewindeachse des ersten Kleinsignalterminals (8) in der ersten lateralen Richtung (x) 67,0 mm und in der zweiten lateralen Richtung (y) 79,0 mm betragen; und die Koordinaten der Gewindeachse des zweiten Kleinsignalterminals (5) in der ersten lateralen Richtung (x) 0,0 mm und in der zweiten lateralen Richtung (y) 39,0 mm betragen.
Halbleitermodul nach Anspruch 11, das gemäß Anspruch 4 ausgebildet ist und bei dem die Schraubenmutter (84) des vierten Lastterminals (4, 3) eine Gewindeachse aufweist, deren Koordinaten in der ersten lateralen Richtung (x) 11,5 mm oder 55,5 mm und in der zweiten lateralen Richtung (y) 122,5 mm betragen.
Halbleitermodul nach Anspruch 11 oder 12, das gemäß Anspruch 7 ausgebildet ist und bei dem, soweit ein drittes, viertes bzw. fünftes Kleinsignalterminal (9, 6, 7) vorhanden ist, das Innengewinde des dritten Kleinsignalterminals (9) eine Gewindeachse aufweist, deren Koordinaten in der ersten lateralen Richtung (x) 67,0 mm und in der zweiten lateralen Richtung (y) 88,5 mm betragen; das Innengewinde des vierten Kleinsignalterminals (6) eine Gewindeachse aufweist, deren Koordinaten in der ersten lateralen Richtung (x) 0,0 mm und in der zweiten lateralen Richtung (y) 29,5 mm betragen; das Innengewinde des fünften Kleinsignalterminals (7) eine Gewindeachse aufweist, deren Koordinaten in der ersten lateralen Richtung (x) 67,0 mm und in der zweiten lateralen Richtung (y) 29,5 mm betragen.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, das wenigstens ein erstes Rastelement (70) und wenigstens ein zweites Rastelement (71) aufweist und das so ausgebildet ist, dass jedes seiner zweiten Rastelemente (71) unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung mit einem ersten Rastelement (70) eines identischen Halbleitermoduls (100) in Eingriff gebracht werden kann.
Halbleitermodul nach Anspruch 14, das so ausgebildet ist, dass wenn jedes seiner zweiten Rastelemente (71) unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung mit einem ersten Rastelement (70) eines identischen Halbleitermoduls (100) in Eingriff steht, zwischen den Gehäusen (50) der beiden Halbleitermodule (100) ein Spalt (101) vorliegt.
Halbleitermodul nach Anspruch 15, das eine Bodenplatte (60) mit einer dem Gehäuse (50) abgewandten Unterseite (60b) aufweist und bei dem sich die beiden Halbleitermodule (100) auf einer den Bodenplatten (60) abgewandten Seite einer Ebene (E3), die in einem Abstand (s101) von höchstens 11,7 mm parallel zu den Unterseiten (60b) der Bodenplatten (60) verläuft und die jedes der Halbleitermodule (100) durchschneidet, nicht berühren.
Halbleitermodulanordnung mit einem nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildeten ersten Halbleitermodul (100); einem nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildeten zweiten Halbleitermodul (100); und einer ersten Leiterplatte (220, 231, 232), wobei ein jedes der Halbleitermodule (100) an seinem ersten Kleinsignalterminal (8) mittels jeweils einer ersten Schraube (208) unter Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung dieses ersten Kleinsignalterminals (8) mit der ersten Leiterplatte (220, 231) fest verschraubt ist.
Halbeitermodulanordnung gemäß Anspruch 17, bei dem ein jedes der Halbleitermodule (100) an seinem zweiten Kleinsignalterminal (5) mittels jeweils einer zweiten Schraube (205) unter Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung dieses zweiten Kleinsignalterminals (5) mit der ersten Leiterplatte (200) fest verschraubt ist.
Halbeitermodulanordnung gemäß Anspruch 17 mit einer zweiten Leiterplatte (232), bei dem ein jedes der Halbleitermodule (100) an seinem zweiten Kleinsignalterminal (5) mittels jeweils einer zweiten Schraube (205) unter Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung dieses zweiten Kleinsignalterminals (5) mit der ersten Leiterplatte (220, 231) oder mit einer zweiten Leiterplatte (232) fest verschraubt ist.
Halbeitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem das erste Halbleitermodul (100) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16 ausgebildet ist; das zweite Halbleitermodul (100) gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16 ausgebildet ist; ein jedes der zweiten Rastelemente (71) des zweiten Halbleitermoduls (100) unter Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung mit einem ersten Rastelement (70) des ersten Halbleitermoduls (100) in Eingriff steht.
Halbeitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem das erste Halbleitermodul (100) gemäß Anspruch 16 ausgebildet ist; das zweite Halbleitermodul (100) gemäß Anspruch 16 ausgebildet ist; zwischen dem Gehäuse (50) des ersten Halbleitermodules (100) und dem Gehäuse (50) des zweiten Halbleitermoduls (100) ein Spalt (101) vorliegt, so dass sich das erste Halbleitermodul (100) und das zweite Halbleitermodul (100) auf einer den Bodenplatten (60) der Halbleitermodule (100) abgewandten Seite einer Ebene (E3), die in einem Abstand (s101) von höchstens 11,7 mm parallel zu den Unterseiten (60b) der Bodenplatten (60) verläuft und die jedes der Halbleitermodule (100) durchschneidet, nicht berühren.
Halbleitermodulanordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem die ersten Lastterminals (1) des ersten und zweiten Halbleitermoduls (100) und die zweiten Lastterminals (2) des ersten und zweiten Halbleitermoduls (100) hintereinander in einer Reihe angeordnet sind.
Halbleitermodulanordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei dem die Leiterplatte (231, 232) einen oder mehrere erste Schlitze (251) aufweist, von denen jeder zwischen dem ersten Lastterminal (1) und dem zweiten Kleinsignalterminal (5) des ersten Halbleitermoduls (100) einerseits und dem dritten Lastterminal (3, 4) und ersten Kleinsignalterminal (8) des ersten Halbleitermoduls (100) andererseits angeordnet ist; und/oder einen oder mehrere erste Schlitze (251) aufweist, von denen jeder zwischen dem ersten Lastterminal (1) und dem zweiten Kleinsignalterminal (5) des zweiten Halbleitermoduls (100) einerseits und dem dritten Lastterminal (3, 4) und ersten Kleinsignalterminal (8) des zweiten Halbleitermoduls (100) andererseits angeordnet ist.