DE102015114191B3 - Leistungshalbleitermodul mit einer Mehrzahl von Submodulen und mit einer Druckeinrichtung und Anordnung hiermit - Google Patents

Leistungshalbleitermodul mit einer Mehrzahl von Submodulen und mit einer Druckeinrichtung und Anordnung hiermit Download PDF

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Abstract

Es wird ein Leistungshalbleitermodul in Druckkontaktausführung vorgestellt, das ausgebildet ist mit einer Mehrzahl von leistungselektronischen Submodulen, mit einem Gehäuse, mit nach außen führenden Anschlusselementen und mit einer ersten Druckeinrichtung, wobei das jeweilige leistungselektronische Submodul ein Substrat mit einem hierauf angeordneten Leistungshalbleiterbauelement, eine interne Verbindungseinrichtung und eine zweite Druckeinrichtung mit einer Druckeinleitfläche, aufweist, wobei die erste Druckeinrichtung ausgebildet ist als ein flächiger Metallformkörper, vorzugsweise ausgebildet aus einem Federstahl, mit einer Mehrzahl freigesparter federnd wirkender Drucklaschen, die jeweils eine Druckkontaktstelle zur mittelbaren oder unmittelbaren Druckeinleitung auf die zugeordnete Druckeinleitfläche der jeweiligen zweiten Druckeinrichtung aufweisen und wobei eines der Anschlusselemente als Lastanschlusselement ausgebildet ist und durch das Gehäuse hindurchreicht und dazu ausgebildet ist mit dem Substrat oder mit der Verbindungeinrichtung drucktechnisch elektrisch leitend verbunden zu werden, indem eine Drucklasche der ersten Druckeinrichtung mittelbar oder unmittelbar auf das eine Anschlusselement drückt. Weiterhin wird eine Anordnung mit diesem Leistungshalbleitermodul sowie einer Grundplatte vorgestellt.

Description

  • Die Erfindung beschreibt ein Leistungshalbeitermodul mit einer Mehrzahl von, vorzugsweise gleichartigen, Submodulen mit einer Druckeinrichtung zur thermischen Druckkontaktierung der Submodule, sowie ein Anordnung mit einem derartigen Leistungshalbleitermodul und mit einer Grundplatte oder mit einer Kühleinrichtung.
  • Aus dem Stand der Technik, beispielhaft offenbart in der DE 10 2013 104 949 B3 oder im Grunde ähnlich in der DE 10 2014 115 565 B3 ist eine Schalteinrichtung mit einem Substrat, einem Leistungshalbleiterbauelement, einer Verbindungseinrichtung, Lastanschlusseinrichtungen und einer Druckeinrichtung bekannt. Hierbei weist das Substrat elektrisch isolierte Leiterbahnen auf, wobei auf einer Leiterbahn ein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist. Die Verbindungseinrichtung ist als Folienverbund mit einer elektrisch leitenden und einer elektrisch isolierenden Folie ausgebildet und weist eine erste und eine zweite Hauptfläche auf. Hiermit wird die Schalteinrichtung intern schaltungsgerecht verbunden. Die Druckeinrichtung weist einen Druckkörper mit einer ersten Ausnehmung auf aus der ein Druckelement hervorstehend angeordnet ist, wobei das Druckelement auf einen Abschnitt der zweiten Hauptfläche des Folienverbunds drückt und hierbei dieser Abschnitt in Projektion entlang der Normalenrichtung des Leistungshalbleiterbauelements innerhalb der Fläche des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet ist.
  • Weiterhin ist aus der DE 10 2013 104 950 B3 ein Leistungshalbleitermodul in Druckkontaktausführung mit einer leistungselektronischen Schalteinrichtung, einem Gehäuse, nach außen führenden ersten Lastanschlusselementen und mit einer ersten Druckeinrichtung bekannt. Hierbei ist die Schalteinrichtung wie oben genannt mit internen zweiten Lastanschlusseinrichtungen ausgebildet. Weiterhin sind die ersten Lastanschlusseinrichtungen mit auf der Oberseite des Druckkörpers angeordneten Lastkontaktstellen der zweiten Lastanschlusseinrichtungen polaritätsgerecht direkt elektrisch verbunden.
  • Darüber hinaus ist aus der JP 2013-74 138 A eine Anordnung einer Mehrzahl von Halbleitersubmodulen bekannt, die mittels einer gemeinsamen Druckeinrichtung auf einem Kühlkörper fixiert werden. Hierbei weist die Druckeinrichtung eine Mehrzahl von federnden Drucklaschen auf, die auf die Gehäuse der Halbleitersubmodule drücken, indem die Druckeinrichtung mittels Schrauben zum Kühlkörper angeordnete wird.
  • In Kenntnis der genannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Leistungshalbleitermodul vorzustellen, wobei dessen Submodule thermisch wirkungsvoll anbindbar sind sowie eine Anordnung mit einem derartigen Leistungshalbleitermodul das eine thermisch wirkungsvolle Anbindung aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Leistungshalbleitermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Die erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul ist in Druckkontaktausführung ausgebildet mit einer Mehrzahl von leistungselektronischen Submodulen, mit einem Gehäuse, mit nach außen führenden Anschlusselementen und mit einer ersten Druckeinrichtung, wobei das jeweilige leistungselektronische Submodul ein Substrat mit einem hierauf angeordneten Leistungshalbleiterbauelement, eine interne Verbindungseinrichtung und eine zweite Druckeinrichtung mit einer Druckeinleitfläche, aufweist, wobei die erste Druckeinrichtung ausgebildet ist als ein flächiger Metallformkörper, vorzugsweise ausgebildet aus einem Federstahl, mit einer Mehrzahl freigesparter federnd wirkender Drucklaschen, die jeweils eine Druckkontaktstelle zur mittelbaren oder unmittelbaren Druckeinleitung auf die zugeordnete Druckeinleitfläche der jeweiligen zweiten Druckeinrichtung aufweisen.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung weist ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul sowie eine Grundplatte auf, die als eine Kühleinrichtung ausgebildet sein kann.
  • Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale mehrfach in dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul vorhanden sein.
  • Bevorzugt ist es, wenn die Verbindungseinrichtung des Submoduls als Folienverbund mit einer elektrisch leitenden und einer elektrisch isolierenden Folie ausgebildet ist und somit eine erste dem Substrat zugewandte Hauptfläche und eine der ersten gegenüberliegende zweite Hauptfläche ausbildet, wobei das Leistungshalbleitermodul mittels der Verbindungseinrichtung schaltungsgerecht intern elektrisch verbunden ist.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die zweite Druckeinrichtung des Submoduls einen Druckkörper mit einer ersten Ausnehmung aufweist aus der ein erstes Druckelement in Richtung des Leistungshalbleiterbauelements hervorstehend angeordnet ist und wobei das Druckelement auf einen Abschnitt der zweiten Hauptfläche der Verbindungseinrichtung drückt und hierbei dieser Abschnitt in Projektion entlang der Normalenrichtung des Leistungshalbleiterbauelements innerhalb der Fläche des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet ist.
  • Eine erste erfindungsgemäße Lösung besteht darin, wenn das Anschlusselement des Leistungshalbleitermoduls durch das Gehäuse hindurchreicht und dazu ausgebildet ist mit dem Substrat oder mit der Verbindungeinrichtung drucktechnisch elektrisch leitend verbunden zu werden, indem eine Drucklasche der ersten Druckeinrichtung mittelbar oder unmittelbar auf das Anschlusselement drückt.
  • Eine zweite erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass die erste Druckeinrichtung ausgebildet ist als eine Mehrzahl gestapelter Teilmetallformkörper. Hierbei kann es weiter bevorzugt sein, wenn ein erster benachbart zu den Submodulen angeordneter Teilmetallformkörper eine Aussparung aufweist und ein zweiter weiter von den Submodulen entfernter Teilmetallformkörper fluchtend mit der Aussparung eine Drucklasche aufweist. Auch kann es vorteilhaft sein, wenn ein erster benachbart zu den Submodulen angeordneter Teilmetallformkörper eine erste Teillasche aufweist und ein zweiter weiter von den Submodulen entfernter Teilmetallformkörper fluchtend mit der ersten Teillasche eine zweite Teillasche aufweist, wobei die Druckkräfte bei Teillaschen additiv zusammenwirken.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Leistungshalbleitermoduls ist zwischen der Druckkontaktstelle der Lasche der ersten Druckeinrichtung und der Druckeinleitfläche der zweiten Druckeinrichtung ein Druckvermittlungskörper angeordnet. Hierbei kann eine Mehrzahl von Druckvermittlungskörpern miteinander mittels einer Gruppierungseinrichtung mechanisch verbunden sein, wobei die Gruppierungseinrichtung vorzugsweise als eine flexible Gruppierungseinrichtung ausgebildet ist. Auch kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen der ersten Druckeinrichtung und der zweiten Druckeinrichtung eine Leiterplatte angeordnet ist und der Druckvermittlungskörper vorzugsweise durch ein zugeordnete Aussparung der Leiterplatte hindurchreicht.
  • Eine bevorzugte Anordnung ergibt sich, wenn zwischen den jeweiligen Substraten des Leistungshalbleitermoduls und der Grundplatte oder der Kühleinrichtung eine Wärmeleitpaste, die vorzugsweise Bornitrid als Bestandteil aufweist, angeordnet ist. Hierbei kann die Wärmeleitpaste eine Dicke von 5µm bis 50µm, vorzugsweise von 5µm bis 15µm aufweisen.
  • In einer vorteilhaften Anordnung übt ein Druckeinleitmittel, vorzugsweise ausgebildet als Schraubverbindung zur Grundplatte oder zur Kühleinrichtung, Druck auf die erste Druckeinrichtung aus, hierbei wird der Druck über die Drucklasche und deren Druckkontaktstelle unmittelbar, oder mittelbar über einen Druckvermittlungskörper, auf die Druckeinleitfläche der zweiten Druckeinrichtung und weiter auf das Leistungshalbleiterbauelement ausgeübt, um das Substrat in seiner Normalenrichtung auf die Grundplatte oder die Kühleinrichtung zu drücken.
  • Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die hier und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Erläuterung der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung oder von Teilen hiervon.
  • 1 zeigt zur Erläuterung der Erfindung ein Leistungshalbleitermoduls sowie eine Kühleinrichtung in Explosionsdarstellung.
  • 2 bis 5 zeigen jeweils eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 6 zeigt in dreidimensionaler Explosionsdarstellung eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 1 zeigt zur Erläuterung der Erfindung ein Leistungshalbleitermoduls 10, mit einem Submodul 100, sowie eine Kühleinrichtung 14 in Explosionsdarstellung, die zusammen eine erfindungsgemäße Anordnung 1 ausbilden.
  • Dargestellt ist ein grundsätzlich fachüblich ausgebildetes Substrat 2 des Submoduls mit einem Isolierstoffkörper 20 und hierauf angeordneten jeweils elektrisch voneinander isolierten Leiterbahnen 22, die unterschiedliche Potentiale, insbesondere Lastpotentiale, aber auch Hilfs-, insbesondere Schalt- und Messpotentiale, des Submoduls aufweisen. Konkret dargestellt sind hier drei Leiterbahnen 22 mit Lastpotentialen wie sie für eine Halbbrückentopologie typisch sind.
  • Auf zwei Leiterbahnen 22 ist jeweils ein Leistungshalbleiterbauelement 24 angeordnet, das fachüblich als Leistungsdiode oder als Schalter, beispielhaft als MOS-FET, oder als IGBT, ausgebildet sein kann. Die Leistungshalbleiterbauelemente 24 sind fachüblich, bevorzugt mittels einer Sinterverbindung, mit den Leiterbahnen 22 elektrisch leitend verbunden.
  • Die internen Verbindungen des Submoduls 100 sind ausgebildet mittels einer Verbindungseinrichtung 3 aus einem Folienverbund, der alternierend elektrisch leitende 30, 34 und elektrisch isolierende Folien 32 aufweist. Hier weist der Folienverbund genau zwei leitende und eine dazwischen angeordnete isolierende Folie auf. Die dem Substrat 2 zugewandte Oberfläche des Folienverbunds 3 bildet hierbei die erste Hauptfläche 300 aus, während die gegenüberliegende die zweite Hauptfläche 340 ausbildet. Insbesondere die leitenden Folien 30, 34 der Verbindungseinrichtung 3 sind in sich strukturiert und bilden somit voneinander elektrisch isolierte Leiterbahnabschnitte aus. Diese Leiterbahnabschnitte verbinden insbesondere das jeweilige Leistungshalbleiterbauelemente 24, genauer deren Kontaktflächen auf der dem Substrat 2 abgewandten Seite, mit Leiterbahnen 22 des Substrats. In bevorzugter Ausgestaltung sind die Leiterbahnabschnitte mit den Kontaktflächen mittels einer Sinterverbindung stoffschlüssig verbunden. Selbstverständlich können gleichartig auch Verbindungen zwischen Leistungshalbleiterbauelementen 24 und zwischen Leiterbahnen 22 des Substrats 2 ausgebildet werden.
  • Zusätzliche dargestellt ist eine Beschichtung 36 der vom Substrat 2 abgewandten Oberfläche der Verbindungseinrichtung. Diese Beschichtung 36 kann einerseits als Verguss oder andererseits als zusätzliche Folie ausgebildet sein und dient insbesondere dem Schutz vor Feuchtigkeit. Diese Beschichtung 36 wird hier der Verbindungseinheit selbst zugerechnet, sodass die Oberfläche der Beschichtung somit die Oberfläche 340 der Verbindungseinrichtung 3 ausbildet.
  • Zur externen elektrischen Anbindung weist das Submodul 100 Last- und Hilfsanschlusselemente 4 auf, wobei hier nur ein Hilfsanschlusselement 44 dargestellt ist. Dieses Hilfsanschlusselement 44 ist rein beispielhaft als Pressfitkontakt ausgebildet, der mit einem Kontaktfuß mit einer Leiterbahn 22 des Substrats 2 stoffschlüssig verbunden ist. Grundsätzlich können auch Teile der Verbindungseinrichtung 3 selbst als Last- oder Hilfsanschlusselemente ausgebildet sein. Die nicht dargestellten Lastanschlusselemente können im Übrigen fachüblich ausgebildet sein.
  • Weiterhin dargestellt ist ein Isolierstoffkörper 50 der zweiten Druckeinrichtung 5, der hier ausschließlich aus einem Druckkörper 54 besteht, der auf seiner dem Substrat zugewanderten Seite Ausnehmungen 546 mit darin angeordneten und geringfügig hervorstehenden Druckelementen 56 aufweist. Diese sind dafür vorgesehen nach Druckbeaufschlagung auf den Druckkörper 54 auf Abschnitte 342 der zweiten Oberfläche 340 der Verbindungseinrichtung 3 zu drücken. Diese Abschnitte 342 fluchten jeweils mit den darunter angeordneten Leistungshalbleiterbauelementen 24. Der Druckkörper 54 ist besonders starr ausgebildet um auf ihn eingeleiteten Druck homogen auf die Druckelemente 56 weitergeben zu können. Hierzu und vor dem Hintergrund der thermischen Belastungen beim Betrieb des Leistungshalbleitermoduls besteht der Druckkörper 54 aus einem hochtemperaturbeständigen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus Polyphenylensulfid. Die Druckelemente 56 müssen im Betrieb und hierbei insbesondere bei unterschiedlichen Temperarturen einen im Wesentlichen konstanten Druck ausüben können. Hierzu bestehen die Druckelemente 56 aus einem Silikonkautschuk, insbesondere aus sog. Flüssig-Silikon, auch bekannt als Liquid Silicon Rubber (LSR), mit einer Shore A Härte von 20 bis 70, vorzugsweise von 55 bis 65. Diese wird mittels eines Zwei-Komponenten-Spritzgießverfahrens innerhalb des Druckkörpers 54, angeordnet.
  • Im unbelasteten Zustand, also ohne Druck auf den Druckkörper 54, und somit auf die zweite Druckeinrichtung 5 ist dieser und somit insbesondere auch die Druckelemente 56 beabstandet vom Substrat 2 mit angeordneten Leistungshalbleiterbauelementen 24 und mit der Verbindungseinrichtung 3.
  • Weiterhin dargestellt ist ein Gehäuse 8 des Leistungshalbleitermoduls 10, das das Submodul 100 nicht notwendigerweise vollständig überdeckt, sowie eine erste Druckeinrichtung 6. Diese ist ausgebildet als ein flächiger Metallformkörper 62, vorzugsweise aus einem Federstahlblech, mit einer Mehrzahl, vorzugsweise U-förmig freigesparter federnd wirkender Drucklaschen 620, die jeweils eine Druckkontaktstelle 622 zur unmittelbaren Druckeinleitung auf eine zugeordnete Druckeinleitfläche 500 der zweiten Druckeinrichtung 5, genauer deren Druckkörper 54, aufweisen.
  • Fachüblich ist ein derartiges Leistungshalbleitermodul 10 auf einer Kühleinrichtung 14 angeordnet, wobei zwischen dem Substrat 2 und der Kühleinrichtung 14 wiederum fachüblich eine Wärmeleitpaste 140 vorgesehen ist.
  • 2 bis 5 zeigen jeweils eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 2 zeigt eine derjenigen gemäß 1 grundsätzlich ähnliche Anordnung grundsätzlich gleicher Funktionalität. Diese Anordnung weist an Stelle der Kühleinrichtung eine einfache Grundplatte 12 auf. Weiterhin weist der Isolierstoffkörper 5 neben dem Druckkörper 54 noch einen Grundkörper 52 auf.
  • Der Isolierstoffkörper 50 ist hierbei einstückig ausgebildet mit dem Grundkörper 52, der mit dem Rand 26 des Substrats 2 mittels einer Klebeverbindung verbunden ist und mit dem Druckkörper 54, der gegenüber dem Grundkörper 52 und damit auch gegenüber dem Substrat 2 beweglich angeordnet ist. Zur Ausbildung der beweglichen Anordnung weist der Isolierstoffkörper 50 zwei, hier als Laschen ausgebildete, Zwischenkörper 58 auf. Diese Laschen weisen einen S-förmigen Verlauf auf, der die Bewegung, insbesondere in Normalenrichtung des Substrats 2, des Druckkörpers 54 relativ zum Grundkörper 52 erlaubt.
  • Der Druckkörper 54 weist zusätzlich einen flächigen Metallkörper 540 auf, der hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit in einer weiteren Ausnehmung an der dem Substrat 2 abgewandten Seite angeordnet ist. Dieser flächige Metallformkörper 540 dient einerseits der Stabilität des Druckkörpers 54 und weist zudem eine robuste Druckeinleitfläche 500 für die Druckkontaktstelle 622 der Drucklasche 620 der ersten Druckeinrichtung 6 auf. Diese erste Druckeinrichtung 6 ist im Übrigen analog zu derjenigen gemäß 1 ausgebildet.
  • Das eine dargestellte Hilfsanschlusselement 42, wie vorteilhafterweise auch weitere nicht dargestellte Hilfsanschlusselemente und die ebenfalls nicht dargestellten Lastanschlusselemente, sind in Ausnehmungen 524 eines Grundkörpers 52 des Isolierstoffkörpers 50 angeordnet und dort gegebenenfalls auch in ihrer Position fixiert oder beweglich aber nicht verlierbar gehaltert.
  • 3 zeigt eine denjenigen gemäß 1 und 2 grundsätzlich ähnliche erfindungsgemäße Anordnung grundsätzlich gleicher Funktionalität. Ergänzend bzw. alternativ ist hier ein Lastanschlusselement 40 anstelle eines Hilfsanschlusselements dargestellt. Dieses Lastanschlusselement 40 ragt durch das Gehäuse 8 des Leistungshalbleitermoduls 10 nach außen und ist dort extern kontaktierbar. Im Inneren des Leistungshalbleitermoduls ragt das Lastanschlusselement 40 durch eine Ausnehmung 524 des Grundkörpers 52 des Isolierstoffkörpers 50 des Submoduls 100 zum Substrat 2. Dort kontaktiert das Lastanschlusselement 40 eine Leiterbahn 22, alternativ könnte es auch eine Leiterbahn der Verbindungseinrichtung 3 kontaktieren.
  • Der elektrisch leitende Kontakt des Lastanschlusselements 40 mit der Leiterbahn 22 ist hier erfindungsgemäß ausgebildet als kraftschlüssiger Kontakt, zu dessen Ausbildung die erste Druckeinrichtung 6 eine federnd wirkende Drucklasche 640 aufweist, die auf das Lastanschlusselement 40 drückt. Es kann hier bevorzugt sein zwischen der Drucklasche 640 und dem Lastanschlusselement 40 einen, hier nicht dargestellten, Druckvermittlungskörper anzuordnen, der eine elektrische Isolierung zwischen dem Lastanschlusselement und der Drucklasche ausbildet.
  • Die erste Druckeinrichtung 6 ist hier zweiteilig, mit zwei Teilmetallformkörpern ausgebildet. Der erste Teilmetallformkörper 62 der Druckeinrichtung ist grundsätzlich gleich derjenigen gemäß 1 und 2 ausgebildet, allerdings drückt die federnd wirkende Drucklasche 620 nicht unmittelbar auf die Druckeinleitfläche der zweiten Druckeinrichtung 5, sondern mittels eines Druckvermittlungskörpers 7, der in einfacher Weise als starrer Kunststoffkörper ausgebildet ist.
  • Der zweite Teilmetallformkörper 64 der ersten Druckeinrichtung 6 dient der oben beschriebenen Druckeinleitung auf das Lastanschlusselement 24. Dieser zweite Teilmetallformkörper 64 weist darüber hinaus eine Aussparung 642 auf, durch die die Drucklasche 620 des erste Teilformkörpers 62 hindurchreicht um Druck auf die zweite Druckeinrichtung 5 einzuleiten. In dieser Ausgestaltung bilden der erste und zweite Teilmetallformkörper 62, 64 der ersten Druckeinrichtung 6 einen Stapel aus, wobei der erste Teilformkörper 62 auf der dem Substrat 2 abgewandten Seite des zweite Teilformkörpers 64 auf diesem aufliegt. Grundsätzlich kann die Reihenfolge im Stapel auch umgekehrt sein, dann ist die Ausnehmung des zweiten Teilformkörpers durch den die Drucklasche des ersten Teils hindurchreicht möglicherweise nicht notwendig.
  • 4 zeigt eine denjenigen gemäß 1 bis 3 grundsätzlich ähnliche erfindungsgemäße Anordnung grundsätzlich gleicher Funktionalität. Dargestellt ist eine zusätzliche Ansteuerplatine 9, die zwischen dem Submodul 100 und der ersten Druckeinrichtung 6 angeordnet ist. Diese ist hier mit einem Hilfsanschlusselement 42 des Submoduls 100, das als Kontaktfeder ausbildet ist und beispielhaft den Steueranschluss eines Leistungshalbleiterbauelements 24 ausbildet elektrisch leitend und kraftschlüssig verbunden.
  • In dieser Ausgestaltung weist die Ansteuerplatine 9 eine Ausnehmung 92 auf in der ein Druckvermittlungskörper 7 angeordnet ist und den Druck der Drucklasche 620 der ersten Druckeinrichtung 6 auf die zweite Druckeinrichtung 5 überträgt.
  • 5 zeigt eine derjenigen gemäß 3 grundsätzlich sehr ähnliche erfindungsgemäße Anordnung grundsätzlich gleicher Funktionalität. Im Gegensatz zu dieser ist hier der zweite Teilmetallformkörper 64 der ersten Druckeinrichtung 6 derart ausgebildet, dass er formschlüssig zu derjenigen Drucklasche 620 des ersten Teilmetallformkörpers eine weitere Drucklasche 650 aufweist, wobei die beiden Drucklaschen additiv zusammenwirken, d.h. die Druckkräfte beider Laschen summieren sich zu einer gemeinsam Druckkraft.
  • 6 zeigt in dreidimensionaler Explosionsdarstellung eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung 1. Diese Anordnung weist eine Kühleinrichtung 16 auf, die als Flüssigkeitskühleinrichtung ausgebildet ist. Auf dieser Kühleinrichtung 16 sind drei Submodule 100 angeordnet, die grundsätzlich demjenigen gemäß 4 entsprechen. Erkennbar in dieser Darstellung sind die zweiten Druckeinrichtungen 5, wobei diese einen Isolierstoffkörper 50 mit einem Grundkörper 52 und einem Druckkörper 54 aufweisen. Die Druckelemente 56 sind in dieser Darstellung nicht erkennbar. Der Druckkörper 54 weist weiterhin eine bereits beschriebenen flächigen Metallkörper 540 mit beschriebener Funktionalität auf. Ebenso dargestellt sind Ausnehmungen 524 des Grundkörpers 52 zur Durchführung von Hilfs- 42 und Lastanschlusselementen 40.
  • Die Hilfsanschlusselemente 42 sind hier als Kontaktfedern ausgebildet, während die Lastanschlusselemente 40 als flächige Metallformkörper ausgebildet sind, die durch das Gehäuse 8 des Leistungshalbleitermoduls hindurchragen und dort Ausnehmungen zur externen Kontaktierung aufweisen. Das Gehäuse 8 selbst ist hier rahmenartig ausgebildet.
  • Weiterhin dargestellt ist eine Ansteuerplatine 9 zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterbauelemente der Submodule 100. Diese Ansteuerplatine 9 ist unmittelbar oberhalb der Submodule 100 angeordnet, wobei deren Hilfsanschlusselemente 42 die Substrate der Submodule mit dieser Ansteuerplatine 9 verbinden.
  • Die Ansteuerplatine 9 weist Ausnehmungen 92 auf, durch die Druckvermittlungskörper 7 hindurchreichen. Die Druckvermittlungskörper 7 sind mittels einer Gruppierungseinrichtung 70 miteinander verbunden. Hierbei ist diese Gruppierungseinrichtung 70 derart ausgebildet, dass sich die einzelnen Druckvermittlungskörper 7 im Rahmen des Notwendigen unabhängig voneinander bewegen können.
  • Einige der Druckvermittlungskörper 7 dienen der Druckübertragung von Laschen 620 der ersten Druckeinrichtung 6 auf die zweite Druckeinrichtung 5. Weitere Druckvermittlungskörper 7 dienen der Druckübertragung von Laschen 630 Lastanschlusselemente 40 zur zu deren kraftschlüssiger Verbindung mit einer zugeordneten Leiterbahn eines der Substrate.
  • Zur Einleitung des Druck auf die erste Druckeinrichtung 6 sind mehrere Druckeinleitmittel 60, hier ausgebildet als Schraubverbindung zur Kühleinrichtung 16 dargestellt. Durch diese Druckeinleitung wird Druck auf die erste Druckeinrichtung 6 ausübt, der über die Drucklasche 620 über Druckvermittlungskörper 7, über die zweite Druckeinrichtung 5 und die Verbindungseinrichtung 3 auf das Leistungshalbleiterbauelement 24 ausgeübt wird, um dieses und damit das Substrat 2 in seiner Normalenrichtung auf die Kühleinrichtung 16 zu drücken und somit dort thermisch zu kontaktieren.

Claims (14)

  1. Leistungshalbleitermodul (10) in Druckkontaktausführung mit einer Mehrzahl von leistungselektronischen Submodulen (100), mit einem Gehäuse (8), mit nach außen führenden Anschlusselementen (4) und mit einer ersten Druckeinrichtung (6), wobei das jeweilige leistungselektronische Submodul (100) ein Substrat (2) mit einem hierauf angeordneten Leistungshalbleiterbauelement (24), eine interne Verbindungseinrichtung (3) und eine zweite Druckeinrichtung (5) mit einer Druckeinleitfläche (500), aufweist, wobei die erste Druckeinrichtung (6) ausgebildet ist als ein flächiger Metallformkörper (62) mit einer Mehrzahl freigesparter federnd wirkender Drucklaschen (620, 630 640, 650), die jeweils eine Druckkontaktstelle (622) zur mittelbaren oder unmittelbaren Druckeinleitung auf die zugeordnete Druckeinleitfläche (500) der jeweiligen zweiten Druckeinrichtung (5) aufweisen und wobei eines der Anschlusselemente (4) als Lastanschlusselement (40) ausgebildet ist und durch das Gehäuse (8) hindurchreicht und dazu ausgebildet ist mit dem Substrat (2) oder mit der Verbindungeinrichtung (3) drucktechnisch elektrisch leitend verbunden zu werden, indem eine Drucklasche (640) der ersten Druckeinrichtung (6) mittelbar oder unmittelbar auf das eine Anschlusselement (4) drückt.
  2. Leistungshalbleitermodul (10) in Druckkontaktausführung mit einer Mehrzahl von leistungselektronischen Submodulen (100), mit einem Gehäuse (8), mit nach außen führenden Anschlusselementen (4) und mit einer ersten Druckeinrichtung (6), wobei das jeweilige leistungselektronische Submodul (100) ein Substrat (2) mit einem hierauf angeordneten Leistungshalbleiterbauelement (24), eine interne Verbindungseinrichtung (3) und eine zweite Druckeinrichtung (5) mit einer Druckeinleitfläche (500), aufweist, wobei die erste Druckeinrichtung (6) ausgebildet ist als eine Mehrzahl flächiger gestapelter Teilmetallformkörper (62, 64) jeweils mit einer Mehrzahl freigesparter federnd wirkender Drucklaschen (620, 630, 640, 650), die jeweils eine Druckkontaktstelle (622) zur mittelbaren oder unmittelbaren Druckeinleitung auf die zugeordnete Druckeinleitfläche (500) der jeweiligen zweiten Druckeinrichtung (5) aufweisen.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungseinrichtung (3) des Submoduls (100) als Folienverbund mit einer elektrisch leitenden (30, 34) und einer elektrisch isolierenden Folie (32) ausgebildet ist und somit eine erste dem Substrat (2) zugewandte Hauptfläche (300) und eine der ersten gegenüberliegende zweite Hauptfläche (340) ausbildet und wobei das Submodul (100) mittels der Verbindungseinrichtung (3) schaltungsgerecht intern elektrisch verbunden ist.
  4. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Druckeinrichtung (5) einen Druckkörper (54) mit einer ersten Ausnehmung (546) aufweist aus der ein erstes Druckelement (56) in Richtung des Leistungshalbleiterbauelements (24) hervorstehend angeordnet ist und wobei das Druckelement (56) auf einen Abschnitt (342) der zweiten Hauptfläche (340) der Verbindungseinrichtung (3) drückt und hierbei dieser Abschnitt in Projektion entlang der Normalenrichtung des Leistungshalbleiterbauelements (24) innerhalb der Fläche (240) des Leistungshalbleiterbauelements (24) angeordnet ist.
  5. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, wobei ein erster benachbart zu den Submodulen (100) angeordneter Teilmetallformkörper (64) eine Aussparung (642) aufweist und ein zweiter weiter von den Submodulen entfernter Teilmetallformkörper (62) fluchtend mit der Aussparung (642) eine Drucklasche (620) aufweist.
  6. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 2 oder 5, wobei ein erster benachbart zu den Submodulen (100) angeordneter Teilmetallformkörper (64) eine erste Teillasche (650) aufweist und ein zweiter weiter von den Submodulen (100) entfernter Teilmetallformkörper (62) fluchtend mit der ersten Teillasche (650) eine zweite Teillasche (620) aufweist, wobei die Druckkräfte bei Teillaschen additiv zusammenwirken.
  7. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Druckkontaktstelle (622) der Lasche der ersten Druckeinrichtung (6) und der Druckeinleitfläche (500) der zweiten Druckeinrichtung (5) ein Druckvermittlungskörper (7) angeordnet ist.
  8. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 7, wobei eine Mehrzahl von Druckvermittlungskörpern (7) miteinander mittels einer Gruppierungseinrichtung (70) mechanisch verbunden sind, wobei die Gruppierungseinrichtung (70) vorzugsweise als eine flexible Gruppierungseinrichtung ausgebildet ist.
  9. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 7 oder 8, wobei zwischen der ersten Druckeinrichtung (6) und der zweiten Druckeinrichtung (5) eine Leiterplatte (9) angeordnet ist und der Druckvermittlungskörper (7) vorzugsweise durch ein zugeordnete Aussparung (92) der Leiterplatte (9) hindurchreicht.
  10. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei das Anschlusselement (4) durch das Gehäuse (8) hindurchreicht und dazu ausgebildet ist mit dem Substrat (2) oder mit der Verbindungeinrichtung (3) drucktechnisch elektrisch leitend verbunden zu werden, indem eine Drucklasche (640) der ersten Druckeinrichtung (6) mittelbar oder unmittelbar auf das Anschlusselement (4) drückt.
  11. Anordnung mit einem Leistungshalbleitermodulen (1), nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Grundplatte (12).
  12. Anordnung nach Anspruch 11, wobei zwischen den jeweiligen Substraten (2) der Submodule (100) des Leistungshalbleitermoduls (10) und der Grundplatte (12) eine Wärmeleitpaste (140), vorzugsweise eine Bornitrid aufweisende Wärmeleitpaste, angeordnet ist.
  13. Anordnung nach Anspruch 12, wobei die Wärmeleitpaste eine Dicke von 5µm bis 50µm, vorzugsweise von 5µm bis 15µm aufweist.
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei ein Druckeinleitmittel (60), vorzugsweise ausgebildet als Schraubverbindung zur Grundplatte (12), Druck auf die erste Druckeinrichtung (6) ausübt, der Druck über die Drucklasche (620, 640, 650) und deren Druckkontaktstelle (622) unmittelbar, oder mittelbar über einen Druckvermittlungskörper (7), auf die Druckeinleitfläche (500) der zweiten Druckeinrichtung (5) und weiter auf das Leistungshalbleiterbauelement (24) ausgeübt wird, um das Substrat (2) in seiner Normalenrichtung auf die Grundplatte (12) oder auf die Kühleinrichtung (14, 16) zu drücken.
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