DE102016112779B4 - Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung - Google Patents

Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE102016112779B4
DE102016112779B4 DE102016112779.5A DE102016112779A DE102016112779B4 DE 102016112779 B4 DE102016112779 B4 DE 102016112779B4 DE 102016112779 A DE102016112779 A DE 102016112779A DE 102016112779 B4 DE102016112779 B4 DE 102016112779B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power semiconductor
semiconductor device
locking element
longitudinal axis
pressure body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102016112779.5A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102016112779A1 (de
Inventor
Patrick Graschl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Original Assignee
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semikron Elektronik GmbH and Co KG filed Critical Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority to DE102016112779.5A priority Critical patent/DE102016112779B4/de
Publication of DE102016112779A1 publication Critical patent/DE102016112779A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102016112779B4 publication Critical patent/DE102016112779B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/32—Holders for supporting the complete device in operation, i.e. detachable fixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4093—Snap-on arrangements, e.g. clips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
    • H01L25/11—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/117—Stacked arrangements of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Substrat (6), mit auf dem Substrat (6) angeordneten und mit dem Substrat (6) elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen (11), mit einem elektrisch leitenden Laststromleitungselement (5), mit einer Kühleinrichtung (2) auf der das Substrat (6) angeordnet ist, mit einem um seine Längsachse (LA) drehbar angeordneten Arretierungselement (3), das an seinem ersten axialen Endbereich (3') eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse (LA) hervorstehendes erstes Blockierungselement (3a) und an seinem zweiten axialen Endbereich (3") eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse (LA) hervorstehendes zweites Blockierungselement (3b) aufweist und mit einer Druckeinrichtung (4), die einen Druckkörper (4a) und ein zwischen dem Druckkörper (4a) und der Kühleinrichtung (2) angeordnetes elastisches Verformungselement (4b) aufweist, wobei der Druckkörper (4a) über das elastische Verformungselement (4b) das Laststromleitungselement (5) gegen eine elektrisch leitende Kontaktfläche (6a) des Substrats (6) drückt und hierdurch eine elektrisch leitende Druckkontaktierung des Laststromleitungselements (5) mit dem Substrat (6) bewirkt, wobei die Kühleinrichtung (2) eine erste Aufnahme (2f) aufweist in der das erste Blockierungselement (3a) angeordnet ist, wobei die erste Aufnahme (2f) und das erste Blockierungselement (3a) derartig zusammenwirkende Formen aufweisen, dass eine Bewegung des Arretierungselements (3), in Richtung seiner Längsachse (LA) weg von der Kühleinrichtung (2), durch Formschluss des ersten Blockierungselements (3a) mit der ersten Aufnahme (2f), blockiert wird, wobei der Druckkörper (4a) eine erste Ausnehmung (4a") aufweist durch die das Arretierungselement (3) hindurchverläuft, wobei die erste Ausnehmung (4a") und das zweite Blockierungselement (3b) eine derartige Form aufweisen und derart zueinander angeordnet sind, dass bei einer ersten Drehstellung des Arretierungselements (3), der Druckkörper (4a) mit dem Arretierungselement (3), in Richtung der Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) weg von der Kühleinrichtung (2), nicht formschlüssig verbunden ist und bei einer zweiten Drehstellung des Arretierungselements (3), eine Bewegung des Druckkörpers (4a) in Richtung der Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) weg von der Kühleinrichtung (2), durch Formschluss des Druckkörpers (4a) mit dem zweiten Blockierungselement (3b), blockiert wird, wobei die Kühleinrichtung (2) ein in Richtung auf den Druckkörper (4a) hervorstehendes Halteelement (2e) aufweist, wobei das Haltelement (2e) eine zweite Ausnehmung (2f) aufweist, die die erste Aufnahme (2f) ausbildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung.
  • Aus der DE 10 2009 057 146 A1 eine Leistungshalbleitereinrichtung mit Leistungshalbleiterbauelementen, mit einer Druckeinrichtung, Laststromleitungselementen, mit einer Kühleinrichtung und mit einem Substrat bekannt, wobei die Druckeinrichtung die Laststromleitungselemente gegen das Substrat drückt und hierdurch die Laststromleitungselemente mit dem Substrat elektrisch leitend druckkontaktiert. Druckkontaktierungen zeichnen sich durch ihre lange Lebensdauer und ihre hohe Zuverlässigkeit aus.
  • Aus der DE 103 06 643 A1 ist eine Druckkontaktierung für ein Leistungshalbleitermodul mit Grundplatte oder zur direkten Montage auf einem Kühlkörper, bestehend aus einem Gehäuse, mindestens einem elektrisch isolierenden Substrat, seinerseits bestehend aus einem Isolierstoffkörper mit einer Mehrzahl darauf befindlicher gegeneinander isolierter metallischer Verbindungsbahnen, darauf befindlichen und mit diesen Verbindungsbahnen schaltungsgerecht verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen sowie mit zumindest teilweise federnd ausgestalteten Anschlussleitern zur elektrischen Verbindung der Verbindungsbahnen mit einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Leiterplatte, bekannt.
  • Aus der EP 2 597 628 A2 ist ein Signalgerät zur Aussendung eines akustischen und/oder visuellen Signals, aufweisend einen Gehäusegrundkörper und ein Gehäuseoberteil, wobei das Gehäuseoberteil mittels Verbindungsmitteln mit dem Gehäusegrundkörper verbindbar ist, und wobei durch den Gehäusegrundkörper und den Gehäuseoberteil ein Aufnahmeraum gebildet ist, in dem wenigstens eine elektrische Baugruppe aufgenommen ist, wobei die Verbindungsmittel einen oder mehrere Verriegelungsstifte umfassen, die am Gehäuseoberteil haltend anordenbar sind, bekannt.
  • Aus der DE 10 2014 104 308 B3 ist ein Leistungshalbleitereinrichtungssystem bekannt, wobei das Leistungshalbleitereinrichtungssystem mehrere in einer ersten Richtung aneinander angeordnete Leistungshalbleitereinrichtungen, ein den Leistungshalbleitereinrichtungen gemeinsam zugeordnetes, auf die Leistungshalbleitereinrichtungen aufsteckbares Aufsteckmodul und ein elastisches, einstückig ausgebildetes, eine Struktur aufweisendes Dichtelement aufweist, wobei die jeweilige Leistungshalbleitereinrichtung einen Kühlkörper aufweist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine einfach herstellbare Leistungshalbleitereinrichtung zu schaffen, die eine Druckeinrichtung zur Realisierung einer elektrisch leitenden Druckkontaktierung eines Laststromleitungselements mit einem Substrat der Leistungshalbleitereinrichtung aufweist. Die Leistungshalbleitereinrichtung soll insbesondere die einfache Herstellung eines Leistungshalbleitereinrichtungssystem, das mindestens zwei aufeinander angeordnete erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtungen aufweist, ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Substrat, mit auf dem Substrat angeordneten und mit dem Substrat elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen, mit einem elektrisch leitenden Laststromleitungselement, mit einer Kühleinrichtung auf der das Substrat angeordnet ist, mit einem um seine Längsachse drehbar angeordneten Arretierungselement, das an seinem ersten axialen Endbereich eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse hervorstehendes erstes Blockierungselement und an seinem zweiten axialen Endbereich eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse hervorstehendes zweites Blockierungselement aufweist und mit einer Druckeinrichtung, die einen Druckkörper und ein zwischen dem Druckkörper und der Kühleinrichtung angeordnetes elastisches Verformungselement aufweist, wobei der Druckkörper über das elastische Verformungselement das Laststromleitungselement gegen eine elektrisch leitende Kontaktfläche des Substrats drückt und hierdurch eine elektrisch leitende Druckkontaktierung des Laststromleitungselements mit dem Substrat bewirkt, wobei die Kühleinrichtung eine erste Aufnahme aufweist in der das erste Blockierungselement angeordnet ist, wobei die erste Aufnahme und das erste Blockierungselement derartig zusammenwirkende Formen aufweisen, dass eine Bewegung des Arretierungselements, in Richtung seiner Längsachse weg von der Kühleinrichtung, durch Formschluss des ersten Blockierungselements mit der ersten Aufnahme, blockiert wird, wobei der Druckkörper eine erste Ausnehmung aufweist durch die das Arretierungselement hindurchverläuft, wobei die erste Ausnehmung und das zweite Blockierungselement eine derartige Form aufweisen und derart zueinander angeordnet sind, dass bei einer ersten Drehstellung des Arretierungselements, der Druckkörper mit dem Arretierungselement, in Richtung der Längsachse des Arretierungselements weg von der Kühleinrichtung, nicht formschlüssig verbunden ist und bei einer zweiten Drehstellung des Arretierungselements, eine Bewegung des Druckkörpers in Richtung der Längsachse des Arretierungselements weg von der Kühleinrichtung, durch Formschluss des Druckkörpers mit dem zweiten Blockierungselement, blockiert wird, wobei die Kühleinrichtung ein in Richtung auf den Druckkörper hervorstehendes Halteelement aufweist, wobei das Haltelement eine zweite Ausnehmung aufweist, die die erste Aufnahme ausbildet.
  • Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung mit folgenden Verfahrensschritten:
    1. a) Bereitstellen, eines Substrats auf dem Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet und mit dem Substrat elektrisch leitend verbunden sind, eines elektrisch leitenden Laststromleitungselements, einer Kühleinrichtung auf der das Substrat angeordnet ist und eines Arretierungselements, das an seinem ersten axialen Endbereich eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse hervorstehendes erstes Blockierungselement und an seinem zweiten axialen Endbereich eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse hervorstehendes zweites Blockierungselement aufweist, wobei die Kühleinrichtung eine erste Aufnahme aufweist, wobei die Kühleinrichtung ein in Richtung auf den Druckkörper hervorstehendes Halteelement aufweist, wobei das Haltelement eine zweite Ausnehmung aufweist, die die erste Aufnahme ausbildet,
    2. b) Anordnen des ersten Blockierungselements in der ersten Aufnahme, wobei die erste Aufnahme und das erste Blockierungselement derartig zusammenwirkende Formen aufweisen, dass eine Bewegung des Arretierungselements, in Richtung seiner Längsachse weg von der Kühleinrichtung, durch Formschluss des ersten Blockierungselements mit der ersten Aufnahme, blockiert wird,
    3. c) Anordnen einer Druckeinrichtung auf dem Laststromleitungselement, wobei die Druckeinrichtung einen, eine erste Ausnehmung aufweisenden, Druckkörper und ein elastisches Verformungselement aufweist, wobei das Anordnen derart erfolgt, dass nach dem Anordnen der Druckeinrichtung das Arretierungselement durch die erste Ausnehmung hindurchverläuft, wobei die erste Ausnehmung und das zweite Blockierungselement eine derartige Form aufweisen und derart nach dem Anordnen zueinander angeordnet sind, dass bei einer ersten Drehstellung des Arretierungselements, welche das Arretierungselement im Verfahrensschritt c) aufweist, der Druckkörper mit dem Arretierungselement, in Richtung der Längsachse des Arretierungselements weg von der Kühleinrichtung, nicht formschlüssig verbunden ist, wobei das zweite Blockierungselement beim Anordnen der Druckeinrichtung durch die erste Ausnehmung hindurchgeführt wird,
    4. d) Drehen des Arretierungselements um seine Längsachse bis zu einer zweiten Drehstellung des Arretierungselements, wobei bei der zweiten Drehstellung eine Bewegung des Druckkörpers, in Richtung der Längsachse des Arretierungselements weg von der Kühleinrichtung, durch Formschluss des Druckkörpers mit dem zweiten Blockierungselement, blockiert wird.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Kühleinrichtung weist ein in Richtung auf den Druckkörper hervorstehendes Halteelement auf, wobei das Haltelement eine zweite Ausnehmung aufweist, die die erste Aufnahme ausbildet. Die erste Aufnahme ist hierdurch besonders einfach ausgebildet.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das erste Blockierungselement zylinderförmig ausgebildet ist, da dann das erste Blockierungselement über einen Drehwinkelbereich von 0° bis 360° in Richtung seiner Längsachse weg von der Kühleinrichtung mit der ersten Aufnahme formschlüssig verbunden ist.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das zweite Blockierungselement ein in senkrechte Richtung zur Längsachse des Arretierungselements hervorstehendes erstes Sperrelement aufweist, da dann das zweite Blockierungselement besonderes einfach ausgebildet ist.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das zweite Blockierungselement ein in senkrechte Richtung zur Längsachse des Arretierungselements hervorstehendes zweites Sperrelement aufweist, wobei das zweite Sperrelement entgegengesetzt zum ersten Sperrelement hervorsteht, da dann das zweite Blockierungselement besonderes zuverlässig eine Bewegung des Arretierungselements, in Richtung seiner Längsachse weg von der Kühleinrichtung, blockiert.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Arretierungselements einen länglichen stiftförmigen Mittenabschnitt aufweist über den das zweite Blockierungselement mit dem ersten Blockierungselement verbunden ist, da dann das Arretierungselement besonders einfach ausgebildet ist.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Arretierungselement elektrisch nicht leitend ist und insbesondere aus Kunststoff besteht. Hierdurch hat das Arretierungselement keinen negativen Einfluss auf die elektrische Isolationsfestigkeit der Leistungshalbleitereinrichtung.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Arretierungselement aus einem Material besteht, dessen Zugfestigkeit mindestens 100 N/mm2, insbesondere mindestens 170 N/mm2 beträgt, da dann das Arretierungselement mechanisch sehr belastbar ausgebildet ist.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Arretierungselement eine derartige Länge in Richtung der Längsachse des Arretierungselements und eine derartige Form aufweist, dass das elastische Verformungselement bei der zweiten Drehstellung des Arretierungselements in Richtung der Längsachse des Arretierungselements zumindest geringfügig zusammendrückt angeordnet ist, so dass der Druckkörper in Richtung der Längsachse des Arretierungselements weg von der Kühleinrichtung vom elastischen Verformungselement gegen das zweite Blockierungselement gedrückt wird, da dann die Druckeinrichtung schwingungsbelastbar mit der übrigen Leistungshalbleitereinrichtung mechanisch verbunden ist.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Druckkörper eine, in Richtung auf das erste Blockierungselement verlaufende zweite Aufnahme zur Aufnahme des zweiten Blockierungselements aufweist, wobei die erste Ausnehmung den Boden der zweiten Aufnahme ausspart, wobei das zweite Blockierungselement vollständig in der zweiten Aufnahme angeordnet ist, wobei das äußerste Ende des Arretierungselements, in Richtung der Längsachse des Arretierungselements weg von der Kühleinrichtung, in der zweiten Aufnahme unterhalb der Oberkante der zweiten Aufnahme angeordnet ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass bei dem Leistungshalbleitereinrichtungssystem die Kühleinrichtung der zweiten Leistungshalbleitereinrichtung den Druckkörper der ersten Leistungshalbleitereinrichtung in Richtung die Kühleinrichtung der ersten Leistungshalbleitereinrichtung drücken bzw. bewegen kann, ohne dass das Arretierungselement der ersten Leistungshalbleitereinrichtung der Bewegung des Druckkörpers der ersten Leistungshalbleitereinrichtung entgegensteht.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Leistungshalbleitereinrichtung eine Leiterplatte aufweist, auf der ein Druckweiterleitungselement angeordnet ist, wobei der Druckkörper über das elastische Verformungselement gegen das Druckweiterleitungselement und somit gegen die Leiterplatte, in Richtung auf das Substrat drückt, wobei die Leiterplatte eine vierte Ausnehmung aufweist, durch die das Arretierungselement hindurchverläuft, wobei die dem Substrat zugewandte Seite der Leiterplatte über ein Federelement gegen einen zwischen der Leiterplatte und den Leitungshalbleiterbauelementen angeordneten Folienverbund, der die Leistungshalbleiterbauelemente schaltungsgerecht miteinander elektrisch leitend verbindet, drückt und hierdurch die Leiterplatte mittels des Federelements mit dem Folienverbund elektrisch leitend druckkontaktiert, oder gegen eine elektrisch leitende Kontaktfläche des Substrats drückt und hierdurch die Leiterplatte mittels des Federelements mit Substrat elektrisch leitend druckkontaktiert. Hierdurch werden mittels einer gemeinsamen Druckeinrichtung sowohl das Laststromleitungselement als auch die Leiterplatte elektrisch leitend druckkontaktiert.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kühleinrichtung einen, eine Öffnung aufweisenden, Flüssigkeitsgrundkühlkörper und einen im Bereich der Öffnung angeordneten Teilkühlkörper auf dem das Substrat angeordnet ist, aufweist. Hierdurch wird eine besonders gute Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente erreicht.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Substrat als Direct Copper Bonded Substrat oder als Insulated Metal Substrat ausgebildet ist, da dies technikübliche Ausbildungen von Substraten sind.
  • Weiterhin erweist es sich ein Leistungshalbleitereinrichtungssystem mit einer ersten und einer zweiten erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung als vorteilhaft, wobei die zweite Leistungshalbleitereinrichtung auf der ersten Leistungshalbleitereinrichtung angeordnet ist, wobei die dem Druckkörper der ersten Leistungshalbleitereinrichtung zugewandte Außenseite der Kühleinrichtung der zweiten Leistungshalbleitereinrichtung gegen den Druckkörper der ersten Leistungshalbleitereinrichtung in Richtung auf das Substrat der ersten Leistungshalbleitereinrichtung drückt. Hierdurch wird eine einfach herstellbares Leistungshalbleitereinrichtungssystem geschaffen.
  • Ferner erweist sich eine Herstellung eines Leistungshalbleitereinrichtungssystems bei dem eine erste und eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung nach oben genannten Verfahren hergestellt werden, wobei die zweite Leistungshalbleitereinrichtung auf der ersten Leistungshalbleitereinrichtung angeordnet wird, wobei die dem Druckkörper der ersten Leistungshalbleitereinrichtung zugewandte Außenseite der Kühleinrichtung der zweiten Leistungshalbleitereinrichtung einen mechanischen Kontakt mit dem Druckkörper der ersten Leistungshalbleitereinrichtung aufweist, als vorteilhaft. Hierdurch wird eine einfache Herstellung des Leistungshalbleitereinrichtungssystem ermöglicht.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
    • 1 eine perspektivische Schnittansicht eines Leistungshalbleitereinrichtungssystems mit erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtungen,
    • 2 eine Detailansicht von 1,
    • 3 ein Arretierungselement einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung,
    • 4 eine weitere perspektivische Schnittansicht eines Leistungshalbleitereinrichtungssystems mit erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtungen,
    • 5 eine Draufsicht auf einen Druckköper einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung und
    • 6 eine Draufsicht auf einen Druckkörper einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung und auf ein Arretierungselement, das durch eine Ausnehmung des Druckkörpers hindurchverläuft.
  • In den Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 und 4 ist jeweilig eine perspektivische Schnittansicht eines Leistungshalbleitereinrichtungssystems 12, das übereinander angeordnete erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtungen 1,1' und 1'' aufweist, dargestellt. Die Leistungshalbleitereinrichtungen 1, 1' und 1'' sind aufeinander gestapelt angeordnet. In 2 ist eine Detailansicht von 1 dargestellt. In 3 ist ein Arretierungselement 3 einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1, 1' bzw. 1" im Detail dargestellt. Die Leistungshalbleitereinrichtungen 1,1' und 1'' des Leistungshalbleitereinrichtungssystems 12 sind vorzugsweise identisch ausgebildet. Es sei angemerkt, dass das Leistungshalbleitereinrichtungssystem 12 minimal zwei erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtungen aufweisen kann und selbstverständlich noch mehr übereinander angeordnete erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtungen als die dargestellten erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtungen 1,1' und 1'' aufweisen kann.
  • Im Folgenden wird im Wesentlichen in der Beschreibung der Einfachheit halber nur auf die Leistungshalbleitereinrichtung 1 Bezug genommen, wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen bei einem Teil der Elemente der Leistungshalbleitereinrichtung 1 anstatt der Leistungshalbleitereinrichtung 1 die Leistungshalbleitereinrichtung 1' mit entsprechenden Bezugszeichen versehen ist. Die Beschreibung gilt in identischer Weise auch für die Leistungshalbleitereinrichtungen 1' und 1".
  • Es sei angemerkt, dass im Rahmen des Ausführungsbeispiels, mittels der Leistungshalbleitereinrichtung 1, eine Gleichspannung in eine 1-phasige oder 3-phasige Wechselspannung wechselgerichtet, oder eine 1-phasige oder 3-phasige Wechselspannung in eine Gleichspannung gleichgerichtet wird.
  • Die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist ein Substrat 6, auf dem mit dem Substrat 6 elektrisch leitend verbundene Leistungshalbleiterbauelemente 11 angeordnet sind, auf. Das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement 11 liegt vorzugsweise in Form eines Leistungshalbleiterschalters oder einer Diode vor. Die Leistungshalbleiterschalter liegen dabei im Allgemeinen in Form von Transistoren, wie z.B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), oder in Form von Thyristoren vor. Das Substrat 6 weist einen Isolierstoffkörper 6b (z.B. Keramikkörper) und eine auf einer ersten Seite des Isolierstoffkörpers 6b angeordnete und mit dem Isolierstoffkörper 6b verbundene elektrisch leitende strukturierte erste Leitungsschicht 6a auf, die infolge ihrer Struktur elektrisch leitende Kontaktflächen 6a ausbildet. Vorzugsweise weist das Substrat 6 eine elektrisch leitende, vorzugsweise unstrukturierte zweite Leitungsschicht 6c auf, wobei der Isolierstoffkörper 6b zwischen der strukturierten ersten Leitungsschicht 6a und der zweiten Leitungsschicht 6c angeordnet ist. Das Substrat 6 kann, wie beim Ausführungsbeispiel, z.B. in Form eines Direct Copper Bonded Substrats (DCB-Substrat) oder in Form eines Insulated Metal Substrats (IMS) vorliegen. Die Leistungshalbleiterbauelemente 11 sind vorzugsweise stoffschlüssig (z.B. mittels einer Löt- oder Sinterschicht) mit zugeordneten Kontaktflächen 6a des Substrats 6 verbunden.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin elektrisch leitende Laststromleitungselemente 5 auf, die im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung 1 Lastströme führen. Das Substrat 6 ist mittels der Laststromleitungselemente 5 mit elektrischen Anschlüssen 20 der Leistungshalbleitereinrichtung 1 elektrisch leitend verbunden. Die Lastströme, welche durch die Laststromleitungselemente fließen, weisen dabei in der Regel, im Gegensatz zu Steuerströmen, welche z.B. zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterbauelemente dienen, wenn die Leistungshalbleiterbauelemente als Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sind, eine hohe Stromstärke auf.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin eine Kühleinrichtung 2 auf, auf der das Substrat 6 angeordnet ist. Das Substrat 6 kann dabei über eine zwischen der Kühleinrichtung 2 und dem Substrat 6 angeordnete Sinter- oder Lotschicht mit der Kühleinrichtung 2 stoffschlüssig verbunden sein. Alternativ kann zwischen Substrat 6 und der Kühleinrichtung 2 eine Wärmeleitpaste angeordnet sein. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist die Kühleinrichtung 2 einen, eine Öffnung 2g aufweisenden, Flüssigkeitsgrundkühlkörper 2a und einen im Bereich der Öffnung 2g angeordneten Teilkühlkörper 2b auf dem das Substrat 6 angeordnet ist, auf. Der Flüssigkeitsgrundkühlkörper 2a bildet zusammen mit dem Teilkühlkörper 2b einen Flüssigkeitskühlkörper (z.B. Wasserkühlkörper) aus. Zwischen Flüssigkeitsgrundkühlkörper 2a und Teilkühlkörper 2b ist ein Flüssigkeitskanal 2c angeordnet. Der Teilkühlkörper 2b weist vorzugsweise Kühlpins 2g' oder Kühlfinnen auf, die in den Flüssigkeitskanal 2c hineinragen. Die Kühleinrichtung 2 könnte alternativ auch als Luftkühlkörper ausgebildet sein. Die Kühleinrichtung kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin, wie beispielhaft in 3 dargestellt, ein um seine Längsachse LA drehbar angeordneten Arretierungselement 3 auf, das an seinem ersten axialen Endbereich 3' eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse LA hervorstehendes erstes Blockierungselement 3a und an seinem zweiten axialen Endbereich 3" eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse LA hervorstehendes zweites Blockierungselement 3b aufweist. Das erste Blockierungselement 3a ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet. Das zweite Blockierungselement 3b weist vorzugsweise ein in senkrechte Richtung zur Längsachse LA des Arretierungselements 3 hervorstehendes erstes Sperrelement 3b' auf. Weitern weist das zweite Blockierungselement 3b vorzugsweise ein in senkrechte Richtung zur Längsachse LA des Arretierungselements 3 hervorstehendes zweites Sperrelement 3b" auf, wobei das zweite Sperrelement 3b" entgegengesetzt zum ersten Sperrelement 3b' hervorsteht. Das Arretierungselement 3 weist vorzugsweise einen länglichen stiftförmigen Mittenabschnitt 3c auf über den das zweite Blockierungselement 3b mit dem ersten Blockierungselement 3a verbunden ist. Das Arretierungselements 3 ist vorzugsweis elektrisch nicht leitend. Das Arretierungselement 3 besteht vorzugsweise aus einem Material dessen Zugfestigkeit mindestens 100 N/mm2, insbesondere mindestens 170 N/mm2 beträgt. Das Arretierungselements 3 besteht vorzugsweise aus Kunststoff.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin eine Druckeinrichtung 4 auf, die einen Druckkörper 4a und ein zwischen dem Druckkörper 4a und der Kühleinrichtung 2 angeordnetes elastisches Verformungselement 4b aufweist, wobei der Druckkörper 4a über das elastische Verformungselement 4b das jeweilige Laststromleitungselement 5 gegen eine elektrisch leitende Kontaktfläche 6a des Substrats 6 drückt und hierdurch eine elektrisch leitende Druckkontaktierung der Laststromleitungselemente 5 mit dem Substrat 6 bewirkt (siehe 4). Das elastische Verformungselement 5 ist vorzugsweise aus einem Elastomer ausgebildet, wie z.B. einem vernetzten Silikonkautschuk. Das elastische Verformungselement 5 kann in Form eines Schaumes, insbesondere in Form eines Silikonschaumes vorliegen. Das elastische Verformungselement 4b kann mit dem Druckkörper 4a stoffschlüssig verbunden sein.
  • Die Druckeinrichtung 4 kann im einfachsten Falle das jeweilige Laststromleitungselement 5 gegen eine jeweilige elektrisch leitende Kontaktfläche 6a des Substrats 6 drückten, indem die hierzu notwendige Druckkraft von der Schwerkraft erzeugt wird, die die Druckeinrichtung 4 gegen das jeweilige Laststromleitungselement 5 und somit gegen die jeweilige elektrisch leitende Kontaktfläche 6a des Substrats 6 drückt, wenn die Druckeinrichtung 4, bezogen auf den Erdmittelpunkt, über den Laststromleitungselementen 5 angeordnet ist.
  • Die Kühleinrichtung 2 weist eine erste Aufnahme 2f auf in der das erste Blockierungselement 3a angeordnet ist, wobei die erste Aufnahme 2f und das erste Blockierungselement 3a derartig zusammenwirkende Formen aufweisen, dass eine Bewegung des Arretierungselements 3, in Richtung seiner Längsachse LA weg von der Kühleinrichtung 2, durch Formschluss des ersten Blockierungselements 3a mit der ersten Aufnahme 2f, blockiert wird. Der Druckkörper 4a weist eine erste Ausnehmung 4a" auf durch die das Arretierungselement 3 hindurchverläuft, wobei die erste Ausnehmung 4a" und das zweite Blockierungselement 3b eine derartige Form aufweisen und derart zueinander angeordnet sind, dass bei einer ersten Drehstellung des Arretierungselements 3, der Druckkörper 4a mit dem Arretierungselement 3, in Richtung der Längsachse LA des Arretierungselements 3 weg von der Kühleinrichtung 2, nicht formschlüssig verbunden ist und bei einer zweiten Drehstellung des Arretierungselements 3, eine Bewegung des Druckkörpers 4a in Richtung der Längsachse LA des Arretierungselements 3 weg von der Kühleinrichtung 2, durch Formschluss des Druckkörpers 4a mit dem zweiten Blockierungselement 3b, blockiert wird. Die Druckeinrichtung 4 ist, infolge der Elastizität des elastischen Verformungselements 5 in Richtung der Längsachse LA des Arretierungselements 3 auf die Kühleinrichtung 2 zu, beweglich angeordnet.
  • In 5 ist eine Draufsicht auf den Druckköper 4a dargestellt. In 6 ist eine Draufsicht auf den Druckkörper 4a und auf das Arretierungselement 3 dargestellt, das durch eine Ausnehmung 4a" des Druckkörpers 4a hindurchverläuft und sich in seiner zweiten Drehstellung befindet.
  • Das Arretierungselements 3 befestigt bei seiner zweiten Drehstellung die Druckeinrichtung 4 an der übrigen Leistungshalbleitereinrichtung 1, so dass durch eine einfache Drehbewegung des Arretierungselements 3 die Druckeinrichtung 4 zuverlässig an der übrigen Leistungshalbleitereinrichtung 1 in befestigt werden kann und die Druckeinrichtung 4 trotzdem noch, in Richtung der Längsachse LA des Arretierungselements 3 auf die Kühleinrichtung 2 zu, beweglich angeordnet ist. Hierdurch wird eine einfach herstellbare Leistungshalbleitereinrichtung schaffen.
  • Das Arretierungselement 3 weist vorzugsweise eine derartige Länge in Richtung der Längsachse LA des Arretierungselements 3 und eine derartige Form auf, dass das elastische Verformungselement 5 bei der zweiten Drehstellung des Arretierungselements 3 in Richtung der Längsachse LA des Arretierungselements 3 zumindest geringfügig zusammendrückt angeordnet ist, so dass der Druckkörper 4a in Richtung der Längsachse LA des Arretierungselements 3 weg von der Kühleinrichtung 2 vom elastischen Verformungselement 5 gegen das zweite Blockierungselement 3b gedrückt wird.
  • Die Kühleinrichtung 2 weist vorzugsweise ein in Richtung auf den Druckkörper 4a hervorstehendes Halteelement 2e aufweist, wobei das Haltelement 2e eine zweite Ausnehmung 2f aufweist, die die erste Aufnahme 2f ausbildet.
  • Das Verformungselement 4b weist vorzugsweise eine dritte Ausnehmung 4b' auf durch die das Arretierungselement 3 hindurchverläuft.
  • Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist der Druckkörper 4a eine, in Richtung auf das erste Blockierungselement 3a verlaufende zweite Aufnahme 4a' zur Aufnahme des zweiten Blockierungselements 3b auf, wobei die erste Ausnehmung 4a" den Boden 4a''' der zweiten Aufnahme 4a' ausspart, wobei das zweite Blockierungselement 3b vollständig in der zweiten Aufnahme 4a' angeordnet ist, wobei das äußerste Ende 3" des Arretierungselements 3, in Richtung der Längsachse LA des Arretierungselements 3 weg von der Kühleinrichtung 2, in der zweiten Aufnahme 4a' unterhalb der Oberkante 16 der zweiten Aufnahme 4a' angeordnet ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass bei dem Leistungshalbleitereinrichtungssystem 12 die Kühleinrichtung 2' der Leistungshalbleitereinrichtung 1' den Druckkörper 4a der Leistungshalbleitereinrichtung 1 in Richtung der Kühleinrichtung 2 der Leistungshalbleitereinrichtung 1 drücken bzw. bewegen kann, ohne dass das Arretierungselement 3 der Leistungshalbleitereinrichtung 1 der Bewegung des Druckkörpers 4a der Leistungshalbleitereinrichtung 1 entgegensteht.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist vorzugsweise eine Leiterplatte 7 auf, auf der ein Druckweiterleitungselement 8 angeordnet ist. Der Druckkörper 4a drückt über das elastische Verformungselement 4b gegen das Druckweiterleitungselement 8 und somit gegen die Leiterplatte 7, in Richtung auf das Substrat 2. Die Leiterplatte 7 weist eine vierte Ausnehmung 7a auf, durch die das Arretierungselement 8 hindurchverläuft, wobei die dem Substrat 6 zugewandte Seite 7b der Leiterplatte 7 über ein Federelement 9 gegen einen zwischen der Leiterplatte 8 und den Leitungshalbleiterbauelementen 11 angeordneten Folienverbund 10, der die Leistungshalbleiterbauelemente 11 schaltungsgerecht miteinander elektrisch leitend verbindet, drückt und hierdurch die Leiterplatte 7 mittels des Federelements 9 mit dem Folienverbund 10 elektrisch leitend druckkontaktiert, oder (in den Figuren nicht dargestellt) gegen eine elektrisch leitende Kontaktfläche 6a des Substrats 6 drückt und hierdurch die Leiterplatte 7 mittels des Federelements 9 mit Substrat 6 elektrisch leitend druckkontaktiert. Hierdurch werden mittels einer gemeinsamen Druckeinrichtung 4 sowohl das jeweilige Laststromleitungselement 5 als auch die Leiterplatte 7 elektrisch leitend druckkontaktiert. Auf der Leiterplatte 7 können z.B. Treiberschaltungen zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterbauelemente 11 angeordnet sein.
  • Die Herstellung der jeweiligen erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1,1' und 1" erfolgt mit folgenden erfindungsgemäßen Verfahrensschritten:
    • In einem ersten Verfahrensschritt a) erfolgt ein Bereitstellen eines Substrats 6 auf dem Leistungshalbleiterbauelemente 11 angeordnet und mit dem Substrat 6 elektrisch leitend verbunden sind, eines elektrisch leitenden Laststromleitungselements 5, einer Kühleinrichtung 2 auf der das Substrat 6 angeordnet ist und eines Arretierungselements 3, das an seinem ersten axialen Endbereich 3' eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse LA hervorstehendes erstes Blockierungselement 3a und an seinem zweiten axialen Endbereich 3" eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse LA hervorstehendes zweites Blockierungselement 3b aufweist, wobei die Kühleinrichtung 2 eine erste Aufnahme 2f aufweist.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt b) erfolgt ein Anordnen des ersten Blockierungselements 3a in der ersten Aufnahme 2f, wobei die erste Aufnahme 2f und das erste Blockierungselement 3a derartig zusammenwirkende Formen aufweisen, dass eine Bewegung des Arretierungselements 3, in Richtung seiner Längsachse LA weg von der Kühleinrichtung 2, durch Formschluss des ersten Blockierungselements 3a mit der ersten Aufnahme 2f blockiert wird.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt c) erfolgt ein Anordnen einer Druckeinrichtung 4 auf dem Laststromleitungselement 5, wobei die Druckeinrichtung 4 einen, eine erste Ausnehmung 4a" aufweisenden, Druckkörper 4a und ein elastisches Verformungselement 4b aufweist, wobei das Anordnen derart erfolgt, dass nach dem Anordnen der Druckeinrichtung 4 das Arretierungselement 3 durch die erste Ausnehmung 4a' hindurchverläuft, wobei die erste Ausnehmung 4a' und das zweite Blockierungselement 3 eine derartige Form aufweisen und derart nach dem Anordnen zueinander angeordnet sind, dass bei einer ersten Drehstellung des Arretierungselements 3, welche das Arretierungselement 3 im vorhergehenden Verfahrensschritt aufweist, der Druckkörper 4a mit dem Arretierungselement 3, in Richtung der Längsachse LA des Arretierungselements 3 weg von der Kühleinrichtung 2, nicht formschlüssig verbunden ist, wobei das zweite Blockierungselement 3b beim Anordnen der Druckeinrichtung 4 durch die erste Ausnehmung 4a' hindurchgeführt wird.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt d) erfolgt ein Drehen des Arretierungselements 3 um seine Längsachse LA bis zu einer zweiten Drehstellung des Arretierungselements 3, wobei bei der zweiten Drehstellung eine Bewegung des Druckkörpers 4a, in Richtung der Längsachse LA des Arretierungselements 3 weg von der Kühleinrichtung 2, durch Formschluss des Druckkörpers 4a mit dem zweiten Blockierungselement 3b, blockiert wird.
  • Falls die Leistungshalbleitereinrichtung 1 eine Leiterplatte 7 aufweist, auf der ein Druckweiterleitungselement 8 angeordnet ist, erfolgt in einem zwischen Verfahrensschritt b) und Verfahrensschritt c) durchgeführten Verfahrensschritt b1) ein Anordnen der Leiterplatte 7 und des Druckweiterleitungselements 8.
  • Nachfolgend wird die Leistungshalbleitereinrichtung 1 als erste Leistungshalbleitereinrichtung 1, die Leistungshalbleitereinrichtung 1' als zweite Leistungshalbleitereinrichtung 1' und die Leistungshalbleitereinrichtung 1" als dritte Leistungshalbleitereinrichtung 1" bezeichnet.
  • Das Leistungshalbleitereinrichtungssystem 12 weist im Rahmen des Ausführungsbeispiels, wie beispielhaft in 1 und 5 dargestellt, eine erfindungsgemäße erste Leistungshalbleitereinrichtung 1, eine erfindungsgemäße zweite Leistungshalbleitereinrichtung 1' und eine erfindungsgemäße dritte Leistungshalbleitereinrichtung 1" auf. Die zweite Leistungshalbleitereinrichtung 1' ist auf der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 angeordnet ist, wobei die dem Druckkörper 4a der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1' zugewandte Außenseite 2h' der Kühleinrichtung 2' der zweiten Leistungshalbleitereinrichtung 1' gegen den Druckkörper 4a der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 in Richtung auf das Substrat 2 der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 drückt und somit der Druckkörper 4a der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 über das elastische Verformungselement 4b der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 das Laststromleitungselement 5 der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 gegen die elektrisch leitende Kontaktfläche des Substrats 2 der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 drückt. Die erste Leistungshalbleitereinrichtung 1 ist auf der dritten Leistungshalbleitereinrichtung 1" angeordnet, wobei die dem Druckkörper der dritten Leistungshalbleitereinrichtung 1" zugewandte Außenseite der Kühleinrichtung der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 gegen den Druckkörper der dritten Leistungshalbleitereinrichtung 1" in Richtung auf das Substrat der dritten Leistungshalbleitereinrichtung 1" drückt und somit der Druckkörper der dritten Leistungshalbleitereinrichtung 1" über das elastische Verformungselement der dritten Leistungshalbleitereinrichtung 1" das Laststromleitungselement der dritten Leistungshalbleitereinrichtung 1" gegen die elektrisch leitende Kontaktfläche des Substrats der dritten Leistungshalbleitereinrichtung 1'' drückt.
  • Die jeweilige Leistungshalbleitereinrichtung 1, 1', 1'', insbesondere die Kühleinrichtung der jeweiligen Leistungshalbleitereinrichtung 1, 1', 1'', weist Durchgangslöcher 14 auf durch die Druckerzeugungsmittel 30, wie z.B. Schrauben oder Gewindestangen, hindurchgeführt werden und mittels derer die Leistungshalbleitereinrichtungen 1,1' und 1" miteinander verschraubt werden und die Leistungshalbleitereinrichtungen 1,1' und 1" gegeneinander gedrückt werden und somit die Außenseite der Kühleinrichtung der jeweiligen Leistungshalbleitereinrichtung gegen den Druckkörper der benachbarten angeordneten jeweiligen Leistungshalbleitereinrichtung drückt.
  • Zur Herstellung des Leistungshalbleitereinrichtungssystems 12 wird die zweite Leistungshalbleitereinrichtung 1' auf der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 angeordnet wird, wobei die dem Druckkörper 2a der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 zugewandte Außenseite 2h' der Kühleinrichtung 2' der zweiten Leistungshalbleitereinrichtung 1' einen mechanischen Kontakt mit dem Druckkörper 2a der ersten Leistungshalbleitereinrichtung 1 aufweist.
  • Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, sofern sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen, beliebig miteinander kombiniert werden können.

Claims (14)

  1. Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Substrat (6), mit auf dem Substrat (6) angeordneten und mit dem Substrat (6) elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen (11), mit einem elektrisch leitenden Laststromleitungselement (5), mit einer Kühleinrichtung (2) auf der das Substrat (6) angeordnet ist, mit einem um seine Längsachse (LA) drehbar angeordneten Arretierungselement (3), das an seinem ersten axialen Endbereich (3') eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse (LA) hervorstehendes erstes Blockierungselement (3a) und an seinem zweiten axialen Endbereich (3") eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse (LA) hervorstehendes zweites Blockierungselement (3b) aufweist und mit einer Druckeinrichtung (4), die einen Druckkörper (4a) und ein zwischen dem Druckkörper (4a) und der Kühleinrichtung (2) angeordnetes elastisches Verformungselement (4b) aufweist, wobei der Druckkörper (4a) über das elastische Verformungselement (4b) das Laststromleitungselement (5) gegen eine elektrisch leitende Kontaktfläche (6a) des Substrats (6) drückt und hierdurch eine elektrisch leitende Druckkontaktierung des Laststromleitungselements (5) mit dem Substrat (6) bewirkt, wobei die Kühleinrichtung (2) eine erste Aufnahme (2f) aufweist in der das erste Blockierungselement (3a) angeordnet ist, wobei die erste Aufnahme (2f) und das erste Blockierungselement (3a) derartig zusammenwirkende Formen aufweisen, dass eine Bewegung des Arretierungselements (3), in Richtung seiner Längsachse (LA) weg von der Kühleinrichtung (2), durch Formschluss des ersten Blockierungselements (3a) mit der ersten Aufnahme (2f), blockiert wird, wobei der Druckkörper (4a) eine erste Ausnehmung (4a") aufweist durch die das Arretierungselement (3) hindurchverläuft, wobei die erste Ausnehmung (4a") und das zweite Blockierungselement (3b) eine derartige Form aufweisen und derart zueinander angeordnet sind, dass bei einer ersten Drehstellung des Arretierungselements (3), der Druckkörper (4a) mit dem Arretierungselement (3), in Richtung der Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) weg von der Kühleinrichtung (2), nicht formschlüssig verbunden ist und bei einer zweiten Drehstellung des Arretierungselements (3), eine Bewegung des Druckkörpers (4a) in Richtung der Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) weg von der Kühleinrichtung (2), durch Formschluss des Druckkörpers (4a) mit dem zweiten Blockierungselement (3b), blockiert wird, wobei die Kühleinrichtung (2) ein in Richtung auf den Druckkörper (4a) hervorstehendes Halteelement (2e) aufweist, wobei das Haltelement (2e) eine zweite Ausnehmung (2f) aufweist, die die erste Aufnahme (2f) ausbildet.
  2. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Blockierungselement (3a) zylinderförmig ausgebildet ist.
  3. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Blockierungselement (3b) ein in senkrechte Richtung zur Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) hervorstehendes erstes Sperrelement (3b') aufweist.
  4. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Blockierungselement (3b) ein in senkrechte Richtung zur Längsachse (LA) des Arretierungselements (3b) hervorstehendes zweites Sperrelement (3b") aufweist, wobei das zweite Sperrelement (3b") entgegengesetzt zum ersten Sperrelement (3b") hervorsteht.
  5. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselements (3) einen länglichen stiftförmigen Mittenabschnitt (3c) aufweist über den das zweite Blockierungselement (3b) mit dem ersten Blockierungselement (3a) verbunden ist.
  6. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (3) elektrisch nicht leitend ist.
  7. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (3) aus einem Material besteht, dessen Zugfestigkeit mindestens 100 N/mm2 beträgt.
  8. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungselement (3) eine derartige Länge in Richtung der Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) und eine derartige Form aufweist, dass das elastische Verformungselement (4b) bei der zweiten Drehstellung des Arretierungselements (3) in Richtung der Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) zumindest geringfügig zusammendrückt angeordnet ist, so dass der Druckkörper (4a) in Richtung der Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) weg von der Kühleinrichtung (2) vom elastischen Verformungselement (4b) gegen das zweite Blockierungselement (3b) gedrückt wird.
  9. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkörper (4a) eine, in Richtung auf das erste Blockierungselement (3a) verlaufende zweite Aufnahme (4a') zur Aufnahme des zweiten Blockierungselements (3b) aufweist, wobei die erste Ausnehmung (4a") den Boden (4a''') der zweiten Aufnahme (4a') ausspart, wobei das zweite Blockierungselement (3b) vollständig in der zweiten Aufnahme (4a') angeordnet ist, wobei das äußerste Ende (3''') des Arretierungselements (3), in Richtung der Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) weg von der Kühleinrichtung (2), in der zweiten Aufnahme (4a') unterhalb der Oberkante (16) der zweiten Aufnahme (4a') angeordnet ist.
  10. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleitereinrichtung (1,1',1") eine Leiterplatte (7) aufweist, auf der ein Druckweiterleitungselement (8) angeordnet ist, wobei der Druckkörper (4a) über das elastische Verformungselement (4b) gegen das Druckweiterleitungselement (8) und somit gegen die Leiterplatte (7), in Richtung auf das Substrat (6) drückt, wobei die Leiterplatte (7) eine vierte Ausnehmung (7a) aufweist, durch die das Arretierungselement (3) hindurchverläuft, wobei die dem Substrat (6) zugewandte Seite (7b) der Leiterplatte (7) über ein Federelement (9) gegen einen zwischen der Leiterplatte (7) und den Leitungshalbleiterbauelementen (11) angeordneten Folienverbund (10), der die Leistungshalbleiterbauelemente (11) schaltungsgerecht miteinander elektrisch leitend verbindet, drückt und hierdurch die Leiterplatte (7) mittels des Federelements (9) mit dem Folienverbund (10) elektrisch leitend druckkontaktiert, oder gegen eine elektrisch leitende Kontaktfläche (6a) des Substrats (6) drückt und hierdurch die Leiterplatte (7) mittels des Federelements (9) mit Substrat (6) elektrisch leitend druckkontaktiert.
  11. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (2) einen, eine Öffnung (2g) aufweisenden, Flüssigkeitsgrundkühlkörper (2a) und einen im Bereich der Öffnung (2g) angeordneten Teilkühlkörper (2b) auf dem das Substrat (6) angeordnet ist, aufweist.
  12. Leistungshalbleitereinrichtungssystem mit einer ersten und einer zweiten Leistungshalbleitereinrichtung (1,1'), die jeweilig nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet sind, wobei die zweite Leistungshalbleitereinrichtung (1') auf der ersten Leistungshalbleitereinrichtung (1) angeordnet ist, wobei die dem Druckkörper (4a) der ersten Leistungshalbleitereinrichtung (1) zugewandte Außenseite (2b') der Kühleinrichtung (2) der zweiten Leistungshalbleitereinrichtung (1") gegen den Druckkörper (4a) der ersten Leistungshalbleitereinrichtung (1') in Richtung auf das Substrat (6) der ersten Leistungshalbleitereinrichtung (1) drückt.
  13. Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung (1,1',1") mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen, eines Substrats (6) auf dem Leistungshalbleiterbauelemente (11) angeordnet und mit dem Substrat (6) elektrisch leitend verbunden sind, eines elektrisch leitenden Laststromleitungselements (5), einer Kühleinrichtung (2) auf der das Substrat (6) angeordnet ist und eines Arretierungselements (3), das an seinem ersten axialen Endbereich (3') eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse (LA) hervorstehendes erstes Blockierungselement (3a) und an seinem zweiten axialen Endbereich (3") eine in senkrechte Richtung zu seiner Längsachse (LA) hervorstehendes zweites Blockierungselement (3b) aufweist, wobei die Kühleinrichtung (2) eine erste Aufnahme (2f) aufweist, wobei die Kühleinrichtung (2) ein in Richtung auf den Druckkörper (4a) hervorstehendes Halteelement (2e) aufweist, wobei das Haltelement (2e) eine zweite Ausnehmung (2f) aufweist, die die erste Aufnahme (2f) ausbildet, b) Anordnen des ersten Blockierungselements (3a) in der ersten Aufnahme (2f), wobei die erste Aufnahme (2f) und das erste Blockierungselement (3a) derartig zusammenwirkende Formen aufweisen, dass eine Bewegung des Arretierungselements (3), in Richtung seiner Längsachse (LA) weg von der Kühleinrichtung (2), durch Formschluss des ersten Blockierungselements (3a) mit der ersten Aufnahme (2f), blockiert wird, c) Anordnen einer Druckeinrichtung (4) auf dem Laststromleitungselement (5), wobei die Druckeinrichtung (4) einen, eine erste Ausnehmung (4a") aufweisenden, Druckkörper (4a) und ein elastisches Verformungselement (4b) aufweist, wobei das Anordnen derart erfolgt, dass nach dem Anordnen der Druckeinrichtung (4) das Arretierungselement (3) durch die erste Ausnehmung (4a") hindurchverläuft, wobei die erste Ausnehmung (4a") und das zweite Blockierungselement (3b) eine derartige Form aufweisen und derart nach dem Anordnen zueinander angeordnet sind, dass bei einer ersten Drehstellung des Arretierungselements (3), welche das Arretierungselement (3) im Verfahrensschritt c) aufweist, der Druckkörper (4b) mit dem Arretierungselement (3), in Richtung der Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) weg von der Kühleinrichtung (2), nicht formschlüssig verbunden ist, wobei das zweite Blockierungselement (3b) beim Anordnen der Druckeinrichtung (4) durch die erste Ausnehmung (4a") hindurchgeführt wird, d) Drehen des Arretierungselements (3) um seine Längsachse (LA) bis zu einer zweiten Drehstellung des Arretierungselements (3), wobei bei der zweiten Drehstellung eine Bewegung des Druckkörpers (4a), in Richtung der Längsachse (LA) des Arretierungselements (3) weg von der Kühleinrichtung (2), durch Formschluss des Druckkörpers (4a) mit dem zweiten Blockierungselement (3b), blockiert wird.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitereinrichtungssystems (12), wobei mittels des Verfahrens nach Anspruch 13 eine erste und eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung (1,1') hergestellt werden, wobei die zweite Leistungshalbleitereinrichtung (1') auf der ersten Leistungshalbleitereinrichtung (1') angeordnet wird, wobei die dem Druckkörper (4a) der ersten Leistungshalbleitereinrichtung (1') zugewandte Außenseite (2b') der Kühleinrichtung (2') der zweiten Leistungshalbleitereinrichtung (1') einen mechanischen Kontakt mit dem Druckkörper (4a) der ersten Leistungshalbleitereinrichtung (1') aufweist.
DE102016112779.5A 2016-07-12 2016-07-12 Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung Active DE102016112779B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016112779.5A DE102016112779B4 (de) 2016-07-12 2016-07-12 Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016112779.5A DE102016112779B4 (de) 2016-07-12 2016-07-12 Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102016112779A1 DE102016112779A1 (de) 2018-01-18
DE102016112779B4 true DE102016112779B4 (de) 2022-02-24

Family

ID=60782811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016112779.5A Active DE102016112779B4 (de) 2016-07-12 2016-07-12 Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016112779B4 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018103316B4 (de) * 2018-02-14 2021-02-18 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitereinrichtung
DE102021203704A1 (de) 2021-04-14 2022-10-20 Zf Friedrichshafen Ag Halbbrücke, Leistungsmodul und Inverter für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10306643A1 (de) 2003-02-18 2004-08-26 Semikron Elektronik Gmbh Druckkontaktierung für ein Leistungshalbleitermodul
DE102009057146A1 (de) 2009-12-05 2011-06-09 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Druckkontaktiertes Leistungshalbleitermodul mit Hybriddruckspeicher
EP2597628A2 (de) 2011-11-22 2013-05-29 Pfannenberg GmbH Signalgerät zur Aussendung eines akustischen und/oder visuellen Signals
DE102014104308B3 (de) 2014-03-27 2015-07-02 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitereinrichtungssystem

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10306643A1 (de) 2003-02-18 2004-08-26 Semikron Elektronik Gmbh Druckkontaktierung für ein Leistungshalbleitermodul
DE102009057146A1 (de) 2009-12-05 2011-06-09 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Druckkontaktiertes Leistungshalbleitermodul mit Hybriddruckspeicher
EP2597628A2 (de) 2011-11-22 2013-05-29 Pfannenberg GmbH Signalgerät zur Aussendung eines akustischen und/oder visuellen Signals
DE102014104308B3 (de) 2014-03-27 2015-07-02 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitereinrichtungssystem

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016112779A1 (de) 2018-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017115883B4 (de) Leistungselektronisches Submodul mit Gleich- und Wechselspannungsanschlusselementen und Anordnung hiermit
DE102016112777B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
DE102016119631B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit einem Druckeinleitkörper und Anordnung hiermit
DE102009037257B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit Schaltungsträger und Lastanschlusselement sowie Herstellungsverfahren hierzu
DE102017125052B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit einer Schalteinrichtung und Leistungshalbleitereinrichtung mit einem derartigen Leistungshalbleitermodul
DE102016115572A1 (de) Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Substrat und Laststromanschlusselementen
DE102013113143B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
DE102016104283B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleitermodul mit einem Gehäuse
DE202018102388U1 (de) Schaltungsanordnung
DE102016112779B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung
DE102018204473B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102016105783B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
DE10258565B3 (de) Schaltungsanordnung für Halbleiterbauelemente und Verfahren zur Herstellung
DE102016100617B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit einem Gehäuse und einem Kondensator
DE202016101292U1 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
DE102018103316B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
EP2006910A2 (de) Leistungselektronikmodul
DE102019126923A1 (de) Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls
DE102016101726B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitereinrichtung
DE102019100595B4 (de) Elektroeinrichtung mit einer Verschienung und mit einem Kondensator
DE102019103402B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
DE102018111594B4 (de) Leistungshalbleitermodul und Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleitermodul
DE102018129336B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit einem Substrat und mit einem Lastanschlusselement
DE102017117665B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit einem eine bauliche Einheit bildenden elektrischen Verbindungselement und mit einem elektrischen ersten Bauelement
DE102017100328B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit einem Leistungshalbleiterbauelement

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final