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Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul.
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Aus der
DE 103 40 297 B4 ist ein Leistungshalbleitermodul mit Leistungshalbleiterbauelementen, mit einer Leiterplatte, mit Anschlusselementen und mit einem Substrat bekannt, wobei mindestens eines der Leistungshalbleiterbauelemente auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die Anschlusselemente als Federelemente ausgeführt sind, die das Substrat mit Kontaktflächen der Leiterplatte elektrisch leitend verbinden, wobei ein Druckstück auf der Leiterplatte angeordnet ist, um die Federelemente mit Druck zu beaufschlagen und gegen das Substrat zu drücken.
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Aus der
DE 10 2007 006 212 B4 ist ein Leistungshalbleitermodul mit einem Leiterbahnen aufweisenden Substrat, mit mindestens einem auf einer ersten Leiterbahn angeordnetem Halbleiterbauelement und mit als Kontaktfedern ausgebildeten von einer Leiterbahn oder von einer Kontaktfläche des Halbleiterbauelements ausgehenden Anschlusselementen bekannt, wobei die Kontaktfedern einen ersten und einen zweiten Kontaktabschnitt aufweisen, wobei die jeweilige Kontaktfeder als flächiger Formkörper ausgebildet ist und die Kontaktabschnitte eine konvexe Krümmung aufweisen.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Leistungshalbleitermodule, bei denen Kontaktfedern zur Realisierung von elektrisch leitenden Verbindungen verwendet werden, weisen den Nachteil auf, dass sie eine relativ hohe Induktivität aufweisen. Um z.B. bei Schalthandlungen der Leistungshalbleitermodule auftretende Überspannungen zu vermeiden, wird an Leistungshalbleitermodule die technische Anforderung gestellt, möglichst niederinduktiv ausgebildet zu sein.
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Aus der
JP 2015-133368 A ist ein Verbindungelement mit einem elektrisch leitenden flächigen ersten Anschlusselement, mit einem elektrisch leitenden flächigen zweiten Anschlusselement und mit einer zwischen dem ersten und zweiten Anschlusselement angeordneten elektrisch nicht leitenden Isolationsschicht, bekannt.
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Aus der
DE 10 2013 104 522 B3 ist ein Leistungshalbleitermodul mit einem Gehäuse und mit mindestens einer Schalteinrichtung, die Subeinheiten aufweist, bekannt, wobei jede Subeinheit einen oberen und einen unteren Subschalter aufweist, wobei das Leistungshalbleitermodul Lastanschlusselemente verschiedener Potentiale aufweist, die flächig ausgebildet und in ihrem Verlauf eng benachbart, einen partiellen Stapel ausbildend, angeordnet sind.
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Aus der
DE 10 2010 014 940 A1 ist ein Leistungshalbleitermodul mit einem Gehäuse, mit mindestens einem Substrat und mit mindestens einem ersten und einem zweiten Anschlusselement, die jeweils einen ersten Kontaktabschnitt, einen zweiten Kontaktabschnitt und einen dazwischen angeordneten federnden Abschnitt aufweisen, bekannt, wobei jeweils die zweiten Kontaktabschnitte der ersten und zweiten Anschlusselemente einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem Substrat aufweisen, wobei der federnde Abschnitt des zweiten Anschlusselementes als Schraubenfeder ausgebildet ist und das erste Anschlusselement zumindest teilweise umschließt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein niederinduktiv ausgebildetes Leistungshalbleitermodul, bei dem Kontaktfedern zur Realisierung von elektrisch leitenden Verbindungen verwendet werden, zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Leistungshalbleitermodul mit einem eine bauliche Einheit bildenden elektrischen Verbindungselement und mit einem elektrischen ersten Bauelement, das einen elektrisch leitenden ersten Kontaktbereich und einen elektrisch leitenden vom ersten Kontaktbereich beabstandeten zweiten Kontaktbereich aufweist, wobei das Verbindungselement eine elektrisch leitende erste Kontaktfeder und eine elektrisch leitende zweite Kontaktfeder aufweist, wobei die erste Kontaktfeder einen ersten und einen zweiten Kontaktfederendabschnitt und einen bandartigen ersten Kontaktfederzwischenabschnitt aufweist, der den ersten und den zweiten Kontaktfederendabschnitt miteinander verbindet, wobei die zweite Kontaktfeder einen dritten und einen vierten Kontaktfederendabschnitt und einen bandartigen zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt aufweist, der den dritten und den vierten Kontaktfederendabschnitt miteinander verbindet, wobei zwischen der ersten und zweiten Kontaktfeder eine Isolationsschicht verläuft, die die erste und zweite Kontaktfeder voneinander elektrisch isoliert, wobei der erste Kontaktfederendabschnitt ausgehend vom ersten Kontaktbereich angeordnet ist und der dritte Kontaktfederendabschnitt ausgehend vom zweiten Kontaktbereich angeordnet ist, wobei ein erster Isolationsschichtbereich der Isolationsschicht in Richtung auf den ersten und zweiten Kontaktbereich über den ersten und dritten Kontaktfederendabschnitt hinausverläuft.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die erste und zweite Kontaktfeder über die Isolationsschicht miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Hierdurch wird eine besonders einfache Ausbildung des Verbindungselements erzielt.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Kontaktfederzwischenabschnitt zusammen mit dem zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt mit einem elektrisch nicht leitenden Material ummantelt ist, das den ersten und zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt miteinander stoffschlüssig verbindet. Hierdurch wird eine mechanisch besonders robuste Ausbildung des Verbindungselements erzielt.
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Ein erster Isolationsschichtbereich der Isolationsschicht verläuft in Richtung auf den ersten und zweiten Kontaktbereich über den ersten und dritten Kontaktfederendabschnitt hinausverläuft. Hierdurch wird die elektrische Isolationsfestigkeit des Verbindungselements erhöht, indem die zwischen dem ersten und dritten Kontaktfederendabschnitt auftretenden Luft- und Kriechstrecken vergrößert werden.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein erster Abschnitt der Isolationsschicht in einer zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich angeordneten ersten Vertiefung angeordnet ist. Hierdurch wird die elektrische Isolationsfestigkeit des Verbindungselements erhöht, indem die zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich auftretenden Luft- und Kriechstrecken vergrößert werden.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein zweiter Isolationsschichtbereich der Isolationsschicht in Richtung weg von dem ersten und zweiten Kontaktbereich über den zweiten und vierten Kontaktfederendabschnitt hinausverläuft. Hierdurch wird die elektrische Isolationsfestigkeit des Verbindungselements erhöht, indem die zwischen dem zweiten und vierten Kontaktfederendabschnitt auftretenden Luft- und Kriechstrecken vergrößert werden.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Kontaktfederendabschnitt mindestens einen ersten Kontaktfederendunterabschnitt und der dritte Kontaktfederendabschnitt mindestens einen dritten Kontaktfederendunterabschnitt aufweist, wobei der mindestens eine erste Kontaktfederendunterabschnitt und der mindestens eine dritte Kontaktfederendunterabschnitt in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg verlaufen. Hierdurch können der erste und zweite Kontaktbereich auch weiter voneinander beabstandet sein.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der zweite Kontaktfederendabschnitt mindestens einen zweiten Kontaktfederendunterabschnitt und der vierte Kontaktfederendabschnitt mindestens einen vierten Kontaktfederendunterabschnitt aufweist, wobei der mindestens eine zweite Kontaktfederendunterabschnitt und der mindestens eine vierte Kontaktfederendunterabschnitt in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg verlaufen. Hierdurch können der dritte und vierte Kontaktbereich auch weiter voneinander beabstandet sein.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt maximal so groß ist wie die fünffache, insbesondere wie die zweifache, insbesondere wie die einfache, Dicke des ersten Kontaktfederzwischenabschnitts, da dann das Verbindungselement, infolge des sehr kleinen Abstands zwischen dem ersten und zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt, eine besonders kleine Induktivität aufweist.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Isolationsschicht als elektrisch nicht leitende Folie ausgebildet ist, da dann die Isolationsschicht besonderes einfach ausgebildet ist.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste und zweite Kontaktfeder jeweilig mittels Stanz-Biegetechnik aus einem Metallband ausgebildet sind. Hierdurch wird eine rationelle Herstellung der Kontaktfedern ermöglicht.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste und zweite Kontaktfederzwischenabschnitt doppel-Z-förmig ausgestaltet sind, da dann die erste und zweite Kontaktfeder besonders rationell hergestellt werden können.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der der erste Kontaktbereich im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls zum Aufweisen eines elektrisch negativen Spannungspotentials und der zweite Kontaktbereich zum Aufweisen eines elektrisch positiven Spannungspotentials vorgesehen ist. Das Verbindungselement eignet sich besonders zur Realisierung von niederinduktiven elektrisch leitenden Verbindungen von Gleichspannungsanschlussbereichen.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste Kontaktfeder für den durch das elektrische Verbindungselement fließenden elektrischen Strom als Hinleiter und die zweite Kontaktfeder als Rückleiter vorgesehen ist. Das Verbindungselement eignet sich besonders zur Realisierung von bifilaren elektrisch leitenden Verbindungen.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das erste Bauelement als Substrat, als elektrisch leitender Folienverbund oder als Leistungshalbleiterbauelement ausgebildet ist, da dies technikübliche Ausbildungen des ersten Bauelements darstellen.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Leistungshalbleitermodul ein elektrisches zweites Bauelement, das einen elektrisch leitenden dritten Kontaktbereich und einen elektrisch leitenden vom dritten Kontaktbereich beabstandeten vierten Kontaktbereich aufweist, wobei der zweite Kontaktfederendabschnitt ausgehend vom dritten Kontaktbereich angeordnet ist und der vierte Kontaktfederendabschnitt ausgehend vom vierten Kontaktbereich angeordnet ist. Mittels des Verbindungselements wird auf einfache Art und Weise eine niederinduktive elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauelement ermöglicht.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein zweiter Abschnitt der Isolationsschicht in einer zwischen dem dritten und vierten Kontaktbereich angeordneten zweiten Vertiefung angeordnet ist. Hierdurch wird die elektrische Isolationsfestigkeit des Verbindungselements erhöht, indem die zwischen dem dritten und vierten Kontaktbereich auftretenden Luft- und Kriechstrecken vergrößert werden.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das zweite Bauelement als Leiterplatte ausgebildet ist. Eine Ausbildung des zweiten Bauelements als Leiterplatte stellt eine technikübliche Ausbildung des zweiten Bauelements dar.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Leiterplatte eine erste Ausnehmung aufweist in die der zweite Kontaktfederendabschnitt eingreift und eine zweite Ausnehmung aufweist in die der vierte Kontaktfederendabschnitt eingreift, da dann eine Drehbewegung des Verbindungselements, aufgrund von z.B. mechanischen Schwingbewegungen des Leistungshalbleitermoduls, zuverlässig verhindert wird.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Leistungshalbleitermodul eine Druckeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, das zweite Bauelement in Richtung auf das erste Bauelement zu drücken und hierdurch eine elektrisch leitende Druckkontaktierung des ersten Kontaktbereichs mit dem ersten Kontaktfederendabschnitt, des zweiten Kontaktbereichs mit dem dritten Kontaktfederendabschnitt, des dritten Kontaktbereichs mit dem zweiten Kontaktfederendabschnitt und des vierten Kontaktbereichsmit dem vierten Kontaktfederendabschnitt zu bewirken. Hierdurch wird eine zuverlässige niederinduktive elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Bauelement erzielt.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der jeweilige Kontaktfederendabschnitt einen eine konvexe Krümmung aufweisenden Kontaktfederendabschnittbereich aufweist, der vom jeweiligen Kontaktbereich ausgeht, oder dass der jeweilige Kontaktfederendabschnitt einen zumindest im Wesentlichen parallel zur Federkraftrichtung des Verbindungselements verlaufenden Kontaktfederendabschnittbereich aufweist, der vom jeweiligen Kontaktbereich ausgeht. Hierdurch wird eine besonders zuverlässige elektrische Kontaktierung der Kontaktfederendabschnitte mit den Kontaktbereichen ermöglicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls,
- 2 eine Schnittansicht einer Ausbildung eines eine bauliche Einheit bildenden elektrischen Verbindungselements,
- 3 eine weitere Schnittansicht entlang einer Schnittlinie A des elektrischen Verbindungselements gemäß 2 und
- 4 und eine Schnittansicht einer weiteren Ausbildung eines eine bauliche Einheit bildenden elektrischen Verbindungselements.
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In 1 ist eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls 1 dargestellt. Das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul 1 weist ein einzelnes oder mehrere elektrische Verbindungselemente 2 bzw. 2' auf. Das jeweilige Verbindungselement 2 bzw. 2' bildet eine bauliche Einheit, so dass das jeweilige Verbindungselement 2 bzw. 2' bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 bereits als fertiges vorabhergestelltes Bauteil vorliegt, was eine rationelle Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 ermöglicht. In 2 und 3 sind Schnittansichten einer Ausbildung des Verbindungselements 2 dargestellt. In 4 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausbildung des elektrischen Verbindungselements 2' dargestellt, das mit dem Verbindungselement 2 gemäß 2 und 3 bis auf die Ausbildung des Verlaufs des dritten und vierten Kontaktfederendabschnitts 4b und 5b übereinstimmt. Der Übersichtlichkeit halber sind in 1 eventuell vorhandene Löt-oder Sintermetallschichten nicht dargestellt.
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Das Verbindungselement 2 bzw. 2' weist eine elektrisch leitende erste Kontaktfeder 4 und eine elektrisch leitende zweite Kontaktfeder 5 auf, wobei die erste Kontaktfeder 4 einen ersten und einen zweiten Kontaktfederendabschnitt 4a und 4b und einen bandartigen ersten Kontaktfederzwischenabschnitt 4c aufweist, der den ersten und den zweiten Kontaktfederendabschnitt 4a und 4b miteinander verbindet. Die zweite Kontaktfeder 5 weist einen dritten und einen vierten Kontaktfederendabschnitt 5a und 5b und einen bandartigen zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt 5c auf, der den dritten und den vierten Kontaktfederendabschnitt 5a und 5b miteinander verbindet, wobei zwischen der ersten und zweiten Kontaktfeder 4 und 5 eine Isolationsschicht 6 verläuft, die die erste und zweite Kontaktfeder 4 und 5 voneinander elektrisch isoliert.
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Die erste und zweite Kontaktfeder 4 und 5 sind vorzugsweise über die Isolationsschicht 6 miteinander stoffschlüssig verbunden.
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Die erste und zweite Kontaktfeder 4 und 5 sind vorzugsweise jeweilig als Metallfedern, die vorzugsweise aus einer Kupferlegierung bestehen, ausgebildet. Die erste und zweite Kontaktfedern 4 und 5 sind vorzugsweise jeweilig einstückig ausgebildet.
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Das Verbindungselement 2 bzw. 2' weist eine durch die Federkraftrichtung der Federkräfte der ersten und zweiten Kontaktfeder 4 und 5 definierte Federkraftrichtung FKR auf.
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Wie beispielhaft, insbesondere in 3 dargestellt, ist vorzugsweise der erste Kontaktfederzwischenabschnitt 4c zusammen mit dem zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt 5c mit einem elektrisch nicht leitenden Material 7 ummantelt, das den ersten und zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt 4c und 5c miteinander stoffschlüssig verbindet. Die Dicke c des Materials 7 ist vorzugsweise maximal so groß ist wie die fünffache, insbesondere wie die zweifache, insbesondere wie die einfache, Dicke d des ersten Kontaktfederzwischenabschnitts 4c. Das elektrisch nicht leitende Material 7 besteht vorzugsweise aus einem Elastomer. Das Elastomer ist vorzugsweise als Silikon ausgebildet. Das Silikon liegt vorzugsweise in Form eines vernetzten Liquid Silicone Rubbers oder in Form eines vernetzten Solid Silicone Rubbers vor.
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Die Isolationsschicht 6 kann wie beim Ausführungsbeispiel als elektrisch nicht leitende Folie, insbesondere als Kunststofffolie, ausgebildet sein. Die Folie kann dabei gegebenenfalls beseitig eine Klebstoffschicht aufweisen. Die Folie 6 steht vorzugsweise, wie beispielhaft in 3 dargestellt, in senkrechter Richtung zur Federkraftrichtung FKR über den ersten und zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt 4c und 5c und vorzugsweise zusätzlich in senkrechter Richtung zur Federkraftrichtung FKR über die Kontaktfederendabschnitte 4a, 5b, 4b und 5b hinaus. Die Isolationsschicht 6 kann auch aus einem Elastomer bestehen, der vorzugsweise als Silikon ausgebildet ist. Das Silikon liegt vorzugsweise in Form eines vernetzten Liquid Silicone Rubbers oder in Form eines vernetzten Solid Silicone Rubbers vor. Die Isolationsschicht 6 kann somit aus dem gleichen Stoff bestehen wie das Material 7, das den ersten Kontaktfederzwischenabschnitt 4c zusammen mit dem zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt 5c ummantelt. Die Isolationsschicht 6 verläuft vorzugsweise in Federkraftrichtung FKR über den ersten und den dritten Kontaktfederendabschnitt 4a und 5a und vorzugsweise in Federkraftrichtung FKR über den zweiten und den vierten Kontaktfederendabschnitt 4b und 5b hinaus.
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Die erste und zweite Kontaktfeder 4 und 5 sind vorzugsweise jeweilig mittels Stanz-Biegetechnik aus einem Metallband ausgebildet. Der erste und zweite Kontaktfederzwischenabschnitt 4c und 5c sind vorzugsweise doppel-Z-förmig au sg estaltet.
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Der Abstand a zwischen dem ersten und zweiten Kontaktfederzwischenabschnitt 4c und 5c ist vorzugsweise maximal so groß ist wie die fünffache, insbesondere wie die zweifache, insbesondere wie die einfache, Dicke d des ersten Kontaktfederzwischenabschnitts 4c.
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Der erste Kontaktfederendabschnitt 4a weist vorzugsweise mindestens einen ersten Kontaktfederendunterabschnitt 4a' und der dritte Kontaktfederendabschnitt 5a mindestens einen dritten Kontaktfederendunterabschnitt 5a' auf, wobei der mindestens eine erste Kontaktfederendunterabschnitt 4a' und der mindestens eine dritte Kontaktfederendunterabschnitt 5a' in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg verlaufen. Der mindestens eine erste Kontaktfederendunterabschnitt 4a' und der mindestens eine dritte Kontaktfederendunterabschnitt 5a' verlaufen in senkrechter Richtung zur Federkraftrichtung FKR voneinander weg.
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Der zweite Kontaktfederendabschnitt 4b weist vorzugsweise mindestens einen zweiten Kontaktfederendunterabschnitt 4b' und der vierte Kontaktfederendabschnitt 5b mindestens einen vierten Kontaktfederendunterabschnitt 5b' auf, wobei der mindestens eine zweite Kontaktfederendunterabschnitt 4b' und der mindestens eine vierte Kontaktfederendunterabschnitt 5b' in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg verlaufen. Der mindestens eine zweite Kontaktfederendunterabschnitt 4b' und der mindestens eine vierte Kontaktfederendunterabschnitt 5b' verlaufen in senkrechter Richtung zur Federkraftrichtung FKR voneinander weg.
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Das Leistungshalbleitermodul 1 weist weiterhin, wie beispielhaft in 1 dargestellt, ein elektrisches erstes Bauelement 3, 3' bzw. 3" auf, das einen elektrisch leitenden ersten Kontaktbereich 21a, 23a, bzw. 27a und einen elektrisch leitenden vom ersten Kontaktbereich 23a, 21a, bzw. 27a beabstandeten zweiten Kontaktbereich 29a, 23b bzw. 28a aufweist. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist das Leistungshalbleitermodul 1 drei verschiedene Ausbildungen des ersten Bauelements auf. Das erste Bauelement kann z.B. als Substrat 3 ausgebildet sein. Das Substrat 3 kann z.B. als Direct Copper Bonded Substrat (DCB-Substrat), als Aktive Metal Brazing Substrat (AMB-Substrat) oder als Insulated Metal Substrat (IMS) ausgebildet sein. Das Substrat 3 weist eine Isolationsschicht 20 auf, auf der eine erste und einer zweite Leiterbahnen 21 und 29 angeordnet sind. Auf der den Leiterbahnen 21 und 29 gegenüberliegenden Seite der Isolationsschicht 20 kann das Substrat 3 eine Metallschicht 22 aufweisen. Die erste Leiterbahn 21 weist den ersten Kontaktbereich 21a und die zweite Leiterbahn 29 den zweiten Kontaktbereich 29a auf. Beim Ausführungsbeispiel ist das Substrat 3 als DCB-Substrat oder AMB-Substrat ausgebildet, so dass die Isolationsschicht 20 als Keramikplatte ausgebildet ist.
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Das erste Bauelement kann z.B. auch als ein elektrisch leitender Folienverbund 3' ausgebildet sein. Der Folienverbund 3' weist eine elektrisch leitende erste Folie 23 auf, die auf einer elektrisch nicht leitenden zweiten Folie 24 des Folienverbunds 3' angeordnet ist. Vorzugsweise weist der Folienverbund 3' eine elektrisch leitende dritte Folie 25 auf, wobei die zweite Folie 24 zwischen der ersten und dritten Folie 23 und 25 angeordnet ist. Die Folien 23, 24 und 25 sind miteinander stoffschlüssig verbunden. Die erste Folie 23 ist vorzugsweise als Metallfolie ausgebildet. Die erste Folie 23 ist strukturiert ausgebildet und bildet infolge ihrer Struktur eine erste und eine zweite Leiterbahn 23' und 23" aus. Die erste Leiterbahn 23' weist den ersten Kontaktbereich 23a und die zweite Leiterbahn 23" den zweiten Kontaktbereich 23b auf. Die zweite Folie 24 ist vorzugsweise als Kunststofffolie ausgebildet. Die dritte Folie 25 ist vorzugsweise als Metallfolie ausgebildet. Die dritte Folie 25 kann unstrukturiert, oder strukturiert ausgebildet sein und infolge ihrer Struktur mehrere voneinander elektrisch isoliert angeordnete Leiterbahnen ausbilden. Der Folienverbund 3' kann selbstverständlich noch eine oder mehrere weitere strukturierte oder unstrukturierte elektrisch leitende Folien (z.B. Metallfolien) aufweisen, zwischen denen jeweilig eine elektrisch nicht leitende Folie (z.B. Kunststofffolie) angeordnet ist. Die jeweilige Metallfolie kann eine einzelne oder mehrere übereinander liegende Metallschichten aufweisen. Insbesondere zur mechanischen Verstärkung des ersten und zweiten Kontaktbereichs 23a und 23b kann auf der ersten Folie 23 eine jeweilige elektrisch leitende zusätzliche strukturierte Schicht angeordnet sein, die die Kontaktbereiche 23a und 23b ausbildet. Es sei angemerkt, dass im Sinne der Erfindung eine solche elektrisch leitende zusätzliche Schicht als integraler Bestandteil der ersten Folie 23 auf der sie angeordnet ist, angesehen wird. Die elektrisch leitende zusätzliche Schicht kann z.B. in Form von Metallplättchen vorliegen, die auf der ersten Folie 23 angeordnet sind. Der Folienverbund 3' kann elektrisch leitende Durchkontaktierungen 30 aufweisen, die die erste und dritte Folie 23 und 25 elektrisch leitend miteinander verbinden. Der Folienverbund 3' ist vorzugsweise mit dem Substrat 3 und mit mindestens einem Leistungshalbleiterbauelement 3", z.B. über eine Löt-oder Sinterschicht, elektrisch leitend verbunden.
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Das Leistungshalbleitermodul 1 weist vorzugsweise mindestens ein Leistungshalbeleiterbauelement 3" auf. Das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement 3" liegt vorzugweise in Form eines Leistungshalbleiterschalters vor. Das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement 3" weist einen Halbleiterkörper 26 auf, auf dem zur elektrischen Verbindung des Leistungshalbleiterbauelements 3" ein elektrisch leitender erster und zweiter Metallisierungsbereich 27 und 28 des Leistungshalbleiterbauelements 3" angeordnet sind. Der erste Metallisierungsbereich 27 kann z.B. den Emitterkontakt des Leistungshalbleiterbauelements 3" ausbilden und der zweite Metallisierungsbereich 28 kann z.B. den Gatekontakt des Leistungshalbleiterbauelements 3" ausbilden. Der Leistungshalbleiterschalter liegt dabei vorzugsweise in Form eines Transistors, wie z.B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder eines MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels sind die Leistungshalbeleiterbauelemente 3" auf dem Substrat 3 angeordnet und elektrisch leitend, z.B. über eine Sinter- oder Lötschicht, mit dem Substrat 3, genauer ausgedrückt mit den Leiterbahnen 21 und 29 des Substrats 3, verbunden.
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Das erste Bauelement kann z.B. als ein Leistungshalbeleiterbauelement 3" ausgebildet sein. Der erste Metallisierungsbereich 27 des Leistungshalbeleiterbauelements 3" weist den ersten Kontaktbereich 27a und der zweite Metallisierungsbereich 28 des Leistungshalbeleiterbauelements 3" den zweiten Kontaktbereich 28a auf.
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Der erste Kontaktfederendabschnitt 4a ist ausgehend vom ersten Kontaktbereich 21a, 23a bzw. 27a angeordnet und der dritte Kontaktfederendabschnitt 5a ist ausgehend vom zweiten Kontaktbereich 29a, 23b bzw. 28a angeordnet. Der erste Kontaktfederendabschnitt 4a weist dabei vorzugsweise einen Kontakt mit dem ersten Kontaktbereich 21a, 23a bzw. 27a und der dritte Kontaktfederendabschnitt 5a weist dabei vorzugsweise einen Kontakt mit dem zweiten Kontaktbereich 29a, 23b bzw. 28a auf.
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Wie beispielhaft in 1 dargestellt, verläuft ein erster Isolationsschichtbereich 6a der Isolationsschicht 6 in Richtung auf den ersten und zweiten Kontaktbereich 21a, 23a, 27a, 29a, 23b bzw. 28a über den ersten und dritten Kontaktfederendabschnitt 4a und 5a hinaus.
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Ein erster Abschnitt 8a der Isolationsschicht 6 ist vorzugsweise in einer zwischen dem ersten und zweiten Kontaktbereich 23a, 21a, 27a und 29a, 23b, 28a angeordneten ersten Vertiefung 50, 51 und 52 angeordnet. Ein zweiter Isolationsschichtbereich 8b der Isolationsschicht 6 läuft vorzugsweise in Richtung weg von dem ersten und zweiten Kontaktbereich 21a, 23a, 27a, 29a, 23b bzw. 28a über den zweiten und vierten Kontaktfederendabschnitt 4b und 5b hinaus.
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Das Leistungshalbleitermodul 1 weist vorzugsweise ein elektrisches zweites Bauelement 10 auf, das einen elektrisch leitenden dritten Kontaktbereich 12a bzw. 12a' und einen elektrisch leitenden vom dritten Kontaktbereich 12a bzw. 12a' beabstandeten vierten Kontaktbereich 13a bzw. 13a' aufweist, wobei der zweite Kontaktfederendabschnitt 4b ausgehend vom dritten Kontaktbereich 12a bzw. 12a' angeordnet ist und der vierte Kontaktfederendabschnitt 5b ausgehend vom vierten Kontaktbereich 13a bzw. 13a' angeordnet ist. Der zweite Kontaktfederendabschnitt 4b weist dabei vorzugsweise einen Kontakt mit dem dritten Kontaktbereich 12a bzw. 12a' und der vierte Kontaktfederendabschnitt 5b weist dabei vorzugsweise einen Kontakt mit dem vierten Kontaktbereich 13a bzw. 13a' auf.
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Ein zweiter Abschnitt 8b der Isolationsschicht 6 ist vorzugsweise in einer zwischen dem dritten und vierten Kontaktbereich 12a, 12a' und 13a, 13a', angeordneten zweiten Vertiefung 53 angeordnet.
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Das zweite Bauelement 10 ist vorzugsweise als Leiterplatte ausgebildet. Die Leiterplatte 10 weist einen elektrisch nicht leitenden, vorzugsweise aus einem faserverstärkte Kunststoff bestehenden, Isolationskörper 11 auf. Die Leiterplatte 10 weist an ihrer dem jeweiligen Verbindungselement 12 bzw. 12' zugewandten Seite eine jeweilige erste und zweite Leiterbahn 12 und 13 auf. Die Leiterplatte 10 kann an ihrer dem jeweiligen Verbindungselement 12 bzw. 12' abgewandten Seite weitere Leiterbahnen 15 aufweisen. Die jeweilige erste Leiterbahn 12 weist den jeweiligen dritten Kontaktbereich 12a und die die jeweilige zweite Leiterbahn 13 weist den jeweiligen dritten Kontaktbereich 13a auf.
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Wie beispielhaft in 1 rechts dargestellt, kann die Leiterplatte 10 eine erste Ausnehmung 14a aufweisen in die der zweite Kontaktfederendabschnitt 4b eingreift und eine zweite Ausnehmung 14b aufweisen in die der vierte Kontaktfederendabschnitt 5b eingreift. Die die erste Ausnehmung 14a begrenzende Wand weist eine erste Metallbeschichtung 14a' auf, die den dritten Kontaktbereich 12a' des zweiten Bauelements 10 ausbildet. Die die zweite Ausnehmung 14b begrenzende Wand weist eine zweite Metallbeschichtung 14b' auf, die den vierten Kontaktbereich 13a' des zweiten Bauelements 10 ausbildet.
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Der jeweilige Kontaktfederendabschnitt 4a, 5a, 4b, bzw. 5b kann, wie beispielhaft in 1 und 2 dargestellt, einen eine konvexe Krümmung aufweisenden Kontaktfederendabschnittbereich 4a", 5a", 4b", bzw. 5b" aufweisen, der vom jeweiligen Kontaktbereich 21a, 23a, 27a, 29a, 23b, 28a, 12a bzw. 13a ausgeht und vorzugsweise einen Kontakt mit dem jeweiligen Kontaktbereich 21a, 23a, 27a, 29a, 23b, 28a, 12a bzw. 13a aufweist. Weiterhin kann, wie beispielhaft in 1 und 3 dargestellt, der jeweilige Kontaktfederendabschnitt 4b bzw. 5b einen zumindest im Wesentlichen parallel zur Federkraftrichtung FRK des Verbindungselements 2' verlaufenden Kontaktfederendabschnittbereich 4b" bzw. 5b" aufweisen, der vom jeweiligen Kontaktbereich 12a' bzw. 13a' ausgeht und vorzugsweise einen Kontakt mit dem jeweiligen Kontaktbereich 12a' bzw. 13a' aufweist.
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Es sei angemerkt, dass selbstverständlich der erste und dritte Kontaktfederendabschnitt 4a und 5a des Verbindungselements 2' gemäß 3 identisch wie der dritte und vierte Kontaktfederendabschnitt 4b und 5b des Verbindungselements 2' ausgebildet sein können. Weiterhin können auch der erste und dritte Kontaktfederendabschnitt 4a und 5a des Verbindungselements 2' wie der in 3 bespielhaft dargestellte zweite und vierte Kontaktfederendabschnitt 4b und 5b des Verbindungselements 2' ausgebildet sein und der dritte und vierte Kontaktfederendabschnitt 4b und 5b des Verbindungselements 2' wie der dritte und vierte Kontaktfederendabschnitt 4b und 5b des Verbindungselements 2 gemäß 2 ausgebildet sein. Es sei angemerkt, dass bezüglich der Ausbildung der Kontaktfederendabschnitte 4a, 4b, 5a und 5b der Verbindungselemente 2 und 2' beliebige Kombinationen möglich sind.
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Weiterhin sei angemerkt, dass der erste Kontaktbereich 21a, 23a, bzw. 27a im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls 1 zum Aufweisen eines elektrisch negativen Spannungspotentials und der zweite Kontaktbereich 29a, 23b bzw. 28a zum Aufweisen eines elektrisch positiven Spannungspotentials vorgesehen sein kann.
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Dadurch, dass die erste und zweite Kontaktfeder 4 und 5 flächig ausgeführt sind und der Abstand zwischen der ersten und zweiten Kontaktfeder 4 und 5 klein ist, weist das Verbindungselement 2 bzw. 2' nur eine geringe Induktivität auf, so dass das Leistungshalbleitermodul 1 niederinduktiv ausgebildet ist.
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Die erste Kontaktfeder 4 ist im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls 1 vorzugsweise für den durch das elektrische Verbindungselement 2 bzw. 2' fließenden elektrischen Strom als Hinleiter und die zweite Kontaktfeder 5 als Rückleiter vorgesehen. Das Verbindungselement 2 bzw. 2' ist somit vorzugsweise als bifilares Bauelement ausgebildet.
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Das Leistungshalbleitermodul 1 kann eine Grundplatte 60 aufweisen, auf der das Substrat 3 angeordnet ist. Das Substrat 3 kann stoffschlüssig, z.B. über eine zwischen dem Substrat 3 und der Grundplatte 60 angeordnete Löt- oder Sintermetallschicht, mit der Grundplatte 60 verbunden sein oder gegen die Grundplatte 60 gedrückt angeordnet sein. Wenn das Substrat 3 gegen die Grundplatte 60 gedrückt angeordnet ist, dann kann zwischen dem Substrat 3 und Grundplatte 60 eine Wärmeleitpaste angeordnet sein. Die Grundplatte 60 kann, z.B. mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, wie z.B. einer Schraubverbindung, oder mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit einem Kühlkörper verbunden sein. Alternativ kann die Grundplatte 60 integraler Bestandteil eines Kühlkörpers 62 sein, wobei der Kühlkörper 62 von der Grundplatte 60 ausgehende, vorzugsweise metallische, Erhebungen 61 aufweist, die z.B. als Kühlfinnen oder Kühlpins ausgebildet sein können. Die Erhebungen 61 sind in 1 gestrichelt gezeichnet dargestellt.
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Das Leistungshalbleitermodul 1 weist vorzugsweise eine Druckeinrichtung 16 auf, die dazu ausgebildet ist das zweite Bauelement 10 in Richtung auf das erste Bauelement 3, 3' bzw. 3" zu drücken und hierdurch eine elektrisch leitende Druckkontaktierung des ersten Kontaktbereichs 21a, 23a bzw. 27a mit dem ersten Kontaktfederendabschnitt 4a, des zweiten Kontaktbereichs 29a, 23b bzw. 28a mit dem dritten Kontaktfederendabschnitt 5a, des dritten Kontaktbereichs 12a bzw. 12a' mit dem zweiten Kontaktfederendabschnitt 4b und des vierten Kontaktbereichs 13a bzw. 13a' mit dem vierten Kontaktfederendabschnitt 5b zu bewirken. Die Druckeinrichtung 16 kann eine Druckplatte 16' aufweisen von der in Richtung auf das zweite Bauelement 10 mindestens eine Hervorhebung 16" der Druckeinrichtung 16 absteht. Die mindestens eine Hervorhebung 16" kann z.B. mit der Druckplatte 16' einstückig ausgebildet sein oder z.B. in Form eines eleatischen Körpers vorliegen.
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Die Druckeinrichtung 16 kann im einfachsten Falle das zweite Bauelement 10 in Richtung auf das erste Bauelement 3 drücken, indem die hierzu notwendige Druckkraft F von der Schwerkraft erzeugt wird, die die Druckeinrichtung 16 in Richtung auf das erste Bauelement 3 drückt, wenn die Druckeinrichtung 16, bezogen auf den Erdmittelpunkt, über dem ersten Bauelement 3 angeordnet ist.
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Die Druckkraft F mit der die Druckeinrichtung 16 das zweite Bauelement 10 in Richtung auf das erste Bauelement 3, 3' bzw 3" drückt, wird vorzugsweise von einer in 1 der Übersichtlichkeit nur schematisiert dargestellten Krafterzeugungseinrichtung 17 erzeugt. Die Krafterzeugungseinrichtung 17 kann z.B. in Form von mindestens einer Schraubverbindung 17 vorliegen, die die Druckeinrichtung 16 mit der Grundplatte 60 verbindet.
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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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
