DE102017125052A1

DE102017125052A1 - Leistungshalbleitermodul mit einer Schalteinrichtung und Leistungshalbleitereinrichtung mit einem derartigen Leistungshalbleitermodul

Info

Publication number: DE102017125052A1
Application number: DE102017125052.2A
Authority: DE
Inventors: Jörg Ammon; Harald Kobolla
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2019-05-02
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: DE102017125052B4; CN109712949B; CN109712949A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit einer Schalteinrichtung, die ein Substrat, ein Leistungshalbleiterbauelement und einen Folienstapel aufweist, und mit einer in Normalenrichtung des Substrats beweglich ausgebildeten Druckeinrichtung, wobei der Folienstapel eine dem Substrat zugewandte erste Hauptfläche und eine dem Substrat abgewandte zweite Hauptfläche aufweist, wobei die Druckeinrichtung einen Druckkörper und eine erste Metallfeder aufweist, wobei der Druckkörper eine Kraft auf die erste Metallfeder in Richtung auf das Substrat ausübt, wobei die erste Metallfeder auf einen ersten Bereich der zweiten Hauptfläche, über eine dem ersten Bereich der zweiten Hauptfläche zugewandte Druckübertragungsfläche der ersten Metallfeder, Druck in Richtung auf das Leistungshalbleiterbauelement ausübt und hierbei der erste Bereich der zweiten Hauptfläche und die Druckübertragungsfläche der ersten Metallfeder, in Normalenrichtung des Substrats, oberhalb einer dem Substrat abgewandten ersten Fläche des Leistungshalbleiterbauelements, fluchtend zur ersten Fläche des Leitungshalbleiterbauelements, angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit einer Schalteinrichtung. Weiterhin wird eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem derartigen Leistungshalbleitermodul beschrieben.
Aus der DE 10 2014 106 570 A1 ist ein Leistungshalbleitermodul bekannt, das ausgebildet ist als eine Schalteinrichtung mit einem Substrat, einem Leistungshalbleiterbauelement, einer Verbindungseinrichtung, Lastanschlusseinrichtungen und mit einer Druckeinrichtung. Hierbei weist das Substrat elektrisch isolierte Leiterbahnen auf, wobei auf einer Leiterbahn ein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist. Die Verbindungseinrichtung ist als Folienstapel mit einer elektrisch leitenden und einer elektrisch isolierenden Folie ausgebildet und weist eine erste und eine zweite Hauptfläche auf. Die Schalteinrichtung ist mittels der Verbindungseinrichtung intern schaltungsgerecht verbunden. Die Druckeinrichtung weist einen Druckkörper mit einer ersten Ausnehmung auf, aus der ein Druckelement hervorstehend angeordnet ist, wobei das Druckelement auf einen Bereich der zweiten Hauptfläche des Folienstapels drückt und hierbei dieser Bereich in Projektion entlang der Normalenrichtung des Leistungshalbleiterbauelements innerhalb der Fläche des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet ist. Das Druckelement besteht vollständig aus einem Silikonkautschuk. Die Höhe des Drucks mit der das aus einem Silikonkautschuk bestehende Druckelement auf einen Bereich der zweiten Hauptfläche des Folienstapels drücken kann ist dabei gewissen Grenzen unterworfen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Leistungshalbleitermodul mit einem Folienstapel und einem Substrat zu schaffen, bei dem ein hoher Druck auf einen Bereich einer dem Substrat abgewandten Hauptfläche des Folienstapels ausgeübt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Leistungshalbleitermodul mit einer Schalteinrichtung, die ein Substrat, ein Leistungshalbleiterbauelement und einen Folienstapel aufweist, und mit einer in Normalenrichtung des Substrats beweglich ausgebildeten Druckeinrichtung, wobei das Substrat elektrisch leitende Leiterbahnen aufweist, wobei das Leistungshalbleiterbauelement auf einer ersten Leiterbahn des Substrats angeordnet ist und mit dieser elektrisch leitend kontaktiert ist, wobei der Folienstapel mindestens eine elektrisch leitende und mindestens eine elektrisch nicht leitende Folie aufweist, die aufeinander gestapelt angeordnet sind, wobei der Folienstapel eine dem Substrat zugewandte erste Hauptfläche und eine dem Substrat abgewandte zweite Hauptfläche aufweist, wobei der Folienstapel mit dem Leistungshalbleiterbauelement elektrisch leitend kontaktiert ist, wobei die Druckeinrichtung einen Druckkörper und eine erste Metallfeder aufweist, wobei der Druckkörper eine Kraft auf die erste Metallfeder in Richtung auf das Substrat ausübt, wobei die erste Metallfeder auf einen ersten Bereich der zweiten Hauptfläche, über eine dem ersten Bereich der zweiten Hauptfläche zugewandte Druckübertragungsfläche der ersten Metallfeder, Druck in Richtung auf das Leistungshalbleiterbauelement ausübt und hierbei der erste Bereich der zweiten Hauptfläche und die Druckübertragungsfläche der ersten Metallfeder, in Normalenrichtung des Substrats, oberhalb einer dem Substrat abgewandten ersten Fläche des Leistungshalbleiterbauelements, fluchtend zur ersten Fläche des Leitungshalbleiterbauelements, angeordnet sind.
Vorteilhafte Ausbildungen des Leistungshalbleitermoduls ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die erste Druckübertragungsfläche in Projektion in Normalenrichtung des Substrats vollständig innerhalb der ersten Fläche des Leitungshalbleiterbauelements angeordnet ist. Hierdurch wird der Druck von der ersten Metallfeder optimal auf die erste Fläche des Leitungshalbleiterbauelements übertragen.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Folienstapel eine elektrisch nicht leitende zweite Folie und eine auf der zweiten Folie angeordnete, elektrisch leitende erste Folie aufweist und eine elektrisch leitende dritte Folie aufweist, wobei die zweite Folie zwischen der ersten und dritten Folie angeordnet ist, da dann mehrere elektrisch leitfähige Ebenen zur elektrischen Verbindung mittels des Folienstapels zu Verfügung stehen.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn zwischen dem ersten Bereich der zweiten Hauptfläche und der ersten Metallfeder ein erster Druckverteilungskörper angeordnet ist. Der erste Druckverteilungskörper verteilt den von der ersten Metallfeder ausgebübte Druck über eine Fläche, die vorzugsweise größer ist, als die Druckübertragungsfläche der ersten Metallfeder.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Druckverteilungskörper den Druck von der ersten Metallfeder über mindestens 60% insbesondere über mindestens 80%, insbesondere über mindestens 95% der ersten Fläche des Leistungshalbleiterbauelements verteilt. Hierdurch wird der Druck von der ersten Metallfeder über einen großen Bereich der ersten Fläche des Leistungshalbleiterbauelements verteilt.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Druckverteilungskörper elektrisch nicht leitend ist, da dann eine elektrische Isolation zwischen der ersten Metallfeder und dem Folienstapel mittels des ersten Druckverteilungskörpers erzielt wird.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Folienstapel mit dem Leistungshalbleiterbauelement elektrisch leitend kontaktiert ist, indem der Folienstapel stoffschlüssig elektrisch leitend mit der ersten Fläche des Leistungshalbleiterbauelements verbunden ist oder indem der Folienstapel, durch den Druck der ersten Metallfeder, gegen die erste Fläche des Leistungshalbleiterbauelements drückt und hierdurch mit der ersten Fläche des Leistungshalbleiterbauelements elektrisch leitend druckkontaktiert ist. Hierdurch wird eine zuverlässige elektrische Kontaktierung des Folienstapels mit dem Leistungshalbleiterbauelement erzielt, wobei im Falle der Ausbildung des Kontakts als Druckkontakt zusätzlich der Vorteil vorhanden ist, dass zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls keine stoffschlüssige elektrisch leitende Verbindung zwischen Folienstapel und Leistungshalbleiterbauelement hergestellt werden muss. Weiterhin erfolgt im Falle einer stoffschlüssigen Verbindung die Druckeinleitung auf den Folienstapel genau an der Stelle an der die stoffschlüssige elektrisch leitende Verbindung zwischen Folienstapel und der ersten Fläche des Leistungshalbleiterbauelements realisiert ist, wodurch sich die Bestlastbarkeit und die Langzeitstabilität dieser stoffschlüssigen Verbindung erhöht.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Leistungshalbleiterbauelement mit der ersten Leiterbahn elektrisch leitend kontaktiert ist, indem eine der ersten Leiterbahn zugewandte zweite Fläche des Leistungshalbleiterbauelements stoffschlüssig elektrisch leitend mit der ersten Leiterbahn verbunden ist oder indem eine der ersten Leiterbahn zugewandte zweite Fläche des Leistungshalbleiterbauelements, durch den Druck der ersten Metallfeder, gegen die erste Leiterbahn drückt und hierdurch mit der ersten Leiterbahn elektrisch leitend druckkontaktiert ist. Hierdurch wird eine zuverlässige elektrische Kontaktierung des Leistungshalbleiterbauelements mit der ersten Leiterbahn erzielt, wobei im Falle der Ausbildung des Kontakts als Druckkontakt zusätzlich der Vorteil vorhanden ist, dass zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls keine stoffschlüssige elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement und der ersten Leiterbahn hergestellt werden muss. Weiterhin erfolgt im Falle einer stoffschlüssigen Verbindung die Druckeinleitung auf den Folienstapel genau an der Stelle an der die stoffschlüssige elektrisch leitende Verbindung zwischen Leistungshalbleiterbauelement und der ersten Leiterbahn realisiert ist, wodurch sich die Bestlastbarkeit und die Langzeitstabilität dieser stoffschlüssigen Verbindung erhöht.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Folienstapel mit einer zweiten Leiterbahn des Substrats elektrisch leitend kontaktiert ist, wobei die Druckeinrichtung eine zweite Metallfeder aufweist, wobei der Druckkörper eine Kraft auf die zweite Metallfeder in Richtung auf das Substrat ausgeübt, wobei die zweite Metallfeder auf einen zweiten Bereich der zweiten Hauptfläche, über eine dem zweiten Bereich der zweiten Hauptfläche zugewandte Druckübertragungsfläche der zweiten Metallfeder, Druck in Richtung auf einen ersten Bereich der zweiten Leiterbahn ausübt und hierbei der zweite Bereich der zweiten Hauptfläche und die Druckübertragungsfläche der zweiten Metallfeder, in Normalenrichtung des Substrats, oberhalb des ersten Bereichs der zweiten Leiterbahn, fluchtend zum ersten Bereich der zweiten Leiterbahn angeordnet sind. Hierdurch wird eine Druckübertragung auf das Substrat auch an Stellen an denen kein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist ermöglicht.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn zwischen dem zweiten Bereich der zweiten Hauptfläche und der zweiten Metallfeder ein zweiter Druckverteilungskörper angeordnet ist. Der zweite Druckverteilungskörper verteilt den von der zweiten Metallfeder ausgebübte Druck über eine Fläche, die vorzugsweise größer ist, als die Druckübertragungsfläche der zweiten Metallfeder.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der zweite Druckverteilungskörper elektrisch nicht leitend ist, da dann eine elektrische Isolation zwischen der zweiten Metallfeder und dem Folienstapel mittels des zweiten Druckverteilungskörpers erzielt wird.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Folienstapel mit der zweiten Leiterbahn des Substrats elektrisch leitend kontaktiert ist, indem der Folienstapel stoffschlüssig elektrisch leitend mit dem ersten Bereich der zweiten Leiterbahn verbunden ist oder indem der Folienstapel, durch den Druck der zweiten Metallfeder, gegen den ersten Bereich der zweiten Leiterbahn drückt und hierdurch mit dem ersten Bereich der zweiten Leiterbahn elektrisch leitend druckkontaktiert ist. Hierdurch wird eine zuverlässige elektrische Kontaktierung des Folienstapels mit der zweiten Leiterbahn erzielt, wobei im Falle der Ausbildung des Kontakts als Druckkontakt zusätzlich der Vorteil vorhanden ist, dass zur Herstellung des Leistungshalbleitermoduls keine stoffschlüssige elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Folienstapel und der zweiten Leiterbahn hergestellt werden muss. Weiterhin erfolgt im Falle einer stoffschlüssigen Verbindung die Druckeinleitung auf den Folienstapel genau an der Stelle an der die stoffschlüssige elektrisch leitende Verbindung zwischen Folienstapel und der zweiten Leiterbahn realisiert ist, wodurch sich die Bestlastbarkeit und die Langzeitstabilität dieser stoffschlüssigen Verbindung erhöht.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Druckkörper als Metallplatte ausgebildet ist, wobei die jeweilige Metallfeder mit der Metallplatte einstückig ausgebildet ist, da dann die jeweilige Metallfeder besonders einfach und rationell hergestellt werden kann.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die jeweilige Metallfeder in Form eines jeweiligen Federbereichs ausgebildet ist, der mittels mindestens einem in die Metallplatte eingebrachten Schlitzes gebildet ist, wobei der Federbereich einfach oder mehrfach gebogen ist. Eine dermaßen ausgebildete jeweilige Metallfeder kann besonders einfach und rationell hergestellt werden.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die jeweilige Metallfeder als Schraubenfeder insbesondere als Druckfeder, oder als Kegelfeder, oder als Evolutfeder ausgebildet ist, da bei einer solchen Feder die Federkraft proportional zur Auslenkung der Federn ist und somit die Federkraft der Feder bei einer Auslenkung der Feder, gleichmäßig zunimmt oder abnimmt.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die jeweilige Metallfeder mit dem Druckkörper kraft- und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Hierdurch wird eine zuverlässige Verbindung der jeweiligen Metallfeder mit dem Druckkörper erzielt.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Druckkörper aus Kunststoff ausgebildet ist, wobei die jeweilige Metallfeder mit dem Druckkörper verbunden ist, indem ein Abschnitt der jeweiligen Metallfeder in den Druckkörper mit eingespritzt ist. Hierdurch wird eine sehr zuverlässige Verbindung der jeweiligen Metallfeder mit dem Druckkörper erzielt.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn zumindest ein nahe dem Folienstapel angeordneter Abschnitt der jeweiligen Metallfeder mit einer elektrisch nicht leitenden Umhüllung versehen ist. Die Umhüllung bewirkt eine elektrische Isolation der jeweiligen Metallfeder vom Folienstapel.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Leistungshalbleitermodul ein Befestigungsmittel aufweist, das dazu ausgebildet ist, das Leistungshalbleitermodul auf einer Kühleinrichtung zu befestigen. Hierdurch kann das Leistungshalbleitermodul zuverlässig an einer Kühleinrichtung befestigt werden.
Weiterhin erweist sich eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul, mit einer Kühleinrichtung und mit einem Befestigungsmittel, das dazu ausgebildet ist, das Leistungshalbleitermodul auf einer Kühleinrichtung zu befestigen, wobei das Befestigungsmittel auf die Druckeinrichtung eine Druckkraft in Richtung auf die Kühleinrichtung einleitet, als vorteilhaft.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kühleinrichtung als eine metallische Grundplatte ausbildet ist, die zur Montage an einen Kühlkörper vorgesehen ist, oder als ein Kühlkörper ausgebildet ist, da dies übliche Ausbildungen der Kühleinrichtung darstellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Ausbildung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls,
2 eine Schnittansicht eines Druckkörpers und einer Ausbildung einer Metallfeder eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls,
3 eine Schnittansicht eines Druckkörpers und einer weiteren Ausbildung einer Metallfeder eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls,
4 eine Schnittansicht eines als Metallplatte ausgebildeten mit Schlitzen versehenen Druckkörpers,
5 eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitereinrichtung mit einer weiteren Ausbildung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls,
6 eine Schnittansicht eines Druckkörpers und einer weiteren Ausbildung einer Metallfeder eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls,
7 eine Schnittansicht eines aus einem Kunststoff ausgebildeten Druckkörpers und einer weiteren Ausbildung einer Metallfeder eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls, wobei die Metallfeder in den Druckkörper mit eingespritzt ist und
8 eine Draufsicht auf eine Schalteinrichtung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in verschiedenen Schnittebenen.

In 1 ist eine Leistungshalbleitereinrichtung 60 mit einem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul 1 dargestellt. Das Leistungshalbleitermodul 1 weist eine Schalteinrichtung 10, die ein Substrat 2, ein Leistungshalbleiterbauelement 26 und einen Folienstapel 3 aufweist, auf. Das Substrat 2 weist eine elektrisch nicht leitende Isolationsschicht 20 auf, auf der eine elektrisch leitende erste, zweite und dritte Leiterbahn 22a, 22b und 22c angeordnet ist. Die jeweilige Leiterbahn 22a, 22b bzw. 22c ist mit der Isolationsschicht 20 verbunden. Weiterhin kann das Substrat 2 eine mit der Isolationsschicht 20 verbundene strukturierte oder unstrukturierte Metallschicht (nicht dargestellt) aufweisen, wobei die Isolationsschicht 20 zwischen der jeweiligen Leiterbahn 22a, 22b bzw. 22c und der Metallschicht angeordnet sind. Die Isolationsschicht 20 kann in Form eines Keramikkörpers oder einer Kunststoffschicht vorliegen. Das Substrat 2 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 Leistungshalbleiterbauelement 26 ist auf der ersten Leiterbahn 22a des Substrats 2 angeordnet und mit dieser elektrisch leitend kontaktiert. Das Leistungshalbleiterbauelement 26 kann z.B. in Form eines Leistungshalbleiterschalters oder einer Diode vorliegen. Der Leistungshalbleiterschalter liegt dabei vorzugsweise in Form eines Transistors, wie z.B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor.
Der Folienstapel 3 weist mindestens eine elektrisch leitende Folie 31 und mindestens eine elektrisch nicht leitende Folie 32 auf, die aufeinander gestapelt angeordnet sind und vorzugsweise miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Die mindestens eine elektrisch leitende Folie 31 und die mindestens eine elektrisch nicht leitende Folie 32 sind dabei alternierend aufeinander gestapelt angeordnet. Der Folienstapel 3 weist eine dem Substrat 2 zugewandte erste Hauptfläche 300 und eine dem Substrat 2 abgewandte zweite Hauptfläche 320 auf. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist der Folienstapel 3 eine elektrisch nicht leitende zweite Folie 32 und eine auf der zweiten Folie 32 angeordnete, elektrisch leitende erste Folie 31 auf und eine elektrisch leitende dritte Folie 33 auf, wobei die zweite Folie 32 zwischen der ersten und dritten Folie 31 und 33 angeordnet ist. Die erste Folie 31 ist vorzugsweise stoffschlüssig mit der zweiten Folie 32 verbunden. Die dritte Folie 33 ist vorzugsweise stoffschlüssig mit der zweiten Folie 32 verbunden. Die erste Folie 31 ist vorzugsweise als Metallfolie ausgebildet. Die erste Folie 31 kann unstrukturiert, oder strukturiert ausgebildet sein und infolge ihrer Struktur mehrere voneinander elektrisch isoliert angeordnete Leiterbahnen ausbilden. Die zweite Folie 32 ist vorzugsweise als Kunststofffolie ausgebildet. Die dritte Folie 33 ist vorzugsweise als Metallfolie ausgebildet. Die dritte Folie 33 kann unstrukturiert, oder strukturiert ausgebildet sein und infolge ihrer Struktur mehrere voneinander elektrisch isoliert angeordnete Leiterbahnen ausbilden. Der Folienstapel 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. Die jeweilig oberste Metallschicht kann z.B. aus Silber oder Gold bestehen. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels bildet, die dem Substrat 2 zugewandte Fläche der ersten Folie 31 die erste Hauptfläche 300 des Folienstapels 3 aus und die dem Substrat 2 abgewandte Fläche der dritten Folie 33 die zweite Hauptfläche 320 des Folienstapels 3 aus. Der Folienstapel 3 ist mit dem Leistungshalbleiterbauelement 26 elektrisch leitend kontaktiert, wobei im Rahmen des Ausführungsbeispiels hierzu die erste Folie 31 mit dem Leistungshalbleiterbauelement 26 elektrisch leitend kontaktiert ist. Die Schalteinrichtung 10 ist mittels des Folienstapels 3 intern schaltungsgerecht verbunden. Die Leiterbahnen des Folienstapels 3 verbinden, insbesondere bei Vorhandensein von mehreren Leistungshalbleiterbauelementen 26, deren auf der dem Substrat 2 abgewandten Seite der Leistungshalbleiterbauelemente 26 angeordneten Anschlussflächen, mit Leiterbahnen des Substrats 2 und gegebenenfalls mit Anschlussflächen von Leistungshalbleiterbauelementen 26 untereinander.
Das Leistungshalbleitermodul 1 weist weiterhin eine in Normalenrichtung N des Substrats 2 beweglich ausgebildete Druckeinrichtung 5 auf. Die Druckeinrichtung 5 weist einen Druckkörper 51 und eine erste Metallfeder 52a auf, wobei der Druckkörper 51 eine Kraft F auf die erste Metallfeder 52a in Richtung auf das Substrat 2 ausübt. Die erste Metallfeder 52a übt auf einen ersten Bereich 322 der zweiten Hauptfläche 320 des Folienstapels 3, über eine dem ersten Bereich 322 der zweiten Hauptfläche 320 zugewandte Druckübertragungsfläche 52a' der ersten Metallfeder 52a, Druck in Richtung auf das Leistungshalbleiterbauelement 26 aus, wobei hierbei der erste Bereich 322 der zweiten Hauptfläche 320 und die Druckübertragungsfläche 52a' der ersten Metallfeder 52a, in Normalenrichtung N des Substrats 2, oberhalb einer dem Substrat 2 abgewandten ersten Fläche 26a des Leistungshalbleiterbauelements 26, fluchtend zur ersten Fläche 26a des Leitungshalbleiterbauelements 26, angeordnet sind.
Zwischen dem ersten Bereich 322 der zweiten Hauptfläche 320 und der ersten Metallfeder 52a ist vorzugsweise ein erster Druckverteilungskörper 53a angeordnet. Der erste Druckverteilungskörper 53a verteilt den von der ersten Metallfeder 52a ausgebübte Druck über eine Fläche, die vorzugsweise größer ist, als die Druckübertragungsfläche 52a' der ersten Metallfeder 52a. Der erste Druckverteilungskörper 53a verteilt vorzugsweise den Druck von der ersten Metallfeder 52a über mindestens 60% insbesondere über mindestens 80%, insbesondere über mindestens 95% der ersten Fläche 26a des Leistungshalbleiterbauelements 26. Der erste Druckverteilungskörper 53a ist vorzugsweise elektrisch nicht leitend und kann z.B. aus Kunststoff bestehen. Hierdurch kann durch den ersten Druckverteilungskörper 53a auch eine elektrische Isolation des Folienstapels 3, genauer ausgedrückt der dritten Folie 33, von der ersten Metallfeder 52a bewirkt werden. Es sei angemerkt, dass der Folienstapel 3 eine auf der dritten Folie 33 angeordnete elektrisch nicht leitende vierte Folie aufweisen kann, die zusammen mit dem ersten Druckverteilungskörper 53a oder alleine eine elektrische Isolation des Folienstapels 3 von der ersten Metallfeder 52a bewirkt.
Der Folienstapel 3 ist mit dem Leistungshalbleiterbauelement 26 elektrisch leitend kontaktiert, indem der Folienstapel 3 stoffschlüssig elektrisch leitend, z.B. mittels einer Lötverbindung, Sinterverbindung oder Klebeverbindung (elektrisch leitfähiger Klebstoff), mit der ersten Fläche 26a des Leistungshalbleiterbauelements 26 verbunden ist oder indem der Folienstapel 3, durch den Druck der ersten Metallfeder 52a, gegen die erste Fläche 26a des Leistungshalbleiterbauelements 26 drückt und hierdurch mit der ersten Fläche 26a des Leistungshalbleiterbauelements 26 elektrisch leitend druckkontaktiert ist.
Das Leistungshalbleiterbauelement 26 ist mit der ersten Leiterbahn 22a elektrisch leitend kontaktiert, indem eine der ersten Leiterbahn 22a zugewandte zweite Fläche 26b des Leistungshalbleiterbauelements 26 stoffschlüssig elektrisch leitend, z.B. mittels einer Lötverbindung, Sinterverbindung oder Klebeverbindung (elektrisch leitfähiger Klebstoff), mit der ersten Leiterbahn 22a verbunden ist oder indem die der ersten Leiterbahn 22a zugewandte zweite Fläche 26b des Leistungshalbleiterbauelements 26, durch den Druck der ersten Metallfeder 52a, gegen die erste Leiterbahn 26b drückt und hierdurch mit der ersten Leiterbahn 22a elektrisch leitend druckkontaktiert ist.
Die Druckeinrichtung 5 weist vorzugsweise eine zweite Metallfeder 52b auf. Der Druckkörper 51 übt eine Kraft F auf die zweite Metallfeder 52b in Richtung auf das Substrat 2 aus, wobei die zweite Metallfeder 52b auf einen zweiten Bereich 323 der zweiten Hauptfläche 320 des Folienstapels 3, über eine dem zweiten Bereich 323 der zweiten Hauptfläche 320 zugewandte Druckübertragungsfläche 52b' der zweiten Metallfeder 52b, Druck in Richtung auf einen ersten Bereich 22b' der zweiten Leiterbahn 22b ausübt und hierbei der zweite Bereich 323 der zweiten Hauptfläche 320 und die Druckübertragungsfläche 52b' der zweiten Metallfeder 52b, in Normalenrichtung N des Substrats 2, oberhalb des ersten Bereichs 22b' der zweiten Leiterbahn 22b, fluchtend zum ersten Bereich 22b' der zweiten Leiterbahn 22b, angeordnet sind.
Es sei angemerkt, dass die Kraft F, die der Druckkörper 51 auf die zweite Metallfeder 52b in Richtung auf das Substrat 2 ausübt sowohl gleich als auch kleiner oder größer sein kann als die Kraft F, die der Druckkörper 51 auf die erste Metallfeder 52a in Richtung auf das Substrat 2 ausübt.
Zwischen dem zweiten Bereich 323 der zweiten Hauptfläche 320 und der zweiten Metallfeder 52b ist vorzugsweise ein zweiter Druckverteilungskörper 53b angeordnet. Der zweite Druckverteilungskörper 53b verteilt den von der zweiten Metallfeder 52b ausgebübte Druck über eine Fläche, die vorzugsweise größer ist, als die Druckübertragungsfläche 52b' der zweiten Metallfeder 52b. Der zweite Druckverteilungskörper 53b ist vorzugsweise elektrisch nicht leitend und kann z.B. aus Kunststoff bestehen. Hierdurch kann durch den zweiten Druckverteilungskörper 53b auch eine elektrische Isolation des Folienstapels 3, genauer ausgedrückt der dritten Folie 33, von der zweiten Metallfeder 52b bewirkt werden. Es sei angemerkt, dass der Folienstapel 3 eine auf der dritten Folie 33 angeordnete elektrisch nicht leitende vierte Folie aufweisen kann, die zusammen mit dem zweiten Druckverteilungskörper 53b oder alleine eine elektrische Isolation des Folienstapels 3 von der zweiten Metallfeder 52b bewirkt.
Der Folienstapel 3, genauer ausgedrückt die erste Folie 31, ist mit der zweiten Leiterbahn 22b des Substrats 2 elektrisch leitend kontaktiert ist, indem der Folienstapel 3 stoffschlüssig elektrisch leitend, z.B. mittels einer Lötverbindung, Sinterverbindung oder Klebeverbindung (elektrisch leitfähiger Klebstoff), mit dem ersten Bereich 22b' der zweiten Leiterbahn 22b verbunden ist oder indem der Folienstapel 3, durch den Druck der zweiten Metallfeder 52b, gegen den ersten Bereich 22b' der zweiten Leiterbahn 22b drückt und hierdurch mit dem ersten Bereich 22b' der zweiten Leiterbahn 22b elektrisch leitend druckkontaktiert ist.
Der Folienstapel 3, genauer ausgedrückt die erste Folie 31, kann mit einer dritten Leiterbahn 22c des Substrats 2, z.B. mittels einer Lötverbindung, Sinterverbindung oder Klebeverbindung (elektrisch leitfähiger Klebstoff), stoffschlüssig elektrisch leitend kontaktiert sein.
Wie beispielhaft in den 1 bis 4 dargestellt, kann der Druckkörper 51 als Metallplatte 51 ausgebildet sein, wobei die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b mit der Metallplatte 51 einstückig ausgebildet ist. Die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b ist dabei vorzugsweise in Form eines jeweiligen Federbereichs 90 ausgebildet, der mittels mindestens einem in die Metallplatte 51 eingebrachten Schlitzes 91 gebildet ist, wobei der Federbereich 90 einfach oder mehrfach gebogen ist. In 4 ist die bereits mit Schlitzen 91 versehene Metallplatte 51 in einen Zustand dargestellt, in dem die Federbereiche 90 noch nicht gebogen sind. Zur Herstellung der jeweiligen Metallfeder 52a bzw. 52b wird der Federbereiche 90, vorzugsweise einfach oder mehrfach, gebogen. In 1 und in 2, die eine Detailansicht von 1 zeigt, ist der Federbereich 90 mehrfach gebogen um die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b auszubilden. In 3 ist der Federbereich 90 einfach gebogen um die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b auszubilden.
Wie beispielhaft in 3 dargestellt, kann die jeweilige Druckübertragungsfläche 52a' bzw. 52b' auch sehr klein ausgebildet sein und auch in Form einer Fläche, welche eine Kante der jeweiligen Metallfeder 52a bzw. 52b ausbildet, vorliegen.
Es sei angemerkt, dass der Federbereich 90 nicht notwendiger Weise vorgebogen sein braucht um die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b auszubilden. Wenn der jeweilige Druckverteilungskörper 53a bzw. 53b wesentlich dicker, wie in 1 dargestellt, ausgebildet ist bzw. eine entsprechende Form aufweist, dann kann dieser auch in 1 von unten gegen die dem Substrat 2 zugewandte Unterseite des jeweiligen Federbereichs 90, d.h. der jeweiligen Metallfeder 52a bzw. 52b, drücken und den jeweiligen Federbereich 90, ein Stück nach oben aus der Ebene der Metallplatte 51 drücken, so dass der jeweilige Federbereich 90, im Umkehrschluss über ihre Druckübertragungsfläche 52a' bzw. 52b' Druck auf den jeweiligen Druckverteilungskörper 53a bzw. 53b in Richtung auf das Leistungshalbleiterbauelement 26 bzw. in Richtung auf den ersten Bereich 22b' der zweiten Leiterbahn 22b ausübt.
In 5 ist eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitereinrichtung 60 mit einer weiteren Ausbildung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls 1 dargestellt. Das Leistungshalbleitermodul 1 gemäß 5 stimmt dabei einschließlich vorteilhafter Ausbildungen und möglicher Varianten bis auf die Ausbildung der jeweiligen Metallfeder 52a bzw. 52b und des Druckkörpers 51 mit dem Leistungshalbleitermodul 1 gemäß 1 überein. Bei der Ausbildung des Leistungshalbleitermoduls 1 gemäß 5 ist die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b als Schraubenfeder insbesondere als Druckfeder, d.h. als Schraubenfeder mit mindestens einem abgeflachten Ende, oder als Kegelfeder, oder als Evolutfeder ausgebildet. In den 5 bis 7 ist dabei eine Ausbildung der jeweiligen Metallfeder 52a bzw. 52b als Druckfeder dargestellt. Die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b ist vorzugsweise mit dem Druckkörper 51 verbunden. Der Druckkörper 51 kann aus Metall oder aus einem Kunststoff, wie z.B. Polyphenylensulfid, ausgebildet sein.
In 6 ist eine Detailansicht von 5 dargestellt. Die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b kann mit dem Druckkörper 51 kraft- und/oder formschlüssig verbunden sein. Der Druckkörper 51 kann hierzu einen in Richtung auf das Substrat 2 hervorstehenden Zapfen 58 über den die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b geführt angeordnet ist, aufweisen. Der Zapfen 58 kann eine derartige Dimensionierung aufweisen, dass die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b vom Zapfen 58 auseinandergedrückt wird und hierdurch mit dem Zapfen 58 kraftschlüssig verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Druckkörper 51, insbesondere der Zapfen 58, ein Schnappmittel 59, wie z.B. ein Schnapphaken, aufweisen, der die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b mit dem Druckkörper 51 formschlüssig verbindet. Alternativ oder zusätzlich kann die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b mit dem Druckkörper 51 stoffschlüssig, z.B. mittels einer Klebeverbindung, verbunden sein.
Wie beispielhaft in 7 dargestellt, kann der Druckkörper 51 aus Kunststoff, wie z.B. Polyphenylensulfid, ausgebildet sein, wobei die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b mit dem Druckkörper 51 verbunden ist, indem ein Abschnitt der jeweiligen Metallfeder 52a bzw. 52b in den Druckkörper 51 mit eingespritzt ist.
Wie beispielhaft in den 2, 3, 6 und 7 dargestellt, kann zumindest ein nahe dem Folienstapel 3 angeordneter Abschnitt der jeweiligen Metallfeder 52a bzw. 52b mit einer elektrisch nicht leitenden Umhüllung 54 versehen sein. Die Umhüllung 54 bewirkt eine elektrische Isolation der jeweiligen Metallfeder 52a bzw. 52b vom Folienstapel 3. Die Umhüllung 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.
Zur externen elektrischen Anbindung weist das Leistungshalbleitermodul 1 Last- und vorzugsweise Hilfsanschlusselemente auf, wobei hier nur die Lastanschlusselemente 4 dargestellt sind. Diese Lastanschlusselemente 4 sind vorzugsweise als Metallformkörper ausgebildet, die mit einem Kontaktfuß mit einer Leiterbahn des Substrats 2 stoffschlüssig, z.B. mittels einer Löt-, Sinter- oder Schweißverbindung, verbunden sind.
Das Leistungshalbleitermodul 1 weist weiterhin vorzugsweise ein Gehäuse 6 auf, das das Substrat 2 zumindest teilweise umschließt. Die Lastanschlusselemente 4 weisen Lastkontakteinrichtungen 40, zur elektrischen Kontaktierung mit einem externen elektrischen Leitungselement (z.B. Stromschiene oder Kabel), auf. Es sei ganz allgemein angemerkt, dass der Druckkörper 51, wie beispielhaft in 5 dargestellt, ein Gehäuseteil des Gehäuses 6 ausbilden kann und somit integraler Bestandteil des Gehäuses 6 des Leistungshalbleitermodul 1 sein kann, oder, wie beispielhaft in 1 dargestellt, an der Innenseite eines Gehäuseteils 6' des Gehäuses 6 des Leistungshalbleitermodul 1 angeordnet sein kann, wobei dabei der Druckkörper 51 vorzugsweise mit dem Gehäuseteil 6', insbesondere formschlüssig oder stoffschlüssig, verbunden ist. Wenn das Gehäuseteil 6' aus Kunststoff besteht, dann kann der Druckkörper 51 auch in das Gehäuseteil 6' mit eingespritzt sein.
Weiterhin kann das Leistungshalbleitermodul 1 einen adhäsiven Stoff 28, wie z.B. einen Klebstoff, aufweisen, der den Folienstapel 3 mit dem Substrat 2 verbindet. Der adhäsiven Stoff 28 ist dabei vorzugsweise zumindest umlaufend um das Leistungshalbleiterbauelement 26 herum angeordnet.
Das Leistungshalbleitermodul 1 weist vorzugsweise ein Befestigungsmittel 7 auf, das dazu ausgebildet ist, das Leistungshalbleitermodul 1 auf einer Kühleinrichtung 80 bzw. 82 zu befestigen. Das Befestigungsmittel 7 ist vorzugsweise als eine Schraube ausgebildet. Der Druckkörper 51 weist vorzugweise eine erste Durchgangsöffnung 64 auf, durch den die Schraube 7 verläuft. Weiterhin weist das Substrat 2 vorzugsweise eine zweite Durchgangsöffnung 86 und der Folienstapel 3 vorzugsweise eine dritte Durchgangsöffnung 87 auf, durch die die Schraube 7 verläuft. Eine vorzugsweise um die Schraube 7 angeordnete elektrisch nicht leitende Hülse 85 bewirkt eine elektrische Isolation der Schraube 7 vom Substrat 2 und dem Folienstapel 3.
Die Kühleinrichtung kann als eine metallische Grundplatte 80 ausbildet sein, die zur Montage an einen Kühlkörper (z.B. Luftkühlkörper oder Flüssigkeitskühlkörper insbesondere Wasserkühlkörper) vorgesehen ist, oder wie beim Ausführungsbeispiel als ein Kühlkörper 82 ausgebildet sein. Der Kühlkörper 82 weist eine metallische Grundplatte 80 auf, von der sich aus Kühlfinnen 80a und/oder Kühlpins 80a erstrecken.
Die Leistungshalbleitereinrichtung 60 weist das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul 1, die Kühleinrichtung 80 bzw. 82 und das Befestigungsmittel 7 auf, das dazu ausgebildet ist, das Leistungshalbleitermodul 1 auf der Kühleinrichtung 80 bzw. 82 zu befestigen, wobei das Befestigungsmittel 7 auf die Druckeinrichtung 5 eine Druckkraft G in Richtung auf die Kühleinrichtung 80 bzw. 82 einleitet. Beim Ausführungsbeispiel weist die Kühleinrichtung 80 bzw. 82 ein mit einem Innengewinde versehenes Loch auf, in das die Schraube 7 hineingedreht ist.
Der Druckkörper 51 verteilt die von dem Befestigungsmittel 7 erzeugte Druckkraft G auf die Metallfedern 52a und 52b der Druckeinrichtung 5, die ihrerseits auf die Bereiche 322 und 323 der zweiten Hauptfläche 320 der Verbindungseinrichtung 3 drücken. Somit drücken die Metallfedern 52a und 52b über die Verbindungseinrichtung 3 derart auf das Substrat 2, dass dieses im Wesentlichen an den Stellen auf die Kühleinrichtung 80 bzw. bzw. 82 gedrückt wird, an denen auch im Betrieb innerhalb des Leistungshalbleitermoduls 1 der wesentliche Teil der Wärme entsteht und somit der thermische Kontakt vom Substrat 2 zur Kühleinrichtung 80 bzw. 82 optimal ausgebildet ist.
Der Druckkörper 51 kann im einfachsten Fall eine jeweilige Kraft F auf die jeweilige Metallfeder 52a bzw. 52b in Richtung auf das Substrat 2 ausüben, indem die hierzu notwendige Druckkraft G von der Schwerkraft erzeugt wird, die den Druckkörper 51 in Richtung auf das Substrat 2 drückt, wenn die Druckeinrichtung 5, bezogen auf den Erdmittelpunkt, über dem Folienstapel 3 angeordnet ist. Zur Druckerzeugung ist das vorhanden sein des Befestigungsmittels 7 und der Kühleinrichtung 80 bzw. 82 somit nicht unbedingt notwendig.
Zwischen dem Substrat 2 und der Kühleinrichtung 82 bzw. 80 kann eine Wärme leitende Schicht 800, die z.B. aus einer Wärmeleitpaste bestehen kann, angeordnet sein.
Es sei allgemein angemerkt, dass sofern dies nicht per se ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale, insbesondere das Leistungshalbleiterbauelement 26, der Folienstabel 3, der erste und zweite Druckverteilungskörper 53a und 53b und die erste und zweite Metallfeder 52a und 52b auch mehrfach in dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul 1 vorhanden sein können. Im Falle des Vorhandenseins von mehreren Leistungshalbleiterbauelementen 26 ist dem jeweiligen Leistungshalbleiterbauelement 26 vorzugsweise jeweilig eine erste Metallfeder 52a zugeordnet. Die Leistungshalbleiterbauelemente 26 können auf einer oder mehreren Leiterbahnen des Substrats 2 angeordnet sein. Wie beispielhaft in 4 dargestellt, kann der Druckkörper 51 z.B. vier Federbereiche 90 aufweisen, die jeweilig eine Metallfeder 52a bzw. 52b ausbilden.
8 zeigt eine Draufsicht auf eine Schalteinrichtung 10 eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls 1 in verschiedenen Schnittebenen. Die Schnittebene gemäß 8a zeigt zwei Leistungshalbleiterbauelemente 26, die (nicht dargestellt) auf einer gemeinsamen ersten Leiterbahn 22a oder auf unterschiedlichen ersten Leiterbahnen 22a des Substrats 2 angeordnet sind. Es handelt sich hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit um einen Transistor (links) mit einer dem Substrat 2 abgewandten ersten Fläche 26a, die eine mittige Gateanschlussfläche 95, diese umrahmende Emitteranschlussflächen 93 und eine elektrisch nicht leitende Randfläche 96 aufweist, und um eine Diode (rechts) mit einer dem Substrat 2 abgewandten ersten Fläche 26a, die eine Kathodenanschlussfläche 94 und eine elektrisch nicht leitende Randfläche 96 aufweist.
8b zeigt die strukturierte erste Folie 31 des Folienstapels 3. Diese bildet eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Emitteranschlussflächen 93 des Transistors und der Kathodenanschlussfläche 94 der Diode aus. Hierbei ist im Bereich der Gateanschlussfläche 95 des Transistors eine von der übrigen ersten Folie 31 elektrisch isoliert angeordnete, elektrisch leitende Inselanschlussfläche 100 der ersten Folie 31 angeordnet.
8c zeigt eine Leiterbahn 33a der strukturierte dritten Folie 33 des Folienstapels 3. Die Leiterbahn 33a ist über eine durch die zweite Folie 32 verlaufende elektrisch leitende Durchkontaktierung 101 mit der Inselanschlussfläche 100 der erste Folie 31 elektrisch leitend verbunden. Die Leiterbahn 33a bildet eine elektrisch leitende Verbindung zur Gateanschlussfläche 95 des Transistors aus.
8d zeigt beispielhaft die jeweilige erste Druckübertragungsfläche 52a' einer jeweiligen ersten Metallfeder 52a. Es sei allgemein angemerkt, dass, wie beispielhaft in 8d dargestellt, die erste Druckübertragungsfläche 52a' in Projektion in Normalenrichtung N des Substrats 2 vorzugsweise vollständig innerhalb der ersten Fläche 26a des Leitungshalbleiterbauelements 26 angeordnet ist.
Weiterhin sei allgemein angemerkt, dass im Falle des Vorhandenseins von mehreren Druckverteilungskörpern 52a bzw. 52b diese mittels Stege miteinander verbunden sein können, was in den Figuren nicht dargestellt ist. Das Leistungshalbleitermodul 1 kann somit ein Druckverteilungselement mit Druckverteilungskörpern 52a bzw. 52b aufweisen, bei dem die Druckverteilungskörper über Stege miteinander verbunden sind, was eine besonders rationelle Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 1 ermöglicht. Das Druckverteilungselement kann als Rahmenelement ausgebildet sein. Das Druckverteilungselement kann integraler Bestandteil des Gehäuses 6 des Leistungshalbleitermoduls 1 sein oder in das Gehäuse 6 des Leistungshalbleitermoduls 1 eingelegt sein.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014106570 A1 [0002]

Claims

Leistungshalbleitermodul (1) mit einer Schalteinrichtung (10), die ein Substrat (2), ein Leistungshalbleiterbauelement (26) und einen Folienstapel (3) aufweist, und mit einer in Normalenrichtung (N) des Substrats (2) beweglich ausgebildeten Druckeinrichtung (5), wobei das Substrat (2) elektrisch leitende Leiterbahnen (22a,22b) aufweist, wobei das Leistungshalbleiterbauelement (26) auf einer ersten Leiterbahn (22a) des Substrats (2) angeordnet ist und mit dieser elektrisch leitend kontaktiert ist, wobei der Folienstapel (3) mindestens eine elektrisch leitende und mindestens eine elektrisch nicht leitende Folie (31,32) aufweist, die aufeinander gestapelt angeordnet sind, wobei der Folienstapel (3) eine dem Substrat (2) zugewandte erste Hauptfläche (300) und eine dem Substrat (2) abgewandte zweite Hauptfläche (320) aufweist, wobei der Folienstapel (3) mit dem Leistungshalbleiterbauelement (26) elektrisch leitend kontaktiert ist, wobei die Druckeinrichtung (5) einen Druckkörper (51) und eine erste Metallfeder (52a) aufweist, wobei der Druckkörper (51) eine Kraft (F) auf die erste Metallfeder (52a) in Richtung auf das Substrat (2) ausübt, wobei die erste Metallfeder (52a) auf einen ersten Bereich (322) der zweiten Hauptfläche (320), über eine dem ersten Bereich (322) der zweiten Hauptfläche (320) zugewandte Druckübertragungsfläche (52a') der ersten Metallfeder (52a), Druck in Richtung auf das Leistungshalbleiterbauelement (26) ausübt und hierbei der erste Bereich (322) der zweiten Hauptfläche (320) und die Druckübertragungsfläche (52a') der ersten Metallfeder (52a), in Normalenrichtung (N) des Substrats (2), oberhalb einer dem Substrat (2) abgewandten ersten Fläche (26a) des Leistungshalbleiterbauelements (26), fluchtend zur ersten Fläche (26a) des Leitungshalbleiterbauelements (26), angeordnet sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckübertragungsfläche (52a') in Projektion in Normalenrichtung (N) des Substrats (2) vollständig innerhalb der ersten Fläche (26a) des Leitungshalbleiterbauelements (26) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienstapel (3) eine elektrisch nicht leitende zweite Folie (32) und eine auf der zweiten Folie (32) angeordnete, elektrisch leitende erste Folie (31) aufweist und eine elektrisch leitende dritte Folie (33) aufweist, wobei die zweite Folie (32) zwischen der ersten und dritten Folie (31,33) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Bereich (322) der zweiten Hauptfläche (320) und der ersten Metallfeder (52a) ein erster Druckverteilungskörper (53a) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckverteilungskörper (53a) den Druck von der ersten Metallfeder (52a) über mindestens 60% insbesondere über mindestens 80%, insbesondere über mindestens 95% der ersten Fläche (26a) des Leistungshalbleiterbauelements (26) verteilt.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckverteilungskörper (53a) elektrisch nicht leitend ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienstapel (3) mit dem Leistungshalbleiterbauelement (26) elektrisch leitend kontaktiert ist, indem der Folienstapel (3) stoffschlüssig elektrisch leitend mit der ersten Fläche (26a) des Leistungshalbleiterbauelements (26) verbunden ist oder indem der Folienstapel (3), durch den Druck der ersten Metallfeder (52a), gegen die erste Fläche (26a) des Leistungshalbleiterbauelements (26) drückt und hierdurch mit der ersten Fläche (26a) des Leistungshalbleiterbauelements (26) elektrisch leitend druckkontaktiert ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleiterbauelement (26) mit der ersten Leiterbahn (22a) elektrisch leitend kontaktiert ist, indem eine der ersten Leiterbahn (22a) zugewandte zweite Fläche (26b) des Leistungshalbleiterbauelements (26) stoffschlüssig elektrisch leitend mit der ersten Leiterbahn (22a) verbunden ist oder indem eine der ersten Leiterbahn (22a) zugewandte zweite Fläche (26b) des Leistungshalbleiterbauelements (26), durch den Druck der ersten Metallfeder (52a), gegen die erste Leiterbahn (26b) drückt und hierdurch mit der ersten Leiterbahn (22a) elektrisch leitend druckkontaktiert ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienstapel (3) mit einer zweiten Leiterbahn (22b) des Substrats (2) elektrisch leitend kontaktiert ist, wobei die Druckeinrichtung (5) eine zweite Metallfeder (52b) aufweist, wobei der Druckkörper (5) eine Kraft (F) auf die zweite Metallfeder (52b) in Richtung auf das Substrat (2) ausgeübt, wobei die zweite Metallfeder (52b) auf einen zweiten Bereich (323) der zweiten Hauptfläche (320), über eine dem zweiten Bereich (323) der zweiten Hauptfläche (320) zugewandte Druckübertragungsfläche (52b') der zweiten Metallfeder (52b), Druck in Richtung auf einen ersten Bereich (22b') der zweiten Leiterbahn (22b) ausübt und hierbei der zweite Bereich (323) der zweiten Hauptfläche (320) und die Druckübertragungsfläche (52b') der zweiten Metallfeder (52b), in Normalenrichtung (N) des Substrats (2), oberhalb des ersten Bereichs (22b') der zweiten Leiterbahn (22b), fluchtend zum ersten Bereich (22b') der zweiten Leiterbahn (22b), angeordnet sind.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienstapel (3) mit der zweiten Leiterbahn (22b) des Substrats (2) elektrisch leitend kontaktiert ist, indem der Folienstapel (3) stoffschlüssig elektrisch leitend mit dem ersten Bereich (22b') der zweiten Leiterbahn (22b) verbunden ist oder indem der Folienstapel (3), durch den Druck der zweiten Metallfeder (52b), gegen den ersten Bereich (22b') der zweiten Leiterbahn (22b) drückt und hierdurch mit dem ersten Bereich (22b') der zweiten Leiterbahn (22b) elektrisch leitend druckkontaktiert ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkörper (51) als Metallplatte (51) ausgebildet ist, wobei die jeweilige Metallfeder (52a,52b) mit der Metallplatte (51) einstückig ausgebildet ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Metallfeder (52a,52b) in Form eines jeweiligen Federbereichs (90) ausgebildet ist, der mittels mindestens einem in die Metallplatte (51) eingebrachten Schlitzes (91) gebildet ist, wobei der Federbereich (90) einfach oder mehrfach gebogen ist.
Leistungshalbleitermodul nach Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Metallfeder (52a,52b) als Schraubenfeder insbesondere als Druckfeder, oder als Kegelfeder, oder als Evolutfeder ausgebildet ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Metallfeder (52a,52b) mit dem Druckkörper (51) kraft- und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkörper (51) aus Kunststoff ausgebildet ist, wobei die jeweilige Metallfeder (52a,52b) mit dem Druckkörper (51) verbunden ist, indem ein Abschnitt der jeweiligen Metallfeder (52a,52b) in den Druckkörper (51) mit eingespritzt ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein nahe dem Folienstapel (3) angeordneter Abschnitt der jeweiligen Metallfeder (52a,52b) mit einer elektrisch nicht leitenden Umhüllung (54) versehen ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul (1) ein Befestigungsmittel (7) aufweist, das dazu ausgebildet ist, das Leistungshalbleitermodul (1) auf einer Kühleinrichtung (80,82) zu befestigen.
Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Kühleinrichtung (80,82) und mit einem Befestigungsmittel (7), das dazu ausgebildet ist, das Leistungshalbleitermodul (1) auf einer Kühleinrichtung (80,82) zu befestigen, wobei das Befestigungsmittel (7) auf die Druckeinrichtung (5) eine Druckkraft (G) in Richtung auf die Kühleinrichtung (80,82) einleitet.
Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (80,82) als eine metallische Grundplatte (80) ausbildet ist, die zur Montage an einen Kühlkörper vorgesehen ist, oder als ein Kühlkörper (82) ausgebildet ist.