DE102018103316A1 - Leistungshalbleitereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Substrat (6), mit auf dem Substrat (6) angeordneten und mit dem Substrat (6) elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen (24), mit einem elektrisch leitenden ersten Laststromelement (4), mit einem elektrisch leitenden ersten Laststromverbindungselement (2) und mit einer Druckeinrichtung (7), wobei die Druckeinrichtung (7) in Normalenrichtung (N) des Substrats (6) eine erste Kontakteinrichtung (2a) des ersten Laststromverbindungselements (2) gegen eine elektrisch leitende erste Kontaktfläche (6b') des Substrats (6) drückt und eine zweite Kontakteinrichtung (2b) des ersten Laststromverbindungselements (2) gegen das erste Laststromelement (4) drückt und hierdurch eine jeweilige elektrisch leitende Druckkontaktierung des ersten Laststromverbindungselements (2) mit der ersten Kontaktfläche(6b') des Substrats (6) und mit dem ersten Laststromelement (4) bewirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung.
  • Aus der DE10 3013 209 431 A1 ist eine Leistungshalbleitereinrichtung bekannt, deren Substrat über Laststromelemente, die mit dem Substrat elektrisch leitend druckkontaktiert sind, mit einem Zwischenkreiskondensator elektrisch leitend verbunden ist.
  • Es ist bei einer Leistungshalbleitereinrichtung technisch wünschenswert, dass die Laststromelemente und deren elektrische Verbindung mit dem Substrat möglichst niederinduktiv ausgestaltet sind, so dass eine elektrische Einrichtung, wie z.B. ein Zwischenkreiskondensator, über die Laststromelemente niederinduktiv mit dem Substrat elektrisch leitend verbunden werden kann. Da die Laststromelemente sich, aufgrund der im Betrieb einer Leistungshalbleitereinrichtung auftretenden großen Temperaturwechsel, relativ stark ausdehnen und wieder zusammenziehen können, ist die Sicherstellung einer langfristig zuverlässigen, insbesondere niederinduktiven, elektrisch leitenden Verbindung der Laststromelemente mit dem Substrat eine technische Herausforderung.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine Leistungshalbleitereinrichtung zu schaffen, bei der mindestens ein Laststromelement der Leistungshalbleitereinrichtung zuverlässig mit einem Substrat der Leistungshalbleitereinrichtung elektrisch leitend verbunden ist.
  • 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 ersten Laststromelement, mit einem elektrisch leitenden ersten Laststromverbindungselement und mit einer Druckeinrichtung, wobei die Druckeinrichtung in Normalenrichtung des Substrats eine erste Kontakteinrichtung des ersten Laststromverbindungselements gegen eine elektrisch leitende erste Kontaktfläche des Substrats drückt und eine zweite Kontakteinrichtung des ersten Laststromverbindungselements gegen das erste Laststromelement drückt und hierdurch eine jeweilige elektrisch leitende Druckkontaktierung des ersten Laststromverbindungselements mit der ersten Kontaktfläche des Substrats und mit dem ersten Laststromelement bewirkt.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die die Leistungshalbleitereinrichtung ein elektrisch leitendes zweites Laststromelement, ein elektrisch leitendes zweites Laststromverbindungselement und ein elektrisch nicht leitendes Isolationselement aufweist, wobei die Druckeinrichtung in Normalenrichtung des Substrats eine erste Kontakteinrichtung des zweiten Laststromverbindungselements gegen eine elektrisch leitende von der ersten Kontaktfläche des Substrats elektrisch isoliert angeordnete zweite Kontaktfläche des Substrats drückt und eine zweite Kontakteinrichtung des zweiten Laststromverbindungselements gegen das zweite Laststromelement drückt und hierdurch eine jeweilige elektrisch leitende Druckkontaktierung des zweiten Laststromverbindungselements mit der zweiten Kontaktfläche des Substrats und mit dem zweiten Laststromelement bewirkt, wobei zumindest ein Bereich des ersten Laststromverbindungselements und ein Bereich des zweiten Laststromverbindungselements in Normalenrichtung des Substrats übereinander angeordnet sind und ein erster Bereich des Isolationselements zwischen dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement angeordnet ist. Hierdurch wird eine zuverlässige niederinduktive elektrische leitende Verbindung einer elektrischen Einrichtung, wie z.B. einem Zwischenkreiskondensator, mit dem Substrat der Leistungshalbleitereinrichtung ermöglicht.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein zweiter Bereich des Isolationselements zwischen dem ersten und zweiten Laststromelement angeordnet ist, da hierdurch die elektrische Isolationsfestigkeit der Leistungshalbleitereinrichtung erhöht wird.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die zweite Kontakteinrichtung des jeweiligen Laststromverbindungselements jeweilig gegen eine die beiden Hauptseiten des jeweiligen Laststromelements verbindende Stirnseite des jeweiligen Laststromelements drückt. Hierdurch wird eine sehr niederinduktive elektrische leitende Verbindung des ersten bzw. zweiten Laststromelements mit dem Substrat erzielt.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das jeweilige Laststromverbindungselement U-förmig ausgebildet ist, wobei eine die beiden Hauptseiten der jeweiligen ersten Kontakteinrichtung verbindende jeweilige Stirnseite der jeweiligen ersten Kontakteinrichtung gegen die jeweilige Kontaktfläche des Substrats drückt und eine die beiden Hauptseiten der jeweiligen zweiten Kontakteinrichtung verbindende jeweilige Stirnseite der jeweiligen zweiten Kontakteinrichtung gegen das jeweilige Laststromelement drückt. Hierdurch wird eine extrem niederinduktive elektrische leitende Verbindung des ersten bzw. zweiten Laststromelements mit dem Substrat erzielt.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Druckeinrichtung ein erstes Druckelement aufweist, das in Normalenrichtung des Substrats gegen das erste Laststromverbindungselement drückt, da hierdurch eine gezielte Druckeinleitung auf das erste Laststromverbindungselement erreicht wird.
  • In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Druckeinrichtung ein erstes Federelement aufweist, das in Normalenrichtung des Substrats gegen das erste Druckelement drückt. Hierdurch wird zuverlässig ein im Wesentlichen konstanter Druck auf das erste Druckelement ausgeübt.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Druckeinrichtung ein zweites Druckelement aufweist, das in Normalenrichtung des Substrats gegen das zweite Laststromverbindungselement drückt, da hierdurch eine gezielte Druckeinleitung auf das zweite Laststromverbindungselement erreicht wird.
  • In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Druckeinrichtung ein zweites Federelement aufweist, das in Normalenrichtung des Substrats gegen das zweite Druckelement drückt. Hierdurch wird zuverlässig ein im Wesentlichen konstanter Druck auf das zweite Druckelement ausgeübt.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das zweite Laststromverbindungselement eine in senkrechte Richtung zur Normalenrichtung des Substrats über das erste Laststromverbindungselement hinaus hervorstehende erste Auswölbung aufweist, wobei das zweite Druckelement in Normalenrichtung des Substrats gegen das zweite Laststromverbindungselement drückt, indem das zweite Druckelement gegen die erste Auswölbung drückt. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise gegen das unterhalb dem ersten Laststromverbindungselement angeordnete zweite Laststromverbindungselement gedrückt werden.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Isolationselement einen ersten Kanal aufweist durch den ein Abschnitt des zweiten Druckelements verläuft. Durch den ersten Kanal wird, infolge der damit verbundenen Verlängerung der elektrischen Kriechstrecken, die elektrische Isolationsfestigkeit der Leistungshalbleitereinrichtung erhöht.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Isolationselement Haltelemente aufweist, die das Isolationselement mit dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement formschlüssig verbinden oder wenn das Isolationselement zusammen mit dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement eine bauliche Einheit ausbilden, indem das Isolationselement mit dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement stoffschlüssig verbunden ist, da dann das Isolationselement auf besonders einfache Art und Weise mit dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement verbunden ist.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Druckeinrichtung eine Platte aufweist, die gegen das jeweilige Druckelement drückt, da mittels einer Platte auf besonders einfache Art und Weise gegen das jeweilige Druckelement gedrückt werden kann.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das jeweilige Federelement in Form eines jeweiligen Federbereichs der Platte ausgebildet ist, der mittels mindestens einem in die Platte eingebrachten Schlitzes gebildet ist, da dann das jeweilige Federelement besonders einfach ausgebildet ist.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das erste und zweite Laststromelement elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung einen Zwischenkreiskondensator aufweist, dessen elektrischer erster Anschluss mit dem ersten Laststromelement elektrisch leitend verbunden ist und dessen elektrischer zweiter Anschlüsse mit dem zweiten Laststromelement elektrisch leitend verbunden ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
    • 1 eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung,
    • 2 eine Detailansicht von 1,
    • 3 eine perspektivische Schnittansicht eines ersten und zweiten Lastromverbindungselements und eines Isolationselements und
    • 4 eine perspektivische Schnittansicht eines ersten und zweiten Lastromverbindungselements, eines Isolationselements, sowie von Druckelementen.
  • In 1 ist eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 und in 2 eine Detailansicht eines in 1 rechts angeordneten Bereichs der Leistungshalbleitereinrichtung 1 dargestellt. In 3 und 4 sind perspektivische Schnittansichten eines ersten und zweiten Lastromverbindungselements 2 und 3 und eines Isolationselements 8 dargestellt, wobei in 4 zusätzlich eine perspektivische Schnittansicht von Druckelementen 9, 10 und 10' dargestellt sind.
  • Es sei angemerkt, dass im Rahmen des Ausführungsbeispiels, mittels der Leistungshalbleitereinrichtung 1, eine Gleichspannung in eine 3-phasige Wechselspannung wechselgerichtet, oder eine 3-phasige Wechselspannung in eine Gleichspannung gleichgerichtet wird.
  • Die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist ein Substrat 6 auf, auf dem mit dem Substrat 6 elektrisch leitend verbundene Leistungshalbleiterbauelemente 24 angeordnet sind. Das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement 24 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 elektrisch nicht leitende Isolationsschicht 6a auf, die z.B. als Keramikkörper oder als Kunststoffschicht ausgebildet sein kann und eine, auf einer ersten Seite der Isolationsschicht 6a aufgebrachte, elektrisch leitende, strukturierte erste Leitungsschicht 6b auf, die infolge ihrer Struktur auf der Isolationsschicht 6a voneinander beanstandet angeordnete elektrisch leitende Kontaktflächen ausbildet. Die Kontaktflächen sind auf der Isolationsschicht 6a voneinander elektrisch isoliert angeordnet. Vorzugsweise weist das Substrat 6 eine, auf einer zweiten Seite der Isolationsschicht 6a aufgebrachte, elektrisch leitende, vorzugsweise unstrukturierte, zweite Leitungsschicht 6c auf, wobei die Isolationsschicht 6a zwischen der strukturierten ersten Leitungsschicht 6b und der zweiten Leitungsschicht 6c angeordnet ist. Das Substrat 6 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. Die Leistungshalbleiterbauelemente 24 sind vorzugsweise stoffschlüssig (z.B. mittels einer Löt- oder Sinterschicht) mit den Kontaktflächen des Substrats 6 elektrisch leitend verbunden. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels sind die Leistungshalbleiterbauelemente 24 elektrisch, z.B. mittels eines elektrisch leitenden Folienverbunds (in 1 und 2 nicht dargestellt), z.B. zu Halbbrückenschaltungen, verschalten, die z.B. zum Gleich- oder Wechselrichten von elektrischen Spannungen und Strömen verwendet werden können. Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 kann weiterhin eine Kühleinrichtung 22 oder eine Bodenplatte aufweisen, auf der das Substrat 6 angeordnet ist.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist ein elektrisch leitendes erstes Laststromelement 4 auf, das im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung 1 einen Laststrom führt. Weiterhin weist die Leistungshalbleitereinrichtung 1 ein elektrisch leitendes erstes Laststromverbindungselement 2 und eine Druckeinrichtung 7 auf. Das erste Laststromverbindungselement 2 weist eine erste Kontakteinrichtung 2a und eine zweite Kontakteinrichtung 2b auf, die über einen Mittenabschnitt des ersten Laststromverbindungselements 2 miteinander verbunden sind. Das erste Laststromverbindungselement 2 ist vorzugsweise einstückig, z.B. als mehrfach gebogenes Metallblechelement, ausgebildet. Die Druckeinrichtung 7 drückt in Normalenrichtung N des Substrats 6 die erste Kontakteinrichtung 2a des ersten Laststromverbindungselements 2 gegen eine elektrisch leitende erste Kontaktfläche 6b' des Substrats 6 und drückt gleichzeitig die zweite Kontakteinrichtung 2b des ersten Laststromverbindungselements 2 gegen das erste Laststromelement 4. Hierdurch wird eine elektrisch leitende Druckkontaktierung des ersten Laststromverbindungselements 2 mit der ersten Kontaktfläche 6b' des Substrats 6 und eine elektrisch leitende Druckkontaktierung des ersten Laststromverbindungselements 2 mit dem ersten Laststromelement 4 bewirkt.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist vorzugsweise ein elektrisch leitendes zweites Laststromelement 5, ein elektrisch leitendes zweites Laststromverbindungselement 3 und ein elektrisch nicht leitendes Isolationselement 8 auf. Das zweite Laststromverbindungselement 3 weist eine erste Kontakteinrichtung 3a und eine zweite Kontakteinrichtung 3b auf, die über einen Mittenabschnitt des zweiten Laststromverbindungselements 3 miteinander verbunden sind. Das zweite Laststromverbindungselement 3 ist vorzugsweise einstückig, z.B. als mehrfach gebogenes Metallblechelement, ausgebildet. Die Druckeinrichtung 7 drückt in Normalenrichtung N des Substrats 6 die erste Kontakteinrichtung 3a des zweiten Laststromverbindungselements 3 gegen eine elektrisch leitende von der ersten Kontaktfläche 6b' des Substrats 6 elektrisch isoliert angeordnete zweite Kontaktfläche 6b" des Substrats 6 und drückt die zweite Kontakteinrichtung 3b des zweiten Laststromverbindungselements 3 gegen das zweite Laststromelement 5. Hierdurch wird eine elektrisch leitende Druckkontaktierung des zweiten Laststromverbindungselements 3 mit der zweiten Kontaktfläche 6b" des Substrats 6 und eine elektrisch leitende Druckkontaktierung des zweiten Laststromverbindungselements 3 mit dem zweiten Laststromelement 5 bewirkt, wobei zumindest ein Bereich 2c des ersten Laststromverbindungselements 2 und ein Bereich 3c des zweiten Laststromverbindungselements 3 in Normalenrichtung N des Substrats 6 übereinander angeordnet sind und ein erster Bereich 8a des Isolationselements 8 zwischen dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement 2 und 3 angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein zweiter Bereich 8b des Isolationselements 8 zwischen dem ersten und zweiten Laststromelement 4 und 5 angeordnet.
  • Durch die beiden Druckkontaktierungen über die das jeweilige Laststromelement 4 bzw. 5, mittels des jeweiligen Laststromverbindungselements 2 bzw. 3, mit dem Substrat 6 jeweilig elektrisch leitend verbunden ist, können sich die Laststromelemente 4 und 5, aufgrund der im Betrieb einer Leistungshalbleitereinrichtung 1 auftretenden großen Temperwechsel, stark ausdehnen und wieder zusammenziehen, ohne dass hierdurch, wie bei einer elektrisch leitenden stoffschlüssigen Verbindung (z.B. Löt- oder Sinterverbindung) des jeweiligen Laststromverbindungselements 2 bzw. 3 mit dem Substrat 6 bzw. einer stoffschlüssigen Verbindung oder Schraubverbindung des jeweiligen Laststromverbindungselements 2 bzw. 3 mit dem jeweiligen Laststromelement 4 bzw. 5, eine starke mechanische Belastung auf die elektrisch leitenden Verbindungsstellen auftritt. Das jeweilige Laststromelement 4 bzw. 5 ist somit zuverlässig mit dem Substrat 6 der Leistungshalbleitereinrichtung 1, mittels dem jeweiligen Laststromverbindungselement 2 bzw. 3, elektrisch leitend verbunden.
  • Es sei angemerkt, dass die jeweilige Kontakteinrichtung 2a, 2b, 3a und 3b vorzugsweise in Normalenrichtung N des Substrats 6 verläuft.
  • Die Lastströme, welche durch die Laststromelemente 4 und 5 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. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels sind das erste und zweite Laststromelement 4 und 5 als im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung 1 Gleichspannungspotential aufweisende Laststromelemente, d.h. als Gleichspannungslaststromelemente, ausgebildet. So kann das erste Laststromelement 4 im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung 1 ein positives und das zweite Laststromelement 5 ein negatives Spannungspotential oder umgekehrt aufweisen. Es sei angemerkt, dass das erste Laststromelement 4 aber auch als im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung 1 Wechselspannungspotential aufweisendes Laststromelement, d.h. als Wechselspannungslaststromelement, ausgebildet sein kann. In 1 ist linksseitig ein als Wechselspannungslaststromelement ausgebildetes weiteres erstes Laststromelement 4' dargestellt.
  • Das erste und zweite Laststromelement 4 und 5 sind elektrisch voneinander isoliert angeordnet und bilden vorzugsweise zusammen mit einer zwischen dem ersten und zweiten Laststromelement 4 und 5 angeordneten elektrisch nicht leitenden Isolationsschicht 13 (z.B. Kunststofffolie) eine Gleichspannungszwischenkreisverschienung 15 aus. Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist einen Zwischenkreiskondensator 14 auf, dessen elektrischer erster Anschluss 14a mit dem ersten Laststromelement 4 elektrisch leitend verbunden ist und dessen elektrischer zweiter Anschlüsse 14b mit dem zweiten Laststromelement 5 elektrisch leitend verbunden ist. Der zweiter Bereich 8b des Isolationselements 8 überlappt vorzugsweise mit der Isolationsschicht 13.
  • Durch die aufeinander gestapelte Anordnung des ersten und zweiten Laststromverbindungselements 3 und 4 in Normalenrichtung N des Substrats 6 mit einem zwischen dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement 3 angeordnetem Bereich des Isolationselements 8, weist diese Anordnung nur eine geringe Induktivität auf, so dass das erste und zweite Laststromelement 3 und 4 der Leistungshalbleitereinrichtung 1 mit einem Substrat 6 niederinduktiv elektrisch leitend verbunden sind.
  • Die zweite Kontakteinrichtung 2b des ersten Laststromverbindungselements 2 drückt vorzugsweise gegen eine die beiden Hauptseiten 4a und 4b des ersten Laststromelements 4 verbindende Stirnseite 4c des ersten Laststromelements 4.
  • Die zweite Kontakteinrichtung 3b des zweiten Laststromverbindungselements 3 drückt vorzugsweise gegen eine die beiden Hauptseiten 5a und 5b des zweiten Laststromelements 5 verbindende Stirnseite 5c des zweiten Laststromelements 5.
  • Hierdurch wird eine sehr niederinduktive elektrische leitende Verbindung des ersten bzw. zweiten Laststromelements 3 bzw. 4 mit dem Substrat 6 erzielt.
  • Das erste Laststromverbindungselement 2 ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet, wobei eine die beiden Hauptseiten 2a' und 2a" der ersten Kontakteinrichtung 2a verbindende Stirnseite 2a'" der ersten Kontakteinrichtung 2a des ersten Laststromverbindungselements 2 gegen die erste Kontaktfläche 6b' des Substrats 6 drückt und eine die beiden Hauptseiten 2b' und 2b" der zweiten Kontakteinrichtung 2b verbindende Stirnseite 2b'" der zweiten Kontakteinrichtung 2b des ersten Laststromverbindungselements 2 gegen das erste Laststromelement 4 drückt.
  • Das zweite Laststromverbindungselement 3 ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet, wobei eine die beiden Hauptseiten 3a' und 3a" der ersten Kontakteinrichtung 3a verbindende Stirnseite 3a'" der ersten Kontakteinrichtung 3a des zweiten Laststromverbindungselements 3 gegen die zweite Kontaktfläche 6b" des Substrats 6 drückt und eine die beiden Hauptseiten 3b' und 3b" der zweiten Kontakteinrichtung 3b verbindende Stirnseite 3b'" der zweiten Kontakteinrichtung 3b des zweiten Laststromverbindungselements 3 gegen das zweite Laststromelement 5 drückt.
  • Hierdurch wird eine extrem niederinduktive elektrische leitende Verbindung des ersten bzw. zweiten Laststromelements 3 bzw. 4 mit dem Substrat 6 erzielt.
  • Es sei angemerkt, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung, bei einem U-förmig ausgebildeten Element dessen beiden Schenkel, die zusammen die U-Form ausbildenden, nicht notwendiger Weise gleich lang sein müssen, sondern auch unterschiedlich lang sein können.
  • Die Druckeinrichtung 7 weist vorzugsweise ein erstes Druckelement 9 auf, das in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das erste Laststromverbindungselement 2 drückt. Das erste Druckelement 9 drückt das erste Laststromverbindungselement 2 in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das Substrat 6. Weiterhin weist die Druckeinrichtung 7 vorzugsweise ein erstes Federelement 11a auf, das in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das erste Druckelement 9 drückt und hierdurch das erste Druckelement 9 gegen das erste Laststromverbindungselement 2 drückt. Ferner weist die Druckeinrichtung 7 vorzugsweise ein zweites Druckelement 10 auf, das in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das zweite Laststromverbindungselement 3 drückt. Das zweite Druckelement 10 drückt das zweite Laststromverbindungselement 3 in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das Substrat 6. Das jeweilige Druckelement 9 bzw. 10 besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Die Druckeinrichtung 7 weist weiterhin vorzugsweise ein zweites Federelement 11b auf, das in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das zweite Druckelement 10 drückt und hierdurch das zweite Druckelement 10 gegen das zweite Laststromverbindungselement 3 drückt. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist, wie beispielhaft in 4 dargestellt, die Druckeinrichtung 7 ein weiteres zweites Druckelement 10' auf, das in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das zweite Laststromverbindungselement 3 drückt. Das weitere zweite Druckelement 10' drückt das zweite Laststromverbindungselement 3 in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das Substrat 6. Die Druckeinrichtung 7 weist dabei ein weiteres zweites Federelement auf, das in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das weitere zweite Druckelement 10' drückt und hierdurch das weitere zweite Druckelement 10' gegen das zweite Laststromverbindungselement 3 drückt. Das jeweilige Federelement ist vorzugsweise aus Metall ausgebildet.
  • Die Druckeinrichtung 7 weist vorzugsweise eine Platte 11, vorzugsweise aus Metall, auf, die gegen das jeweilige Druckelement 9, 10 bzw. 10' drückt. Das jeweilige Federelement 11a bzw. 11b ist vorzugsweise in Form eines jeweiligen Federbereichs 11a' bzw. 11b' der Platte 11 ausgebildet ist, der mittels mindestens einem in die Platte 11 eingebrachten Schlitzes 17 bzw. 18 gebildet ist. Es sei angemerkt, dass das jeweilige Federelement 11a bzw. 11b aber z.B. auch in Form einer Schraubenfeder oder eines mehrfach gebogenen Blechelements vorliegen kann.
  • Das zweite Laststromverbindungselement 3 weist vorzugsweise eine in senkrechter Richtung zur Normalenrichtung N des Substrats 6 über das erste Laststromverbindungselement 2 hinaus hervorstehende erste Auswölbung 20 auf (siehe 4). Das zweite Druckelement 10 drückt in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das zweite Laststromverbindungselement 3, indem das zweite Druckelement 10 gegen die erste Auswölbung 20 drückt. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist das zweite Laststromverbindungselement 3 eine in senkrechter Richtung zur Normalenrichtung N des Substrats 6 über das erste Laststromverbindungselement 2 hinaus hervorstehende zweite Auswölbung 21 auf. Das weitere zweite Druckelement 10' drückt in Normalenrichtung N des Substrats 6 gegen das zweite Laststromverbindungselement 3, indem das weitere zweite Druckelement 10' gegen die zweite Auswölbung 21 drückt.
  • Wie beispielhaft in 1 und 2 dargestellt, können die Druckelemente mittels Stegen 16a miteinander verbunden sein und somit zusammen eine bauliche Einheit 16 ausbilden. Die Druckelemente können zusammen mit den Stegen 16a einstückig ausgebildet sein.
  • Das Isolationselement 8 weist vorzugsweise einen ersten Kanal 8c' auf durch den ein Abschnitt des zweiten Druckelements 10 verläuft. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist das Isolationselement 8 einen zweiten Kanal 8c" auf durch den ein Abschnitt des weiteren zweiten Druckelements 10' verläuft.
  • Das Isolationselement 8 weist vorzugsweise Haltelemente 8d auf, die das Isolationselement 8 mit dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement 2 und 3 formschlüssig verbinden. Alternativ kann das Isolationselement 8 zusammen mit dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement 2 und 3 eine bauliche Einheit ausbilden, indem das Isolationselement 8 mit dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement 2 und 3 stoffschlüssig verbunden ist. Das elastische Isolationselement 8 kann z.B. aus einem vernetzten Silikonkautschuk ausgebildet sein.
  • Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist die Druckeinrichtung 7 eine Druckerzeugungseinrichtung 12 auf, die eine in Normalenrichtung N des Substrats 6 wirkende Druckkraft auf das Substrat 6 zu auf die jeweiligen Laststromverbindungselemente 2 und 3 erzeugt. Die Druckerzeugungseinrichtung 12 liegt vorzugsweise in Form von mindestens einer Schraube 12 vor. Die mindestens eine Schraube 12 drückt, vorzugsweise über eine Druckübertragungseinrichtung 23 der Druckeinrichtung 7, in Normalenrichtung N des Substrats 6 auf das Substrat 6 zu gegen die Platte 11. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist die mindestens eine Schraube 12 mit der Kühleinrichtung 22 verschraubt.
  • Die Druckeinrichtung 7 kann im einfachsten Fall den auf das jeweilige Laststromverbindungselement in Normalenrichtung N des Substrats 6 wirksamen Druck ausüben, indem die hierzu notwendige Druckkraft von der Schwerkraft erzeugt wird, die die Druckeinrichtung 7 in Normalenrichtung N des Substrats 6 in Richtung auf das Substrat 2 zu drückt, wenn die Druckeinrichtung 7, bezogen auf den Erdmittelpunkt, über dem jeweiligen Laststromverbindungselement angeordnet ist. Zur Druckerzeugung ist das Vorhandensein der Druckerzeugungseinrichtung 12 somit nicht unbedingt notwendig.
  • Es sei angemerkt, dass auf dem Substrat 6 ein elektrisch nicht leitender Weichverguss angeordnet sein kann. Der Weichverguss reicht bis an die jeweilige erste Kontakteinrichtung 2a bzw. 3a heran. Der Weichverguss wird bei der Herstellung der Leistungshalbleitereinrichtung 1 von der jeweiligen ersten Kontakteinrichtung 2a bzw. 3a durchstoßen oder der Weichverguss läuft bei seinem Vergießen bis an die jeweilige erste Kontakteinrichtung 2a bzw. 3a heran.
  • Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt, dass bei der Erfindung 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 103013209431 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Substrat (6), mit auf dem Substrat (6) angeordneten und mit dem Substrat (6) elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen (24), mit einem elektrisch leitenden ersten Laststromelement (4), mit einem elektrisch leitenden ersten Laststromverbindungselement (2) und mit einer Druckeinrichtung (7), wobei die Druckeinrichtung (7) in Normalenrichtung (N) des Substrats (6) eine erste Kontakteinrichtung (2a) des ersten Laststromverbindungselements (2) gegen eine elektrisch leitende erste Kontaktfläche (6b') des Substrats (6) drückt und eine zweite Kontakteinrichtung (2b) des ersten Laststromverbindungselements (2) gegen das erste Laststromelement (4) drückt und hierdurch eine jeweilige elektrisch leitende Druckkontaktierung des ersten Laststromverbindungselements (2) mit der ersten Kontaktfläche (6b') des Substrats (6) und mit dem ersten Laststromelement (4) bewirkt.
  2. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleitereinrichtung (1) ein elektrisch leitendes zweites Laststromelement (5), ein elektrisch leitendes zweites Laststromverbindungselement (3) und ein elektrisch nicht leitendes Isolationselement (8) aufweist, wobei die Druckeinrichtung (7) in Normalenrichtung (N) des Substrats (6) eine erste Kontakteinrichtung (3a) des zweiten Laststromverbindungselements (3) gegen eine elektrisch leitende von der ersten Kontaktfläche (6b') des Substrats (6) elektrisch isoliert angeordnete zweite Kontaktfläche (6b") des Substrats (6) drückt und eine zweite Kontakteinrichtung (3b) des zweiten Laststromverbindungselements (3) gegen das zweite Laststromelement (5) drückt und hierdurch eine jeweilige elektrisch leitende Druckkontaktierung des zweiten Laststromverbindungselements (3) mit der zweiten Kontaktfläche (6b") des Substrats (6) und mit dem zweiten Laststromelement (5) bewirkt, wobei zumindest ein Bereich (2c) des ersten Laststromverbindungselements (2) und ein Bereich (3c) des zweiten Laststromverbindungselements (3) in Normalenrichtung (N) des Substrats (6) übereinander angeordnet sind und ein erster Bereich (8a) des Isolationselements (8) zwischen dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement (2,3) angeordnet ist.
  3. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Bereich (8b) des Isolationselements (8) zwischen dem ersten und zweiten Laststromelement (4,5) angeordnet ist.
  4. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kontakteinrichtung (2b,3b) des jeweiligen Laststromverbindungselements (2,3) jeweilig gegen eine die beiden Hauptseiten (4a,4b,5a,5b) des jeweiligen Laststromelements (4,5) verbindende Stirnseite (4c,5c) des jeweiligen Laststromelements (4,5) drückt.
  5. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Laststromverbindungselement (2,3) U-förmig ausgebildet ist, wobei eine die beiden Hauptseiten (2a',2a",3a',3a") der jeweiligen ersten Kontakteinrichtung (2a,3a) verbindende jeweilige Stirnseite (2a"`,3a"`) der jeweiligen ersten Kontakteinrichtung (2a,3a) gegen die jeweilige Kontaktfläche (6b',6b") des Substrats (6) drückt und eine die beiden Hauptseiten (2b',2b",3b',3b") der jeweiligen zweiten Kontakteinrichtung (2b,3b) verbindende jeweilige Stirnseite (2b'",3b'") der jeweiligen zweiten Kontakteinrichtung (2b,3b) gegen das jeweilige Laststromelement (4,5) drückt.
  6. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (7) ein erstes Druckelement (9) aufweist, das in Normalenrichtung (N) des Substrats (6) gegen das erste Laststromverbindungselement (2) drückt.
  7. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (7) ein erstes Federelement (11a) aufweist, das in Normalenrichtung (N) des Substrats (6) gegen das erste Druckelement (9) drückt.
  8. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (7) ein zweites Druckelement (10) aufweist, das in Normalenrichtung (N) des Substrats (6) gegen das zweite Laststromverbindungselement (3) drückt.
  9. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (7) ein zweites Federelement (11b) aufweist, das in Normalenrichtung (N) des Substrats (6) gegen das zweite Druckelement (10) drückt.
  10. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Laststromverbindungselement (3) eine in senkrechte Richtung zur Normalenrichtung (N) des Substrats (6) über das erste Laststromverbindungselement (2) hinaus hervorstehende erste Auswölbung (20) aufweist, wobei das zweite Druckelement (10) in Normalenrichtung (N) des Substrats (6) gegen das zweite Laststromverbindungselement (3) drückt, indem das zweite Druckelement (10) gegen die erste Auswölbung (20) drückt.
  11. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (8) einen ersten Kanal (8c') aufweist durch den ein Abschnitt des zweiten Druckelements (10) verläuft.
  12. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (8) Haltelemente (8d) aufweist, die das Isolationselement (8) mit dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement (2,3) formschlüssig verbinden oder dass das Isolationselement (8) zusammen mit dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement (2,3) eine bauliche Einheit ausbilden, indem das Isolationselement (8) mit dem ersten und zweiten Laststromverbindungselement (2,3) stoffschlüssig verbunden ist.
  13. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (7) eine Platte (11) aufweist, die gegen das jeweilige Druckelement (9,10) drückt.
  14. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 13, soweit Anspruch 13 direkt oder indirekt auf Anspruch 7 oder 9 zurückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Federelement (11a, 11b) in Form eines jeweiligen Federbereichs (11a',11b') der Platte (11) ausgebildet ist, der mittels mindestens einem in die Platte (11) eingebrachten Schlitzes (17,18) gebildet ist.
  15. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Laststromelement (4,5) elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung (1) einen Zwischenkreiskondensator (14) aufweist, dessen elektrischer erster Anschluss (14a) mit dem ersten Laststromelement (4) elektrisch leitend verbunden ist und dessen elektrischer zweiter Anschlüsse (14b) mit dem zweiten Laststromelement (5) elektrisch leitend verbunden ist.
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