-
Die Erfindung beschreibt eine Baugruppe mit einem Kunststoffformkörper und einer Mehrzahl von Lastanschlusselementen einer Leistungshalbleitereinrichtung, wobei das jeweilige Lastanschlusselement ausgebildet ist als ein flächiger Metallformkörper. Fachüblich müssen diese Lastanschlusselemente, beispielhaft gemäß internationaler Normen minimale „Luft- und Kriechstrecken“ aufweisen um die elektrische Sicherheit zu gewährleisten. Die Erfindung beschreibt weiterhin eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einer derartigen Baugruppe und mit einer leistungselektronischen Schalteinrichtung.
-
Die
DE 10 2006 006 423 A1 offenbart, als beispielhafter Stand der Technik, ein Leistungshalbleitermodul in Druckkontaktausführung und ein zugehöriges Herstellungsverfahren, zur Baugruppe auf einem Kühlbauteil. Lastanschlusselemente sind hier jeweils als Metallformkörper mit mindestens einem Kontaktelement, einem bandartigen Abschnitt und mit von diesem ausgehenden Kontaktfüßen ausgebildet. Der jeweilige bandartige Abschnitt ist parallel zur Substratoberfläche und von dieser beabstandet angeordnet. Die Kontaktfüße von dem bandartigen Abschnitt reichen zum Substrat und kontaktieren dieses schaltungsgerecht. Die Lastanschlusselemente bilden einen Stapel und hierbei ist zwischen jeweils benachbarten Lastanschlusselementen im Bereich der jeweiligen bandartigen Abschnitte eine elastische Zwischenlage angeordnet.
-
Die
DE 10 2006 027 481 A1 offenbart, als beispielhafter Stand der Technik, ein Leistungshalbleitermodul, zur Baugruppe auf einem Kühlbauteil, mit einem Substrat, mindestens zwei hierauf angeordneten Leistungshalbleiterbauelementen, einem Gehäuse und nach außen führenden Last- und Steueranschlusselementen. Hierbei weist das Substrat einen Isolierstoffkörper auf, wobei auf dessen erster dem Inneren des Leistungshalbleitermoduls zugewandten Hauptfläche Leiterbahnen mit Lastpotential angeordnet sind. Die Lastanschlusselemente sind jeweils als Metallformkörper mit äußeren Kontakteinrichtungen einem bandartigen Abschnitt und mit, von diesem ausgehenden, inneren Kontakteinrichtungen ausgebildet. Die inneren Kontakteinrichtungen reichen von dem bandartigen Abschnitt zum Substrat und kontaktieren dieses schaltungsgerecht. Weiterhin sind die Lastanschlusselemente mit Ausnahme der Bereich der äußeren und inneren Kontakteinrichtung vollständig von einem Isolierstoff umhüllt und hierdurch gegeneinander elektrisch isoliert In Kenntnis der genannten Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe zur gegenseitigen elektrischen Isolation einer Mehrzahl von Lastanschlusselementen einer Leistungshalbleitereinrichtung und eine derartige Leistungshalbleitereinrichtung selbst vorzustellen, wobei die Montage gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Baugruppe mit den folgenden Merkmalen.
-
Die erfindungsgemäße Baugruppe ist ausgebildet mit einem Kunststoffformkörper und einer Mehrzahl von Lastanschlusselementen einer Leistungshalbleitereinrichtung, wobei das jeweilige Lastanschlusselement ausgebildet ist als ein flächiger Metallformkörper mit einer ersten und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche und mit mit einer ersten und einer dieser gegenüberliegenden zweiten Nebenfläche, wobei diese Nebenflächen die Hauptflächen verbinden, und mit einem Anschlussabschnitt, wobei der Kunststoffformkörper eine Mehrzahl von Rinnen 20 ausbildet und hierzu einen Bodenteilkörper, einen ersten und einen zweiten Randkörper und einen Trennkörper aufweist, wobei jeweils ein Lastanschlusselement zumindest mit einem wesentlichen Abschnitt nicht stoffschlüssig und derart in einer zugeordneten Rinne angeordnet ist, dass die erste und zweite Hauptfläche und die erste Nebenfläche der Innenseite der Rinne zugewandt sind und wobei jeweils die Höhe des Trennkörpers größer ist als die Breite desjenigen benachbarten Lastanschlusselements das die geringere Breite aufweist.
-
Hierbei können die Lastanschlusselemente dafür vorgesehen und ausgebildet sein Gleichstrompotentiale oder Wechselstrompotentiale zu führen und für Leistungshalbleitereinrichtungen vorgesehen sein, die bevorzugt als Zwei-Level-, Drei-Level- oder Multi-Level-Stromrichter ausgebildet sind.
-
Der Begriff „Höhe“ soll als die Höhe ab dem Boden der Rinne verstanden werden. Unter der „Breite“ soll die jeweils maximale Ausdehnung zwischen den beiden Nebenflächen verstanden werden.
-
Es kann in einer Alternative bevorzugt sein, wenn der Kunststoffformkörper aus einem Material der Materialgruppe der Elastomere, bevorzugt der Silikonkautschuke, insbesondere aus thermisch stabilisiertem Silikonkautschuk, insbesondere mit einer Shore-A-Härte zwischen 30 und 90, bevorzugst zwischen 55 und 70, ausgebildet ist.
-
In einer weiteren Alternative kann es auch bevorzugt sein, wenn der Kunststoffformkörper aus einem Material der Materialgruppe der Polyolefine, insbesondere der modifizierten PTFEs, bevorzugt der gefülltem PTFEs, insbesondere aus mit Silikat gefülltem PTFE ausgebildet ist.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeweils die Höhe des Trennkörpers mindestens so groß ist wie die Breite desjenigen benachbarten Lastanschlusselements, das die größere Breite aufweist.
-
Auch ist es bevorzugt, wenn der wesentliche Abschnitt des Lastanschlusselements mindestens 40%, bevorzugt mindestens 60% und insbesondere bevorzugt mindestens 80% der Länge des gesamten Lastanschlusselements beträgt.
-
Es kann vorteilhaft sein, wenn einer der Randkörper oder der Trennkörper oder beide eine erste Lasche aufweisen, die in einem Abschnitt die zweite Nebenfläche eines der Lastanschlusselemente und bevorzugt auch noch einen benachbarten Rand- oder weiteren Trennkörper, überdeckt. Selbstverständlich können auch mehrere Rand- oder Trennkörper eine derartige Lasche aufweisen.
-
Hierzu ist es bevorzugt, wenn eines der Lastanschlusselemente eine zweite Lasche aufweist, die in einen Abschnitt die zweite Nebenfläche eines der anderen Lastanschlusselemente und bevorzugt auch noch einen benachbarten Rand- oder weiteren Trennkörper überdeckt und wobei zwischen dem anderen Lastanschlusselement und der zweiten Lasche die erste Lasche angeordnet ist. Selbstverständlich können hierbei auch mehrere andere Lastanschlusselemente von der ersten und zweiten Lasche überdeckt sein.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn einer der Randkörper oder der Trennkörper oder beide ein Anschlagmittel aufweisen, das dazu ausgebildet ist eine Bewegung des in einer zugeordneten Rinne angeordneten Lastanschlusselements aus der Rinne heraus, also weg vom Bodenkörper, zu begrenzen. Selbstverständlich können auch mehr als ein Randkörper oder mehr als ein Trennkörper entsprechende Anschlagmittel aufweisen
-
Zusätzlich kann eines der Lastanschlusselemente eine Kröpfung aufweisen, die bevorzugt in einer Rinne angeordnet ist.
-
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit den folgenden Merkmalen.
-
Die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung 8 ist ausgebildet mit einer oben beschriebenen Baugruppe mit einem Kunststoffformkörper und einer Mehrzahl von Lastanschlusselementen und mit einer leistungselektronischen Schalteinrichtung, wobei die Baugruppe in einer Aufnahme eines Gehäuses oder einer Kühleinrichtung der Leistungshalbleitereinrichtung angeordnet ist.
-
Vorzugsweise ist die Kühleinrichtung als eine Luft- oder Flüssigkeitskühleinrichtung ausgebildet ist.
-
Auch kann es bevorzugt sein, wenn die leistungselektronische Schalteinrichtung als ein Leistungshalbleitermodul mit eigenem Gehäuse ausgebildet ist. Alternativ kann die Schalteinrichtung auch ein Submodul eines komplexeren Halbleitersystems sein.
-
Selbstverständlich können, sofern dies nicht explizit oder per se ausgeschlossen ist oder dem Gedanken der Erfindung widerspricht, die jeweils im Singular genannten Merkmale oder Gruppen von Merkmalen, beispielhaft die jeweiligen Anschlussabschnitte und insbesondere die Trennkörper, mehrfach in der erfindungsgemäßen Baugruppe oder der Leistungshalbleitereinrichtung vorhanden sein.
-
Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung, unabhängig davon ob sie in Zusammenhang mit der Baugruppe oder mit der Leistungshalbleitereinrichtung genannt sind, einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 7 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.
- 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Baugruppe.
- 2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Baugruppe.
- 3 und 4 zeigt eine dritte erfindungsgemäße Baugruppe in verschiedenen Bestückungen.
- 5 zeigt einen Kunststoffformkörper einer vierten erfindungsgemäßen Baugruppe.
- 6 und 7 zeigen diese vierte erfindungsgemäße Baugruppe.
- 8 zeigt eine erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung mit der vierten erfindungsgemäßen Baugruppe.
-
1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Baugruppe 1 im Querschnitt. Dargestellt ist ein Kunststoffformkörper 2, ausgebildet aus einem Silikonkautschuk, genauer einem vernetzten Liquid-Silicon-Rubber - LSR. Der Kunststoffformkörper 2 bildet in dieser Ausgestaltung drei Rinnen 20 aus, indem von einem Bodenteilkörper 220 jeweils seitlich ein erster und ein zweiter Randkörper 24, 26 senkrecht hochstehen und zwischen diesen Randkörpern 24, 26 zwei Trennkörper 28 ebenfalls senkrecht und mit gleicher Höhe 280 hochstehen. Die Höhe 280 bemisst sich von der Innenseite 200 der Rinne 20 vom Bodenkörper 220 zum Ende des Rand- 24, 26 oder Trennkörpers 28. Weiterhin weist, rein beispielhaft und ohne Beschränkung der Allgemeinheit, der zweite Randkörper 26 ein als Nase 32 ausgeformtes Anschlagmittel auf. Diese Nase 32 ragt hierbei ins Innere der Rinne 20.
-
In jeder Rinne 20 ist ein bezüglich seines Materials fachübliches Lastanschlusselement 4 angeordnet, das als ein flächiger Metallformkörper mit einer ersten und einer dieser ersten gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche 420, 422 ausgebildet ist. Der Metallformkörper weist weiterhin eine erste und eine dieser gegenüberliegende zweite Nebenfläche 440, 442 auf, wobei diese Nebenflächen jeweils die Hauptflächen verbinden. Das Lastanschlusselement 4 hat somit einen rechteckförmigen Querschnitt.
-
Jedes Lastanschlusselement 4 ist in einer zugeordneten Rinne 20 und dort nicht stoffschlüssig angeordnet. Hierbei sind die Hauptflächen 420, 422 jeweils einem Rand- 24, 26 oder Trennkörper 28 zugewandt, während die erste Nebenfläche 440 dem Bodenteilkörper 220 zugewandt ist. Das jeweilige Lastanschlusselement 4 ist somit mit drei Seiten der Innenseite 200 der Rinne 20 zugewandt. Die Nase 32 des zweiten Randkörpers 26 sorgt für eine formschlüssige Fixierung des in der zugeordneten Rinne 20 angeordneten Lastanschlusselements 4. Alternativ, aber auch zusätzlich, können die Lastanschlusselemente 4 kraftschlüssig in der jeweils zugeordneten Rinne 20 fixiert sein, indem die Rinne 20 bei der Herstellung des Kunststoffformkörpers 2 geringfügig schmäler ausgebildet ist im Vergleich zur Ausdehnung des Lastanschlusselements 4 von erster zu zweiter Hauptfläche 420, 422.
-
Bei dieser ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Baugruppe 1 weisen alle Lastanschlusselemente 4 die gleiche Breite 480, also Ausdehnung zwischen den Nebenflächen 440, 442, auf. Ebenfalls erfindungsgemäß ist jeweils die Höhe 280 jedes Trennkörpers 28 größer ist als die Breite 480 der beiden benachbarten Lastanschlusselemente 4.
-
2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Baugruppe 1, wobei die grundsätzliche Ausgestaltung des Kunststoffformkörpers 2 und der Lastanschlusselemente 4 identisch ist denjenigen gemäß 1. Im Unterschied hierzu weist das mittlere Lastanschlusselement 4 eine geringere Breite 480 auf. Gemäß der Erfindung ist die Höhe 280 des linken Trennkörpers 28 größer ist als die Breite 480 desjenigen benachbarten Lastanschlusselements 4, hier des mittleren, das die geringere Breite aufweist. Zudem ist die Höhe 280 des linken Trennkörpers 28 sogar größer als die Breite 480 desjenigen benachbarten Lastanschlusselements 4, hier des linken, das die größere Breite 480 aufweist. Diese Ausgestaltung ist gegenüber der minimalen Anforderung nochmals bevorzugt.
-
3 und 4 zeigen eine dritte erfindungsgemäße Baugruppe 1 in verschiedenen Bestückungen. In 3 sind nur zwei der drei Lastanschlusselemente 4 dargestellt, was einem Herstellungsschritt vor Fertigstellung der Baugruppe 1, also vor Anordnung aller Lastanschlusselemente 4 in zugeordneten Rinnen 20, entspricht. In 4 ist das fehlende, rechte Lastanschlusselement 4 angeordnet und dargestellt.
-
Der Kunststoffformkörper 2 dieser Ausgestaltung weist gegenüber demjenigen gemäß 3 eine Weiterbildung in Form einer ersten Lasche 30 auf. Diese erste Lasche 30 ist einstückig mit dem rechten Trennkörper 28, bei dieser Ausgestaltung allerdings dünner als dieser, ausgebildet. Die erste Lasche 30 dieser Ausgestaltung fluchtet bei der Herstellung des Kunststoffformkörpers 2 mit dem rechten Trennkörper 28. Aufgrund des Materials des Kunststoffformkörpers 2 ist die erste Lasche 30 flexibel und dazu ausgebildet abgewinkelt zu werden.
-
Durch Anordnung des rechten Lastanschlusselements 4, das seinerseits eine zweite Lasche 50 aufweist, wird die erste Lasche 30 des Kunststoffformkörpers 2 abgewinkelt und überdeckt danach die links daneben angeordneten Lastanschlusselemente 4, auch deren zweite Nebenfläche 442, wie auch den gesamten Kunststoffformkörper 2 in diesem Bereich, also den ersten Randkörper 24 und den linken Trennkörper 28. Zur grundsätzlichen Funktion der ersten und zweiten Lasche 30, 50 vgl. auch 5 und 6.
-
5 zeigt in dreidimensionaler Ansicht einen Kunststoffformkörper 2 einer vierten erfindungsgemäßen Baugruppe. Der Kunststoffformkörper 2 weist hier drei Rinnen 20 auf, die unterschiedliche Länge aber gleiche Höhe aufweisen. Insbesondere die mittlere Rinne 20 weist in ihrem Verlauf einen rechtwinkligen Bogen auf. Grundsätzlich ist der Verlauf der Rinnen 20 durch die Ausgestaltung als Kunststoffformkörper 2 aus Silikonkautschuk sehr flexibel ausgestaltbar.
-
Weiterhin dargestellt sind zwei erste Laschen 30 analog denen gemäß 3. Auch hier sind diese ersten Laschen 30 einstückig mit den zugeordneten Trennkörpern 28 ausgebildet und fluchten mit diesen solange keine Lastanschlusselemente in den Rinnen 20 angeordnet sind.
-
6 und 7 zeigen diese vierte erfindungsgemäße Baugruppe. Hierbei zeigt 6 eine dreidimensionale Ansicht analog derjenigen gemäß 5, während 7 einen Schnitt entlang der Schnittfläche A-A aus 6 zeigt.
-
6 zeigt drei Lastanschlusselemente 4 angeordnet in zugeordneten Rinnen 20 des Kunststoffformkörpers 2. Diese Lastanschlusselemente 4 sind ausgebildet wie oben beschrieben als flächige Metallformkörper mit zwei Haupt- und zwei Nebenflächen und weisen hier jeweils einen als Schraubausnehmung ausgebildeten Anschlussabschnitt 46 auf. Als weitere Anschlussabschnitte dient jeweils eine zweite Lasche 50 pro Lastanschlusselement 4.
-
Den jeweiligen zweiten Laschen 50, die eine zweite Nebenfläche eines anderen Lastanschlusselements 4 überdecken, ist eine jeweilige erste Lasche 30 des Kunststoffromkörpers 2 zugeordnet um die notwendige elektrische Isolation sicher zu stellen. Hierbei ist die jeweilige erste Lasche 30 breiter ausgebildet als die zugeordnete zweite Lasche 50. Die Dimensionierung dieser Ausgestaltung ist somit quasi analog zur Dimensionierung der Höhe der Trennkörper im Verhältnis zur Breite der Lastanschlusselemente. In anderen Worten die ersten Laschen 30 sind breiter als die zweiten Laschen 50 und überragen diese jeweils auf beiden Seiten. Diese Ausgestaltung wird zudem in der 7 nochmal deutlich dargestellt.
-
Das jeweilige Lastanschlusselement 4 ist in einem wesentlichen Abschnitt, hier jeweils über 80%, seiner Länge in einer zugeordneten Rinne 20 des Kunststoffformkörpers 2 angeordnet. Alle drei Lastanschlusselemente 4 weisen zudem eine rechtwinkelige Kröpfung 48 auf, die in dem Bogen der zugeordneten Rinne 20 angeordnet ist.
-
8 zeigt eine erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung 8 mit der vierten erfindungsgemäßen Baugruppe 1 in dreidimensionaler Schnittdarstellung. Dargestellt ist eine Flüssigkeitskühleinrichtung 80 der Leistungshalbleitereinrichtung 8 mit zwei Aufnahmen 800, 802. In einer Aufnahme 800 ist die genannte Baugruppe 1 angeordnet, während in einer weiteren Aufnahme 802, allerdings hier nicht dargestellt, eine leistungselektronische Drei-Level-Schalteinrichtung angeordnet ist. Die zweiten Laschen 50, diejenigen der Lastanschlusselemente 4 kontaktieren die drei Gleichspannungsanschlüsse, Plus, Neutral, Minus dieser Schalteinrichtung.
-
Auf eine Darstellung der Wechselspannungsanschlüsse und weiterer Komponenten wurde hier aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
-
Der Schnitt durch die Baugruppe 1 ist hier in der Ebene B-B gemäß der 6 ausgeführt.
-
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 102006006423 A1 [0002]
- DE 102006027481 A1 [0003]
