DE102019206523A1 - Leistungsmodul mit gehäusten Leistungshalbleitern zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers - Google Patents

Leistungsmodul mit gehäusten Leistungshalbleitern zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers Download PDF

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Abstract

Es wird ein Leistungsmodul (1) zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers beschrieben. Das Leistungsmodul (1) weist eine Mehrzahl von gehäusten Leistungshalbleitern (3), eine Leiterplatte (5) und einen Kühlkörper (7) sowie eventuell ergänzend eine Dichtmasse (9) auf. Die gehäusten Leistungshalbleitern (3) weisen elektrisch leitfähige Anschlusselemente (23) sowie jeweils an einer Außenseite eine Wärmeabführfläche (15) auf. Das Leistungsmodul (1) zeichnet sich dadurch aus, dass jeder der gehäusten Leistungshalbleiter (3) an einer Kühloberfläche (17) des Kühlkörpers (7) angeordnet ist und mit seiner Wärmeabführfläche (15) wärmeleitfähig an der Kühloberfläche (17) des Kühlkörpers (7) angebunden ist, und die Leiterplatte (5) an einer dem Kühlkörper (7) in einer orthogonalen Richtung entgegengesetzten Seite der Leistungshalbleiter (3) angeordnet ist, wobei die Anschlusselemente (23) der Leistungshalbleiter (3) Anschlussflächen (25) an der Leiterplatte (5) in Bereichen, beispielsweise seitlich neben einem Rand (18) des Kühlkörpers (7), elektrisch kontaktieren, in denen eine Projektion des Kühlkörpers (7) in der orthogonalen Richtung auf die Leiterplatte (5) die Anschlusselemente (23) nicht überdeckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul mit gehäusten Leistungshalbleitern zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers.
  • Leistungsmodule werden dazu eingesetzt, Verbraucher wie zum Beispiel Elektromotoren mit einer für deren Betrieb notwendigen elektrischen Leistung in steuerbarer Weise zu versorgen. Solche Leistungsmodule werden teilweise auch als Powermodule, Inverter, Wandler oder Wechselrichter bezeichnet.
  • Beispielsweise können Leistungsmodule dazu eingesetzt werden, in einem Fahrzeug elektrische Leistung von einer Batterie hin zu einem als Antrieb dienenden Elektromotor geregelt zur Verfügung zu stellen. Die steuerbare Leistungsversorgung kann dabei im Bereich von einigen Kilowatt bis hin zu mehreren 100 kW reichen.
  • Die Leistungsmodule verfügen hierzu in der Regel über Leistungshalbleiter-Bauelemente (nachfolgend kurz als „Leistungshalbleiter“ bezeichnet) beispielsweise in Form von IGBTs (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode; englisch: Insulated-Gate Bipolar Transistor), SiCs (Leistungsmodule mit Siliziumkarbid-MOSFETs) oder Power-MOSFETS, welche von einem Ansteuerschaltkreis gesteuert werden.
  • Bei herkömmlichen Leistungsmodulen werden IGBTs oder SiC-Chips auf ein sogenanntes DCB (engl. Direct Copper Bonded), also eine Struktur, die eine enge elektrische und thermische Verbindung elektronischer Bauteile und Chips über Kupfer ermöglicht, aufgebracht, d.h. zum Beispiel aufgelötet oder aufgesintert. Das DCB kann dann beispielsweise auf eine Kupferplatte mit Kühlstruktur gesintert oder gelötet werden. Das Gesamtgebilde kann dann mediendicht ummoldet werden.
  • Alternativ werden bei herkömmlichen Leistungsmodulen IGBT-Bauteile über ein sogenanntes Thermal-Interface-Material wie zum Beispiel eine Folie oder eine thermisch leitfähige Paste auf einen Kühlkörper montiert. Alternativ kann ein elektrisch isoliertes Gehäuse solcher Bauteile direkt auf den Kühlkörper gelötet bzw. gesintert werden. Eine elektrische Anbindung erfolgt in diesem Fall beispielsweise durch Aufschweißen auf ein Stanzgitter bzw. indem die Bauteile über Through-hole-Technik mit einer Leiterplatte verlötet werden.
  • Herkömmliche Leistungsmodule weisen oft einen verhältnismäßig komplexen Aufbau auf und sind daher aufwendig zu fertigen. Außerdem werden Leistungsmodule meist für eine bestimmte Anwendung entworfen und ihre Auslegung kann im Regelfall nicht einfach an Anforderungen anderer Anwendungen angepasst bzw. skaliert werden. Einfacher zu fertigende und/oder anwendungsspezifisch anpassbare Leistungsmodule benötigen oft einen großen Bauraum und/oder verhältnismäßig teure Bauteile.
  • Es kann daher als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein Leistungsmodul bereitzustellen, welches zumindest einige der zuvor genannten Defizite herkömmlicher Leistungsmodule überwindet. Insbesondere kann ein Bedarf an einem Leistungsmodul bestehen, welches einfach und mit kostengünstigen Komponenten aufgebaut ist, mit wenig Aufwand gefertigt werden kann und/oder einen geringen Bauraum benötigt.
  • Eine solche Aufgabe kann durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst werden. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Leistungsmodul zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers. Dabei weist das Leistungsmodul eine Mehrzahl von gehäusten Leistungshalbleitern, eine Leiterplatte und einen Kühlkörper auf. Die gehäusten Leistungshalbleiter weisen elektrisch leitfähige Anschlusselemente auf und weisen ferner jeweils an einer Außenseite eine Wärmeabführfläche auf. Das Leistungsmodul zeichnet sich dadurch aus, dass jeder der gehäusten Leistungshalbleiter an einer Kühloberfläche des Kühlkörpers angeordnet ist und mit seiner Wärmeabführfläche wärmeleitfähig an der Kühloberfläche des Kühlkörpers angebunden ist, und dass die Leiterplatte an einer dem Kühlkörper in einer orthogonalen Richtung entgegengesetzten Seite der Leistungshalbleiter angeordnet ist, wobei die Anschlusselemente der Leistungshalbleiter Anschlussflächen an der Leiterplatte in Bereichen elektrisch kontaktieren, in denen eine Projektion des Kühlkörpers in der orthogonalen Richtung auf die Leiterplatte die Anschlusselemente nicht überdeckt. (Anspruch 1)
  • Ausführungsformen des hierin beschriebenen Leistungsmoduls unterscheiden sich von herkömmlichen Leistungsmodulen insbesondere hinsichtlich eines Gesamtaufbaukonzepts des Leistungsmoduls unter Verwendung diskreter Komponenten.
  • Zur Steuerung der von dem Leistungsmodul zur Verfügung gestellten elektrischen Leistung werden hierbei gehäuste Leistungshalbleiter eingesetzt, d.h. Komponenten, bei denen Leistungshalbleiter-Bauteile wie zum Beispiel IGBTs, SiCs oder Power-MOSFETs von einem Gehäuse beispielsweise aus Kunststoff umgeben sind. Dabei verfügen die gehäusten Leistungshalbleiter über längliche, elektrisch leitfähige Anschlusselemente beispielsweise in Form von Beinchen aus Metall, welche nach außen aus dem einen Leistungshalbleiter umgebenden Kunststoffgehäuse herausragen. Über diese Anschlusselemente können die in dem gehäusten Leistungshalbleiter integrierten Halbleiterbauelemente mit Steuersignalen und/oder elektrischer Leistung versorgt werden. Solche gehäusten Leistungshalbleiter unterscheiden sich somit von gehäuselosen sogenannten Nacktchips (engl. bare dies). Gehäuste Leistungshalbleiter sind robust und können als Standardbauteile in großen Stückzahlen und somit günstig gefertigt, gelagert und letztlich verarbeitet werden.
  • Da bei Leistungshalbleitern stets ein Teil der durchgeleiteten elektrischen Leistung in Form von Verlusten zu einer Erwärmung der Leistungshalbleiter führt, verfügen die gehäusten Leistungshalbleiter an einer Außenseite über eine Wärmeabführfläche. Eine solche Wärmeabführfläche wird teilweise auch als „exposed pad“ bezeichnet. Die Wärmeabführfläche kann als eine in den gehäusten Leistungshalbleiter integrierte und an einer Oberfläche freiliegende Schicht oder Platte aus einem gut wärmeleitfähigen Material wie zum Beispiel einem Metall, insbesondere Kupfer, ausgebildet sein.
  • Um ein Verhalten der Leistungshalbleiter steuern zu können, ist ein Ansteuerschaltkreis vorgesehen. Dieser Ansteuerschaltkreis kann mithilfe von elektrischen oder elektronischen Bauelementen ausgebildet sein. Diese Bauelemente können an einer Leiterplatte gehalten und über diese elektrisch miteinander und/oder mit Anschlüssen verbunden sein. Bei der Leiterplatte kann es sich um die Leiterplatte handeln, die in dem hierin vorgeschlagenen Leistungsmodul integriert ist. (Anspruch 6) Diese Leiterplatte kann unter anderem auch zur Stromführung hin zu den Leistungshalbleitern dienen, d.h. dazu ausgelegt sein, mehrere 100 A leiten zu können. Beispielsweise kann diese Leiterplatte als Dickkupferleiterplatte ausgebildet sein, wobei eine Kupferlage Dicken von 100 µmoder mehr aufweisen kann. Alternativ können die Bauelemente auf eine separate Leiterplatte bestückt sein.
  • Um Wärme aus den Leistungshalbleitern ableiten zu können, verfügt das Leistungsmodul über einen Kühlkörper. Dieser Kühlkörper kann beispielsweise eine Metallplatte, insbesondere eine Kupferplatte sein. Gegebenenfalls kann der Kühlkörper über eine integrierte Kühlstruktur wie zum Beispiel Kühlrippen verfügen. Der Kühlkörper kann passiv gekühlt sein, beispielsweise durch Strahlungsaustausch und/oder Wärmeaustausch mit einem Umgebungsmedium. Alternativ kann der Kühlkörper aktiv gekühlt sein, beispielsweise durch ein durchströmendes Kühlmedium.
  • Bei dem hier beschriebenen Gesamtaufbaukonzept für ein Leistungsmodul ist jeder der gehäusten Leistungshalbleiter an eine Kühloberfläche des Kühlkörpers thermisch angebunden. Hierzu kontaktiert die Wärmeabführfläche des Leistungshalbleiters die Kühloberfläche des Kühlkörpers in thermisch gut leitender Weise. Beispielsweise kann die vorzugsweise metallische Wärmeabführfläche an die ebenfalls vorzugsweise metallische Kühloberfläche angelötet, angeschweißt oder angesintert sein. Dabei kann ein möglichst großflächiger Kontakt und somit eine großflächige wärmeleitende Anbindung angestrebt werden.
  • Die Leiterplatte des Leistungsmoduls ist bei dem hier vorgeschlagenen Konzept an einer Seite der Leistungshalbleiter angeordnet, die in der orthogonalen Richtung entgegengesetzt zu der Seite ist, an der der Kühlkörper angeordnet ist. Anders ausgedrückt kann der Kühlkörper beispielsweise unterhalb der Leistungshalbleiter angeordnet sein, wohingegen dann die Leiterplatte oberhalb der Leistungshalbleiter angeordnet ist. Die Leiterplatte kann dabei den gesamten Bereich, in dem die Leistungshalbleiter des Leistungsmoduls angeordnet sind, überdecken bzw. seitlich, d.h. quer zu der orthogonalen Richtung, sogar über diesen Bereich hinausgehen.
  • Die Anschlusselemente der Leistungshalbleiter sollen dann die Leiterplatte elektrisch kontaktieren, um über diese beispielsweise elektrische Signale und/oder elektrische Leistung empfangen zu können. Hierzu sind an der Leiterplatte vorzugsweise an der zu den Leistungshalbleitern hin gerichteten Oberfläche Anschlussflächen vorgesehen, die elektrisch leitfähig sind und beispielsweise aus Metall bestehen.
  • Dabei ist charakteristisch für das hierin vorgeschlagene Leistungsmodul, dass diese Anschlussflächen in Bereichen der Leiterplatte vorgesehen sind und dort von den Anschlusselementen kontaktiert werden, in denen eine Projektion des Kühlkörpers in der orthogonalen Richtung auf die Leiterplatte die Anschlusselemente nicht überdeckt. Anders ausgedrückt soll dort, wo die Leistungshalbleiter über ihre Anschlusselemente an die Anschlussflächen der Leiterplatte elektrisch angeschlossen sind, der Kühlkörper die Leiterplatte nicht überdecken, sodass die Anschlussflächen und die Anschlusselemente an der dem Kühlkörper zugewandten Seite der Leiterplatte frei zugänglich sind. Dementsprechend können die Anschlusselemente während der Fertigung des Leistungsmoduls in einfacher Weise an die Anschlussflächen elektrisch angebunden werden, beispielsweise indem sie an die Anschlussflächen angelötet werden.
  • Das vorgeschlagene Gesamtaufbaukonzept ermöglicht eine einfache Fertigung des Leistungsmoduls, eine effiziente Kühlung von dessen Komponenten, insbesondere der gehäusten Leistungshalbleiter, sowie eine Möglichkeit, ein Design des Leistungsmoduls unter Verwendung von Standard-Halbleiterbauelementen in verhältnismäßig einfacher Weise an Erfordernisse unterschiedlicher Applikationen anpassen zu können.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die Anschlusselemente die Anschlussflächen an der Leiterplatte parallel zu den Anschlussflächen verlaufend elektrisch kontaktieren (Anspruch 2). Anders ausgedrückt sollen die Anschlusselemente zumindest dort, wo sie die Anschlussflächen an der Leiterplatte kontaktieren, parallel zu diesen verlaufen. Vorzugsweise verlassen die Anschlusselemente das Gehäuse der gehäusten Leistungshalbleiter in einer Richtung, die parallel zu den Anschlussflächen verläuft.
  • Bei herkömmlichen Aufbaukonzepten für Leistungsmodule verlaufen die Anschlusselemente meist orthogonal zu einer Leiterplatte des Ansteuerschaltkreises. Beim Zusammenbau solcher herkömmlicher Leistungsmodule müssen derartige Anschlusselemente dann mit elektrisch leitfähigen Strukturen an der Leiterplatte elektrisch verbunden werden. Hierzu werden die Anschlusselemente im Rahmen der sogenannten Through-hole-Technologie meist in Durchgangslöcher in der Leiterplatte eingeführt und dort beispielsweise verlötet. Ein Einpassen der Anschlusselemente in die Durchgangslöcher kann jedoch insbesondere für den Fall, dass sehr viele Anschlusselemente mit der Leiterplatte verbunden werden müssen, aufwendig und/oder fehleranfällig sein.
  • Bei der beschriebenen Ausführungsform sollen die Anschlusselemente daher nicht orthogonal, sondern parallel zu der Leiterplatte verlaufen. Mit einer solchen Ausgestaltung können die Anschlusselemente einfach und zuverlässig mit elektrisch leitfähigen Strukturen an der Leiterplatte verbunden werden. Insbesondere kann ein aufwändiges Einpassen von Anschlusselementen in Durchgangslöcher in der Leiterplatte entfallen.
  • Beispielsweise können die Anschlusselemente mit Anschlussflächen an der dem Kühlkörper zugewandten Seite der Leiterplatte elektrisch verbunden werden. Die parallel zu der Leiterplatte verlaufenden Anschlusselemente können hierbei an die Anschlussflächen der Leiterplatte angelagert und dann mit diesen elektrisch verbunden werden, beispielsweise durch Verlöten oder Schweißen. Insbesondere kann hierzu ein als Spaltkopflöten bezeichnetes Verfahren eingesetzt werden, bei dem die Anschlusselemente an die Anschlussflächen angepresst werden und dann ein elektrischer Strom hindurch geführt wird, mithilfe dessen Wärme zum Aufschmelzen eines Lots erzeugt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform kontaktieren die Anschlusselemente seitlich neben einem Rand des Kühlkörpers die Anschlussflächen an der Leiterplatte elektrisch (Anspruch 3).
  • Anders ausgedrückt kann der Kühlkörper derart geometrisch ausgebildet und dimensioniert sein, dass sein seitlicher Rand die Anschlussflächen an der Leiterplatte nicht überdeckt und diese somit freiliegen. Neben diesem Rand des Kühlkörpers können somit die Anschlusselemente während eines Fertigungsvorgangs problemlos von der dem Kühlkörper zugewandten Seite her mechanisch kontaktiert werden und beispielsweise gegen die Anschlussfläche an der Leiterplatte gedrückt werden, um sie mit dieser beispielsweise durch Anlöten oder Ansintern elektrisch zu verbinden. Ein elektrisches Anbinden der Anschlusselemente an die Anschlussflächen kann somit besonders einfach durchgeführt werden.
  • Alternativ kann gemäß einer Ausführungsform der Kühlkörper durchgehende Öffnungen aufweisen und die Anschlusselemente können die Anschlussflächen an der Leiterplatte in Bereichen in der orthogonalen Richtung angrenzend an die Öffnungen des Kühlkörpers elektrisch kontaktieren. (Anspruch 4)
  • Mit anderen Worten kann der Kühlkörper zwar derart geometrisch ausgebildet sein und dimensioniert sein, dass der Kühlkörper, wenn er durchgängig wäre, die Anschlussflächen an der Leiterplatte überdecken würde. Allerdings können in einer solchen Konfiguration Öffnungen in dem Kühlkörper vorgesehen sein, die sich an Positionen durch den Kühlkörper hindurch erstrecken, die in der orthogonalen Richtung an die Anschlussflächen an der Leiterplatte angrenzen. Somit können im Bereich dieser Öffnungen die Anschlussflächen an der Leiterplatte wiederum freiliegen und in diesen Bereichen können während der Fertigung des Leistungsmoduls die Anschlusselemente von der dem Kühlkörper zugewandten Seite her einfach zugänglich sein, um sie an die Anschlussflächen elektrisch anbinden zu können.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das Leistungsmodul ferner eine Dichtmasse aufweisen, welche sowohl die gehäusten Leistungshalbleiter als auch zumindest Teilbereiche der Leiterplatte gegen eine Umgebung hin abdeckt (Anspruch 5).
  • Je nach Einsatzbedingungen kann es notwendig sein, Komponenten des Leistungsmoduls gegen eine Umgebung hin zu verkapseln, um sie beispielsweise vor einem Kontakt mit umgebenden fluiden Medien oder Verschmutzungen wie z.B. Metallspäne zu schützen. Beispielsweise sollte vermieden werden, dass Flüssigkeiten wie zum Beispiel Wasser in Kontakt mit Komponenten des Leistungsmoduls gelangt, um beispielsweise elektrische Kurzschlüsse und/oder Korrosion zu vermeiden. Insbesondere bei Anwendungen, bei denen ein Leistungsmodul innerhalb von sehr aggressiven Medien wie beispielsweise im Innern eines mit aggressivem Öl gefluteten Getriebes eingesetzt werden sollen, sollten die Komponenten des Leistungsmoduls dicht eingepackt bzw. verkapselt sein.
  • Zu diesem Zweck kann das Leistungsmodul eine Dichtmasse aufweisen, welche sowohl die gehäusten Leistungshalbleiter als auch zumindest Teilbereiche der Leiterplatte gegen eine Umgebung hin abdeckt. Die Dichtmasse kann beispielsweise aus einem Material bestehen, welches sich flüssig oder viskos verarbeiten lässt und anschließend ausgehärtet werden kann. Beispielsweise kann die Dichtmasse mit einem Kunststoff, insbesondere einem duroplastischen Kunststoff, einem thermoplastischen Kunststoff, einem Polymer und/oder einem Elastomer ausgebildet sein. Die Dichtmasse kann beispielsweise durch Spritzen, Molden, Gießen oder andere Prozesse verarbeitet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Leiterplatte in der orthogonalen Richtung beabstandet zu den gehäusten Leistungshalbleitern angeordnet (Anspruch 7).
  • Mit anderen Worten kann zwischen einer der Leiterplatte zugewandten Oberfläche der gehäusten Leistungshalbleiter und einer den Leistungshalbleitern zugewandten Oberfläche der Leiterplatte ein Spalt sein, sodass die Leistungshalbleiter nicht direkt an der Leiterplatte anliegen. Der Spalt kann beispielsweise eine Dicke von zwischen 0,05 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 2 mm, aufweisen. Dadurch, dass die Leistungshalbleiter nicht direkt an der Leiterplatte anliegen, können insbesondere für den Fall, dass beide Komponenten gemeinsam in der Dichtmasse verkapselte sind, Risse oder Delaminationen in der Dichtmasse vermieden werden. Solche Risse oder Delaminationen können ansonsten insbesondere dadurch entstehen, dass der Kunststoff der Dichtmasse beispielsweise nach dem Umspritzen von Komponenten signifikant schrumpft und sich somit darin mechanische Spannungen aufbauen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Kühlkörper derart ausgestaltet und die Leiterplatte derart angeordnet, dass Teilbereiche des Kühlkörpers direkt an einer Oberfläche der Leiterplatte anliegen (Anspruch 8).
  • Anders ausgedrückt braucht der Kühlkörper an seiner zu der Leiterplatte gerichteten Oberfläche nicht notwendigerweise eben sein, sondern kann beispielsweise Vorsprünge aufweisen, mit denen er die Leiterplatte mechanisch kontaktieren kann. Dort wo der Kühlkörper direkt an der Oberfläche der Leiterplatte anliegt, kann ein guter wärmeleitfähiger Kontakt zwischen beiden Komponenten entstehen. Dementsprechend kann Wärme, die in der Leiterplatte beispielsweise aufgrund von durch diese durchgeleitete hohe elektrische Stromstärken und dabei auftretenden Verlusten generiert werden kann, effizient aus der Leiterplatte in den Kühlkörper abgeleitet werden.
  • Alternativ kann gemäß einer Ausführungsform das Leistungsmodul an einer Oberfläche der Leiterplatte ferner eine thermisch leitfähige Schicht aufweisen und der Kühlkörper kann derart ausgebildet sein und die Leiterplatte derart angeordnet sein, dass Teilbereiche des Kühlkörpers an einer der Leiterplatte entgegengesetzten Oberfläche der thermisch leitfähigen Schicht anliegen (Anspruch 9).
  • Mit anderen Worten kann der Kühlkörper ähnlich wie bei der vorherigen Ausführungsform an seiner zu der Leiterplatte gerichteten Oberfläche Vorsprünge aufweisen. Allerdings liegt der Kühlkörper in diesem Fall mit seinen Vorsprüngen nicht direkt an der Oberfläche der Leiterplatte an. Stattdessen befindet sich an der Oberfläche der Leiterplatte, das heißt zwischen der Leiterplatte und den Vorsprüngen des Kühlkörpers, eine thermisch leitfähige Schicht. Diese thermisch leitfähige Schicht kann eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als die Dichtmasse. Die thermisch leitfähige Schicht kann somit für einen effizienten Wärmeübergang zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper sorgen. Die thermisch leitfähige Schicht kann beispielsweise während eines Kunststoffschrumpfprozesses, bei dem die Dichtmasse nach deren Verarbeitung an Volumen verliert, für einen gewissen mechanischen Ausgleich sorgen und dadurch gegebenenfalls einer Rissbildung oder Delaminationen vorbeugen.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die gehäusten Leistungshalbleiter derart ausgebildet, dass eine elektrische Leistungsversorgung für jeden der Leistungshalbleiter ausschließlich über die Anschlusselemente erfolgt (Anspruch 10).
  • Anders ausgedrückt soll ein Durchleiten der von dem gehäusten Leistungshalbleiter zu steuernden elektrischen Leistung vorzugsweise ausschließlich durch die Anschlusselemente des gehäusten Leistungshalbleiters erfolgen. Da die Anschlusselemente an den von dem Kühlkörper nicht überdeckten Bereichen der Leiterplatte verlaufen und somit von außen einfach zugänglich sind, können diese Anschlusselemente bei der Fertigung des Leistungsmoduls in einfacher Weise mit Anschlussflächen der Leiterplatte verbunden werden.
  • Im Gegensatz hierzu gibt es gehäuste Leistungshalbleiter, bei denen eine mit Metall ausgebildete Wärmeabführfläche gleichzeitig als elektrischer Anschluss dient. Der metallische Kühlkörper, an dem die Wärmeabführfläche anliegt, kann dann auch als elektrischer Anschluss dienen. Die Wärmeabführfläche ist in diesem Fall jedoch in der Regel nicht einfach von außen zugänglich, sodass ein elektrisches Verbinden mit dem Kühlkörper aufwendig sein kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die gehäusten Leistungshalbleiter und/oder die Anbindung der gehäusten Leistungshalbleiter an den Kühlkörper derart ausgestaltet sein, dass elektrisch leitfähige leistungssteuernde Strukturen innerhalb der gehäusten Leistungshalbleiter von dem Kühlkörper elektrisch isoliert sind. (Anspruch 11)
  • Mit anderen Worten kann beispielsweise der leistungssteuernde IGBT, SiC oder Power-MOSFET in einem gehäusten Leistungshalbleiter einschließlich aller seiner Anschlüsse von der Wärmeabführfläche des gehäusten Leistungshalbleiters elektrisch isoliert sein, sodass selbst für den Fall, dass die Wärmeabführfläche elektrisch leitfähig an dem Kühlkörper anliegt, keine elektrische Verbindung zwischen diesen leistungssteuernden Strukturen und dem Kühlkörper besteht. Alternativ oder ergänzend kann zwischen der Wärmeabführfläche des gehäusten Leistungshalbleiters und der Kühloberfläche des Kühlkörpers eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen sein.
  • Der Kühlkörper kann in diesem Fall einfach ausgebildet sein, beispielsweise als durchgehende metallische Struktur, insbesondere als Metallplatte. Hierbei kann der Kühlkörper als Wärmesenke für mehrere gehäuste Leistungshalbleiter dienen und mit diesen Leistungshalbleitern zwar in thermischem, nicht aber notwendigerweise in elektrischem Kontakt stehen. Eine strukturelle Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann somit verhältnismäßig einfach sein, da der Kühlkörper nicht als komplexes Bauelement zum elektrisch separierten Kontaktieren verschiedener Leistungshalbleiter ausgestattet sein braucht.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann das Leistungsmodul ferner einen Zwischenkreiskondensator aufweisen. (Anspruch 12)
  • Anders ausgedrückt kann ein Zwischenkreiskondensator, der für eine energetische Verkopplung mehrerer elektrischer Netze miteinander auf einer gemeinsamen Gleichspannungsebene sorgen kann, in das Leistungsmodul integriert sein. Hierdurch kann eine Funktionalität des Leistungsmoduls verbessert und/oder ein Aufbau des gesamten Leistungsmoduls vereinfacht werden. Der Zwischenkreiskondensator kann als Folienkondensator mit einem oder mehreren Wickeln ausgestaltet sein.
  • Insbesondere kann der Zwischenkreiskondensator benachbart zu einer dem Kühlkörper abgewandten Seite der Leiterplatte angeordnet sein. (Anspruch 13)
  • Mit anderen Worten kann der Zwischenkreiskondensator oberhalb der über dem Kühlkörper befindlichen Leiterplatte angeordnet sein und sich somit in der unmittelbaren Nähe zu den gehäusten Leistungshalbleitern befinden. Hierdurch kann ein sehr niederinduktiver Aufbau realisiert werden. Dies wiederum kann ein sehr schnelles Schalten der Leistungshalbleiter ermöglichen.
  • Ferner kann der Zwischenkreiskondensator an die Leiterplatte elektrisch angebunden sein. (Anspruch 14)
  • Anders ausgedrückt kann der Zwischenkreiskondensator in einfach realisierbarer Weise beispielsweise an elektrische Anschlüsse der Leiterplatte angeschlossen sein, zum Beispiel durch Löten, Schweißen, Kleben oder ähnliche Techniken.
  • Ergänzend kann der Zwischenkreiskondensator zumindest teilweise in die Dichtmasse, die auch die Leistungshalbleiter und Teilbereiche der Leiterplatte abdeckt, eingebettet sein. (Anspruch 15)
  • Insbesondere kann es vorteilhaft sein, die Dichtmasse derart auszugestalten bzw. während der Fertigung des Leistungsmoduls aufzubringen, dass sie den gesamten Zwischenkreiskondensator sowie die gehäusten Leistungshalbleiter und zumindest einen Teil der Leiterplatte überdeckt und somit gegen Verschmutzungen und/oder mediendicht verkapselt. Hierbei kann es bei der Fertigung des Leistungsmoduls genügen, eine zuvor ausgebildete Einheit aus Kühlkörper, Leiterplatte und Leistungshalbleitern zusammen mit dem Zwischenkreiskondensator einem gemeinsamen Mold-Prozess zu unterziehen, bei dem alle genannten Bauteile mit der Dichtmasse umspritzt werden.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.
    • 1 und 3 zeigen jeweils eine Draufsicht von unten auf je ein Leistungsmodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 und 4 bis 8 zeigen Schnittansichten durch Leistungsmodule gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in zusammenfassender Form in der Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
  • 1 und 3 zeigen jeweils eine Draufsicht auf ein Leistungsmodul 1 zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers (nicht dargestellt) wie beispielsweise eines Elektromotors in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug. 2 zeigt eine Schnittansicht durch das Leistungsmodul 1 aus 1. 4 zeigt eine Schnittansicht durch das Leistungsmodul 1 aus 3. 5 zeigt eine leicht modifizierte Variante des Leistungsmoduls 1 aus 4.
  • Das Leistungsmodul 1 umfasst mehrere gehäuste Leistungshalbleiter 3, eine Leiterplatte 5, einen Kühlkörper 7 sowie eine Dichtmasse 9. Der Kühlkörper 7 kann als Kühlplatte aus einem Metall wie beispielsweise Kupfer ausgebildet sein und gegebenenfalls über Kühlstrukturen 21 verfügen. An der Leiterplatte 5 sind elektrische und/oder elektronische Bauelemente 11 vorgesehen, welche einen Ansteuerschaltkreis 13 zum Ansteuern der Leistungshalbleiter 3 bilden. Elektrische Leistung kann beispielsweise von einer Batterie über Außenanschlüsse 49 eingespeist werden und über andere Außenanschlüsse 49 dann gesteuert von dem Leistungsmodul 1 beispielsweise an Motorphasen eines Elektromotors geliefert werden.
  • Jeder der Leistungshalbleiter 3 weist an seiner hin zu dem Kühlkörper 7 gerichteten Außenseite eine Wärmeabführfläche 15 auf. An dieser Wärmeabführfläche 15 ist an dem gehäusten Leistungshalbleiter 3 eine metallische Fläche oder Platte vorgesehen, über die Wärme, die im Innern des gehäusten Leistungshalbleiters 3 beispielsweise von einem dort befindlichen, leistungssteuernden Halbleiterbauelement wie einem IGBT, einem SiC oder einem Power-MOSFET erzeugt wird, abgeleitet werden kann.
  • Die gehäusten Leistungshalbleiter 3 verfügen dabei jeweils über elektrisch leitfähige Anschlusselemente 23. Im dargestellten Beispiel sind jeweils drei Anschlusselemente 23 an jedem Leistungshalbleiter 3 vorgesehen, es können jedoch auch mehr als drei Anschlusselemente 23 existieren. Die Anschlusselemente 23 dienen dazu, leistungssteuernde Strukturen beispielsweise in Form von Halbleiterbauelementen im Innern der gehäusten Leistungshalbleiter 3 elektrisch anzubinden, um diese mit Steuersignalen und/oder der zu steuernden elektrischen Leistung zu versorgen.
  • Jeder der gehäusten Leistungshalbleiter 3 ist an einer Kühloberfläche 17 des Kühlkörpers 3 angeordnet. Die Wärmeabführfläche 15 des gehäusten Leistungshalbleiters 3 ist dabei wärmeleitfähig an die Kühloberfläche 17 des Kühlkörpers 7 angebunden.
  • Die Leiterplatte 5 ist an einer Seite der Leistungshalbleiter 3 angeordnet, die in orthogonaler Richtung der Seite, an der der Kühlkörper 7 angeordnet ist, entgegengesetzt ist. Anders ausgedrückt befinden sich die Leistungshalbleiter 3 zwischen dem Kühlkörper 7 und der Leiterplatte 5.
  • Dabei ist der Kühlkörper 7 derart ausgestaltet und die Anschlusselemente 23 der Leistungshalbleiter 3 derart angeordnet, dass die Anschlusselemente 23 Anschlussflächen 25 an der Leiterplatte 5 in Bereichen elektrisch kontaktieren, in denen eine Projektion des Kühlkörpers 7 in der orthogonalen Richtung auf die Leiterplatte 5 die Anschlusselemente 23 nicht überdeckt.
  • Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sind hierzu die länglichen Anschlusselemente 23 seitlich neben einem Rand 18 des Kühlkörpers 7 angeordnet und kontaktieren dort die Anschlussflächen 25.
  • Bei der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform sind in dem Kühlkörper 7 durchgehende Öffnungen 19 vorgesehen. Die Öffnungen 19 befinden sich neben einem Rand des Kühlkörpers 7. Die Anschlusselemente 23 kontaktieren in diesem Fall die Anschlussflächen 25 an der Leiterplatte 5 in Bereichen, die in der orthogonalen Richtung an die Öffnungen 19 des Kühlkörpers 7 angrenzen, d.h., dort, wo der Kühlkörper 7 aufgrund der darin vorgesehenen Öffnungen 19 die Leiterplatte 5 nicht überdeckt.
  • Bei der in 5 dargestellten Ausführungsform ist statt der zwei länglichen Öffnungen 19, die bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform nahe dem Rand des Kühlkörpers 7 vorgesehen sind, eine zentrale längliche Öffnung 19 vorgesehen.
  • In den genannten Ausführungsformen der 1 bis 5 überdeckt der Kühlkörper 7 lokal angrenzend an die Anschlussflächen 25 nicht die als Beinchen ausgeführten Anschlusselemente 23 der Leistungshalbleiter 3 und ermöglicht so, dass die Anschlusselemente 23 frei zugänglich sind und beispielsweise durch Spaltkopflöten an die Anschlussflächen 25 angelötet werden können.
  • Bei den beschriebenen Ausführungsformen können die Leistungshalbleiter 3 mit ihrer zu der Leiterplatte 5 gerichteten Seite die Leiterplatte 5 direkt kontaktieren oder alternativ von dieser über einen Spalt beabstandet sein.
  • Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist der Kühlkörper 7 derart ausgestaltet und die Leiterplatte 5 derart angeordnet, dass vorspringende Teilbereiche 26 des Kühlkörpers 7 direkt an einer Oberfläche der Leiterplatte 5 anliegen. Die Leiterplatte 5 kann auf diese Weise effizient Wärme an den Kühlkörper 7 ableiten.
  • Die Dichtmasse 9 überdeckt sowohl die gehäusten Leistungshalbleiter 3 als auch einen Teilbereich der Leiterplatte 5. Dabei kapselt die beispielsweise durch ein Duroplast gebildete, gemoldete Dichtmasse 9 die genannten Komponenten vorzugsweise fluiddicht ein.
  • Zum Fertigen des Leistungsmoduls 1 kann zum Beispiel die Leiterplatte 5 mit den Bauelementen 11 bestückt werden, sodass diese mittels SMD-Löten elektrisch zu dem Ansteuerschaltkreis verschaltet werden. Auf diese Weise kann eine erste Baugruppe gebildet werden. Separat hierzu kann eine zweite Baugruppe gebildet werden, indem die Leistungshalbleiter 3 auf den Kühlkörper 7 beispielsweise gelötet, gesintert oder geklebt werden. Anschließend können beide Baugruppen miteinander verbunden werden, indem die Anschlusselemente 23 der Leistungshalbleiter 3 beispielsweise durch Spaltkopflöten an die Anschlussflächen 25 an der Leiterplatte 5 gelötet werden. Abschließend kann die gesamte derart gebildete Baugruppe mit der Dichtmasse 9 ummoldet oder umgossen werden.
  • Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform ist an einer zu dem Kühlkörper 7 gerichteten Oberfläche der Leiterplatte 5 eine thermisch leitfähige Schicht 37 vorgesehen. Der Kühlkörper 7 ist dabei derart ausgestaltet, dass er in einem vorspringenden Teilbereich 26 an dieser thermisch leitfähigen Schicht 37 anliegt. Dementsprechend kann Wärme effizient von der Leiterplatte 5 an den Kühlkörper 7 abgeleitet werden. Die thermisch leitfähige Schicht 37 kann dabei als Ausgleichselement dienen, um während eines Schrumpfprozesses der Dichtmasse 9 ein Bilden von Rissen oder Delaminationen zu verhindern. Die thermisch leitfähige Schicht 37 kann sich dabei auch zwischen den Leistungshalbleitern 3 und der Leiterplatte 5 erstrecken, wobei dieser Bereich alternativ auch durch die Dichtmasse 9 gefühlt sein könnte.
  • In 7 ist eine Ausführungsform des Leistungsmoduls 1 dargestellt, welche zusätzlich über einen Zwischenkreiskondensator 33 verfügt. Der Zwischenkreiskondensator 33 kann einen oder mehrere Wickel 35 aufweisen. Dabei ist der Zwischenkreiskondensator 33 benachbart zu einer dem Kühlkörper 7 abgewandten Seite der Leiterplatte 5 angeordnet und mit der Leiterplatte 5 über Kondensatoranschlüsse 45 elektrisch verbunden. Um den Zwischenkreiskondensator 33 zu schützen, ist dieser dabei teilweise oder vollständig in die Dichtmasse 9, welche auch die Leistungshalbleiter 3 und Teilbereiche der Leiterplatte 5 abdeckt, eingebettet.
  • 8 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform des Leistungsmoduls 1. Hierbei ist der Kühlkörper 7 zweiteilig aufgebaut und verfügt über eine obere Kühlplatte 27, die durch eine zwischengelagerte elektrisch isolierende Schicht 29 von einer unteren Kühlstruktur 31 separiert ist. Die elektrisch isolierende Schicht 29 kann eine thermisch leitfähige Folie sein.
  • Bei einer solchen Ausgestaltung kann der Kühlkörper 7 und insbesondere dessen obere Kühlplatte 27 als Stromschiene benutzt werden. Über eine solche Stromschiene können die Leistungshalbleiter 3 mit elektrischer Leistung versorgt werden. In einer solchen Ausgestaltung steht die mit dem Kühlkörper 7 verbundene Wärmeabführfläche 15 vorzugsweise in elektrischer Verbindung mit Anschlüssen der leistungssteuernden Strukturen im Innern der Leistungshalbleiter 3. D.h. zum Beispiel ein elektrischer Anschluss eines IGBT's oder eines SiC's kann mit der metallischen Wärmeabführfläche 15 elektrisch verbunden sein.
  • Abschließend werden mögliche Ausgestaltungen und Details von Ausführungsformen des hierin vorgestellten Leistungsmoduls zusammenfassend und mit geringfügig anderer Wortwahl erläutert:
    • Es wird ein Aufbau eines Powermodules vorgestellt mit gehäusten Leistungshalbleitern (beispielsweise IGBTs, SiC, Power-MOSFETs, etc), die direkt mit Ihrem Exposed Pad auf einen Kühlkörper, vorzugsweise eine Kupferplatte mit integrierter Kühlstruktur (kann aber auch nur eine Metallplatte sein) aufgesintert, aufgelötet oder aufgeklebt werden. Das Exposed Pad des gehäusten Bauteils ist hierfür vorzugsweise elektrisch isoliert (im Bauteil), allerdings wäre es auch denkbar die Metallplatte zu isolieren.
  • Eine Besonderheit liegt im Gesamtaufbaukonzept des Modules unter Verwendung von diskreten Komponenten:
    • Auf die Kühlplatte, vorzugsweise Kupfer, mit aufgelöteten, aufgesinterten oder aufgeklebten diskreten Leistungshalbleitern wird eine Leiterplatte (Vorzugsweise FR4) gelegt, geschraubt oder anderweitig befestigt, welche eventuell zuvor mit der an Steuerelektronik für die Leistungshalbleiter bzw. anderweitiger Elektronik bestückt wurde. Die Anschlüsse der Leistungshalbleiter liegen bei dieser Anordnung parallel zur Leiterplatte. Die Anbindung an die Leiterplatte erfolgt nicht durch Through-hole-Technik, sondern vorzugsweise durch Spaltkopflöten oder einem anderen geeigneten Lot- oder Schweißverfahren, durch Andrücken der Anschlüsse an die Leiterplatte (dient als Toleranzausgleich). Dabei ist der Kühlkörper so designed, dass er einen freien Zugang für das Spaltkopflöten der Anschlusspins an die Leiterplatte ermöglicht. Ein möglicher weiterer Ansatz sind Fensterausschnitte im Kühlkörper, oberhalb der Anschlusselemente. Die Stromführung erfolgt hier vorzugsweise über die integrierte Leiterplatte.
    • Um diesen Gesamtaufbau vor einer rauen Umgebung (Vibration, Medienbeständigkeit, etc.) zu schützen, ist es denkbar, diesen mit Kunststoff zu Ummolden bzw. mit einem geeigneten Material zu umgießen. Allerdings ist auch ein Standardgehäuse als Lösung denkbar.
  • Als weitere Ausführungsformen sind denkbar:
    • - mit Fensterausschnitt im Kühlkörper bezüglich Spaltkopflöten;
    • - mit thermischer Anbindung der Leiterplatte (Leiterplatte liegt direkt auf, um bestückte Bauteile bzw. die hochstromführenden Leiterbahnen der Leiterplatte zu kühlen);
    • - Anbindung der Leiterplatte über thermisch leitfähiges Material, dient zusätzlich als Ausgleich hinsichtlich Kunststoffschrumpfprozess;
    • - zusätzlich ist es auch möglich, Anteile oder den gesamten Zwischenkreiskondensator in das Leistungsmodul zu integrieren. Dabei werden vorzugsweise die einzelnen Wickel des Folienkondensators direkt über die Leistungshalbleiter angeordnet (sehr niedrig- induktiver Aufbau, welcher sehr schnelles Schalten ermöglicht) und an die Leiterplatte angebunden (hier sind Verfahren wie Löten, Schweißen, Kleben denkbar) und zusammen mit dem Gesamtmodul durch Ummolden vor der Umgebung und gegen Vibration geschützt.
    • - Kühlplatte wird zusätzlich als Stromschiene benutzt. Die Leistungshalbleiter sind hinsichtlich des exposed pad nicht isoliert bzw. nur bestimmte Schalter.
  • Mit Ausführungsform des vorgestellten Leistungsmoduls lassen sich unter anderem folgende Vorteile erreichen:
    • - Einfaches und robustes Aufbau und Verbindungskonzept, welches sich für die von ZF entwickelte Umspritztechnik (im Getriebebereich) von gehäusten Bauelementen gut eignet;
    • - Standardkomponenten können ohne Through-Hole /Durchstecken angebunden werden;
    • - Ansteuerschaltkreise der Leistungshalbleiter können direkt auf der Leiterplatte platziert werden und sitzen sehr nahe bei den Leistungsschaltern, was ein schnelles Schalten unterstützt;
    • - Beide Baugruppen (bestückte Leiterplatte, Kühlplatte mit Leistungsschalter) können unabhängig voneinander gefertigt werden und erst später über Spaltkopflöten verbunden werden;
    • - Mit einem Umspritzprozess kann ein komplettes Powermodul, gegebenenfalls inklusive Ansteuerung und Zwischenkreis, mediendicht geschützt werden;
    • - Einfache Verarbeitbarkeit der gehäusten Leistungsschalter, verglichen mit Bare-Die-Lösungen;
    • - Durch die Umspritztechnik sind kleinere Isolationsabstände hinsichtlich Hochvolt möglich;
    • - Hohes Kosteneinsparpotential durch Verwendung von Standard-Leistungsschaltern in Standardgehäusen (guter Wettbewerb);
    • - Gute Skalierbarkeit des Modules hinsichtlich Stromanforderung (durch Parallelschaltung der Leistungsschalter);
    • - Hohe Flexibilität bezüglich Bauraum;
    • - Hohe Wertschöpfung bei Inhouse-Fertigung;
    • - Durch die Stromführung in der Leiterplatte ist ein sehr niederinduktiver Aufbau möglich, da die Stromführung der Hin- und Rückleitung nicht nebeneinander, sondern leicht übereinander in verschiedenen Layer der Leiterplatte erfolgen kann. Somit werden großen Stromschleifen vermieden;
    • - Zusätzlich kann durch die Integration des Zwischenkreiskondensators oder Teile davon der Aufbau weiter hinsichtlich Längsinduktivität optimiert werden, was ein schnelles Schalten weiter begünstigt.
  • Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leistungsmodul
    3
    Leistungshalbleiter
    5
    Leiterplatte
    7
    Kühlkörper
    9
    Dichtmasse
    11
    Bauelemente
    13
    Ansteuerschaltkreis
    15
    Wärmeabführfläche
    17
    Kühloberfläche
    18
    Rand des Kühlkörpers
    19
    Öffnungen
    21
    Kühlstrukturen
    23
    Anschlusselemente
    25
    Anschlussflächen
    26
    vorspringende Teilbereiche des Kühlkörpers
    27
    obere Kühlplatte
    29
    elektrisch isolierende Schicht
    31
    untere Kühlstruktur
    33
    Zwischenkreiskondensator
    35
    Wickel
    37
    thermisch leitfähige Schicht
    45
    Kondensatoranschlüsse
    49
    Außenanschlüsse

Claims (15)

  1. Leistungsmodul (1) zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers, wobei das Leistungsmodul (1) aufweist: eine Mehrzahl von gehäusten Leistungshalbleitern (3), welche elektrisch leitfähige Anschlusselemente (23) aufweisen und welche jeweils an einer Außenseite eine Wärmeabführfläche (15) aufweisen , eine Leiterplatte (5), und einen Kühlkörper (7), dadurch gekennzeichnet, dass jeder der gehäusten Leistungshalbleiter (3) an einer Kühloberfläche (17) des Kühlkörpers (7) angeordnet ist und mit seiner Wärmeabführfläche (15) wärmeleitfähig an der Kühloberfläche (17) des Kühlkörpers (7) angebunden ist, und die Leiterplatte (5) an einer dem Kühlkörper (7) in einer orthogonalen Richtung entgegengesetzten Seite der Leistungshalbleiter (3) angeordnet ist, wobei die Anschlusselemente (23) der Leistungshalbleiter (3) Anschlussflächen (25) an der Leiterplatte (5) in Bereichen elektrisch kontaktieren, in denen eine Projektion des Kühlkörpers (7) in der orthogonalen Richtung auf die Leiterplatte (5) die Anschlusselemente (23) nicht überdeckt.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (23) die Anschlussflächen (25) an der Leiterplatte (5) parallel zu den Anschlussflächen (25) verlaufend elektrisch kontaktieren.
  3. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (23) seitlich neben einem Rand (18) des Kühlkörpers (7) die Anschlussflächen (25) an der Leiterplatte (5) elektrisch kontaktieren.
  4. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (7) durchgehende Öffnungen (19) aufweist und die Anschlusselemente (23) die Anschlussflächen (25) an der Leiterplatte (5) in Bereichen in der orthogonalen Richtung angrenzend an die Öffnungen (19) des Kühlkörpers (7) elektrisch kontaktieren.
  5. Leistungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, das Leistungsmodul (1) ferner eine Dichtmasse (9) aufweist, welche sowohl die gehäusten Leistungshalbleiter (3) als auch zumindest Teilbereiche der Leiterplatte (5) gegen eine Umgebung hin abdeckt.
  6. Leistungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (5) mit Bauelementen (11) bestückt ist, welche einen Ansteuerschaltkreis (13) zum Ansteuern der Leistungshalbleiter (3) bilden.
  7. Leistungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (5) in der orthogonalen Richtung beabstandet zu den gehäusten Leistungshalbleitern (3) angeordnet ist.
  8. Leistungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (7) derart ausgestaltet ist und die Leiterplatte (5) derart angeordnet ist, dass Teilbereiche des Kühlkörpers (7) direkt an einer Oberfläche der Leiterplatte (5) anliegen.
  9. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul (1) an einer Oberfläche der Leiterplatte (5) ferner eine thermisch leitfähige Schicht (37) aufweist und der Kühlkörper (7) derart ausgestaltet ist und die Leiterplatte (5) derart angeordnet ist, dass Teilbereiche des Kühlkörpers (7) an einer der Leiterplatte (5) entgegengesetzten Oberfläche der thermisch leitfähigen Schicht (37) anliegen.
  10. Leistungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gehäusten Leistungshalbleiter (3) derart ausgebildet sind, dass eine elektrische Leistungsversorgung für jeden Leistungshalbleiter (3) ausschließlich über die Anschlusselemente (23) erfolgt.
  11. Leistungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gehäusten Leistungshalbleiter (3) und/oder die Anbindung der gehäusten Leistungshalbleiter (3) an den Kühlkörper (7) derart ausgestaltet sind, dass elektrisch leitfähige leistungssteuernde Strukturen innerhalb der gehäusten Leistungshalbleiter (3) von dem Kühlkörper (7) elektrisch isoliert sind.
  12. Leistungsmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul (1) ferner einen Zwischenkreiskondensator (33) aufweist.
  13. Leistungsmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator (33) benachbart zu einer dem Kühlkörper (7) abgewandten Seite der Leiterplatte (5) angeordnet ist.
  14. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator (33) an die Leiterplatte (5) elektrisch angebunden ist.
  15. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator (33) zumindest teilweise in Dichtmasse (9), welche auch die Leistungshalbleiter (3) und zumindest Teilbereiche der Leiterplatte (5) abdeckt, eingebettet ist.
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