DE102022131921B3 - Arrangement with a plurality of power semiconductor modules - Google Patents

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Abstract

Vorgestellt wird eine Anordnung mit einer Mehrzahl Leistungshalbleitermodulen, insbesondere von drei oder vier Leistungshalbleitermodulen, wobei jedes der Leistungshalbleitermodule ein Gehäuse, ein Substrat und maximal drei Lastanschlusselemente aufweist, wobei jedes der Lastanschlusselemente einen Substratanschlussabschnitt, einen Außenanschlussabschnitt und einen dazwischen angeordnet Verbindungsabschnitt aufweist, wobei die Verbindungsabschnitte eines ersten Lastanschlusselements und eines zweiten Lastanschlusselements eng benachbart und elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind und wobei in einem ersten und einem zweiten Leistungshalbleitermodul zwischen die ersten und zweiten Lastanschlusselemente ein erster Leistungsschalter geschaltet ist, in einem dritten und vierten Leistungshalbleitermodul zwischen die ersten und zweiten Lastanschlusselement ein zweiter Leistungsschalter und seriell dazu eine Leistungsdiode geschaltet ist, wobei das zweite Lastanschlusselement des ersten Leistungshalbleitermoduls mit dem ersten Lastanschlusselement des zweiten Leistungshalbleitermoduls und mit dem ersten Lastanschlusselement des dritten Leistungshalbleitermoduls und mit dem zweiten Lastanschlusselement des vierten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist.What is presented is an arrangement with a plurality of power semiconductor modules, in particular three or four power semiconductor modules, each of the power semiconductor modules having a housing, a substrate and a maximum of three load connection elements, each of the load connection elements having a substrate connection section, an external connection section and a connection section arranged between them, the connection sections a first load connection element and a second load connection element are arranged closely adjacent and electrically insulated from one another and wherein a first power switch is connected between the first and second load connection elements in a first and a second power semiconductor module, and a second power switch is connected between the first and second load connection elements in a third and fourth power semiconductor module Power switch and a power diode are connected in series, wherein the second load connection element of the first power semiconductor module is connected to the first load connection element of the second power semiconductor module and to the first load connection element of the third power semiconductor module and to the second load connection element of the fourth power semiconductor module.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Anordnung mit einer Mehrzahl Leistungshalbleitermodulen, wobei jedes der Leistungshalbleitermodule ein Gehäuse, ein Substrat und maximal drei Lastanschlusselemente aufweist, wobei jedes der Lastanschlusselemente einen Substratanschlussabschnitt, einen Außenanschlussabschnitt und einen dazwischen angeordnet Verbindungsabschnitt aufweist, wobei die Verbindungsabschnitte eines ersten Lastanschlusselements und eines zweiten Lastanschlusselements eng benachbart und elektrische voneinander isoliert angeordnet sind.The invention describes an arrangement with a plurality of power semiconductor modules, each of the power semiconductor modules having a housing, a substrate and a maximum of three load connection elements, each of the load connection elements having a substrate connection section, an external connection section and a connection section arranged therebetween, the connection sections of a first load connection element and a second Load connection element are arranged closely adjacent and electrically insulated from each other.

Die DE 10 2009 037 257 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Hierzu ist es notwendig einen Schaltungsträger mit einer hierauf ausgebildeten leistungselektronischen Schaltungsanordnung bereitzustellen, der in einer zugeordneten Ausnehmung eines Kunststoffformteils angeordnet wird. Mindestens eine Verbindungseinrichtung zur externen elektrischen Verbindung wird in einer zweiten Ausnehmung des Kunststoffformkörpers angeordnet. Anschließend werden Lastanschlusselemente zu dem Kunststoffformkörper derart angeordnet, dass hierbei die erste Kontakteinrichtung der Lastanschlusselemente auf einem ersten Widerlager des Kunststoffformkörpers zu liegen kommt und die zweiten Kontakteinrichtungen auf ihren Kontaktpartnern der leistungselektronischen Schaltungsanordnung zu liegen kommen. Anschließend werden schaltungsgerechte stoffschlüssige Verbindungen der zweiten Kontakteinrichtungen mit den Kontaktpartnern der leistungselektronischen Schaltungsanordnung sowie ein Gehäuse angeordnet.The DE 10 2009 037 257 A1 discloses a power semiconductor module and a method for producing it. For this purpose, it is necessary to provide a circuit carrier with a power electronic circuit arrangement formed thereon, which is arranged in an assigned recess of a plastic molding. At least one connection device for external electrical connection is arranged in a second recess of the plastic molding. Load connection elements are then arranged to the plastic molded body in such a way that the first contact device of the load connection elements comes to rest on a first abutment of the plastic molded body and the second contact devices come to rest on their contact partners of the power electronic circuit arrangement. Subsequently, circuit-appropriate cohesive connections of the second contact devices with the contact partners of the power electronic circuit arrangement and a housing are arranged.

Die US 2012 / 0 119 265 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul in der U-Anschluss und der M-Anschluss einander im Gehäuse zur Verringerung der Induktivität im Gehäuse überlappen, um weiterhin die Größe des Dämpfungskondensators zu verringern; der P-Anschluss, der M-Anschluss, der N-Anschluss und der U-Anschluss sind außerhalb des Gehäuses in der Reihenfolge der obigen Beschreibung so angeordnet, dass der U-Anschluss, durch den Ströme kräftig ein- und ausfließen, von den Steuerelektroden am weitesten entfernt angeordnet ist, um die Störgeräusche zu verringern, die den Steuerelektroden überlagert sind; und der P-Anschluss, der M-Anschluss, der N-Anschluss und der U-Anschluss sind in der Reihenfolge der obigen Beschreibung ausgerichtet, um das Anbringen der externen Verbindungsschienen an ihnen zu erleichtern.The US 2012 / 0 119 265 A1 discloses a power semiconductor module in which the U-terminal and the M-terminal overlap each other in the package to reduce inductance in the package to further reduce the size of the snubber capacitor; the P terminal, the M terminal, the N terminal and the U terminal are arranged outside the housing in the order of the above description so that the U terminal, through which currents flow in and out vigorously, from the control electrodes located furthest away to reduce noise superimposed on the control electrodes; and the P terminal, the M terminal, the N terminal and the U terminal are aligned in the order as described above to facilitate attaching the external connection rails to them.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Mehrzahl von Leistungshalbleitermodul mit maximal drei Lastanschlusselementen und unterschiedlicher interner Ausgestaltung zu einer im Betrieb, insbesondere während Schaltvorgängen, insgesamt sehr niederinduktiven Anordnung zu kombinieren.The invention is based on the object of combining a plurality of power semiconductor modules with a maximum of three load connection elements and different internal configurations into an overall very low-inductance arrangement during operation, in particular during switching processes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung mit einer Mehrzahl Leistungshalbleitermodulen, insbesondere von drei oder vier Leistungshalbleitermodulen, wobei jedes der Leistungshalbleitermodule ein Gehäuse, ein Substrat und maximal drei Lastanschlusselemente aufweist, wobei jedes der Lastanschlusselemente einen Substratanschlussabschnitt, einen Außenanschlussabschnitt und einen dazwischen angeordnet Verbindungsabschnitt aufweist, wobei die Verbindungsabschnitte eines ersten Lastanschlusselements und eines zweiten Lastanschlusselements eng benachbart und elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind und wobei in einem ersten und einem zweiten Leistungshalbleitermodul zwischen die ersten und zweiten Lastanschlusselemente ein erster Leistungsschalter geschaltet ist, in einem dritten und vierten Leistungshalbleitermodul zwischen die ersten und zweiten Lastanschlusselement ein zweiter Leistungsschalter und seriell dazu eine Leistungsdiode geschaltet ist, wobei das zweite Lastanschlusselement des ersten Leistungshalbleitermoduls mit dem ersten Lastanschlusselement des zweiten Leistungshalbleitermoduls und mit dem ersten Lastanschlusselement des dritten Leistungshalbleitermoduls und mit dem zweiten Lastanschlusselement des vierten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist.This object is achieved according to the invention by an arrangement with a plurality of power semiconductor modules, in particular three or four power semiconductor modules, each of the power semiconductor modules having a housing, a substrate and a maximum of three load connection elements, each of the load connection elements having a substrate connection section, an external connection section and a connection section arranged between them , wherein the connecting sections of a first load connection element and a second load connection element are arranged closely adjacent and electrically insulated from one another and wherein a first power switch is connected in a first and a second power semiconductor module between the first and second load connection elements, in a third and fourth power semiconductor module between the first and second load connection element, a second power switch and a power diode connected in series thereto, wherein the second load connection element of the first power semiconductor module is connected to the first load connection element of the second power semiconductor module and to the first load connection element of the third power semiconductor module and to the second load connection element of the fourth power semiconductor module.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das dritte und vierte Leistungshalbleitermodul je ein drittes Lastanschlusselement auf, das mit dem Mittenabgriff zwischen dem jeweiligen zweiten Leistungsschalter und der jeweiligen Leistungsdiode verbunden ist. Dabei ist es natürlich vorteilhaft, wenn die beiden dritten Lastanschlusselemente miteinander verbunden sind.In a preferred embodiment, the third and fourth power semiconductor modules each have a third load connection element which is connected to the center tap between the respective second power switch and the respective power diode. It is of course advantageous if the two third load connection elements are connected to one another.

Es kann vorteilhaft sein, wenn im dritten und vierten Leistungshalbleitermodul jeweils die Anode der Leistungsdiode mit dem zweiten Leistungsschalter verbunden ist.It can be advantageous if the anode of the power diode is connected to the second power switch in the third and fourth power semiconductor modules.

Es kann auch bevorzugt sein, wenn das zweite Lastanschlusselement des dritten Leistungshalbleitermoduls mit dem ersten Lastanschlusselement des vierten Leistungshalbleitermoduls verbunden ist.It may also be preferred if the second load connection element of the third power semiconductor module is connected to the first load connection element of the fourth power semiconductor module.

Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn sämtliche Verbindungen zwischen Lastanschlusselementen als Verbindungen der Außenanschlussabschnitte ausgebildet sind. Hier ist es weiterhin vorteilhaft, wenn sämtliche Verbindungen mittels Verbindungselementen ausgebildet sind, die außerhalb der Gehäuse der Leistungshalbleitermodule angeordnet sind.It is particularly advantageous if all connections between load connection elements are designed as connections of the external connection sections. Here it is also advantageous if all connections are formed using connecting elements that are outside the Housing of the power semiconductor modules are arranged.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der erste Leistungsschalter als Leistungshalbleiterbauelement oder als Gruppe parallel geschalteter Leistungshalbleiterbauelemente ausgebildet ist, wobei das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement als ein IGBT mit antiparallel geschalteter Freilaufdiode oder ein MOS-FET, insbesondere als ein SiC-MOS-FET, ausgebildet ist. Selbstverständlich kann auch die Leistungsdiode als eine Gruppe parallel geschalteter Leistungsdioden ausgebildet sein.It can be advantageous if the first power switch is designed as a power semiconductor component or as a group of power semiconductor components connected in parallel, the respective power semiconductor component being designed as an IGBT with a freewheeling diode connected in anti-parallel or a MOS-FET, in particular as a SiC-MOS-FET. Of course, the power diode can also be designed as a group of power diodes connected in parallel.

Auch kann es vorteilhaft sein, wenn der zweite Leistungsschalter als Leistungshalbleiterbauelement oder als Gruppe parallel geschalteter Leistungshalbleiterbauelemente ausgebildet ist, wobei das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement als ein IGBT oder ein MOS-FET, insbesondere als ein SiC-MOS-FET, ausgebildet ist.It can also be advantageous if the second power switch is designed as a power semiconductor component or as a group of power semiconductor components connected in parallel, the respective power semiconductor component being designed as an IGBT or a MOS-FET, in particular as a SiC-MOS-FET.

Insbesondere kann es bevorzugt sein, wenn das dritte und vierte Leistungshalbleitermodul als ein fünftes Leistungshalbleitermodul mit nur einem Gehäuse ausgebildet sind.In particular, it may be preferred if the third and fourth power semiconductor modules are designed as a fifth power semiconductor module with only one housing.

Selbstverständlich können, sofern dies nicht explizit oder per se ausgeschlossen ist oder dem Gedanken der Erfindung widerspricht, die jeweils im Singular genannten Merkmale, insbesondere das jeweilige Leistungshalbleitermodul, bevorzugt alle Leistungshalbleitermodule, mehrfach, bevorzugt in gleiche Anzahl in der erfindungsgemäßen Anordnung vorhanden sein.Of course, unless this is explicitly or per se excluded or contradicts the idea of the invention, the features mentioned in the singular, in particular the respective power semiconductor module, preferably all power semiconductor modules, can be present multiple times, preferably in the same number, in the arrangement according to the invention.

Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung 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.It is understood that the various embodiments of the invention can be implemented individually or in any combinations in order to achieve improvements. In particular, the features mentioned and explained above and below can be used not only in the specified combinations, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 6 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.

  • 1 zeigt eine Ausgestaltung eines Leistungshalbleitermoduls einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 2 zeigt schematisch Elemente der Leistungshalbleitermodule einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 3 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 4 zeigt eine Ausgestaltung von Verbindungen der Leistungshalbleitermodule einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 5 zeigt verschiedene Ausgestaltungen der Leistungsschalter einer erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 6 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Further explanations of the invention, advantageous details and features can be found in the following description in the 1 until 6 schematically illustrated exemplary embodiments of the invention, or respective parts thereof.
  • 1 shows an embodiment of a power semiconductor module of an arrangement according to the invention.
  • 2 shows schematically elements of the power semiconductor modules of an embodiment of the arrangement according to the invention.
  • 3 shows a first embodiment of an arrangement according to the invention.
  • 4 shows an embodiment of connections of the power semiconductor modules of an arrangement according to the invention.
  • 5 shows various configurations of the circuit breakers of an arrangement according to the invention.
  • 6 shows a second embodiment of an arrangement according to the invention.

1 zeigt eine Ausgestaltung eines Leistungshalbleitermoduls, hier eines dritten Leistungshalbleitermoduls 3, einer erfindungsgemäßen Anordnung. Dieses dritte Leistungshalbleitermodul 3 weist ein, hier mehrteilig ausgebildetes, Substrat 36 auf, wobei die Teilsubstrate auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordnet sind. Auf diesem Substrat 36 sind, nicht dargestellte Leistungshalbleiterbauelemente, die zumindest einen Leistungsschalter ausbilden, in fachüblicher Art und Weise angeordnet. Das Substrat 36 wird von einem ersten Teil des hier zweiteilig ausgebildeten Gehäuses 34 umrahmt. 1 shows an embodiment of a power semiconductor module, here a third power semiconductor module 3, of an arrangement according to the invention. This third power semiconductor module 3 has a substrate 36, here formed in several parts, the partial substrates being arranged on a common base plate. Power semiconductor components, not shown, which form at least one power switch, are arranged on this substrate 36 in a manner customary in the art. The substrate 36 is framed by a first part of the housing 34, which is designed here in two parts.

In dem Gehäuse 34 sind weiterhin drei Lastanschlusselemente 31,32,33 angeordnet, wobei jedes Lastanschlusselement 31,32,33 einen Substratanschlussabschnitt 321 zur stoffschlüssigen elektrisch leitenden Verbindung mit einer Leiterbahn des Substrats 36 aufweist. Jedes Lastanschlusselement 31,32,33 weist weiterhin einen Außenanschlussabschnitt 312,322,332 auf, der hier jeweils eine Ausnehmung aufweist, unter der eine Schraubenmutter angeordnet ist. Mittels dieses Außenanschlussabschnitts wird das Leistungshalbleitermodul 3 mit weiteren Komponenten, insbesondere auch weiteren Leistungshalbleitermodulen elektrisch leitend verbunden, vgl. auch 4. Das jeweilige Substratanschlusselement 321 ist mit dem zugeordneten Außenanschlussabschnitt 312,322,332 mittels eines Verbindungsabschnitts 313,323,333 verbunden. Alle drei Abschnitte bilden das somit einstückig ausgestaltete Lastanschlusselement 31,32,33 aus. Das erste und zweite Lastanschlusselement 31,32 sind derart zueinander angeordnet, dass ihre Verbindungsabschnitte 313,323 eng benachbart und dennoch elektrisch isoliert voneinander angeordnet sind. Somit ist die stromumflossene Fläche bei Stromfluss vom Außenanschlussabschnitt 312 des ersten Lastanschlusselements 31 zum Außenanschlussabschnitt 322 des zweiten Lastanschlusselements 32 möglichst klein und damit die parasitäre Induktivität dieses Strompfads möglichst gering.Three load connection elements 31, 32, 33 are also arranged in the housing 34, with each load connection element 31, 32, 33 having a substrate connection section 321 for a materially bonded, electrically conductive connection to a conductor track of the substrate 36. Each load connection element 31, 32, 33 also has an external connection section 312, 322, 332, which here each has a recess under which a nut is arranged. By means of this external connection section, the power semiconductor module 3 is electrically connected to other components, in particular also other power semiconductor modules, cf. also 4 . The respective substrate connection element 321 is connected to the associated external connection section 312,322,332 by means of a connection section 313,323,333. All three sections form the load connection element 31, 32, 33, which is designed in one piece. The first and second load connection elements 31, 32 are arranged relative to one another in such a way that their connecting sections 313, 323 are arranged closely adjacent and yet electrically insulated from one another. Thus, the area around which current flows when current flows from the external connection section 312 of the first load connection element 31 to the external connection section 322 of the second load connection element 32 is as small as possible and thus the parasitic inductance of this current path is as low as possible.

Weiterhin weist das dritte Leistungshalbleitermodul 3 Hilfsanschlusselemente 342 auf, die beispielhaft der Ansteuerung von Leistungshalbleiterbauelementen oder der Führung von Sensorsignalen, beispielhaft eines Temperatursensors, dienen.Furthermore, the third power semiconductor module 3 has auxiliary connection elements 342, which, for example, are used to control power semiconductor components or to guide Sensor signals, for example a temperature sensor, are used.

Vorteilhafterweise sind vom grundlegenden mechanischen Aufbau auch die übrigen, also das erste, zweite und vor allem vierte Leistungshalbleitermodul 1,2,3,4 gleichartig ausgebildet. Insbesondere bei einem ersten und zweiten Leistungshalbleitermodul 1,2 kann das dritte Lastanschlusselement auch entfallen. Die internen Verbindungen zu und mit den einzelnen Leistungshalbleiterbauelementen kann je nach Leistungshalbleitermodul variieren.Advantageously, the remaining basic mechanical structure, i.e. the first, second and especially fourth power semiconductor modules 1, 2, 3, 4, are of similar design. In particular, in the case of a first and second power semiconductor module 1,2, the third load connection element can also be omitted. The internal connections to and with the individual power semiconductor components can vary depending on the power semiconductor module.

2 zeigt schematisch Elemente der Leistungshalbleitermodule 1,2,3,4 einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung. Links dargestellt ist hier die Ausgestaltung eines ersten oder zweiten Leistungshalbleitermoduls 1,2. Dieses weist ein Substrat 16,26 mit einem, auf einer nicht dargestellten Leiterbahnen des Substrats angeordneten, ersten Leistungsschalter 61 auf, vgl. auch 5. Weiterhin dargestellt ist ein Gehäuse 14,24, das erste und zweite Lastanschlusselemente 11,12,21,22, wie auch ein Hilfsanschlusselement 142,242 zur Ansteuerung des ersten Leistungsschalters 61. Jedes der Lastanschlusselemente 11,12 weist wiederum wie bereits unter 1 beschriebene einen Substratanschlussabschnitt 111,121 einen Außenanschlussabschnitt 112,212 und eine beide verbindenden Verbindungsabschnitt 113,123 auf. In der realen Ausgestaltung sind die Verbindungsabschnitte des ersten und zweiten Lastanschlusselements eng benachbart zueinander angeordnet. 2 shows schematically elements of the power semiconductor modules 1,2,3,4 of an embodiment of the arrangement according to the invention. Shown here on the left is the design of a first or second power semiconductor module 1,2. This has a substrate 16, 26 with a first power switch 61 arranged on a conductor track (not shown) of the substrate, see also 5 . Also shown is a housing 14, 24, the first and second load connection elements 11, 12, 21, 22, as well as an auxiliary connection element 142, 242 for controlling the first circuit breaker 61. Each of the load connection elements 11, 12 in turn has as already shown below 1 described a substrate connection section 111,121, an external connection section 112,212 and a connection section 113,123 connecting both. In the real embodiment, the connecting sections of the first and second load connection elements are arranged closely adjacent to one another.

Rechts dargestellt ist hier die Ausgestaltung eines vierten Leistungshalbleitermoduls 4, wobei ein drittes Leistungshalbleitermodul 3 im Grund gleichartig ausgebildet ist. Dieses vierte Leistungshalbleitermodul 4 weist ein Substrat 46 mit einem, auf einer nicht dargestellten Leiterbahn des Substrats angeordneten, zweiten Leistungsschalter 62 und einer seriell, also in Reihe geschalteten Leistungsdiode 63, auf, vgl. auch 5. Hierbei ist die Anode der Leistungsdiode 63 mit dem zweiten Leistungsschalter 62 verbunden. Weiterhin dargestellt ist ein Gehäuse 44 und drei Lastanschlusselemente 41,42,43, wie auch ein Hilfsanschlusselement 442 zur Ansteuerung des zweiten Leistungsschalters 62. Jedes der Lastanschlusselemente 41,42,43 weist wiederum wie bereits unter 1 beschriebene einen Substratanschlussabschnitt einen Außenanschlussabschnitt und eine beide verbindenden Verbindungsabschnitt auf. Das dritte Lastanschlusselement 43 ist mit dem Mittenabgriff der Reihenschaltung aus dem zweiten Leistungsschalter 62 und der Leistungsdiode 63 elektrisch leitend verbunden. In der realen Ausgestaltung sind die Verbindungsabschnitte des ersten und zweiten, aber nicht notwendigerweise auch des dritte Lastanschlusselements eng benachbart zueinander angeordnet.Shown here on the right is the design of a fourth power semiconductor module 4, with a third power semiconductor module 3 basically having the same design. This fourth power semiconductor module 4 has a substrate 46 with a second power switch 62 arranged on a conductor track (not shown) of the substrate and a power diode 63 connected in series, see also 5 . Here, the anode of the power diode 63 is connected to the second power switch 62. Also shown is a housing 44 and three load connection elements 41, 42, 43, as well as an auxiliary connection element 442 for controlling the second circuit breaker 62. Each of the load connection elements 41, 42, 43 in turn has as already shown below 1 described a substrate connection section, an external connection section and a connection section connecting both. The third load connection element 43 is electrically conductively connected to the center tap of the series connection of the second power switch 62 and the power diode 63. In the real embodiment, the connecting sections of the first and second, but not necessarily also of the third, load connection element are arranged closely adjacent to one another.

3 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung in schematischer Darstellung. Hierbei ist ein erstes Leistungshalbleitermodul 1 in Reihe mit einem zweiten Leistungshalbleitermodul 2 geschaltet. Beide Leistungshalbleitermodule 1,2 sind gemäß 2, linke Darstellung, ausgestaltet. Somit ist das jeweilige erste Lastanschlusselement mit dem jeweiligen zweiten Lastanschlusselement, analog 1, derart ausgebildet, dass die jeweiligen Verbindungsabschnitte 113,123 eng benachbart zueinander angeordnet sind, ohne dass dies der schematischen Darstellung zu entnehmen wäre. 3 shows a first embodiment of an arrangement according to the invention in a schematic representation. Here, a first power semiconductor module 1 is connected in series with a second power semiconductor module 2. Both power semiconductor modules 1,2 are in accordance with 2 , left representation, designed. The respective first load connection element is therefore analogous to the respective second load connection element 1 , designed in such a way that the respective connecting sections 113, 123 are arranged closely adjacent to one another, without this being apparent from the schematic representation.

Der erste Leistungsschalter 61 des ersten Leistungshalbleitermoduls 1 ist mittels des ersten Lastanschlusselements 11 über dessen Außenanschlussabschnitt 112 und dieses mittels eines Verbindungselementes 80, vgl. 5, mit einem ersten Anschlusspunkt 90, der ein erstes Gleichspannungspotential aufweist, verbunden. Der erste Leistungsschalter 61 des zweiten Leistungshalbleitermoduls 2 ist mittels des zweiten Lastanschlusselements 22 über dessen Außenanschlussabschnitt 222 und dieser mittels eines Verbindungselementes 84, vgl. 5, mit einem zweiten Anschlusspunkt 94, der ein zweites, im Vergleich zum ersten niedrigeren, Gleichspannungspotential aufweist, verbunden.The first power switch 61 of the first power semiconductor module 1 is connected by means of the first load connection element 11 via its external connection section 112 and this by means of a connecting element 80, cf. 5 , connected to a first connection point 90, which has a first DC voltage potential. The first power switch 61 of the second power semiconductor module 2 is connected by means of the second load connection element 22 via its external connection section 222 and this by means of a connecting element 84, cf. 5 , connected to a second connection point 94, which has a second, lower, DC voltage potential compared to the first.

Der Mittenabgriff zwischen dem ersten und dem zweiten Leistungshalbleitermodul 1,2 ist mit einem vierten Anschlusspunkt 96, der im Betrieb Wechselpotential aufweist, verbunden.The center tap between the first and second power semiconductor modules 1, 2 is connected to a fourth connection point 96, which has alternating potential during operation.

Der Mittenabgriff zwischen dem ersten und dem zweiten Leistungshalbleitermodul 1,2 ist weiterhin mit einem dritten und einem parallel dazu geschalteten vierten Leistungshalbleitermodul 3,4 verbunden.The center tap between the first and second power semiconductor modules 1,2 is further connected to a third and a fourth power semiconductor module 3,4 connected in parallel thereto.

Das dritte und vierte Leistungshalbleitermodul 3,4 ist jeweils, wie in 2 rechts dargestellt, ausgestaltet. Somit ist das jeweilige erste Lastanschlusselement mit dem jeweiligen zweiten Lastanschlusselement, analog 1, derart ausgebildet, dass die jeweiligen Verbindungsabschnitte eng benachbart zueinander angeordnet sind, ohne dass dies der schematischen Darstellung zu entnehmen wäre.The third and fourth power semiconductor modules 3,4 are each as in 2 shown on the right, designed. The respective first load connection element is therefore analogous to the respective second load connection element 1 , designed in such a way that the respective connecting sections are arranged closely adjacent to one another, without this being apparent from the schematic representation.

Der zweite Leistungsschalter 62 des dritten Leistungshalbleitermodul 3 ist mittels des ersten Lastanschlusselements 31 über dessen Außenanschlussabschnitt 312 und dieses mittels eines Verbindungselementes 86, vgl. 5, mit dem Mittenabgriff zwischen dem ersten und dem zweiten Leistungshalbleitermodul 1,2 verbunden. Die Leistungsdiode 63, genauer deren Kathode, des dritten Leistungshalbleitermoduls 3 ist mittels des zweiten Lastanschlusselements 32 über dessen Außenanschlussabschnitt 322 und dieser mittels eines Verbindungselementes 82, vgl. 5, mit einem dritten Anschlusspunkt 92, der ein Gleichspannungspotential zwischen dem ersten und zweiten Gleichspannungspotential aufweist, verbunden.The second power switch 62 of the third power semiconductor module 3 is connected by means of the first load connection element 31 via its external connection section 312 and this by means of a connecting element 86, cf. 5 , connected to the center tap between the first and the second power semiconductor module 1,2. The Leis tung diode 63, more precisely its cathode, of the third power semiconductor module 3 is connected by means of the second load connection element 32 via its external connection section 322 and this by means of a connecting element 82, cf. 5 , connected to a third connection point 92, which has a DC voltage potential between the first and second DC voltage potential.

Die Leistungsdiode 63, genauer deren Kathode, des vierten Leistungshalbleitermoduls 4 ist mittels des zweiten Lastanschlusselements 42 über dessen Außenanschlussabschnitt 422 und dieser mittels des Verbindungselementes 86, vgl. 5, mit dem Mittenabgriff zwischen dem ersten und dem zweiten Leistungshalbleitermodul 1,2 verbunden. Der zweite Leistungsschalter 62 des vierten Leistungshalbleitermodul 4 ist mittels des ersten Lastanschlusselements 41 über dessen Außenanschlussabschnitt 412 und dieser mittels des Verbindungselementes 82, vgl. 5, mit einem dritten Anschlusspunkt 92 verbunden.The power diode 63, more precisely its cathode, of the fourth power semiconductor module 4 is connected by means of the second load connection element 42 via its external connection section 422 and this by means of the connecting element 86, cf. 5 , connected to the center tap between the first and the second power semiconductor module 1,2. The second power switch 62 of the fourth power semiconductor module 4 is connected by means of the first load connection element 41 via its external connection section 412 and this by means of the connecting element 82, cf. 5 , connected to a third connection point 92.

4 zeigt eine Ausgestaltung von externen Verbindungen der Leistungshalbleitermodule einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer Draufsicht verschiedener Ebenen. Die erste Abbildung zeigt ein erstes, zweites, drittes und viertes Leistungshalbleitermodul 1,2,3,4. Die Leistungshalbleitermodule 1,2,3,4 sind hierbei in Reihe angeordnet. Dargestellt sind von jedem Leistungshalbleitermodul 1,2,3,4 nur das Gehäuse 14,24,34,44 und die ersten und zweiten Lastanschlusselemente, genauer deren Außenanschlussabschnitte 112,122,212,222,312,322,412,422. 4 shows an embodiment of external connections of the power semiconductor modules of an arrangement according to the invention in a top view of different levels. The first figure shows a first, second, third and fourth power semiconductor module 1,2,3,4. The power semiconductor modules 1,2,3,4 are arranged in series. Of each power semiconductor module 1,2,3,4, only the housing 14,24,34,44 and the first and second load connection elements, more precisely their external connection sections 112,122,212,222,312,322,412,422, are shown.

In der nächstfolgenden Ansicht ist ein Verbindungselement 86 dargestellt, das, analog zu 3, den ersten Außenanschlussabschnitt 212 des zweiten Leistungshalbleitermoduls 2 mit dem zweiten Außenanschlussabschnitt 422 des vierten Leistungshalbleitermoduls 4 ebenso mit dem ersten Außenanschlussabschnitt 312 des dritten Leistungshalbleitermoduls 3 und auch mit dem zweiten Außenanschlussabschnitt 122 des ersten Leistungshalbleitermoduls 1 verbindet. Dieses Verbindungselement 86 bildet das Wechselpotential-Verbindungselement aus. Weiterhin ist das Verbindungselement 80 des ersten Außenanschlussabschnitt 112 des ersten Leistungshalbleitermoduls 1 dargestellt.In the next view, a connecting element 86 is shown, which, analogous to 3 , the first external connection section 212 of the second power semiconductor module 2 with the second external connection section 422 of the fourth power semiconductor module 4 as well as with the first external connection section 312 of the third power semiconductor module 3 and also with the second external connection section 122 of the first power semiconductor module 1. This connecting element 86 forms the alternating potential connecting element. Furthermore, the connecting element 80 of the first external connection section 112 of the first power semiconductor module 1 is shown.

In der nächstfolgenden Ansicht ist das Verbindungselement 84 des zweiten Außenanschlussabschnitt 222 des zweiten Leistungshalbleitermoduls 2 dargestellt.In the next view, the connecting element 84 of the second external connection section 222 of the second power semiconductor module 2 is shown.

In der letzten Ansicht ist das Verbindungselement 82 dargestellt, das mit dem zweiten Außenanschlussabschnitt 322 des dritten und dem ersten Außenanschlussabschnitt 412 des vierten Leistungshalbleitermoduls 3,4 verbunden ist.The last view shows the connecting element 82, which is connected to the second external connection section 322 of the third and the first external connection section 412 of the fourth power semiconductor module 3, 4.

All diese Verbindungselemente 80, 82, 84, 86 sind außerhalb der Gehäuse 14,24,34,44 der jeweiligen Leistungshalbleitermodule 1,2,3,4 angeordnet, selbstverständlich elektrisch voneinander isoliert und im Weiteren fachüblich ausgebildet.All of these connecting elements 80, 82, 84, 86 are arranged outside the housings 14, 24, 34, 44 of the respective power semiconductor modules 1, 2, 3, 4, are of course electrically insulated from one another and are further designed in a conventional manner.

5 zeigt verschiedene Ausgestaltungen der Leistungsschalter einer erfindungsgemäßen Anordnung. Links dargestellt ist der bisher bereits genannte erste oder zweite Leistungsschalter 61,62 mit einem Laststromeingang 610,620, einem Laststromausgang 612, 622 und einem Steuereingang 614,624. Ein erste Leistungsschalter 61 kann nun als IGBT 71 mit antiparallel geschalteter Freilaufdiode 716 oder als MOS-FET 74 ausgebildet sein. Selbstverständlich können auch einer Mehrzahl hiervon in Parallelschaltung den ersten Leistungsschalter 61 ausbilden. 5 shows various configurations of the circuit breakers of an arrangement according to the invention. Shown on the left is the previously mentioned first or second circuit breaker 61,62 with a load current input 610,620, a load current output 612, 622 and a control input 614,624. A first power switch 61 can now be designed as an IGBT 71 with a freewheeling diode 716 connected in antiparallel or as a MOS-FET 74. Of course, a plurality of these can also form the first circuit breaker 61 in parallel.

Ein zweiter Leistungsschalter 62 kann nun als IGBT 72 ohne, aber auch mit, antiparallel geschalteter Freilaufdiode oder als MOS-FET 74 ausgebildet sein. Selbstverständlich können auch einer Mehrzahl hiervon in Parallelschaltung den zweiten Leistungsschalter 62 ausbilden.A second power switch 62 can now be designed as an IGBT 72 without, but also with, a freewheeling diode connected in anti-parallel or as a MOS-FET 74. Of course, a plurality of these can also form the second circuit breaker 62 in parallel.

Die jeweiligen Laststromeingänge 710,720,740, die jeweiligen Laststromausgänge 712,722,742, wie auch die jeweiligen Steuereingänge 714,724,744 sind ebenfalls dargestellt.The respective load current inputs 710,720,740, the respective load current outputs 712,722,742, as well as the respective control inputs 714,724,744 are also shown.

6 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung. Diese Ausgestaltung unterscheide sich im Wesentlichen von der derjenigen gemäß 4, dass hier das dritte und vierte Leistungshalbleitermodul zu einem einzigen fünften Leistungshalbleitermodul 5 zusammengefasst wird. Auch hier sind, in der realen Ausgestaltung, die Verbindungsabschnitte 513,523 des ersten und zweiten Lastanschlusselements eng benachbart zueinander, also im Grunde wie auch unter 1 beschrieben, ausgebildet. 6 shows a second embodiment of an arrangement according to the invention. This embodiment differs essentially from that according to 4 that here the third and fourth power semiconductor modules are combined into a single fifth power semiconductor module 5. Here too, in the real embodiment, the connecting sections 513,523 of the first and second load connection elements are closely adjacent to one another, i.e. basically as well 1 described, trained.

Claims (10)

Anordnung mit einer Mehrzahl von Leistungshalbleitermodulen, insbesondere von drei oder vier Leistungshalbleitermodulen, wobei jedes der Leistungshalbleitermodule (1,2,3,4) ein Gehäuse (34), ein Substrat (16,26,36) und maximal drei Lastanschlusselemente (31,32,33) aufweist, wobei jedes der Lastanschlusselemente (31,32,33) einen Substratanschlussabschnitt (321), einen Außenanschlussabschnitt (312,322,332) und einen dazwischen angeordnet Verbindungsabschnitt (313,323,333) aufweist, wobei die Verbindungsabschnitte (313) eines ersten Lastanschlusselements und eines zweiten Lastanschlusselements (323) eng benachbart und elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind und wobei in einem ersten und einem zweiten Leistungshalbleitermodul (1,2) zwischen dem ersten und zweiten Lastanschlusselemente (11,12) ein erster Leistungsschalter (61) geschaltet ist, in einem dritten und vierten Leistungshalbleitermodul (3,4) zwischen dem ersten und zweiten Lastanschlusselement (31,32,41,42) ein zweiter Leistungsschalter (62) und seriell dazu eine Leistungsdiode (63) geschaltet ist, wobei das zweite Lastanschlusselement (12) des ersten Leistungshalbleitermoduls (1) mit dem ersten Lastanschlusselement (21) des zweiten Leistungshalbleitermoduls (2) und mit dem ersten Lastanschlusselement (31) des dritten Leistungshalbleitermoduls (3) und mit dem zweiten Lastanschlusselement (42) des vierten Leistungshalbleitermoduls (4) verbunden ist.Arrangement with a plurality of power semiconductor modules, in particular three or four power semiconductor modules, each of the power semiconductor modules (1,2,3,4) having a housing (34), a substrate (16,26,36) and a maximum of three load connection elements (31,32 ,33), wherein each of the load connection elements (31,32,33) has a substrate connection section (321), an external connection section (312,322,332) and a connection section (313,323,333) arranged therebetween, the connection sections (313) of a first load connection element and a second load connection element (323) are arranged closely adjacent and electrically insulated from one another and wherein a first power switch (61) is connected in a first and a second power semiconductor module (1,2) between the first and second load connection elements (11,12), in a third and fourth power semiconductor module (3,4) between the first and second load connection elements (31,32,41,42), a second power switch (62) and a power diode (63) are connected in series, the second load connection element (12) of the first power semiconductor module (1) is connected to the first load connection element (21) of the second power semiconductor module (2) and to the first load connection element (31) of the third power semiconductor module (3) and to the second load connection element (42) of the fourth power semiconductor module (4). Anordnung nach Anspruch 1, wobei das dritte und vierte Leistungshalbleitermodul (3,4) je ein drittes Lastanschlusselement (33,43) aufweisen, das mit dem Mittenabgriff zwischen dem jeweiligen zweiten Leistungsschalter (62) und der jeweiligen Leistungsdiode (63) verbunden ist.Arrangement according to Claim 1 , wherein the third and fourth power semiconductor modules (3,4) each have a third load connection element (33,43) which is connected to the center tap between the respective second power switch (62) and the respective power diode (63). Anordnung nach Anspruch 2, wobei die beiden dritten Lastanschlusselemente (33,43) miteinander verbunden sind.Arrangement according to Claim 2 , wherein the two third load connection elements (33,43) are connected to one another. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im dritten und vierten Leistungshalbleitermodul (3,4) jeweils die Anode der Leistungsdiode (63) mit dem zweiten Leistungsschalter (62) verbunden ist.Arrangement according to one of the preceding claims, wherein in the third and fourth power semiconductor modules (3,4) the anode of the power diode (63) is connected to the second power switch (62). Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Lastanschlusselement (32) des dritten Leistungshalbleitermoduls (3) mit dem ersten Lastanschlusselement (41) des vierten Leistungshalbleitermoduls 4 verbunden ist.Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the second load connection element (32) of the third power semiconductor module (3) is connected to the first load connection element (41) of the fourth power semiconductor module 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sämtliche Verbindungen zwischen Lastanschlusselementen als Verbindungen der Außenanschlussabschnitte ausgebildet sind.Arrangement according to one of the preceding claims, wherein all connections between load connection elements are designed as connections of the external connection sections. Anordnung nach Anspruch 6, wobei sämtliche Verbindungen mittels Verbindungselementen (80,82,84,86,88) ausgebildet sind, die außerhalb der Gehäuse (14,24,34,44) der Leistungshalbleitermodule (1,2,3,4) angeordnet sind.Arrangement according to Claim 6 , wherein all connections are formed by means of connecting elements (80,82,84,86,88) which are arranged outside the housing (14,24,34,44) of the power semiconductor modules (1,2,3,4). Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Leistungsschalter (61) als Leistungshalbleiterbauelement oder als Gruppe parallel geschalteter Leistungshalbleiterbauelemente ausgebildet ist, wobei das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement als ein IGBT (71) mit antiparallel geschalteter Freilaufdiode (716) oder ein MOS-FET (74), insbesondere als ein SiC-MOS-FET, ausgebildet ist.Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the first power switch (61) is designed as a power semiconductor component or as a group of power semiconductor components connected in parallel, the respective power semiconductor component being an IGBT (71) with a freewheeling diode (716) connected in anti-parallel or a MOS-FET (74). , in particular as a SiC MOS FET. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Leistungsschalter 62 als Leistungshalbleiterbauelement oder als Gruppe parallel geschalteter Leistungshalbleiterbauelemente ausgebildet ist, wobei das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement als ein IGBT (72) oder ein MOS-FET (74), insbesondere als ein SiC-MOS-FET, ausgebildet ist.Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the second power switch 62 is designed as a power semiconductor component or as a group of power semiconductor components connected in parallel, the respective power semiconductor component being an IGBT (72) or a MOS-FET (74), in particular as a SiC-MOS-FET , is trained. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dritte und vierte Leistungshalbleitermodul (3,4) als ein fünftes Leistungshalbleitermodul (5) mit nur einem Gehäuse ausgebildet sind.Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the third and fourth power semiconductor modules (3,4) are designed as a fifth power semiconductor module (5) with only one housing.
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