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Die Erfindung betrifft ein Halbbrückenmodul.
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Ein herkömmliches Halbbrückenmodul kann einen Träger, mindestens zwei auf dem Träger montierte Halbleiterschalter, einen ersten DC-Anschluss, z. B. einen DC+- Anschluss, einen zweiten DC-Anschluss, z. B. einen DC--Anschluss, und einen AC-Anschluss umfassen. Der Träger kann ein DBC-Substrat (DBC - direct bonded copper, direkt gebondetes Kupfer) oder ein IMS (IMS - insulated metal substrate, isoliertes Metallsubstrat) umfassen. Die Halbleiterschalter können durch ein oder mehrere elektronische Bauteile, die z. B. auf einer Treiberplatine montiert sind, gesteuert werden. Die Treiberplatine kann eine Leiterplatte (PCB - printed circuit board) umfassen. Die elektronischen Bauteile können ein aktives elektronisches Bauteil und/oder ein passives elektronisches Bauteil umfassen. Das passive elektronische Bauteil kann einen Widerstand, einen Kondensator und/oder einen Leiter umfassen. Das aktive elektronische Bauteil kann einen Chip und/oder einen Transistor umfassen. Die Halbleiterschalter können als Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtungen konfiguriert sein.
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In einer herkömmlichen Halbbrückenmodulstruktur können die auf dem Träger montierten Halbleiterschalter über einen oder mehrere entsprechende Bonddrähte mit anderen Halbleiterschaltern, mit den DC-Anschlüssen und/oder den AC-Anschlüssen des Halbbrückenmoduls elektrisch in Kontakt stehen. Ein durch die Halbleiterschalter fließender Strom kann von dem ersten DC-Anschluss durch einen der Halbleiterschalter über den AC-Anschluss und einen anderen der Halbleiterschalter zu dem DC-Anschluss fließen. Dieser Strom kann darüber hinaus durch die Drahtbondverbindungen und/oder eine oder mehrere Sammelschienen, d. h. elektrische Leitungen, auf dem Träger fließen. Dies kann jedoch eine große Induktivität in das Halbbrückenmodul einführen und/oder zu Oszillationsproblemen führen. Diese große Induktivität und/oder Oszillationen können die Halbleiterschalter, die Funktionen der Halbleiterschalter und/oder die elektronischen Bauteile beeinträchtigen, insbesondere wenn die Halbleiterschalter Halbleiterchips, z. B. basierend auf SiC, GaN oder GaO, umfassen und/oder wenn die Halbleiterschalter eine oder mehrere Schaltvorrichtungen, z. B. Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtungen, bilden. Ferner kann das elektrische Koppeln der Halbleiterschalter mit den DC-Anschlüssen, mit dem AC-Anschluss und/oder mit anderen Halbleiterschaltern der Halbbrücke über die Drahtbondverbindungen komplex, zeitaufwendig und somit kostspielig sein. Beispielsweise müssen die Halbleiterschalter möglicherweise sehr genau angeordnet werden, sodass die Drahtbondverbindungen ordnungsgemäß mit den Halbleiterschaltern verbunden werden können.
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Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Halbbrückenmodul bereitzustellen, das mindestens zwei Halbleiterschalter auf einem Träger umfasst, wobei eine Kopplung zwischen den Halbleiterschaltern, einem AC-Anschluss und DC-Anschlüssen des Halbleiterhalbbrückenmoduls nur eine kleine Induktivität bewirkt, wobei das Halbbrückenmodul eine hohe Leistungsfähigkeit der Halbleiterschalter ermöglicht und/oder wobei sich das Halbbrückenmodul einfach und effizient montieren lässt.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
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Ein Aspekt betrifft ein Halbbrückenmodul. Das Halbbrückenmodul umfasst Folgendes: mindestens einen ersten Halbleiterschalter und mindestens einen zweiten Halbleiterschalter; einen Träger mit einem elektrisch leitenden ersten Abschnitt und einem elektrisch leitenden zweiten Abschnitt, wobei der zweite Abschnitt neben dem ersten Abschnitt angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt elektrisch voneinander isoliert sind, wobei der erste Halbleiterschalter auf dem ersten Abschnitt angeordnet und elektrisch mit diesem gekoppelt ist und wobei der zweite Halbleiterschalter auf dem zweiten Abschnitt angeordnet und elektrisch mit diesem gekoppelt ist; eine erste Leiterschicht über dem Träger und den Halbleiterschaltern, wobei die erste Leiterschicht elektrisch mit dem zweiten Abschnitt gekoppelt ist, wobei die erste Leiterschicht über ein elektrisch leitendes erstes Kontaktelement elektrisch mit dem ersten Halbleiterschalter gekoppelt ist, wobei das erste Kontaktelement einen Kontaktkörper, einen Kontaktstift, der mit dem Kontaktkörper gekoppelt ist und relativ zu dem Kontaktkörper bewegbar ist, und eine Kontaktfeder, die derart angeordnet ist, dass die Kontaktfeder den Kontaktstift von dem Kontaktkörper weg drückt, umfasst und wobei das erste Kontaktelement derart angeordnet ist, dass der Kontaktkörper oder der Kontaktstift die erste Leiterschicht physisch berührt, dass der andere des Kontaktkörpers und des Kontaktstifts den ersten Halbleiterschalter physisch berührt und dass die Kontaktfeder durch den in Richtung des Kontaktkörpers gedrückten Kontaktstift vorgespannt wird; eine zweite Leiterschicht, wobei die erste Leiterschicht und die zweite Leiterschicht elektrisch voneinander isoliert sind, wobei die zweite Leiterschicht über ein elektrisch leitendes zweites Kontaktelement mit dem zweiten Halbleiterschalter gekoppelt ist, wobei das zweite Kontaktelement einen weiteren Kontaktkörper, einen weiteren Kontaktstift, der mit dem weiteren Kontaktkörper gekoppelt ist und relativ zu dem weiteren Kontaktkörper bewegbar ist, und eine weitere Kontaktfeder, die derart angeordnet ist, dass die weitere Kontaktfeder den weiteren Kontaktstift von dem weiteren Kontaktkörper weg drückt, umfasst und wobei das zweite Kontaktelement derart angeordnet ist, dass der weitere Kontaktkörper oder der weitere Kontaktstift die zweite Leiterschicht physisch berührt, dass der andere des weiteren Kontaktkörpers und des weiteren Kontaktstifts den zweiten Halbleiterschalter physisch berührt und dass die weitere Kontaktfeder durch den in Richtung des weiteren Kontaktkörpers gedrückten weiteren Kontaktstift vorgespannt wird; einen ersten DC-Anschluss, der elektrisch mit dem ersten Abschnitt gekoppelt ist, und einen zweiten DC-Anschluss, der elektrisch mit der zweiten Leiterschicht gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite DC-Anschluss zum elektrischen Koppeln des Halbbrückenmoduls mit einem Kondensator ausgelegt sind; und einen AC-Anschluss, der elektrisch mit der ersten Leiterschicht gekoppelt ist und zum Bereitstellen oder Empfangen eines AC-Stroms ausgelegt ist.
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Das Koppeln des ersten und des zweiten Halbleiterschalters mit dem AC-Anschluss und miteinander über die entsprechenden Leiterschichten und die entsprechenden Kontaktelemente bewirkt nur eine kleine Induktivität und/oder geringe Oszillationen, wodurch eine hohe Leistungsfähigkeit der Halbleiterschalter ermöglicht wird. Somit können die Halbleiterschalter mit hoher Leistungsfähigkeit betrieben werden. Dies kann zu einer hohen Leistungsfähigkeit des Halbbrückenmoduls beitragen. Ferner liegt aufgrund der Kontaktelemente keine thermische Belastung zwischen den Halbleiterschalter und den Leiterschichten vor. Des Weiteren lässt sich das Halbbrückenmodul aufgrund der Kontaktelemente einfach und effizient montieren. Insbesondere müssen hinsichtlich einer Montage des Halbbrückenmoduls Positionen der Halbleiterchips auf dem Träger nicht so genau wie bei Verwendung von Drahtbondverbindungen anstatt der Kontaktelemente sein, da die Kontaktelemente eine größere Positionierungstoleranz als die Drahtbondverbindungen gestatten können. Die Kontaktelemente, die jeweils den Kontaktkörper, den Kontaktstift und die Kontaktfeder umfassen, tragen zu einer sehr guten elektrischen Kopplung der Halbleiterschalter mit den entsprechenden Leiterschichten bei. Insbesondere können der Kontaktkörper und der Kontaktstift, die miteinander gekoppelt sind, einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand und somit eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit bereitstellen, und die Kontaktfeder, insbesondere die entsprechende Federkraft, ermöglicht einen ordnungsgemäßen elektrischen Kontakt zwischen den Halbleiterschaltern und den entsprechenden Leiterschichten.
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Jedes Kontaktelement kann seinen eigenen Kontaktkörper, seinen eigenen Kontaktstift und seine eigene Kontaktfeder umfassen. Die Kontaktelemente können zwischen den Halbleiterschaltern und den entsprechenden Leiterschichten zwischengeordnet sein, sodass die Kontaktfeder durch den in Richtung des Kontaktkörpers gedrückten Kontaktstift vorgespannt wird. Ein Abstand zwischen den Halbleiterschaltern und den entsprechenden Leiterschichten kann kleiner als eine Länge der Kontaktelement sein, sodass die Kontaktfeder vorgespannt wird, wenn die Kontaktelemente zwischen den Halbleiterschaltern und den entsprechenden Leiterschichten angeordnet sind. Insbesondere kann die Feder den Kontaktstift in eine Federkraftrichtung drücken und der Kontaktstift kann entgegen der Federkraftrichtung gedrückt werden, wenn die Kontaktelemente zwischen den Halbleiterschaltern und den entsprechenden Leiterschichten angeordnet sind. Beispielsweise kann der Kontaktstift teilweise in dem Kontaktkörper angeordnet sein, wobei die Kontaktfeder derart angeordnet sein kann, dass sie den Kontaktstift in eine Richtung aus dem Kontaktkörper heraus, d. h. die Federkraftrichtung, drückt. Der Kontaktstift und/oder der Kontaktkörper können ein oder mehrere Mittel zum Verhindern einer Entkopplung des Kontaktstifts von dem Kontaktkörper durch die Federkraft der Kontaktfeder umfassen. Beispielsweise kann der Kontaktstift teilweise in einer Vertiefung des Kontaktkörpers angeordnet sein, und die Kontaktfeder kann derart angeordnet sein, dass sie den Kontaktstift in der Federkraftrichtung aus der Vertiefung heraus drückt, bis eine Nase des Kontaktstifts eine Schulter des Kontaktkörpers berührt. Wenn das Kontaktelement zwischen dem Halbleiterschalter und der entsprechenden Leiterschicht zwischengeordnet ist, wird der Kontaktstift teilweise zurück in die Vertiefung des Kontaktkörpers gedrückt und das Kontaktelement durch den durch die Kontaktfeder bereitgestellten Kraftschluss in Position gehalten.
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Das Halbbrückenmodul kann eine Leiterplatine umfassen, die die erste und die zweite Leiterschicht und optional eine dritte Leiterschicht unter der zweiten Leiterschicht umfasst. Der erste DC-Anschluss kann direkt oder über die dritte Leiterschicht mit dem ersten Abschnitt gekoppelt sein, wobei die dritte Leiterschicht den ersten DC-Anschluss umfasst oder mit diesem gekoppelt ist. Die erste Leiterschicht kann den AC-Anschluss umfassen oder mit diesen gekoppelt sein. Die zweite Leiterschicht kann den zweiten DC-Anschluss umfassen oder mit diesen gekoppelt sein. Der erste und der zweite DC-Anschluss können nebeneinander angeordnet sein. Beispielsweise kann das Halbbrückenmodul einen Stecker oder eine Buchse umfassen, der bzw. die den ersten und den zweiten DC-Anschluss umfasst. Der erste und der zweite DC-Anschluss können elektrisch voneinander und von dem AC-Anschluss isoliert sein. Der AC-Anschluss kann dazu ausgelegt sein, den AC-Strom an eine externe Vorrichtung, z. B. einen Elektromotor, zu liefern und/oder den AC-Strom von einer externen Vorrichtung, z. B. einem Generator, zu empfangen, wobei die externe Vorrichtung eine elektrische Maschine sein kann, die in einem ersten Betriebsmodus den Elektromotor und in einem zweiten Betriebsmodus den Generator bildet.
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Der Träger kann ein Direktgebondetes-Kupfer-Substrat oder ein Isoliertes-Metall-Substrat sein. Der Träger kann eine elektrisch leitende erste Schicht, eine elektrisch isolierende zweite Schicht auf der ersten Schicht und/oder eine elektrisch leitende dritte Schicht auf der zweiten Schicht umfassen. Die dritte Schicht des Trägers kann den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt des Trägers umfassen oder binden. Der Träger kann zum Tragen und Kühlen der Halbleiterschalter bereitgestellt sein. In diesem Kontext kann der Träger als Kühlkörper bezeichnet werden.
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Das Halbbrückenmodul kann mehr als einen, z. B. zwei oder drei, erste Halbleiterschalter umfassen, die auf dem ersten Abschnitt angeordnet und elektrisch mit diesem gekoppelt sein können und die über entsprechend mehrere, z. B. zwei oder drei, elektrisch leitende und vorgespannte Kontaktelemente elektrisch mit der ersten Leiterschicht gekoppelt sein können. Das Halbbrückenmodul kann mehr als einen, z. B. zwei oder drei, zweite Halbleiterschalter umfassen, die auf dem zweiten Abschnitt angeordnet und elektrisch mit diesem gekoppelt sein können und die über entsprechend mehrere, z. B. zwei oder drei, elektrisch leitende und vorgespannte Kontaktelemente elektrisch mit der zweiten Leiterschicht gekoppelt sein können. Der Kondensator kann als ein DC-Kondensator bezeichnet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Leiterschicht über ein elektrisch leitendes drittes Kontaktelement elektrisch mit dem zweiten Abschnitt gekoppelt. Dies ermöglicht ein einfaches, schnelles und zeiteffizientes Koppeln der ersten Leiterschicht mit dem zweiten Abschnitt und dadurch eine einfache, schnelle und zeiteffiziente Montage des Halbbrückenmoduls. Das dritte Kontaktelement kann einen entsprechenden Kontaktkörper, einen entsprechenden Kontaktstift und eine entsprechende Kontaktfeder umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Halbbrückenmodul ferner die dritte Leiterschicht, wobei die zweite Leiterschicht auf der dritten Leiterschicht angeordnet ist, wobei die dritte Leiterschicht über ein elektrisch leitendes viertes Kontaktelement elektrisch mit dem zweiten Abschnitt gekoppelt ist. Die dritte Leiterschicht kann den ersten DC-Anschluss umfassen oder elektrisch mit diesen gekoppelt sein. Die dritte Leiterschicht kann elektrisch von der ersten und der zweiten Leiterschicht isoliert sein. Die dritte Leiterschicht kann zum Leiten eines Stroms von dem ersten DC-Anschluss zu dem ersten Abschnitt oder umgekehrt ausgelegt sein. Das vierte Kontaktelement ermöglicht ein einfaches, schnelles und zeiteffizientes Koppeln der dritten Leiterschicht mit dem ersten Abschnitt und dadurch eine einfache, schnelle und zeiteffiziente Montage des Halbbrückenmoduls. Das vierte Kontaktelement kann einen entsprechenden Kontaktkörper, einen entsprechenden Kontaktstift und eine entsprechende Kontaktfeder umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste DC-Anschluss über die dritte Leiterschicht elektrisch mit dem ersten Abschnitt gekoppelt. Dies ermöglicht, dass der erste DC-Anschluss an einem beliebigen Teil, einer beliebigen Kante und/oder einer beliebigen Seite der dritten Schicht angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Leiterschicht eine erste Ausbuchtung, die sich durch eine erste Vertiefung der zweiten Leiterschicht und gegebenenfalls durch eine erste Vertiefung der dritten Leiterschicht zu dem Träger erstreckt, und das erste Kontaktelement ist gegen die erste Ausbuchtung vorgespannt. Die erste Ausbuchtung ist elektrisch von einer Innenseitenwand der ersten Vertiefung der zweiten Leiterschicht und gegebenenfalls von einer Innenseitenwand der ersten Vertiefung der dritten Leiterschicht isoliert. „Gegebenenfalls“ kann in diesem Kontext bedeuten, dass sich, wenn die Leiterplatine die dritte Leiterschicht umfasst, die erste Ausbuchtung durch die erste Vertiefung der dritten Leiterschicht erstrecken kann und/oder die erste Ausbuchtung elektrisch von der Innenseitenwand der ersten Vertiefung der dritten Leiterschicht isoliert sein kann. Die elektrische Isolation der ersten Ausbuchtung von der ersten Vertiefung der zweiten und/oder dritten Leiterschicht kann durch einen Zwischenraum und/oder durch ein elektrisch isolierendes Material auf der ersten Ausbuchtung und/oder auf der Innenseitenwand der entsprechenden ersten Vertiefung bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zweite Leiterschicht eine zweite Ausbuchtung, die sich zu dem Träger und gegebenenfalls durch eine zweite Vertiefung der dritten Leiterschicht erstreckt, und das zweite Kontaktelement ist gegen die zweite Ausbuchtung vorgespannt. Die zweite Ausbuchtung kann elektrisch von einer Innenseitenwand der zweiten Vertiefung der dritten Leiterschicht isoliert sein. „Gegebenenfalls“ kann in diesem Kontext bedeuten, dass sich, wenn die Leiterplatine die dritte Leiterschicht umfasst, die zweite Ausbuchtung durch die zweite Vertiefung der dritten Leiterschicht erstrecken kann und/oder die zweite Ausbuchtung elektrisch von der Innenseitenwand der zweiten Vertiefung der dritten Leiterschicht isoliert sein kann. Die elektrische Isolation der zweiten Ausbuchtung von der zweiten Vertiefung der dritten Leiterschicht kann durch einen Zwischenraum und/oder durch ein elektrisch isolierendes Material auf der zweiten Ausbuchtung und/oder auf der Innenseitenwand der zweiten Vertiefung bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die dritte Leiterschicht eine dritte Ausbuchtung, die sich durch eine zweite Vertiefung der zweiten Leiterschicht und gegebenenfalls durch eine dritte Vertiefung der dritten Leiterschicht zu dem Träger erstreckt, und das dritte Kontaktelement ist gegen die dritte Ausbuchtung vorgespannt. Die dritte Ausbuchtung kann elektrisch von einer Innenseitenwand der zweiten Vertiefung der zweiten Leiterschicht und gegebenenfalls von einer Innenseitenwand der dritten Vertiefung der dritten Leiterschicht isoliert sein. „Gegebenenfalls“ kann in diesem Kontext bedeuten, dass sich, wenn die Leiterplatine die dritte Leiterschicht umfasst, die dritte Ausbuchtung durch die dritte Vertiefung der dritten Leiterschicht erstrecken kann und/oder die dritte Ausbuchtung elektrisch von der Innenseitenwand der dritten Vertiefung der dritten Leiterschicht isoliert sein kann. Die elektrische Isolation der dritten Ausbuchtung von der zweiten Vertiefung der zweiten Leiterschicht und/oder dritten Vertiefung der dritten Leiterschicht kann durch einen Zwischenraum und/oder durch ein elektrisch isolierendes Material auf der dritten Ausbuchtung und/oder jeweils auf der Innenseitenwand der entsprechenden zweiten und/oder dritten Vertiefung bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der erste Halbleiterschalter einen ersten elektrischen Kontakt, der der ersten Leiterschicht zugewandt ist, wobei der erste elektrische Kontakt des ersten Halbleiterschalters über das erste Kontaktelement mit der ersten Leiterschicht gekoppelt ist, der erste Halbleiterschalter umfasst einen zweiten elektrischen Kontakt, der dem ersten Abschnitt zugewandt ist, wobei der zweite elektrische Kontakt des ersten Halbleiterschalters elektrisch mit dem ersten Abschnitt gekoppelt ist, und/oder der erste Halbleiterschalter umfasst einen dritten elektrischen Kontakt, der der ersten Leiterschicht zugewandt ist, wobei der dritte elektrische Kontakt des ersten Halbleiterschalters mit einer ersten Sammelschiene auf dem Träger gekoppelt ist. Der erste elektrische Kontakt des ersten Halbleiterschalters kann elektrisch von dem zweiten elektrischen Kontakt des ersten Halbleiterschalters isoliert sein. Der dritte elektrische Kontakt des ersten Halbleiterschalters kann elektrisch von dem ersten und zweiten elektrischen Kontakt des ersten Halbleiterschalters isoliert sein. Zum Beispiel kann der erste elektrische Kontakt des ersten Halbleiterschalters eine Source des ersten Halbleiterschalters sein, der zweite elektrische Kontakt des ersten Halbleiterschalters kann ein Drain des ersten Halbleiterschalters sein und der dritte elektrische Kontakt des ersten Halbleiterschalters kann ein Gate des ersten Halbleiterschalters sein. Das Gate des ersten Halbleiterschalters kann über die erste Sammelschiene mit einem elektronischen Bauteil gekoppelt sein, wobei das elektronische Bauteil zum Steuern des ersten Halbleiterschalters ausgelegt sein kann. Die erste Sammelschiene kann eine elektrisch leitende Leitung auf dem Träger sein oder umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der zweite Halbleiterschalter einen ersten elektrischen Kontakt, der der ersten Leiterschicht zugewandt ist, wobei der erste elektrische Kontakt des zweiten Halbleiterschalters über das zweite Kontaktelement mit der zweiten Leiterschicht gekoppelt ist, der zweite Halbleiterschalter umfasst einen zweiten elektrischen Kontakt, der dem zweiten Abschnitt zugewandt ist, wobei der zweite elektrische Kontakt des zweiten Halbleiterschalters elektrisch mit dem zweiten Abschnitt gekoppelt ist, und/oder der zweite Halbleiterschalter umfasst einen dritten elektrischen Kontakt, der der ersten Leiterschicht zugewandt ist, wobei der dritte elektrische Kontakt des zweiten Halbleiterschalters mit einer weiteren ersten Sammelschiene auf dem Träger gekoppelt ist. Der erste elektrische Kontakt des zweiten Halbleiterschalters kann elektrisch von dem zweiten elektrischen Kontakt des zweiten Halbleiterschalters isoliert sein. Der dritte elektrische Kontakt des zweiten Halbleiterschalters kann elektrisch von dem ersten und zweiten elektrischen Kontakt des zweiten Halbleiterschalters isoliert sein. Zum Beispiel kann der erste elektrische Kontakt des zweiten Halbleiterschalters eine Source des zweiten Halbleiterschalters sein, der zweite elektrische Kontakt des zweiten Halbleiterschalters kann ein Drain des zweiten Halbleiterschalters sein und der dritte elektrische Kontakt des zweiten Halbleiterschalters kann ein Gate des zweiten Halbleiterschalters sein. Das Gate des zweiten Halbleiterschalters kann über die weitere erste Sammelschiene mit einem elektronischen Bauteil zum Steuern des Halbbrückenmoduls gekoppelt sein, wobei das elektronische Bauteil zum Steuern des zweiten Halbleiterschalters ausgelegt sein kann. Die weitere erste Sammelschiene kann eine weitere elektrisch leitende Leitung auf dem Träger sein oder umfassen. Die erste Sammelschiene und die weitere erste Sammelschiene können elektrisch miteinander und/oder mit demselben elektronischen Bauteil gekoppelt sein. Alternativ können die erste Sammelschiene und die weitere erste Sammelschiene elektrisch voneinander isoliert sein und/oder mit unterschiedlichen elektronischen Bauteilen gekoppelt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste elektrische Kontakt des ersten Halbleiterschalters elektrisch mit einer zweiten Sammelschiene auf dem Träger gekoppelt, und/oder der erste elektrische Kontakt des zweiten Halbleiterschalters ist elektrisch mit einer weiteren zweiten Sammelschiene auf dem Träger gekoppelt. Die zweite Sammelschiene kann elektrisch mit dem elektronischen Bauteil zum Steuern des ersten Halbleiterschalters gekoppelt sein. Die weitere zweite Sammelschiene kann elektrisch mit dem elektronischen Bauteil zum Steuern des zweiten Halbleiterschalters gekoppelt sein. Die elektrische Kopplung der ersten elektrischen Kontakte der Halbleiterschalter mit der zweiten Sammelschiene kann den entsprechenden elektronischen Bauteilen zum Steuern der Halbleiterschalter ein Referenzpotenzial bereitstellen. Die zweite Sammelschiene und/oder die weitere zweite Sammelschiene können jeweils eine weitere elektrisch leitende Leitung auf dem Träger sein oder umfassen. Die zweite Sammelschiene und die weitere zweite Sammelschiene können elektrisch miteinander und/oder mit demselben elektronischen Bauteil gekoppelt sein. Alternativ können die zweite Sammelschiene und die weitere zweite Sammelschiene elektrisch voneinander isoliert sein und/oder mit unterschiedlichen elektronischen Bauteilen gekoppelt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Abschnitt eine L-Form auf; der zweite Abschnitt weist eine weitere L-Form auf; die L-Form des zweiten Abschnitts ist mit Bezug auf die L-Form des ersten Abschnitts umgedreht angeordnet; und/oder der erste und zweite Abschnitt sind so angeordnet, dass sie ineinandergreifen. Zum Beispiel sind der erste und zweite Abschnitt so angeordnet, dass sie ein Rechteck bilden. Die L-Formen und/oder das Rechteck sind bei Betrachtung des Trägers von oben ohne die Leiterplatine zu sehen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Halbbrückenmodul den mit dem ersten und dem zweiten DC-Anschluss gekoppelten Kondensator. In diesem Kontext kann es vorteilhaft sein, wenn der erste und zweite DC-Anschluss nebeneinander angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Träger ein Direktgebondetes-Kupfer-Substrat oder ein Isoliertes-Metall-Substrat. Somit kann der Träger eine oder mehrere elektrisch leitende Schichten umfassen. Der erste und der zweite Abschnitt können durch die oberste elektrisch leitende Schicht des Trägers bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens einer des ersten und zweiten Halbleiterschalters ein Hochleistungshalbleiterschalter.
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Gemäß einer Ausführungsform ist mindestens eine der Kontaktfedern eine Wellenfeder. Dies kann zu einer sehr großen Kontaktfläche zwischen dem entsprechenden Kontaktkörper und dem entsprechenden Kontaktstift beitragen.
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Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und erläutert. Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die angehängten Figuren detaillierter beschrieben.
- 1 zeigt eine Draufsicht eines Trägers eines Ausführungsbeispiels eines Halbbrückenmoduls.
- 2 zeigt eine erste Seitenschnittansicht des Halbbrückenmoduls von 1.
- 3 zeigt eine zweite Seitenschnittansicht des Halbbrückenmoduls von 1.
- 4 zeigt eine dritte Seitenschnittansicht des Halbbrückenmoduls von 1.
- 5 zeigt eine Seitenschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kontaktelements.
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Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutungen sind in zusammenfassender Form in der nachfolgenden Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind in den Figuren identische Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Draufsicht eines Trägers 22 eines Ausführungsbeispiels eines Halbbrückenmoduls 20 und 2 zeigt eine erste Seitenschnittansicht des Halbbrückenmoduls 20 von 1.
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Das Halbbrückenmodul 20 umfasst einen Träger 22, einen oder mehrere, z. B. drei, erste Halbleiterschalter 24 und einen oder mehrere, z. B. drei, zweite Halbleiterschalter 26, die jeweils auf dem Träger 22 angeordnet sind, und eine Leiterplatine 40, die elektrisch und mechanisch mit dem Träger 22 und/oder den Halbleiterschaltern 24, 26 gekoppelt ist. Das Halbbrückenmodul 20 kann in einem Wechselrichter und/oder einem Gleichrichter verwendet werden.
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Die Halbleiterschalter 24, 26 können auf einer der Leiterplatine 40 zugewandten Seite des Trägers 22 angeordnet sein. Mindestens einer der Halbleiterschalter 24, 26 kann ein Hochleistungshalbleiterchip sein. Der Hochleistungshalbleiterchip kann zur Verarbeitung von hohen Spannungen, zum Beispiel mehr als 100 V, und/oder hohen Strömen, zum Beispiel mehr als 10 A, ausgelegt sein. Die Halbleiterschalter 24, 26 können SiC, GaN oder GaO umfassen.
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Der Träger 22 kann eine elektrisch leitende erste Trägerschicht 30, eine elektrisch isolierende zweite Trägerschicht 32 auf der ersten Trägerschicht 30 und eine elektrisch leitende dritte Trägerschicht 34 auf der zweiten Trägerschicht 32 umfassen. Die erste, zweite und/oder dritte Trägerschicht 30, 32, 34 können parallel zueinander sein. Die erste und die zweite Trägerschicht 30, 32 können sich vollständig überlappen, wobei Außenkanten der ersten Trägerschicht 30 mit Außenkanten der zweiten Trägerschicht 32 bündig sein können. Die erste und/oder die dritte Trägerschicht 30, 34 können Kupfer und/oder Aluminium umfassen oder daraus hergestellt sein. Die zweite Trägerschicht 32 kann ein dielektrisches Material umfassen. Der Träger 22 kann ein DBC-Substrat (DBC - direct bonded copper, direkt gebondetes Kupfer) oder ein IMS (IMS - insulated metal substrate, isoliertes Metallsubstrat) sein. Der Träger 22 kann zum Tragen und Kühlen der Halbleiterschalter 24, 26 bereitgestellt sein. In diesem Kontext kann der Träger 22 als Kühlkörper bezeichnet werden.
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Die dritte Trägerschicht 34 kann einen ersten Abschnitt 36 und einen zweiten Abschnitt 38 umfassen, die räumlich und elektrisch voneinander getrennt und/oder elektrisch voneinander isoliert sind. Der erste Abschnitt 36 kann eine L-Form aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Abschnitt 38 eine weitere L-Form aufweisen. Die L-Form des zweiten Abschnitts 38 kann mit Bezug auf die L-Form des ersten Abschnitts 36 umgedreht angeordnet sein. In diesem Kontext können der erste und der zweite Abschnitt 36, 38 so angeordnet sein, dass sie ineinandergreifen. Zum Beispiel können der erste und zweite Abschnitt 36, 38 so angeordnet sein, dass sie ein Rechteck bilden. Die L-Formen und/oder das Rechteck sind bei Betrachtung des Trägers 22 von oben ohne die Leiterplatine 40 zu sehen, wie in 1 zu sehen ist.
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Die Leiterplatine 40 kann oberhalb des Trägers 22 angeordnet sein. Die Leiterplatine 40 kann eine erste Leiterschicht 42, eine zweite Leiterschicht 44 und optional eine dritte Leiterschicht 46 umfassen. Die zweite Leiterschicht 44 kann auf der dritten Leiterschicht 46 angeordnet sein und die erste Leiterschicht 42 kann auf der zweiten Leiterschicht 44 angeordnet sein. Die erste Leiterschicht 42 und die zweite Leiterschicht 44 können elektrisch voneinander isoliert sein. Die dritte Leiterschicht 46 kann elektrisch von der ersten und der zweiten Leiterschicht 42, 44 isoliert sein. Die Leiterplatine 40 kann durch ein oder mehrere Befestigungsmittel (nicht gezeigt) mechanisch mit dem Träger 20 gekoppelt sein. Die Befestigungsmittel können Schrauben oder Bolzen umfassen. Im Fall der Schrauben können entsprechende Gewinde in dem Träger 22 gebildet sein, z. B. in der dritten Trägerschicht 34, insbesondere in dem ersten und/oder dem zweiten Abschnitt 36, 38.
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Die ersten Halbleiterschalter 24 sind auf dem ersten Abschnitt 36 der dritten Trägerschicht 34 des Trägers 22 angeordnet und elektrisch mit diesem gekoppelt und die zweiten Halbleiterschalter 26 sind auf dem zweiten Abschnitt 38 der dritten Trägerschicht 34 des Trägers 22 angeordnet und elektrisch mit diesem gekoppelt. Die ersten Halbleiterschalter 24 können jeweils einen ersten elektrischen Kontakt 25 umfassen, der der ersten Leiterplatine 40 zugewandt ist. Die ersten elektrischen Kontakte 25 der ersten Halbleiterschalter 24 können über entsprechende erste Kontaktelemente 54 mit der ersten Leiterschicht 42 gekoppelt sein. Die ersten Halbleiterschalter 24 können jeweils einen zweiten elektrischen Kontakt umfassen, der dem ersten Abschnitt 36 zugewandt ist. Die zweiten elektrischen Kontakte der ersten Halbleiterschalter 24 können elektrisch mit dem ersten Abschnitt 36 gekoppelt sein. Die ersten Halbleiterschalter 24 können jeweils einen dritten elektrischen Kontakt 27 umfassen, der der Leiterplatine 40 zugewandt ist. Die dritten elektrischen Kontakte 27 der ersten Halbleiterschalter 24 können jeweils mit einer ersten Sammelschiene 21 auf dem Träger 22 gekoppelt sein. Die ersten elektrischen Kontakte 25 der ersten Halbleiterschalter 24 können elektrisch von den zweiten elektrischen Kontakten desselben ersten Halbleiterschalters 24 isoliert sein. Die dritten elektrischen Kontakte 27 der ersten Halbleiterschalter 24 können elektrisch von den ersten und den zweiten elektrischen Kontakten 25 desselben ersten Halbleiterschalters 24 isoliert sein.
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Die ersten elektrischen Kontakte 25 der ersten Halbleiterschalter 24 können jeweils eine Source des entsprechenden ersten Halbleiterschalters 24 sein, die zweiten elektrischen Kontakte der ersten Halbleiterschalter 24 können jeweils ein Drain des entsprechenden ersten Halbleiterschalters 24 sein und die dritten elektrischen Kontakte 27 der ersten Halbleiterschalter 24 können jeweils ein Gate des entsprechenden ersten Halbleiterschalters 24 sein. Die Gates der ersten Halbleiterschalter 24 können jeweils über die erste Sammelschiene 21 mit einem (nicht gezeigten) elektronischen Bauteil gekoppelt sein. Das elektronische Bauteil kann zum Steuern der ersten Halbleiterschalter 24 ausgelegt sein. Die erste Sammelschiene 21 kann eine elektrisch leitende Leitung auf dem Träger 22, z. B. auf der zweiten Trägerschicht 32, sein oder diese umfassen.
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Die zweiten Halbleiterschalter 26 können jeweils einen ersten elektrischen Kontakt 25 umfassen, der der Leiterplatine 40 zugewandt ist. Die ersten elektrischen Kontakte 25 der zweiten Halbleiterschalter 26 können über entsprechende zweite Kontaktelemente 56 mit der zweiten Leiterschicht 44 gekoppelt sein. Die zweiten Halbleiterschalter 26 können jeweils einen zweiten elektrischen Kontakt umfassen, der dem zweiten Abschnitt 38 zugewandt ist. Die zweiten elektrischen Kontakte der zweiten Halbleiterschalter 26 können elektrisch mit dem zweiten Abschnitt 38 gekoppelt sein. Die zweiten Halbleiterschalter 26 können jeweils einen dritten elektrischen Kontakt 27 umfassen, der der Leiterplatine 40 zugewandt ist. Die dritten elektrischen Kontakte 27 der zweiten Halbleiterschalter 26 können mit einer weiteren ersten Sammelschiene 21 auf dem Träger 22 gekoppelt sein. Die ersten elektrischen Kontakte 25 der zweiten Halbleiterschalter 26 können jeweils elektrisch von den zweiten elektrischen Kontakten 27 desselben zweiten Halbleiterschalters 26 isoliert sein. Die dritten elektrischen Kontakte 27 der zweiten Halbleiterschalter 26 können elektrisch von den ersten und den zweiten elektrischen Kontakten 25 desselben zweiten Halbleiterschalters 26 isoliert sein.
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Die ersten elektrischen Kontakte 25 der zweiten Halbleiterschalter 26 können jeweils eine Source des entsprechenden zweiten Halbleiterschalters 26 sein. Die zweiten elektrischen Kontakte der zweiten Halbleiterschalter 26 können jeweils ein Drain des entsprechenden zweiten Halbleiterschalters 26 sein. Die dritten elektrischen Kontakte 27 der zweiten Halbleiterschalter 26 können jeweils ein Gate des entsprechenden zweiten Halbleiterschalters 26 sein. Die Gates der zweiten Halbleiterschalter 26 können über die weitere erste Sammelschiene 21 mit einem elektronischen Bauteil zum Steuern der zweiten Halbleiterschalter 26 gekoppelt sein. Das elektronische Bauteil kann zum Steuern der zweiten Halbleiterschalter 26 ausgelegt sein. Die weitere erste Sammelschiene 21 kann eine weitere elektrisch leitende Leitung auf dem Träger 22 sein oder umfassen. Die erste Sammelschiene 21 und die weitere erste Sammelschiene 21 können elektrisch miteinander und/oder mit demselben elektronischen Bauteil gekoppelt sein. Alternativ können die erste Sammelschiene 21 und die weitere erste Sammelschiene 21 elektrisch voneinander isoliert sein und/oder mit unterschiedlichen elektronischen Bauteilen gekoppelt sein.
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Die ersten elektrischen Kontakte 25 der ersten Halbleiterschalter 24 können jeweils mit einer zweiten Sammelschiene 23 auf dem Träger 22 gekoppelt sein. Alternativ oder zusätzlich können die dritten elektrischen Kontakte 25 der zweiten Halbleiterschalter 26 jeweils mit einer weiteren zweiten Sammelschiene 23 auf dem Träger 22 gekoppelt sein. Die zweite Sammelschiene 23 kann elektrisch mit dem elektronischen Bauteil zum Steuern der ersten Halbleiterschalter 24 gekoppelt sein. Die weitere zweite Sammelschiene 23 kann elektrisch mit dem elektronischen Bauteil zum Steuern der zweiten Halbleiterschalter 26 gekoppelt sein. Die elektrische Kopplung der ersten elektrischen Kontakte 25 der Halbleiterschalter 24, 26 mit der zweiten Sammelschiene 23 kann den entsprechenden elektronischen Bauteilen zum Steuern der entsprechenden Halbleiterschalter 24, 26 ein Referenzpotenzial bereitstellen. Die zweite Sammelschiene 23 und/oder die weitere zweite Sammelschiene 23 können jeweils eine weitere elektrisch leitende Leitung auf dem Träger 22 sein oder umfassen. Die zweite Sammelschiene 23 und die weitere zweite Sammelschiene 23 können elektrisch miteinander und/oder mit demselben elektronischen Bauteil gekoppelt sein. Alternativ können die zweite Sammelschiene 23 und die weitere zweite Sammelschiene 23 elektrisch voneinander isoliert sein und/oder mit unterschiedlichen elektronischen Bauteilen gekoppelt sein.
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Die erste Leiterschicht 42 ist über entsprechende elektrisch leitende und vorgespannte erste Kontaktelemente 54, die unter Bezugnahme auf 5 ausführlich erläutert werden, elektrisch mit den ersten Halbleiterschaltern 24 gekoppelt. Die erste Leiterschicht 42 ist elektrisch mit dem zweiten Abschnitt 38 gekoppelt. Die zweite Leiterschicht 44 ist über entsprechende elektrisch leitende und vorgespannte zweite Kontaktelemente 56, die unter Bezugnahme auf 5 ausführlich erläutert werden, elektrisch mit den zweiten Halbleiterschaltern 26 gekoppelt.
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Ein erster DC-Anschluss 48 ist elektrisch mit dem ersten Abschnitt 36 gekoppelt und ein zweiter DC-Anschluss 50 ist elektrisch mit der zweiten Leiterschicht 44 gekoppelt. Der erste und der zweite DC-Anschluss 48, 50 sind zum elektrischen Koppeln des Halbbrückenmoduls mit einem (nicht gezeigten) Kondensator ausgelegt. Der Kondensator kann als ein DC-Kondensator bezeichnet werden. Das Halbbrückenmodul 20 kann den Kondensator umfassen. Ein AC-Anschluss 52 ist elektrisch mit der ersten Leiterschicht 42 gekoppelt und zum Liefern oder Empfangen eines AC-Stroms an bzw. von einer externen Vorrichtung ausgelegt.
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Der erste DC-Anschluss 48 kann direkt oder über die dritte Leiterschicht 46 mit dem ersten Abschnitt 36 gekoppelt sein, wobei die dritte Leiterschicht 46 den ersten DC-Anschluss 48 umfasst oder mit diesem gekoppelt ist. Die erste Leiterschicht 42 kann den AC-Anschluss 52 umfassen oder mit diesen gekoppelt sein. Die zweite Leiterschicht 42 kann den zweiten DC-Anschluss 50 umfassen oder mit diesen gekoppelt sein. Der erste und der zweite DC-Anschluss 48, 50 können nebeneinander angeordnet sein. Beispielsweise kann das Halbbrückenmodul 20 einen Stecker oder eine Buchse umfassen, der bzw. die den ersten und den zweiten DC-Anschluss 48, 50 umfasst. Der erste und der zweite DC-Anschluss 48, 50 können elektrisch voneinander und von dem AC-Anschluss 52 isoliert sein. Der AC-Anschluss 52 kann dazu ausgelegt sein, den AC-Strom an die externe Vorrichtung, z. B. einen Elektromotor, zu liefern und/oder den AC-Strom von der externen Vorrichtung, z. B. einem Generator, zu empfangen, wobei die externe Vorrichtung eine elektrische Maschine sein kann, die in einem ersten Betriebsmodus den Elektromotor und in einem zweiten Betriebsmodus den Generator bildet.
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Die erste Leiterschicht 42 kann erste Ausbuchtungen 62 für jeden der ersten Halbleiterschalter 24 umfassen. Die ersten Ausbuchtungen 62 können sich durch entsprechende erste Vertiefungen der zweiten Leiterschicht 44 zu dem Träger 22 erstrecken. Wenn die dritte Leiterschicht 46 angeordnet ist, können sich die ersten Ausbuchtungen 62 durch entsprechende erste Vertiefungen der dritten Leiterschicht 46 zu dem Träger 22 erstrecken. Die ersten Kontaktelemente 54 können gegen die ersten Ausbuchtungen 62 vorgespannt sein. Die ersten Ausbuchtungen 62 können elektrisch von Innenseitenwänden der entsprechenden ersten Vertiefungen der zweiten Leiterschicht 44 und gegebenenfalls von Innenseitenwänden der entsprechenden ersten Vertiefungen der dritten Leiterschicht 46 isoliert sein. Die elektrische Isolation der ersten Ausbuchtungen 62 von den entsprechenden ersten Vertiefungen der zweiten und/oder dritten Leiterschicht 44, 46 kann durch entsprechende Zwischenräume und/oder durch entsprechende elektrisch isolierende Materialien auf den ersten Ausbuchtungen 62 und/oder auf den Innenseitenwänden der entsprechenden ersten Vertiefungen der zweiten und/oder dritten Leiterschicht 44, 46 bereitgestellt werden.
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Die zweite Leiterschicht 44 kann zweite Ausbuchtungen 64 umfassen, die sich zu dem zweiten Träger 22 erstrecken. Wenn die dritte Leiterschicht 46 angeordnet ist, können sich die zweiten Ausbuchtungen 64 durch entsprechende zweite Vertiefungen der dritten Leiterschicht 46 erstrecken. Die zweiten Kontaktelemente 56 können gegen die entsprechenden zweiten Ausbuchtungen 64 vorgespannt sein. Die zweiten Ausbuchtungen 64 können elektrisch von einer Innenseitenwand der zweiten Vertiefungen der dritten Leiterschicht 46 isoliert sein. Die elektrische Isolation der zweiten Ausbuchtungen 65 von den entsprechenden zweiten Vertiefungen der dritten Leiterschicht 46 kann durch entsprechende Zwischenräume und/oder durch entsprechende elektrisch isolierende Materialien auf den zweiten Ausbuchtungen 64 und/oder auf den Innenseitenwänden der zweiten Vertiefungen der dritten Leiterschicht 46 bereitgestellt werden. Die Leiterschichten 42, 44, 46 können jeweils Kupfer oder Aluminium umfassen oder daraus hergestellt sein. Die Leiterschichten 42, 44, 46 und/oder die Sammelschienen 21, 23 können jeweils eine Dicke zwischen 0,5 mm und 2 mm aufweisen. Jedoch können auch andere Materialien und/oder Dicken jeweils für die Leiterschichten 42, 44, 46 und/oder die Sammelschienen 21, 23 möglich sein.
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Das Halbbrückenmodul 20 kann eine (nicht gezeigte) Treiberplatine zum Steuern der Halbleiterschalter 24, 26 umfassen. Alternativ kann die Treiberplatine als externe Vorrichtung umgesetzt sein, die elektrisch mit dem Halbbrückenmodul 20 gekoppelt ist. Die Treiberplatine kann über eine oder mehrere der Sammelschienen 21, 23 elektrisch mit den Halbleiterschaltern 24, 26 gekoppelt sein. Die Treiberplatine kann eine Leiterplatte (PCB - printed circuit board) und ein oder mehrere auf der PCB montierte elektronische Bauteile zum Steuern der Halbleiterschalter 24, 26 umfassen.
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Das Halbbrückenmodul 20 kann ein (nicht gezeigtes) Gehäuse umfassen. Der Träger 22, die Leiterplatine 40 und gegebenenfalls die Treiberplatine können mechanisch mit dem Gehäuse gekoppelt sein.
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3 zeigt eine zweite Seitenschnittansicht des Halbbrückenmoduls 20 von 1. Aus 3 ist ersichtlich, dass die erste Leiterschicht 42 über ein oder mehrere, z. B. zwei, elektrisch leitende dritte Kontaktelemente 58, die unter Bezugnahme auf 5 ausführlich erläutert werden, elektrisch mit dem zweiten Abschnitt 38 gekoppelt sein kann. Die erste Leiterschicht 42 kann eine oder mehrere, z. B. zwei, dritte Ausbuchtungen 66 umfassen, die sich durch entsprechende zweite Vertiefungen der zweiten Leiterschicht 44 zu dem Träger 22 erstrecken. Wenn die dritte Leiterschicht 46 angeordnet ist, können sich die dritten Ausbuchtungen 66 durch entsprechende dritte Vertiefungen der dritten Leiterschicht 46 zu dem Träger 22 erstrecken. Die dritten Kontaktelemente 58 können gegen die entsprechenden dritten Ausbuchtungen 66 vorgespannt sein. Die dritten Ausbuchtungen 66 können elektrisch von Innenseitenwänden der entsprechenden zweiten Vertiefungen der zweiten Leiterschicht 44 und gegebenenfalls von Innenseitenwänden der dritten Vertiefungen der dritten Leiterschicht 46 isoliert sein. Die elektrische Isolation der dritten Ausbuchtungen 66 von den zweiten Vertiefungen der zweiten Leiterschicht 44 und/oder von den dritten Vertiefungen der dritten Leiterschicht 46 kann durch entsprechende Zwischenräume und/oder durch elektrisch isolierende Materialien auf den dritten Ausbuchtungen 66 und/oder jeweils auf den Innenseitenwänden der entsprechenden zweiten Vertiefungen der zweiten Leiterschicht 44 und/oder der entsprechenden dritten Vertiefungen der dritten Leiterschicht 46 bereitgestellt werden.
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4 zeigt eine dritte Seitenschnittansicht des Halbbrückenmoduls 20 von 1. Aus 4 ist ersichtlich, dass die dritte Leiterschicht 46 über ein oder mehrere, z. B. zwei, elektrisch leitende vierte Kontaktelemente 60, die unter Bezugnahme auf 5 ausführlich erläutert werden, elektrisch mit dem ersten Abschnitt 36 gekoppelt sein kann. Die dritte Leiterschicht 46 kann den ersten DC-Anschluss 48 umfassen oder elektrisch mit diesen gekoppelt sein. Die dritte Leiterschicht 46 kann zum Leiten eines Stroms von dem ersten DC-Anschluss 48 zu dem ersten Abschnitt 36 oder umgekehrt ausgelegt sein.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kontaktelements, insbesondere einer der obigen Kontaktelemente 54, 56, 58, 60. Die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 können jeweils durch einen Kontaktkörper 70, einen Kontaktstift 72 und eine Kontaktfeder 74 gebildet sein oder diese umfassen. Die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 können zwischen den Halbleiterschaltern 24, 26 und den entsprechenden Leiterschichten 42, 44, 46 zwischengeordnet sein. Ein Abstand zwischen den Halbleiterschaltern 24, 26 und den entsprechenden Leiterschichten 42, 44, 46 kann kleiner als eine Länge der Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 in nicht vorgespanntem Zustand sein, sodass die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60, insbesondere die Kontaktfedern 74, vorgespannt werden können, wenn die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 zwischen den Halbleiterschaltern 24, 26 und den entsprechenden Leiterschichten 42, 44, 46 angeordnet sind. Insbesondere kann die Kontaktfeder 74 die entsprechenden Kontaktstifte 72 in eine Federkraftrichtung 76 drücken, und die Kontaktstifte 72 können entgegen der Federkraftrichtung gedrückt 76 werden, wenn die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 zwischen den Halbleiterschaltern 24, 26 und den entsprechenden Leiterschichten 42, 44, 46 angeordnet sind. Beispielsweise können die Kontaktstifte 72 teilweise in den entsprechenden Kontaktkörpern 70 angeordnet sein, wobei die Kontaktfedern 74 derart angeordnet sein können, dass sie die entsprechenden Kontaktstifte 72 in eine Richtung aus dem entsprechenden Kontaktkörper 70 heraus, d. h. die Federkraftrichtung 76, drückt.
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Die Kontaktstifte 72 und/oder die Kontaktkörper 70 können jeweils ein oder mehrere (nicht gezeigte) Mittel zum Verhindern einer Entkopplung der Kontaktstifte 72 von den Kontaktkörpern 70 durch die Federkraft der entsprechenden Kontaktfedern 74 umfassen. Beispielsweise können die Kontaktstifte 72 teilweise in entsprechenden Vertiefungen der entsprechenden Kontaktkörper 70 angeordnet sein, und die Kontaktfedern 74 können derart angeordnet sein, dass sie die entsprechenden Kontaktstifte 72 in der Federkraftrichtung 76 aus den entsprechenden Vertiefungen heraus drückt, bis eine (nicht gezeigte) Nase an dem entsprechenden Kontaktstift 72 eine (nicht gezeigte) Schulter des entsprechenden Kontaktkörpers 70 berührt. Wenn die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 zwischen den Halbleiterschaltern 24, 26 und den entsprechenden Leiterschichten 42, 44, 46 zwischengeordnet ist, können die Kontaktstifte 72 entgegen der Federkraftrichtung 76 teilweise zurück in die Vertiefung des entsprechenden Kontaktkörpers 70 gedrückt werden und die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 durch einen durch die Kontaktfedern 74 bereitgestellten Kraftschluss in Position gehalten werden. Darüber hinaus können die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 mittels Löten oder Schweißen, z. B. Laserschweißen, mit den entsprechenden Halbleiterschaltern 24, 26 und/oder Leiterschichten 42, 44, 46 verbunden sein.
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Die Kontaktfedern 74 können jeweils als eine Wellenfeder umgesetzt sein. Alternativ können die Kontaktfedern 74 jeweils eine „normale“ (Nichtwellen-)Schraubenfeder sein. Die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 können in einer Draufsicht jeweils eine runde oder eine polygonale, z. B. quadratische oder rechteckige, Form aufweisen. Die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 können jeweils ein elektrisch leitendes Material, z. B. Federstahl, umfassen oder daraus hergestellt sein. Die Kontaktelemente 54, 56, 58, 60 können eine Arbeitstemperatur zwischen 50° und 175 °C aufweisen.
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Obgleich die Erfindung in den Zeichnungen und in der vorhergehenden Beschreibung ausführlich dargestellt und beschrieben worden ist, sind solch eine Darstellung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann es mehr oder weniger Halbleiterschalter 24, 26, elektronische Bauteile und/oder entsprechende Drahtbondverbindungen 28 geben. Fachleute können bei Ausübung der beanspruchten Erfindung anhand einer genauen Betrachtung der Zeichnungen, der Offenbarung und der angehängten Ansprüche weitere Variationen der offenbarten Ausführungsformen erkennen und ausführen.
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In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassen/umfassend“ keine anderen Elemente aus, und der unbestimmte Artikel „ein/eine/einer“ schließt keinen Plural aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in verschiedenen voneinander abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht zum Vorteil genutzt werden kann. Jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als den Schutzumfang einschränkend ausgelegt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Halbbrückenmodul
- 21
- erste Sammelschiene
- 22
- Träger
- 23
- zweite Sammelschiene
- 24
- erster Halbleiterschalter
- 25
- erster elektrischer Kontakt
- 26
- zweiter Halbleiterschalter
- 27
- dritter elektrischer Kontakt
- 28
- Drahtbondverbindung
- 30
- erste Trägerschicht
- 32
- zweite Trägerschicht
- 34
- dritte Trägerschicht
- 36
- erster Abschnitt
- 38
- zweiter Abschnitt
- 40
- Leiterplatine
- 42
- erste Leiterschicht
- 44
- zweite Leiterschicht
- 46
- dritte Leiterschicht
- 48
- erster DC-Anschluss
- 50
- zweiter DC-Anschluss
- 52
- AC-Anschluss
- 54
- erstes Kontaktelement
- 56
- zweites Kontaktelement
- 58
- drittes Kontaktelement
- 60
- viertes Kontaktelement
- 62
- erste Ausbuchtung
- 64
- zweite Ausbuchtung
- 66
- dritter Ausbuchtung
- 70
- Kontaktkörper
- 72
- Kontaktstift
- 74
- Kontaktfeder
- 76
- Federkraftrichtung
