DE102022210145A1 - Leistungsmodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul (1) mit einem ersten Schaltungsträger (10), auf dessen elektrisch isolierenden Schicht (12) mindestens eine erste Leiterstruktur (14) und mindestens eine zweite Leiterstruktur (16) ausgebildet sind, wobei mindestens ein erster Halbleiterschalter (HS1 bis HS8) auf der mindestens einen ersten Leiterstruktur (14) angeordnet und elektrisch mit der mindestens einen ersten Leiterstruktur (14) verbunden ist, wobei mindestens ein zweiter Halbleiterschalter (LS1 bis LS8) auf der mindestens einen zweiten Leiterstruktur (14) angeordnet und elektrisch mit der mindestens einen zweiten Leiterstruktur (14) verbunden ist, wobei mindestens ein erster Kontaktbügel (36) über mindestens eine erste interne Kontaktfläche (36.1) mit einer variablen Anzahl von ersten Halbleiterschaltern (HS1 bis HS8) elektrisch verbunden ist und eine von der Anzahl der kontaktierten ersten Halbleiterschalter (HS1 bis HS8) unabhängige erste externe Kontaktfläche (36.2) ausbildet, welche mit einem Lastanschluss kontaktierbar ist, und wobei mindestens ein zweiter Kontaktbügel (37) über mindestens eine zweite interne Kontaktfläche (37.1) mit einer variablen Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern (LS1 bis LS8) elektrisch verbunden ist und eine von der Anzahl der kontaktierten zweiten Halbleiterschalter (LS1 bis LS8) unabhängige zweite externe Kontaktfläche (37.2) ausbildet, welche mit einem ersten Versorgungsanschluss kontaktierbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul, insbesondere zur Bereitstellung eines Phasenstroms für einen Elektromotor. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls.
  • Aus der DE 10 2014 219 998 B4 ist ein Leistungsmodul, insbesondere zur Bereitstellung von einem Phasenstrom für einen Elektromotor bekannt. Das Leistungsmodul umfasst einen Schaltungsträger mit einer Oberfläche, zumindest zwei erste Kontaktflächen auf der Oberfläche und zumindest zwei erste Leistungstransistoren, die jeweils je eine Bodenkontaktfläche aufweisen. Jeweils ein erster Leistungstransistor der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren ist auf jeweils einer der ersten Kontaktflächen unmittelbar angeordnet und über seine Bodenkontaktfläche unmittelbar mit der jeweiligen ersten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Zudem umfasst das Leistungsmodul eine zweite Kontaktfläche auf der Oberfläche und zumindest zwei zweite Leistungstransistoren, die jeweils je eine Bodenkontaktfläche aufweisen. Die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren sind auf der zweiten Kontaktfläche unmittelbar angeordnet und über ihre jeweiligen Bodenkontaktflächen unmittelbar mit der zweiten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Des Weiteren umfasst das Leistungsmodul zumindest zwei dritte Kontaktflächen auf der Oberfläche, wobei die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren auf ihren von der Oberfläche des Schaltungsträgers abgewandten Seiten jeweils je eine weitere Kontaktfläche aufweisen und jeweils ein zweiter Leistungstransistor der zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren über seine weitere Kontaktfläche mit jeweils einer der zumindest zwei dritten Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden ist. Die zumindest zwei ersten Kontaktflächen und die zumindest zwei dritten Kontaktflächen sind in einer Längsrichtung des Leistungsmoduls alternierend nacheinander angeordnet und die zweite Kontaktfläche ist neben den zumindest zwei ersten Kontaktflächen und den zumindest zwei dritten Kontaktflächen angeordnet, wobei die zweite Kontaktfläche zumindest zwei Kontaktbereiche aufweist, wobei sich jeweils einer der zumindest zwei Kontaktbereiche neben jeweils einem der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren befindet. Die zumindest zwei ersten Leistungstransistoren weisen auf ihren von der Oberfläche des Schaltungsträgers abgewandten Seiten jeweils je eine weitere Kontaktfläche auf und jeweils ein erster Leistungstransistor der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren ist über seine weitere Kontaktfläche mit dem jeweils einen sich neben ihm befindenden Kontaktbereich der zumindest zwei Kontaktbereiche der zweiten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Hierbei sind die zumindest zwei Kontaktbereiche der zweiten Kontaktfläche und die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren in der Längsrichtung alternierend nacheinander angeordnet.
  • Aus der EP 2 418 925 B1 ist eine elektrische Kontaktierung zwischen einer mindestens einer Leiterbahn aufweisenden Flexfolie und mindestens einem elektrischen Kontakt eines Sensors oder eines Steuergeräts bekannt. Hierbei ist ein Endabschnitt der Flexfolie an einer Berührstelle durch Wärmeeintrag elektrisch kontaktiert, wobei der Endabschnitt der Flexfolie an der Berührstelle an vorstehend ausgebildete elektrische Kontakte angestellt ist. Der Endabschnitt der Flexfolie ist als Wellenschlag insbesondere als Umlenkung ausgebildet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Leistungsmodul mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf dem ersten Schaltungsträger nur zwei Leiterstrukturen angeordnet sind, welche jeweils mit einem ersten Leistungsanschluss von mindestens einem Halbleiterschalter kontaktiert sind und mit einem ersten externen Versorgungsanschluss oder einem externen Lastanschluss elektrisch verbunden werden können. Zudem können zweite Leistungsanschlüsse der auf den beiden Leiterstrukturen angeordneten mindestens zwei Halbleiterschaltern jeweils über mindestens einen Kontaktbügel mit einem zweiten externen Versorgungsanschluss oder dem externen Lastanschluss elektrisch verbunden werden. Dies ermöglicht eine kompakte Bauform des Leistungsmoduls und eine niederinduktive Anbindung des Leistungsmoduls an Kondensatoren eines Zwischenkreises einer Gleichstromversorgung des Leistungsmoduls und an eine elektrische Maschine als Last des Leistungsmoduls. Des Weiteren sind keine einzelnen Bondvorgänge bzw. einzelne Bondverbindungen erforderlich, um die zweiten Leistungsanschlüsse der Halbleiterschalter zu kontaktieren. Durch die Verwendung von Kontaktbügeln mit einer variablen Anzahl von internen Kontaktflächen, deren Abmessungen und/oder Anzahl von den zu kontaktierenden Halbleiterschaltern abhängig ist, und nur einer externen Kontaktfläche, deren Form und Abmessung von der Anzahl der zu kontaktierenden Halbleiterschalter unabhängig ist, ist es möglich die Anzahl der Halbleiterschalter in Abhängigkeit von der zu schaltenden elektrischen Leistung zu skalieren. Das bedeutet, dass die Anzahl der Halbleiterschalter des Leistungsmoduls in Abhängigkeit der zu schaltenden elektrischen Leistung ausgewählt werden kann. Da die externen Kontaktflächen der Kontaktbügel, welche jeweils über eine externe Kontaktvorrichtung mit einem der Versorgungsanschlüsse oder dem Lastanschluss elektrisch verbunden werden können, unabhängig von der Anzahl der zu kontaktierenden Halbleiterschalter des Leistungsmoduls immer gleich ausgeführt werden können, können für verschiedene Leistungsmodule einer Leistungsmodulfamilie, welche sich in der zu schaltenden elektrischen Leistung und in der Anzahl der Halbleiterschalter unterscheiden, die gleichen externen Kontaktvorrichtungen zur Kontaktierung des Leistungsmoduls und zur elektrischen Verbindung des Leistungsmoduls mit dem Lastanschluss und den Versorgungsanschlüssen verwendet werden, ohne das Anpassungen erforderlich sind.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Leistungsmodul mit einem ersten Schaltungsträger zur Verfügung, welcher eine elektrisch isolierende Schicht aufweist. Auf der elektrisch isolierenden Schicht sind mindestens eine erste Leiterstruktur und mindestens eine zweite Leiterstruktur ausgebildet. Mindestens ein erster Halbleiterschalter ist auf der mindestens einen ersten Leiterstruktur angeordnet, wobei ein erster Leistungsanschluss des mindestens einen ersten Halbleiterschalters elektrisch mit der mindestens einen ersten Leiterstruktur verbunden ist. Mindestens ein zweiter Halbleiterschalter ist auf der mindestens einen zweiten Leiterstruktur angeordnet, wobei ein erster Leistungsanschluss des mindestens einen zweiten Halbleiterschalters elektrisch mit der mindestens einen zweiten Leiterstruktur verbunden ist. Hierbei ist mindestens ein erster Kontaktbügel über mindestens eine erste interne Kontaktfläche mit einem zweiten Leistungsanschluss einer variablen Anzahl von ersten Halbleiterschaltern elektrisch verbunden und bildet eine von der Anzahl der kontaktierten ersten Halbleiterschalter unabhängige erste externe Kontaktfläche aus, welche mit einem Lastanschluss kontaktierbar ist. Mindestens ein zweiter Kontaktbügel ist über mindestens eine zweite interne Kontaktfläche mit einem zweiten Leistungsanschluss einer variablen Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern elektrisch verbunden und bildet eine von der Anzahl der kontaktierten zweiten Halbleiterschalter unabhängige zweite externe Kontaktfläche aus, welche mit einem ersten Versorgungsanschluss kontaktierbar ist.
  • Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls vorgeschlagen. Hierbei werden ein erster Schaltungsträger und ein zweiter Schaltungsträger und mindestens ein erster Halbleiterschalter und mindestens ein zweiter Halbleiterschalter und mindestens ein erster Kontaktbügel und mindestens ein zweiter Kontaktbügel bereitgestellt. Der erste Schaltungsträger und der zweite Schaltungsträger werden entsprechend bestückt und kontaktiert. Hierbei wird mindestens eine erste interne Kontaktfläche mindestens eines ersten Kontaktbügels über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch mit einem zweiten Leistungsanschluss einer variablen Anzahl von ersten Halbleiterschaltern elektrisch verbunden, wobei der mindestens eine erste Kontaktbügel eine von der Anzahl der kontaktierten ersten Halbleiterschalter unabhängige erste externe Kontaktfläche ausbildet, welche mit einem Lastanschluss kontaktierbar ist. Mindestens eine zweite interne Kontaktfläche mindestens eines zweiten Kontaktbügels wird über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch mit einem zweiten Leistungsanschluss einer variablen Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern elektrisch verbunden, wobei der mindestens eine zweite Kontaktbügel eine von der Anzahl der kontaktierten ersten Halbleiterschalter unabhängige zweite externe Kontaktfläche ausbildet, welche mit einem ersten Versorgungsanschluss kontaktierbar ist.
  • Der erste Schaltungsträger kann beispielsweise als DBC-Substrat (DBC: Direct bonded copper) oder als AMB-Substrat (AMB: Active metal bonding) ausgeführt sein. Die Halbleiterschalter können beispielsweise als Feldeffekttransistoren ausgeführt werden, so dass Drainanschlüsse der Halbleiterschalter jeweils einem ersten Leistungsanschluss entsprechen können. Sourceanschlüsse der Halbleiterschalter können zweiten Leistungsanschlüssen entsprechen. Bei der Verwendung von Bipolartransistoren als Halbleiterschalter können Kollektoranschlüsse den ersten Leistungsanschlüssen und Emitteranschlüsse den zweiten Leistungsanschlüssen der Halbleiterschalter entsprechen. Unter einem Steueranschluss kann beispielsweise ein Gateanschluss oder ein Kelvin-Sourceanschluss eines Feldeffekttransistors oder ein Basisanschluss eines Bipolartransistors verstanden werden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Leistungsmoduls und des im unabhängigen Patentanspruch 19 angegebenen Verfahrens zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass eine Anzahl der ersten internen Kontaktflächen des mindestens einen ersten Kontaktbügels von der halben Anzahl der zu kontaktierenden ersten Halbleiterschaltern abhängig sein kann, und eine Anzahl der zweiten internen Kontaktflächen des mindestens einen zweiten Kontaktbügels von der Anzahl der zu kontaktierenden zweiten Halbleiterschaltern abhängig sein kann. Das bedeutet, dass eine Anzahl der internen Kontaktflächen des mindestens einen Kontaktbügels beispielsweise der halben Anzahl oder der vollen Anzahl von zu kontaktierenden Halbleiterschaltern entsprechen kann. So können die Kontaktbügel zur Kontaktierung von vier Halbleiterschaltern jeweils vier interne Kontaktflächen aufweisen können. Alternativ können zwei nebeneinander angeordnete Halbleiterschalter über eine gemeinsame interne Kontaktfläche kontaktiert werden, deren Gesamtfläche zumindest der Summe der Flächen der beiden einzelnen internen Kontaktflächen des korrespondierenden Kontaktbügels entsprechen kann, so dass der alternative Kontaktbügel zwei interne Kontaktflächen zur Kontaktierung von vier Halbleiterschaltern umfassen kann.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann die mindestens eine erste Leiterstruktur an mindestens einem externen Kontaktbereich über mindestens ein erstes Abstandselement, welches eine dritte externe Kontaktfläche ausbildet, mit einem zweiten Versorgungsanschluss kontaktiert werden. Hierbei kann die mindestens eine zweite Leiterstruktur an mindestens einem externen Kontaktbereich über mindestens ein zweites Abstandselement, welches eine vierte externe Kontaktfläche ausbildet, mit dem Lastanschluss kontaktiert werden. Durch die Verwendung von Abstandselementen kann die Kontaktierung der Leiterstrukturen vereinfacht werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können die erste externe Kontaktfläche des mindestens einen ersten Kontaktbügels und die mindestens eine vierte externe Kontaktfläche des zweiten Abstandselements jeweils über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch niederinduktiv mit einer gemeinsamen ersten externen Kontaktvorrichtung verbunden sein. Zudem kann die mindestens eine zweite externe Kontaktfläche des mindestens einen zweiten Kontaktbügels über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch niederinduktiv mit einer zweiten externen Kontaktvorrichtung verbunden sein. Des Weiteren kann die mindestens eine dritte externe Kontaktfläche des ersten Abstandselements über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch niederinduktiv mit einer dritten externen Kontaktvorrichtung verbunden sein. Die externen Kontaktvorrichtungen können vorzugsweise als Stromschienen ausgeführt sein. So können beispielsweise bei der Verwendung von mehreren ersten Kontaktbügeln die einzelnen ersten externen Kontaktflächen der ersten Kontaktbügel und die vierte externe Kontaktfläche des zweiten Abstandshalters der zweiten Leiterstruktur gleichzeitig, vorzugsweise durch einen Sintervorgang, mit der gemeinsamen ersten Kontaktvorrichtung verbunden werden. Des Gleichen können bei der Verwendung von mehreren zweiten Kontaktbügeln die einzelnen zweiten externen Kontaktflächen der zweiten Kontaktbügel gleichzeitig, vorzugsweise durch einen Sintervorgang, mit der gemeinsamen zweiten Kontaktvorrichtung verbunden werden. Analog kann die dritte externe Kontaktfläche des ersten Abstandselements der ersten Leiterstruktur vorzugsweise durch einen Sintervorgang mit der dritten externen Kontaktvorrichtung verbunden werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls können die zweite externe Kontaktvorrichtung und die dritte externe Kontaktvorrichtung an einem gemeinsamen ersten Endbereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein.
  • Die erste externe Kontaktvorrichtung kann an einem dem ersten Endbereich gegenüberliegenden zweiten Endbereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein. Dadurch können eine erste Stromschiene zur Verbindung des Leistungsmoduls mit dem positiven ersten Versorgunganschluss und eine zweite Stromschiene zur Verbindung des Leistungsmoduls mit dem negativen zweiten Versorgunganschluss auf ein und dieselbe Seite des Schaltungsträgers gelegt werden. Dies ermöglicht, dass die Stromschienen zur Verbindung des Leistungsmoduls mit den Versorgungsanschlüssen der Gleichspannungsversorgung übereinander angeordnet werden können. Eine dritte Stromschiene zur Verbindung des Leistungsmoduls mit dem Lastanschluss kann auf der gegenüberliegenden Seite des Leistungsmoduls angeordnet sein. Dies ermöglicht eine einfache Kontaktierung des Leistungsmoduls.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann ein Layout des ersten Schaltungsträgers spiegelsymmetrisch zu einer Mittelängsachse ausgeführt sein. Dadurch kann eine symmetrische Verteilung des Stromflusses auf dem Schaltungsträger erreicht werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann auf einem ersten internen Kontaktbereich einer ersten Leiterstruktur und auf einem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur jeweils mindestens ein erster Halbleiterschalter angeordnet und kontaktiert sein. Auf einem ersten internen Kontaktbereich einer zweiten Leiterstruktur und auf einem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur kann jeweils mindestens ein zweiter Halbleiterschalter angeordnet und kontaktiert sein. Der mindestens eine erste Halbleiterschalter kann auch als „High-Side-Schalter“ bezeichnet werden, da er zwischen dem positiven Versorgungsanschluss und dem Lastanschluss eingeschleift ist. Durch die Verteilung von mehreren ersten Halbleiterschaltern auf zwei interne Kontaktbereiche der ersten Leiterstruktur können in Abhängigkeit von der Stromlast zwei symmetrische Gruppen von „High-Side-Schaltern“ gebildet werden, die beispielsweise jeweils einen, zwei, drei oder mehr erste Halbleiterschalter umfassen können. Hierbei kann jeweils ein erster Kontaktbügel die zweiten Leistungsanschlüsse der „High-Side-Schalter“ der beiden Gruppen kontaktieren, so dass ein erster Kontaktbügel die auf dem ersten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur angeordneten ersten Halbleiterschalter kontaktieren kann, und ein weiterer erster Kontaktbügel die auf dem zweiten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur angeordneten ersten Halbleiterschalter kontaktieren kann. Der mindestens eine zweite Halbleiterschalter kann auch als „Low-Side-Schalter“ bezeichnet werden, da er zwischen dem negativen Versorgungsanschluss und dem Lastanschluss eingeschleift ist. Durch die Verteilung von mehreren zweiten Halbleiterschaltern auf zwei interne Kontaktbereiche der zweiten Leiterstruktur können in Abhängigkeit von der Stromlast zwei symmetrische Gruppen von „Low-Side-Schaltern“ gebildet werden, die beispielsweise jeweils einen, zwei, drei oder mehr zweite Halbleiterschalter umfassen können. Hierbei kann jeweils ein zweiter Kontaktbügel die zweiten Leistungsanschlüsse der „Low-Side-Schalter“ der beiden Gruppen kontaktieren, so dass ein zweiter Kontaktbügel die auf dem ersten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur angeordneten zweiten Halbleiterschalter kontaktieren kann, und ein weiterer zweiter Kontaktbügel die auf dem zweiten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur angeordneten zweiten Halbleiterschalter kontaktieren kann. Durch die symmetrische Anordnung der ersten Halbleiterschalter und der zweiten Halbleiterschalter können Streuinduktivitäten reduziert werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann mindestens ein zweiter Schaltungsträger räumlich parallel über dem ersten Schaltungsträger angeordnet sein und mindestens einen internen Kontaktbereich, an welchem Steueranschlüsse der Halbleiterschalter kontaktiert sind, und mindestens einen externen Kontaktbereich aufweisen, an welchem Kontaktelemente angeordnet sind, welche mit Steuerleitungen einer vierten externen Kontaktvorrichtung kontaktiert werden können. Hierbei können die Kontaktelemente des externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Steckerverbindungen mit den Kontaktelementen der vierten externen Kontaktvorrichtung verbunden werden. Hierbei kann die vierte externe Kontaktvorrichtung vorzugsweise als flexible Leiterplatte ausgebildet sein. Alternativ kann die vierte externe Kontaktvorrichtung als Steckeraufnahme oder als Stecker ausgebildet sein.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann der zweite Schaltungsträger als H-förmige insbesondere flexible Leiterplatte, welche auch als Flexfolie bezeichnet wird, ausgeführt und über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Sinterverbindungen mit dem ersten Schaltungsträger verbunden sein. Hierbei kann an den äußeren Schenkeln der H-förmigen Leiterplatte jeweils ein interner Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers ausgebildet ein. An dem Verbindungssteg der H-förmigen Leiterplatte kann der externe Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers ausgebildet sein. Der externe Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers kann nach innen versetzt parallel zum zweiten Endbereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein. Zudem können die Steueranschlüsse der auf dem ersten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur angeordneten ersten Halbleiterschalter und der auf dem ersten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur angeordneten zweiten Halbleiterschalter über Signalverbindungen mit einem gemeinsamen ersten internen Kontaktbereich des H-förmigen zweiten Schaltungsträgers kontaktiert sein. Die Steueranschlüsse der auf dem zweiten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur angeordneten ersten Halbleiterschalter und der auf dem zweiten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur angeordneten zweiten Halbleiterschalter können über Signalverbindungen mit einem gemeinsamen zweiten internen Kontaktbereich des H-förmigen zweiten Schaltungsträgers kontaktiert sein. Die Signalverbindungen können beispielsweise über geeignete Bonddrähte hergestellt werden.
  • Alternativ kann der zweite Schaltungsträger als rahmenförmige insbesondere flexible Leiterplatte mit einem mittleren Verbindungssteg ausgeführt und über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Sinterverbindungen mit dem ersten Schaltungsträger verbunden sein. Hierbei kann an dem Verbindungssteg und an den parallel zum Verbindungsteg verlaufenden äu-ßeren Schenkeln der rahmenförmigen Leiterplatte jeweils ein interner Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers ausgebildet sein. An einem der senkrecht zum Verbindungssteg verlaufenden äußeren Schenkel der rahmenförmigen Leiterplatte kann der externe Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers ausgebildet sein. Hierbei können die Steueranschlüsse der auf dem ersten internen Kontaktbereich und auf dem zweiten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur angeordneten ersten Halbleiterschalter über Signalverbindungen mit einem ersten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur kontaktiert werden, welcher an einem ersten äußeren Schenkel der rahmenförmigen zweiten Leiterplatte angeordnet ist, oder mit einem zweiten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur kontaktiert werden, welcher an dem Verbindungssteg der rahmenförmigen zweiten Leiterplatte angeordnet ist. Die Steueranschlüsse der auf dem ersten internen Kontaktbereich und auf dem zweiten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur angeordneten zweiten Halbleiterschalter können über Signalverbindungen mit einem dritten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur kontaktiert werden, welcher an einem zweiten äußeren Schenkel der rahmenförmigen zweiten Leiterplatte angeordnet ist, oder mit dem zweiten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur kontaktiert werden, welcher an dem Verbindungssteg der rahmenförmigen zweiten Leiterplatte angeordnet ist. Die Signalverbindungen können beispielsweise über geeignete Bonddrähte hergestellt werden. Der externe Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers kann beispielsweise an einem dritten oder vierten Schenkel der rahmenförmigen Leiterplatte angeordnet sein, welche senkrecht zum Verbindungssteg verlaufen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann das Leistungsmodul von einer Umhüllung ummoldet sein. Hierbei können im Bereich der externen Kontaktflächen des ersten Schaltungsträgers und im Bereich des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers in die Umhüllung jeweils eine Freilegung eingebracht sein, so dass die externen Kontaktflächen des ersten Schaltungsträgers und die Kontaktelemente des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers freigelegt und kontaktierbar sind. Durch die Umhüllung, welche vorzugsweise durch eine ausgehärtete Moldmasse gebildet wird, kann die Lebensdauer der Halbleiterschalter und der elektrischen Verbindungen und Kontaktierungen deutlich erhöht werden, da die Umhüllung auch bei hohen Temperaturen eine gute Fixierung der Halbleiterschalter und des zweiten Schaltungsträgers gewährleistet. Zudem werden die Halbleiterschalter sowie die verschiedenen elektrischen Kontaktierungen und Verbindungen und die Leiterstrukturen durch die Umhüllung vor äußeren Einflüssen geschützt. Des Weiteren ermöglicht die Umhüllung einfachere Handhabung des umhüllten Leistungsmodul, so dass die Leistungsmodule einfach weiterverarbeitet und transportiert werden können. Durch das Freilegen der einzelnen Kontaktflächen des ersten Schaltungsträgers und der einzelnen Kontaktelemente des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers nach dem Aushärten der Umhüllung, bleiben die anderen Komponenten des Leistungsmoduls weiterhin fluiddicht von der Umhüllung umschlossen und vor äußeren Einflüssen geschützt. Die einzelnen Kontaktflächen und die einzelnen Kontaktelemente können vorzugsweise mittels eines Laserstrahls freigelegt werden. Die freigelegten Kontaktflächen des ersten Schaltungsträgers können dann einfach mit den Kontaktvorrichtungen elektrisch kontaktiert werden, welche das ummoldete Leistungsmodul elektrisch mit dem positiven Versorgungsanschluss, dem negativen Versorgungsanschluss und dem Lastanschluss verbinden können. Die freigelegten Kontaktelemente des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers können dann einfach über entsprechenden Signalleitungen mit einer Auswerte- und Steuereinheit und/oder einem Steuergerät elektrisch verbunden werden, welche die Steuersignale zur Ansteuerung der Halbleiterschalter erzeugen und ausgeben können.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann eine vierte externe Kontaktvorrichtung mit einem Kontaktbereich und mehreren Kontaktelementen ausgebildet sein, um mit dem externen Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers elektrisch kontaktiert zu werden. Hierbei können die Kontaktelemente des externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Steckerverbindungen mit den Kontaktelementen der vierten externen Kontaktvorrichtung verbunden werden. Hierbei kann die vierte externe Kontaktvorrichtung vorzugsweise als flexible Leiterplatte ausgebildet sein. Alternativ kann die vierte externe Kontaktvorrichtung als Steckeraufnahme oder als Stecker ausgebildet sein.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann das bestückte und kontaktierte Leistungsmodul in ein Moldwerkzeug eingelegt und in einem Moldvorgang mit einer Umhüllung ummoldet werden. Hierbei kann im Bereich der externen Kontaktflächen des ersten Schaltungsträgers und im Bereich des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers die Umhüllung freigelegt werden, so dass die externen Kontaktflächen des ersten Schaltungsträgers und die Kontaktelemente des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers durch die erzeugten Freilegungen kontaktierbar sind. Die externen Kontaktflächen des ersten Schaltungsträgers und der mindestens eine externe Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers können vor der Entnahme oder nach der Entnahme des ummoldeten Leitungsmoduls aus dem Moldwerkzeug freigelegt werden. Die einzelnen Kontaktflächen des ersten Schaltungsträgers und die einzelnen Kontaktelemente des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers können beispielsweise mit einem Laser freigelegt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls ohne Umhüllung.
    • 2 zeigt eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 1 mit Umhüllung und freigelegten Kontaktflächen und freigelegten Kontaktstellen.
    • 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemä-ßen Leistungsmoduls aus 1 und 2 mit Umhüllung und Kontaktvorrichtungen zur Kontaktierung der freigelegten Kontaktflächen des ersten Schaltungsträgers und der freigelegten Kontaktstellen des zweiten Schaltungsträgers.
    • 4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls ohne Umhüllung.
    • 5 zeigt eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 4 mit Umhüllung und freigelegten Kontaktflächen und freigelegten Kontaktstellen.
    • 6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemä-ßen Leistungsmoduls aus 4 und 5 mit Umhüllung und Kontaktvorrichtungen zur Kontaktierung der freigelegten Kontaktflächen des ersten Schaltungsträgers und der freigelegten Kontaktstellen des zweiten Schaltungsträgers.
    • 7 bis 11 zeigen jeweils eine Darstellung von verschiedenen Ausführungsbeispielen eines Kontaktbügels für die erfindungsgemäßen Leistungsmodule aus 1 bis 6.
    • 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 1 bis 6.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 bis 6 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls 1, 1A, 1B jeweils einen ersten Schaltungsträger 10, 10A, 10B, welcher eine elektrisch isolierende Schicht 12 aufweist. Auf der elektrisch isolierenden Schicht 12 sind mindestens eine erste Leiterstruktur 14, 14A, 14B und mindestens eine zweite Leiterstruktur 16, 16A, 16B ausgebildet. Mindestens ein erster Halbleiterschalter HS1 bis HS8 ist an mindestens einem internen Kontaktbereich 14.1, 14.1A, 14.1B auf der mindestens einen ersten Leiterstruktur 14, 14A, 14B angeordnet, wobei ein erster Leistungsanschluss 34A des mindestens einen ersten Halbleiterschalters HS1 bis HS8 elektrisch mit der mindestens einen ersten Leiterstruktur 14, 14A, 14B verbunden ist. Mindestens ein zweiter Halbleiterschalter LS1 bis LS8 ist an mindestens einem internen Kontaktbereich 16.1, 16.1A, 16.1B auf der mindestens einen zweiten Leiterstruktur 16, 16A, 16B angeordnet, wobei ein erster Leistungsanschluss 34A des mindestens einen zweiten Halbleiterschalters LS1 bis LS8 elektrisch mit der mindestens einen zweiten Leiterstruktur 16, 16A, 16B verbunden ist. Mindestens ein erster Kontaktbügel 36, 36A, 36B, 36C, 36D ist über mindestens eine erste interne Kontaktfläche 36.1 mit einem zweiten Leistungsanschluss 34B einer variablen Anzahl von ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS8 elektrisch verbunden und bildet eine von der Anzahl der kontaktierten ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS8 unabhängige erste externe Kontaktfläche 36.2 aus, welche mit einem Lastanschluss kontaktierbar ist. Mindestens ein zweiter Kontaktbügel 37, 37A, 37B, 37C, 37D ist über mindestens eine zweite interne Kontaktfläche 37.1 mit einem zweiten Leistungsanschluss 34B einer variablen Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern LS1 bis LS8 elektrisch verbunden und bildet eine von der Anzahl der kontaktierten zweiten Halbleiterschalter LS1 bis LS8 unabhängige zweite externe Kontaktfläche 37.2 aus, welche mit einem ersten Versorgungsanschluss kontaktierbar ist.
  • Wie insbesondere aus 1 und 4 weiter ersichtlich ist, ist ein Layout der ersten Schaltungsträgers 10, 10A, 10B jeweils spiegelsymmetrisch zu einer Mittelängsachse MLA ausgeführt. Hierzu ist auf einer Oberseite der ersten Schaltungsträger 10, 10A, 10B jeweils nur eine erste Leiterstruktur 14, 14A, 14B und nur eine zweite Leiterstruktur 16, 16A, 16B ausgebildet. Hierbei ist die mindestens eine erste Leiterstruktur 14, 14A, 14B an mindestens einem externen Kontaktbereich 14.2, 14.2A, 14.2B über mindestens ein erstes Abstandselement 38, welches eine dritte externe Kontaktfläche 38.1 ausbildet, mit einem zweiten Versorgungsanschluss kontaktierbar. Die mindestens eine zweite Leiterstruktur 16, 16A, 16B ist an mindestens einem externen Kontaktbereich 16.2 über mindestens ein zweites Abstandselement 39, welches eine vierte externe Kontaktfläche 39.1 ausbildet, mit dem Lastanschluss kontaktierbar. Auf der Unterseite der ersten Schaltungsträger 10, 10A, 10B ist mindestens eine nicht näher dargestellte Metallschicht angeordnet, über welche Verlustwärme der Halbleiterschalter HS1 bis HS8, LS1 bis LS8 abführbar ist.
  • Die ersten Schaltungsträger 10, 10A, 10B sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils als AMB-Substrat 11 (AMB: Active metal bonding) ausgeführt, und die Halbleiterschalter HS1 bis HS8, LS1 bis LS8 sind als Feldeffekttransistoren 30 ausgeführt, so dass Drainanschlüsse der Feldeffekttransistoren 30 jeweils einem ersten Leistungsanschluss 34A der Halbleiterschalter HS1 bis HS8, LS1 bis LS8 und Sourceanschlüsse der Feldeffekttransistoren 30 jeweils einem zweiten Leistungsanschluss 34B der Halbleiterschalter HS1 bis HS8, LS1 bis LS8 entsprechen. Die Steueranschlüsse 32 der Halbleiterschalter HS1 bis HS8, LS1 bis LS8 entsprechen jeweils einem Gateanschluss oder einem Kelvin-Sourceanschluss des jeweiligen Feldeffekttransistors 30.
  • Wie insbesondere aus 1 und 4 weiter ersichtlich ist, ist mindestens ein zweiter Schaltungsträger 20 räumlich parallel über dem ersten Schaltungsträger 10, 10A, 10B angeordnet und weist mindestens einen internen Kontaktbereich 22, 22A, 22B, 22C, an welchem Steueranschlüsse 32 der Halbleiterschalter HS1 bis HS8, LS1 bis LS8 kontaktiert sind, und mindestens einen externen Kontaktbereich 24, 24A, 24B auf, an welchem Kontaktelemente 26 angeordnet sind, welche mit Steuerleitungen einer vierten externen Kontaktvorrichtung 40 kontaktierbar sind.
  • Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1A die zweite Leiterstruktur 16A T-förmig ausgeführt und um 90° im Uhrzeigersinn gedreht, so dass ein Querbalken der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16A parallel zum in der Darstellung rechten Rand des ersten Schaltungsträgers 10A verläuft. Ein Längsbalken der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16A verläuft entlang der Mittelängsachse MLA des ersten Schaltungsträgers 10A und bildet einen externen Kontaktbereich 16.2 der zweiten Leiterstruktur 16A aus. Die erste Leiterstruktur 14A ist U-förmig ausgeführt und um 90° im Uhrzeigersinn gedreht, so dass die äußeren Schenkel der U-förmigen ersten Leiterstruktur 14A an einem in der Darstellung oberen Rand und an einem in der Darstellung unteren Rand des ersten Schaltungsträgers 10A angeordnet sind. Ein schmaler Verbindungssteg der ersten Leiterstruktur 14A, welcher die beiden Schenkel der ersten Leiterstruktur 14A miteinander verbindet, verläuft an einem in der Darstellung linken Rand des ersten Schaltungsträgers 10A. Dadurch ist die T-förmige zweite Leiterstruktur 16A an drei Seiten von der U-förmigen ersten Leiterstruktur 14A umschlossen. Die äußeren Schenkel der U-förmigen ersten Leiterstruktur 16A weisen in Richtung Verbindungssteg jeweils eine Verbreiterung auf, wobei der Längsbalken der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16A die verbreiterten Schenkel der U-förmigen ersten Leiterstruktur 16 voneinander trennt.
  • Wie insbesondere aus 1 weiter ersichtlich ist, bildet die Verbreiterung des oberen Schenkels der ersten Leiterstruktur 14A an einem in der Darstellung linken Randbereich einen ersten internen Kontaktbereich 14.1A der ersten Leiterstruktur 14A aus, und die Verbreiterung des unteren Schenkels der ersten Leiterstruktur 14A bildet an dem in der Darstellung linken Randbereich einen zweiten internen Kontaktbereich 14.1 B der ersten Leiterstruktur 14A aus. Zudem bildet ein in der Darstellung rechter Randbereich der Verbreiterung des oberen Schenkels der ersten Leiterstruktur 14A einen ersten externen Kontaktbereich 14.2A der ersten Leiterstruktur 14A aus, und der in der Darstellung rechte Randbereich der Verbreiterung des unteren Schenkels der ersten Leiterstruktur 14A bildet einen zweiten externen Kontaktbereich 14.2B der ersten Leiterstruktur 14A aus. Das erste Abstandselement 38 der beiden externen Kontaktbereiche 14.2A, 14.2B der ersten Leiterstruktur 14A ist als Kontaktbrücke ausgeführt, welche den ersten externen Kontaktbereich 14.2A elektrisch mit dem zweiten externen Kontaktbereich 14.2B der ersten Leiterstruktur 14A verbindet und den Längsbalken der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16A überbrückt. Zudem bildet ein in der Darstellung oberer Abschnitt des Querbalkens der zweiten Leiterstruktur 16A einen ersten internen Kontaktbereich 16.1A der zweiten Leiterstruktur 16A aus, und ein in der Darstellung unterer Abschnitt des Querbalkens der zweiten Leiterstruktur 16A bildet einen zweiten internen Kontaktbereich 16.1B der zweiten Leiterstruktur 16A aus. Der Längsbalken der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16A bildet an einem in der Darstellung linken Randbereich einen externen Kontaktbereich 16.2 der zweiten Leiterstruktur 16A aus. Auf dem ersten internen Kontaktbereich 14.1A der ersten Leiterstruktur 14A und auf dem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich 14.1B der ersten Leiterstruktur 14A sind jeweils mehrere erste Halbleiterschalter HS1, HS2; HS3, HS4 angeordnet und kontaktiert. Auf dem ersten internen Kontaktbereich 16.1A der zweiten Leiterstruktur 16A und auf dem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich 16.1B der zweiten Leiterstruktur 16A sind jeweils mehrere zweite Halbleiterschalter LS1, LS2; LS3, LS4 angeordnet und kontaktiert.
  • Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1A auf dem ersten internen Kontaktbereich 14.1A der ersten Leiterstruktur 14A zwei erste Halbleiterschalter HS1, HS2 angeordnet und jeweils mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 34A mit dem ersten internen Kontaktbereich 14.1A kontaktiert. Die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden ersten Halbleiterschalter HS1, HS2 sind mit zwei ersten internen Kontaktflächen 36.1 eines ersten Kontaktbügels 36A kontaktiert, welcher eine erste externe Kontaktfläche 36.2 ausbildet. Zudem bilden die beiden ersten Halbleiterschalter HS1, HS2 eine erste High-Side-Schaltergruppe aus. Auf dem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich 14.1B der ersten Leiterstruktur 14 sind ebenfalls zwei erste Halbleiterschalter HS3, HS4 angeordnet und jeweils mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 34A mit dem ersten internen Kontaktbereich 14.1A kontaktiert. Die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden ersten Halbleiterschalter HS3, HS4 sind mit ersten internen Kontaktflächen 36.1 eines weiteren ersten Kontaktbügels 36B kontaktiert, welcher eine weitere erste externe Kontaktfläche 36.2 ausbildet. Somit entspricht eine Anzahl der ersten internen Kontaktflächen 36.1 der beiden ersten Kontaktbügel 36A, 36B jeweils der vollen Anzahl von zu kontaktierenden ersten Halbleiterschaltern HS1, HS2 und HS3, HS4. Zudem bilden die beiden ersten Halbleiterschalter HS3, HS4 eine zweite High-Side-Schaltergruppe aus. Die auf dem zweiten internen Kontaktbereich 14.1B der ersten Leiterstruktur 14 angeordneten ersten Halbleiterschalter HS3, HS4 sind um 180° verdreht zu den auf dem gegenüberliegenden ersten internen Kontaktbereich 14.1A der ersten Leiterstruktur 14A angeordneten ersten Halbleiterschaltern HS1, HS2 ausgerichtet, so dass die Steueranschlüsse 32 der ersten Halbleiterschalter HS1, HS2 der ersten High-Side-Schaltergruppe von den Steueranschlüssen 32 der ersten Halbleiterschalter HS3, HS4 der zweiten High-Side-Schaltergruppe abgewandt sind.
  • Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1A auf dem ersten internen Kontaktbereich 16.1A der zweiten Leiterstruktur 16A zwei zweite Halbleiterschalter LS1, LS2 angeordnet und jeweils mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 34A mit dem ersten internen Kontaktbereich 16.1A kontaktiert. Die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden zweiten Halbleiterschalter LS1, LS2 sind mit zwei zweiten internen Kontaktflächen 37.1 eines zweiten Kontaktbügels 36A kontaktiert, welcher eine zweite externe Kontaktfläche 37.2 ausbildet. Zudem bilden die beiden zweiten Halbleiterschalter LS1, LS2 eine erste Low-Side-Schaltergruppe aus. Auf dem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich 16.1B der zweiten Leiterstruktur 16A sind ebenfalls zwei zweite Halbleiterschalter LS3, LS4 angeordnet und jeweils mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 34A mit dem zweiten internen Kontaktbereich 14.1B kontaktiert. Die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden zweiten Halbleiterschalter LS3, LS4 sind mit zwei zweiten internen Kontaktflächen 37.1 eines weiteren zweiten Kontaktbügels 36B kontaktiert, welcher eine weitere zweite externe Kontaktfläche 37.2 ausbildet. Somit entspricht eine Anzahl der zweiten internen Kontaktflächen 37.1 der beiden zweiten Kontaktbügel 37A, 37B der vollen Anzahl von zu kontaktierenden zweiten Halbleiterschaltern LS1, LS2 und LS3, LS4. Zudem bilden die beiden zweiten Halbleiterschalter LS3, LS4 eine zweite Low-Side-Schaltergruppe aus. Die auf dem zweiten internen Kontaktbereich 16.1B der zweiten Leiterstruktur 16A angeordneten zweiten Halbleiterschalter LS3, LS4 sind um 180° verdreht zu den auf dem gegenüberliegenden ersten internen Kontaktbereich 16.1A der zweiten Leiterstruktur 16A angeordneten zweiten Halbleiterschaltern LS1, LS2 ausgerichtet, so dass die Steueranschlüsse 32 der zweiten Halbleiterschalter LS1, LS2 der ersten Low-Side-Schaltergruppe von den Steueranschlüssen 32 der zweiten Halbleiterschalter LS3, LS4 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe abgewandt sind.
  • Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Schaltungsträger 20 im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1A als H-förmige flexible Leiterplatte 20A ausgeführt und um 90° im Uhrzeigersinn gedreht. Der zweite Schaltungsträger 20 ist über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Sinterverbindungen mit dem ersten Schaltungsträger 10A verbunden. Hierbei ist an den äußeren Schenkeln der H-förmigen Leiterplatte 20A jeweils ein interner Kontaktbereich 22A, 22B des zweiten Schaltungsträgers 20 ausgebildet, wobei ein erster interner Kontaktbereich 22A an einem in der Darstellung oberen Schenkel der H-förmigen Leiterplatte 20A angeordnet ist, welcher an einem in der Darstellung oberen Rand des ersten Schaltungsträgers 10A verläuft. Ein zweiter interner Kontaktbereich 22B ist an einem in der Darstellung unteren Schenkel der H-förmigen Leiterplatte 20A angeordnet, welcher an einem in der Darstellung unteren Rand des ersten Schaltungsträgers 10A verläuft. An dem Verbindungssteg der H-förmigen Leiterplatte 20A ist ein externer Kontaktbereich 24A des zweiten Schaltungsträgers 20 ausgebildet.
  • Wie insbesondere aus 1 weiter ersichtlich ist, sind die Steueranschlüsse 32 der auf dem ersten internen Kontaktbereich 14.1A der ersten Leiterstruktur 14A angeordneten ersten Halbleiterschalter HS1, HS2 und der auf dem ersten internen Kontaktbereich 16.1A der zweiten Leiterstruktur 16A angeordneten zweiten Halbleiterschalter LS1, LS2 jeweils über als Signalbonddrähte 28A ausgeführte Signalverbindungen 28 mit dem gemeinsamen ersten internen Kontaktbereich 22A des zweiten Schaltungsträgers 20 kontaktiert. Die Steueranschlüsse 32 der auf dem zweiten internen Kontaktbereich 14.1B der ersten Leiterstruktur 14A angeordneten ersten Halbleiterschalter HS3, HS4 und der auf dem zweiten internen Kontaktbereich 16.1B der zweiten Leiterstruktur 16A angeordneten zweiten Halbleiterschalter LS3, LS4 sind über als Signalbonddrähte ausgeführte Signalverbindungen 28 mit dem gemeinsamen zweiten internen Kontaktbereich 22B des zweiten Schaltungsträgers 20 kontaktiert.
  • Wie aus 4 bis 6 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1B die zweite Leiterstruktur 16B T-förmig ausgeführt und um 90° im Uhrzeigersinn gedreht, so dass ein Querbalken der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16B parallel zum in der Darstellung rechten Rand des ersten Schaltungsträgers 10B und entlang eines in der Darstellung oberen Rands und eines in der Darstellung unteren Rands des ersten Schaltungsträgers 10B verläuft. Ein Längsbalken der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16B verläuft entlang der Mittelängsachse MLA des ersten Schaltungsträgers 10B und bildet einen externen Kontaktbereich 16.2 der zweiten Leiterstruktur 16B aus. Die erste Leiterstruktur 14A umfasst zwei rechteckige Bereiche, welche von dem Längsbalken der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16B voneinander getrennt sind und über einen an einem in der Darstellung linken Rand des ersten Schaltungsträgers 10B verlaufenden schmalen Verbindungssteg miteinander verbunden sind. Hierbei verläuft ein erster rechteckiger Bereich der ersten Leiterstruktur 14B entlang des in der Darstellung oberen Rands und des in der Darstellung linken Rands des ersten Schaltungsträgers 10B und bildet einen ersten internen Kontaktbereich 14.1A der ersten Leiterstruktur 14B aus. Ein zweiter rechteckiger Bereich der ersten Leiterstruktur 14B verläuft entlang des in der Darstellung unteren Rands und des in der Darstellung linken Rands des ersten Schaltungsträgers 10B und bildet einen zweiten internen Kontaktbereich 14.1B der ersten Leiterstruktur 14B aus. Die beiden rechteckigen Bereiche der ersten Leiterstruktur 14B weisen im Bereich des Längsbalkens der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16B jeweils eine Verlängerung auf, welche in eine Aussparung des Querbalkens der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16B ragt. Hierbei bildet die Verlängerung des ersten rechteckigen Bereichs der ersten Leiterstruktur 14B einen ersten externen Kontaktbereich 14.2A aus, und die Verlängerung des zweiten rechteckigen Bereichs der ersten Leiterstruktur 14B bildet einen zweiten externen Kontaktbereich 14.2B aus. Das erste Abstandselement 38 der beiden externen Kontaktbereiche 14.2A, 14.2B der ersten Leiterstruktur 14B ist als Kontaktbrücke ausgeführt, welche den ersten externen Kontaktbereich 14.2A elektrisch mit dem zweiten externen Kontaktbereich 14.2B der ersten Leiterstruktur 14B verbindet und den Längsbalken der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16B überbrückt. Zudem bildet ein in der Darstellung oberer Abschnitt des Querbalkens der zweiten Leiterstruktur 16B einen ersten internen Kontaktbereich 16.1A der zweiten Leiterstruktur 16B aus, und ein in der Darstellung unterer Abschnitt des Querbalkens der zweiten Leiterstruktur 16B bildet einen zweiten internen Kontaktbereich 16.1B der zweiten Leiterstruktur 16B aus. Der Längsbalken der T-förmigen zweiten Leiterstruktur 16B bildet an einem in der Darstellung linken Randbereich einen externen Kontaktbereich 16.2 der zweiten Leiterstruktur 16B aus. Auf dem ersten internen Kontaktbereich 14.1A der ersten Leiterstruktur 14B und auf dem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich 14.1B der ersten Leiterstruktur 14B sind jeweils mehrere erste Halbleiterschalter HS1, HS2; HS3, HS4, HS5, HS6, HS7, HS8 angeordnet und kontaktiert. Auf dem ersten internen Kontaktbereich 16.1A der zweiten Leiterstruktur 16B und auf dem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich 16.1B der zweiten Leiterstruktur 16B sind jeweils mehrere zweite Halbleiterschalter LS1, LS2; LS3, LS4, LS5, LS6, LS7, LS8 angeordnet und kontaktiert.
  • Wie aus 4 bis 6 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1B auf dem ersten internen Kontaktbereich 14.1A der ersten Leiterstruktur 14B vier erste Halbleiterschalter HS1, HS2, HS3, HS4 angeordnet und jeweils mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 34A mit dem ersten internen Kontaktbereich 14.1A kontaktiert. Diese vier ersten Halbleiterschalter HS1, HS2, HS3, HS4 bilden eine erste High-Side-Schaltergruppe aus. Auf dem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich 14.1B der ersten Leiterstruktur 14B sind ebenfalls vier erste Halbleiterschalter HS5, HS6, HS7, HS8 angeordnet und jeweils mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 34A mit dem zweiten internen Kontaktbereich 14.1B kontaktiert. Diese vier ersten Halbleiterschalter HS5, HS6, HS7, HS8 bilden eine zweite High-Side-Schaltergruppe aus. Zudem sind zwei erste Halbleiterschalter HS1, HS3 der ersten High-Side-Schaltergruppe und zwei erste Halbleiterschalter HS5, HS7 der zweiten High-Side-Schaltergruppe so ausgerichtet, dass ihre Steueranschlüsse 32 zum in der Darstellung linken Rand des ersten Schaltungsträgers 10B zeigen. Die zwei anderen ersten Halbleiterschalter HS2, HS4 der ersten High-Side-Schaltergruppe und die zwei anderen ersten Halbleiterschalter HS6, HS8 der zweiten High-Side-Schaltergruppe sind so ausgerichtet, dass ihre Steueranschlüsse 32 zum in der Darstellung rechten Rand des ersten Schaltungsträgers 10B zeigen. Die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der vier ersten Halbleiterschalter HS1, HS2, HS3, HS4 der ersten High-Side-Schaltergruppe sind mit ersten internen Kontaktflächen 36.1 eines ersten Kontaktbügels 36C kontaktiert, welcher eine erste externe Kontaktfläche 36.2 ausbildet. Hierbei sind die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden zum linken Rand ausgerichteten ersten Halbleiterschalter HS1, HS3 der ersten High-Side-Schaltergruppe mit einer ersten internen Kontaktfläche 36.1 des ersten Kontaktbügels 36C kontaktiert, und die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden zum rechten Rand ausgerichteten ersten Halbleiterschalter HS2, HS4 der ersten High-Side-Schaltergruppe sind mit einer anderen ersten internen Kontaktfläche 36.1 des ersten Kontaktbügels 36C kontaktiert. Dadurch sind die zum rechten Rand ausgerichteten ersten Halbleiterschalter HS2, HS4 der ersten High-Side-Schaltergruppe um 180° verdreht zu den zum linken Rand ausgerichteten Halbleiterschaltern HS1, HS3 der ersten High-Side-Schaltergruppe auf dem ersten internen Kontaktbereich 14.1A der ersten Leiterstruktur 14B angeordnet. Die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der vier ersten Halbleiterschalter HS5, HS6, HS7, HS8 der zweiten High-Side-Schaltergruppe sind mit ersten internen Kontaktflächen 36.1 eines weiteren ersten Kontaktbügels 36D kontaktiert, welcher eine weitere erste externe Kontaktfläche 36.2 ausbildet. Hierbei sind die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden zum linken Rand ausgerichteten ersten Halbleiterschalter HS5, HS7 der zweiten High-Side-Schaltergruppe mit einer ersten internen Kontaktfläche 36.1 des weiteren ersten Kontaktbügels 36D kontaktiert, und die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden zum rechten Rand ausgerichteten ersten Halbleiterschalter HS6, HS8 der zweiten High-Side-Schaltergruppe sind mit einer anderen ersten internen Kontaktfläche 36.1 des weiteren ersten Kontaktbügels 36D kontaktiert. Dadurch sind die zum rechten Rand ausgerichteten ersten Halbleiterschalter HS6, HS8 der zweiten High-Side-Schaltergruppe um 180° verdreht zu den zum linken Rand ausgerichteten Halbleiterschaltern HS5, HS7 der zweiten High-Side-Schaltergruppe auf dem zweiten internen Kontaktbereich 14.1 B der ersten Leiterstruktur 14B angeordnet. Somit entspricht eine Anzahl der ersten internen Kontaktflächen 36.1 der beiden ersten Kontaktbügel 36C, 36D jeweils der halben Anzahl von zu kontaktierenden ersten Halbleiterschaltern HS1, HS2, HS3, HS4 und HS5, HS6, HS7, HS8.
  • Wie aus 4 bis 6 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1B auf dem ersten internen Kontaktbereich 16.1A der zweiten Leiterstruktur 16B vier zweite Halbleiterschalter LS1, LS2, LS3, LS4 angeordnet und jeweils mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 34A mit dem ersten internen Kontaktbereich 16.1A kontaktiert. Diese vier zweiten Halbleiterschalter LS1, LS2, LS3, LS4 bilden eine erste Low-Side-Schaltergruppe aus. Auf dem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich 16.1B der zweiten Leiterstruktur 16B sind ebenfalls vier zweite Halbleiterschalter LS5, LS6, LS7, LS8 angeordnet und jeweils mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 34A mit dem zweiten internen Kontaktbereich 16.1B kontaktiert. Diese vier zweiten Halbleiterschalter LS5, LS6, LS7, LS8 bilden eine zweite Low-Side-Schaltergruppe aus. Zudem sind zwei zweite Halbleiterschalter LS1, LS3 der ersten Low-Side-Schaltergruppe und zwei zweite Halbleiterschalter LS5, LS7 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe so ausgerichtet, dass ihre Steueranschlüsse 32 zum in der Darstellung rechten Rand des ersten Schaltungsträgers 10B zeigen. Die zwei anderen zweiten Halbleiterschalter LS2, LS4 der ersten Low-Side-Schaltergruppe und die zwei anderen zweiten Halbleiterschalter LS6, LS8 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe sind so ausgerichtet, dass ihre Steueranschlüsse 32 zum in der Darstellung linken Rand des ersten Schaltungsträgers 10B zeigen. Die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der vier zweiten Halbleiterschalter LS1, LS2, LS3, LS4 der ersten Low-Side-Schaltergruppe sind mit zweiten internen Kontaktflächen 37.1 eines zweiten Kontaktbügels 37C kontaktiert, welcher eine zweite externe Kontaktfläche 37.2 ausbildet. Hierbei sind die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden zum rechten Rand ausgerichteten zweiten Halbleiterschalter LS1, LS3 der ersten Low-Side-Schaltergruppe mit einer zweiten internen Kontaktfläche 37.1 des zweiten Kontaktbügels 37C kontaktiert, und die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden zum linken Rand ausgerichteten zweiten Halbleiterschalter LS2, LS4 der ersten Low-Side-Schaltergruppe sind mit einer anderen zweiten internen Kontaktfläche 37.1 des zweiten Kontaktbügels 37C kontaktiert. Dadurch sind die zum linken Rand ausgerichteten zweiten Halbleiterschalter HS2, HS4 der ersten Low-Side-Schaltergruppe um 180° verdreht zu den zum rechten Rand ausgerichteten zweiten Halbleiterschaltern LS1, LS3 der ersten Low-Side-Schaltergruppe auf dem ersten internen Kontaktbereich 16.1A der zweiten Leiterstruktur 16B angeordnet. Die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der vier zweiten Halbleiterschalter LS5, LS6, LS7, LS8 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe sind mit zweiten internen Kontaktflächen 37.1 eines weiteren zweiten Kontaktbügels 37D kontaktiert, welcher eine weitere zweite externe Kontaktfläche 37.2 ausbildet. Hierbei sind die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden zum rechten Rand ausgerichteten zweiten Halbleiterschalter LS5, LS7 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe mit einer zweiten internen Kontaktfläche 37.1 des weiteren zweiten Kontaktbügels 37D kontaktiert, und die zweiten Leistungsanschlüsse 34B der beiden zum linken Rand ausgerichteten zweiten Halbleiterschalter LS6, LS8 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe sind mit einer anderen zweiten internen Kontaktflächen 37.1 des weiteren zweiten Kontaktbügels 37D kontaktiert. Dadurch sind die zum linken Rand ausgerichteten zweiten Halbleiterschalter LS6, LS8 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe um 180° verdreht zu den zum rechten Rand ausgerichteten zweiten Halbleiterschaltern LS5, LS7 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe auf dem zweiten internen Kontaktbereich 16.1B der zweiten Leiterstruktur 16B angeordnet. Somit entspricht eine Anzahl der zweiten internen Kontaktflächen 37.1 der beiden zweiten Kontaktbügel 37C, 37D jeweils der halben Anzahl von zu kontaktierenden ersten Halbleiterschaltern HS1, HS2, HS3, HS4 und HS5, HS6, HS7, HS8.
  • Wie aus 4 bis 6 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Schaltungsträger 20 im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1B als rahmenförmige flexible Leiterplatte 20B mit einem mittleren Verbindungssteg ausgeführt und über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Sinterverbindungen mit dem ersten Schaltungsträger 10B verbunden. Hierbei ist an dem Verbindungssteg und an den parallel zum Verbindungsteg verlaufenden äußeren Schenkeln der rahmenförmigen Leiterplatte 20B jeweils ein interner Kontaktbereich 22 des zweiten Schaltungsträgers 20 ausgebildet. Ein erster interner Kontaktbereich 22A des zweiten Schaltungsträgers 20 ist an einem in der Darstellung linken Schenkel der rahmenförmigen Leiterplatte 20B angeordnet, welcher an einem in der Darstellung linken Rand des ersten Schaltungsträgers 10B verläuft. Ein zweiter interner Kontaktbereich 22B des zweiten Schaltungsträgers 20 ist am Verbindungssteg der rahmenförmigen Leiterplatte 20B angeordnet. Ein dritter interner Kontaktbereich 22C des zweiten Schaltungsträgers 20 ist an einem in der Darstellung rechten Schenkel der rahmenförmigen Leiterplatte 20B angeordnet, welcher an einem in der Darstellung rechten Rand des ersten Schaltungsträgers 10B verläuft. Ein externer Kontaktbereich 24B des zweiten Schaltungsträgers 20 ist an einem senkrecht zum Verbindungssteg verlaufenden äußeren Schenkel der rahmenförmigen Leiterplatte 20B ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der externe Kontaktbereich 24B an einem in der Darstellung oberen Schenkel der rahmenförmigen Leiterplatte 20B ausgebildet. Alternativ kann der externe Kontaktbereich 24B des zweiten Schaltungsträgers 20 an einem in der Darstellung unteren Schenkel der rahmenförmigen Leiterplatte 20B ausgebildet werden.
  • Wie insbesondere aus 4 weiter ersichtlich ist, sind die Steueranschlüsse 32 der zum linken Rand des ersten Schaltungsträgers 10B ausgerichteten ersten Halbleiterschalter HS1, HS3, HS5, HS7 der ersten High-Side-Schaltergruppe und der zweiten High-Side-Schaltergruppe jeweils über als Signalbonddrähte 28A ausgeführte Signalverbindungen 28 mit dem gemeinsamen ersten internen Kontaktbereich 22A des zweiten Schaltungsträgers 20 kontaktiert. Die Steueranschlüsse der zum linken Rand des ersten Schaltungsträgers 10B ausgerichteten zweiten Halbleiterschalter LS2, LS4, LS6, LS8 der ersten und zweiten Low-Side-Schaltergruppe und die Steueranschlüsse 32 der zum rechten Rand des ersten Schaltungsträgers 10B ausgerichteten ersten Halbleiterschalter HS2, HS4, HS6, HS8 der ersten und zweiten High-Side-Schaltergruppe sind jeweils über als Signalbonddrähte 28A ausgeführte Signalverbindungen 28 mit dem gemeinsamen zweiten internen Kontaktbereich 22B des zweiten Schaltungsträgers 20 kontaktiert. Die Steueranschlüsse der zum rechten Rand des ersten Schaltungsträgers 10B ausgerichteten zweiten Halbleiterschalter LS1, LS3, LS5, LS7 der ersten und zweiten Low-Side-Schaltergruppe sind jeweils über als Signalbonddrähte 28A ausgeführte Signalverbindungen 28 mit dem gemeinsamen dritten internen Kontaktbereich 22C des zweiten Schaltungsträgers 20 kontaktiert.
  • Wie aus 2, 3, 5 und 6 weiter ersichtlich ist, ist das Leistungsmodul 1A, 1B in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils von einer Umhüllung 3 ummoldet, so dass ein umhülltes Leistungsmodul 2A, 2B entsteht. Hierbei ist im Bereich der externen Kontaktflächen 36.2, 37.2, 38.1, 39.1 des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B und im Bereich des mindestens einen externen Kontaktbereichs 24A, 24B des zweiten Schaltungsträgers 20 in die Umhüllung 3 jeweils eine Freilegung 5 eingebracht, so dass die externen Kontaktflächen 36.2, 37.2, 38.1, 39.1 des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B und die Kontaktelemente 26 des mindestens einen externen Kontaktbereichs 24A, 24B des zweiten Schaltungsträgers 20 freigelegt und kontaktierbar sind.
  • Wie aus 3 und 6 weiter ersichtlich ist, sind die ersten externen Kontaktflächen 36.2 der beiden ersten Kontaktbügel 36A, 36B, 36C, 36D, welche jeweils mit den zweiten Leistungsanschlüssen 34B der auf der ersten Leiterstruktur 14A, 14B angeordneten Halbleiterschaltern HS1, HS2, HS3, HS4, HS5, HS6, HS7, HS8 kontaktiert sind, und die vierte externe Kontaktfläche 39.1 des zweiten Abstandselements 39 jeweils über eine Sinterverbindung elektrisch mit einer ersten externen Kontaktvorrichtung 18A verbunden. Die erste externe Kontaktvorrichtung 18A ist als Laststromschiene ausgeführt und verbindet die zweite Leiterstruktur 16A und die beiden ersten Kontaktbügel 36A, 36B, 36C, 36D und somit die Leistungsanschlüsse 34B der auf der ersten Leiterstruktur 14A angeordneten ersten Halbleiterschalter HS1, HS2, HS3, HS4, HS5, HS6, HS7, HS8 des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B mit einem Lastanschluss. Alternativ können die ersten externen Kontaktflächen 36.2 der beiden Kontaktbügel 36A, 36B, 36C, 36D und die vierte externe Kontaktfläche 39.1 jeweils über eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung elektrisch mit der ersten externen Kontaktvorrichtung 18A verbunden werden.
  • Wie aus 3 und 6 weiter ersichtlich ist, sind die zweiten externen Kontaktflächen 37.2 der beiden zweiten Kontaktbügel 37A, 37B, 37C, 37D, welche jeweils mit den zweiten Leistungsanschlüssen 34B der auf der zweiten Leiterstruktur 16A, 16B angeordneten Halbleiterschalter LS1, LS2, LS3, LS4, LS5, LS6, LS7, LS8 des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B elektrisch kontaktiert sind, jeweils über eine Sinterverbindung elektrisch mit einer zweiten externen Kontaktvorrichtung 18B verbunden. Diese zweite externe Kontaktvorrichtung 18B ist als Versorgungsstromschiene ausgeführt und verbindet die zweiten externen Kontaktflächen 37.2 der beiden zweiten Kontaktbügel 37A, 37B, 37C, 37D und somit die Leistungsanschlüsse 34B der auf der zweiten Leiterstruktur 16A, 16B angeordneten zweiten Halbleiterschalter LS1, LS2, LS3, LS4, LS5, LS6, LS7, LS8 des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B mit einem negativen Versorgungsanschluss einer Gleichstromquelle. Alternativ können die beiden zweiten externen Kontaktflächen 37.2 jeweils über eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung elektrisch mit der zweiten externen Kontaktvorrichtung 18B verbunden werden.
  • Wie aus 3 und 6 weiter ersichtlich ist, ist die dritte externe Kontaktfläche 38.1 der ersten Leiterstruktur 14A, 14B des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B, welche von dem als Kontaktbrücke ausgeführten ersten Abstandselement 38 ausgebildet wird, über eine Sinterverbindung elektrisch mit einer dritten externen Kontaktvorrichtung 18C verbunden. Die dritte externe Kontaktvorrichtung 18C ist als Versorgungsstromschiene ausgeführt und verbindet die erste Leiterstruktur 14A, 14B mit einem positiven Versorgungsanschluss der Gleichstromquelle. Alternativ kann die dritte externe Kontaktfläche 38.1 über eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung elektrisch mit der dritten externen Kontaktvorrichtung 18C verbunden werden.
  • Wie aus 3 und 6 weiter ersichtlich ist, sind die zweite externe Kontaktvorrichtung 18B und die dritte externe Kontaktvorrichtung 18C an einem gemeinsamen ersten Endbereich des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B angeordnet. Die erste externe Kontaktvorrichtung 18A ist an einem dem ersten Endbereich gegenüberliegenden zweiten Endbereich des ersten Schaltungsträgers 10A, 10B angeordnet.
  • Wie aus 3 und 6 weiter ersichtlich ist, ist die vierte externe Kontaktvorrichtung 40 in den dargestellten Ausführungsbeispielen des Leistungsmoduls 1A, 1B jeweils als flexible Leiterplatte 40A ausgeführt, welche an einem Ende einen Kontaktbereich 42 und mehrere Kontaktelemente 44 umfasst, um mit dem externen Kontaktbereich 24A, 24B des zweiten Schaltungsträgers 20 elektrisch kontaktiert zu werden. Hierbei werden die Kontaktelemente 44 der vierten externen Kontaktvorrichtung 40 im dargestellten Ausführungsbeispiel über Schweißverbindungen mit den Kontaktelementen 26 des externen Kontaktbereichs 24 des zweiten Schaltungsträgers 20 elektrisch kontaktiert. Alternativ kann die elektrische Kontaktierung über Lötverbindungen oder Klebeverbindungen oder Steckerverbindungen erfolgen. Alternativ kann die vierte externe Kontaktvorrichtung 40 auch als Steckeraufnahme oder als Stecker ausgebildet sein. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist der externe Kontaktbereich 24A des zweiten Schaltungsträgers 20 und der mit dem externen Kontaktbereich 24A verbundene Kontaktbereich 42 der vierten externen Kontaktvorrichtung 40 im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1A nach innen versetzt parallel zum in der Darstellung linken Rand des ersten Schaltungsträgers 10A angeordnet. Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, ist der externe Kontaktbereich 24B des zweiten Schaltungsträgers 20 und der mit dem externen Kontaktbereich 24A verbundene Kontaktbereich 42 der vierten externen Kontaktvorrichtung 40 im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1B parallel zum in der Darstellung oberen Rand des ersten Schaltungsträgers 10B angeordnet. Am anderen Ende ist die vierte externe Kontaktvorrichtung 40 elektrisch mit einer nicht dargestellten Auswerte- und Steuereinheit oder einem Steuergerät verbunden, welche die Steuersignale zur Ansteuerung der Halbleiterschalter HS1 bis HS8, LS1 bis LS8 erzeugen und ausgeben.
  • 7 bis 11 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der ersten und zweiten Kontaktbügel 36, 37 für die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Leistungsmodule 1, 1A, 1B.
  • So zeigt 7 eine Detaildarstellung der im zweiten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1B verwendeten ersten Kontaktbügel 36C, 36D und zweiten Kontaktbügel 37C, 37D. Hierbei umfassen die ersten und zweiten Kontaktbügel 36C, 36D, 37C, 37D jeweils zwei interne Kontaktflächen 36.1, 37.1, um jeweils zwei Halbleiterschalter zu kontaktieren.
  • Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel des ersten und zweiten Kontaktbügels 36E, 37E vier interne Kontaktflächen 36.1, 37.1, um vier Halbleiterschalter zu kontaktieren.
  • Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel des ersten und zweiten Kontaktbügels 36F, 37F drei interne Kontaktflächen 36.1, 37.1, um drei Halbleiterschalter zu kontaktieren.
  • Wie aus 10 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel des ersten und zweiten Kontaktbügels 36G, 37G zwei versetzt zueinander angeordnete interne Kontaktflächen 36.1, 37.1, um zwei versetzt angeordnete Halbleiterschalter zu kontaktieren.
  • Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel des ersten und zweiten Kontaktbügels 36H, 37H eine interne Kontaktflächen 36.1, 37.1, um einen Halbleiterschalter zu kontaktieren.
  • Wie aus 7 bis 11 weiter ersichtlich ist, sind Form und Abmessungen der externen Kontaktfläche 36.2, 37.2 der verschiedenen ersten Kontaktbügel 36, 36C, 36D, 36E, 36F, 36G, 36H und der verschiedenen zweiten Kontaktbügel 37, 37C, 37D, 37E, 37F, 37G, 37H identisch und können für eine Familie von Leistungsmodulen 1 verwendet werden, welche sich in der zu schaltenden Leistung und der Stromtragfähigkeit und in der Anzahl der eingesetzten Halbleiterschalter unterscheiden.
  • Wie aus 12 weiter ersichtlich ist, umfasst das dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Herstellung der oben beschriebenen Leistungsmodule 1 einen Schritt S100, in welchem der erste Schaltungsträger 10 und der zweite Schaltungsträger 20 und der mindestens eine erste Halbleiterschalter HS1 bis HS8 und der mindestens eine zweite Halbleiterschalter LS1 bis LS8 und der mindestens eine ersten Kontaktbügel 36 und der mindestens eine zweite Kontaktbügel 37 bereitgestellt werden. In einem Schritt S110 werden der erste Schaltungsträger 10 und der zweite Schaltungsträger 20 entsprechend bestückt und kontaktiert. In einem Schritt S120 wird mindestens eine erste interne Kontaktfläche 36.1 des mindestens einen ersten Kontaktbügels 36 über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch mit einem zweiten Leistungsanschluss 34B einer variablen Anzahl von ersten Halbleiterschaltern HS1 bis HS8 elektrisch verbunden, wobei der mindestens eine erste Kontaktbügel 36 eine von der Anzahl der kontaktierten ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS8 unabhängige erste externe Kontaktfläche 36.2 ausbildet, welche mit einem Lastanschluss kontaktierbar ist. In einem Schritt S130 wird mindestens eine zweite interne Kontaktfläche 37.1 des mindestens einen zweiten Kontaktbügels 37 über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch mit einem zweiten Leistungsanschluss 34B einer variablen Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern LS1 bis LS8 elektrisch verbunden, wobei der mindestens eine zweite Kontaktbügel 37 eine von der Anzahl der kontaktierten ersten Halbleiterschalter HS1 bis HS8 unabhängige zweite externe Kontaktfläche 37.2 ausbildet, welche mit einem ersten Versorgungsanschluss kontaktierbar ist.
  • Zur Herstellung der in 1 bis 6 dargestellten ummoldeten Leistungsmodule 2A, 2B wird das bestückte und kontaktierte Leistungsmodul 1 nach dem Schritt S110 in ein Moldwerkzeug eingelegt und in einem Moldvorgang mit einer Umhüllung 3 ummoldet. Nach dem Moldvorgang wird im Bereich der externen Kontaktflächen 36.2, 37.2, 38.1, 39.1 des ersten Schaltungsträgers 10 und im Bereich des mindestens einen externen Kontaktbereichs 24 des zweiten Schaltungsträgers 20 die Umhüllung 3 freigelegt, so dass die externen Kontaktflächen 36.2, 37.2, 38.1, 39.1 des ersten Schaltungsträgers 10 und die Kontaktelemente 26 des mindestens einen externen Kontaktbereichs 24 des zweiten Schaltungsträgers 20 durch die erzeugten Freilegungen 5 in den Schritten S120 und S130 kontaktierbar sind. Die externen Kontaktflächen 36.2, 37.2, 38.1, 39.1 des ersten Schaltungsträgers 10 und der mindestens eine externe Kontaktbereich 24 des zweiten Schaltungsträgers 20 können vor der Entnahme oder nach der Entnahme des ummoldeten Leitungsmoduls 2A, 2b aus dem Moldwerkzeug freigelegt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014219998 B4 [0002]
    • EP 2418925 B1 [0003]

Claims (20)

  1. Leistungsmodul (1) mit einem ersten Schaltungsträger (10), welcher eine elektrisch isolierende Schicht (12) aufweist, wobei auf der elektrisch isolierenden Schicht (12) mindestens eine erste Leiterstruktur (14) und mindestens eine zweite Leiterstruktur (16) ausgebildet sind, wobei mindestens ein erster Halbleiterschalter (HS1 bis HS8) auf der mindestens einen ersten Leiterstruktur (14) angeordnet ist, wobei ein erster Leistungsanschluss (34A) des mindestens einen ersten Halbleiterschalters (HS1 bis HS8) elektrisch mit der mindestens einen ersten Leiterstruktur (14) verbunden ist, wobei mindestens ein zweiter Halbleiterschalter (LS1 bis LS8) auf der mindestens einen zweiten Leiterstruktur (16) angeordnet ist, wobei ein erster Leistungsanschluss (34A) des mindestens einen zweiten Halbleiterschalters (LS1 bis LS8) elektrisch mit der mindestens einen zweiten Leiterstruktur (16) verbunden ist, wobei mindestens ein erster Kontaktbügel (36) über mindestens eine erste interne Kontaktfläche (36.1) mit einem zweiten Leistungsanschluss (34B) einer variablen Anzahl von ersten Halbleiterschaltern (HS1 bis HS8) elektrisch verbunden ist und eine von der Anzahl der kontaktierten ersten Halbleiterschalter (HS1 bis HS8) unabhängige erste externe Kontaktfläche (36.2) ausbildet, welche mit einem Lastanschluss kontaktierbar ist, und wobei mindestens ein zweiter Kontaktbügel (37) über mindestens eine zweite interne Kontaktfläche (37.1) mit einem zweiten Leistungsanschluss (34B) einer variablen Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern (LS1 bis LS8) elektrisch verbunden ist und eine von der Anzahl der kontaktierten zweiten Halbleiterschalter (LS1 bis LS8) unabhängige zweite externe Kontaktfläche (37.2) ausbildet, welche mit einem ersten Versorgungsanschluss kontaktierbar ist.
  2. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der ersten internen Kontaktflächen (36.1) des mindestens einen ersten Kontaktbügels (36) von der Anzahl von zu kontaktierenden ersten Halbleiterschaltern (HS1 bis HS8) abhängig ist, und eine Anzahl der zweiten internen Kontaktflächen (37.1) des mindestens einen zweiten Kontaktbügels (37) von der Anzahl der zu kontaktierenden zweiten Halbleiterschaltern (LS1 bis LS8) abhängig ist.
  3. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Leiterstruktur (14) an mindestens einem externen Kontaktbereich (14.2) über mindestens ein erstes Abstandselement (38), welches eine dritte externe Kontaktfläche (38.1) ausbildet, mit einem zweiten Versorgungsanschluss kontaktierbar ist, wobei die mindestens eine zweite Leiterstruktur (16) an mindestens einem externen Kontaktbereich (16.2) über mindestens ein zweites Abstandselement (39), welches eine vierte externe Kontaktfläche (39.1) ausbildet, mit dem Lastanschluss kontaktierbar ist.
  4. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste externe Kontaktfläche (36.2) des mindestens einen ersten Kontaktbügels (36) und die mindestens eine vierte externe Kontaktfläche (39.1) des zweiten Abstandselements (39) jeweils über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch niederinduktiv mit einer gemeinsamen ersten externen Kontaktvorrichtung (18A) verbunden ist.
  5. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite externe Kontaktfläche (37.2) des mindestens einen zweiten Kontaktbügels (37) über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch niederinduktiv mit einer zweiten externen Kontaktvorrichtung (18B) verbunden sind.
  6. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine dritte externe Kontaktfläche (38.1) des ersten Abstandselements (38) über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch niederinduktiv mit einer dritten externen Kontaktvorrichtung (18C) verbunden ist.
  7. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 4 und 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite externe Kontaktvorrichtung (18B) und die dritte externe Kontaktvorrichtung (18C) an einem gemeinsamen ersten Endbereich des ersten Schaltungsträgers (10) angeordnet sind, wobei die erste externe Kontaktvorrichtung (18A) an einem dem ersten Endbereich gegenüberliegenden zweiten Endbereich des ersten Schaltungsträgers (10) angeordnet ist.
  8. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Layout des ersten Schaltungsträgers (10) spiegelsymmetrisch zu einer Mittelängsachse (MLA) ausgeführt ist.
  9. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem ersten internen Kontaktbereich (14.1A) einer ersten Leiterstruktur (14) und auf einem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich (14.1B) der ersten Leiterstruktur (14) jeweils mindestens ein erster Halbleiterschalter (HS1 bis HS8) angeordnet und kontaktiert ist, wobei auf einem ersten internen Kontaktbereich (16.1A) einer zweiten Leiterstruktur (16) und auf einem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich (16.1B) der zweiten Leiterstruktur (16) jeweils mindestens ein zweiter Halbleiterschalter (LS1 bis LS8) angeordnet und kontaktiert ist.
  10. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Schaltungsträger (20) räumlich parallel über dem ersten Schaltungsträger (10) angeordnet ist und mindestens einen internen Kontaktbereich (22), an welchem Steueranschlüsse (32) der Halbleiterschalter (HS1 bis HS8, LS1 bis LS8) kontaktiert sind, und mindestens einen externen Kontaktbereich (24) aufweist, an welchem Kontaktelemente (26) angeordnet sind, welche mit Steuerleitungen einer vierten externen Kontaktvorrichtung (40) kontaktierbar sind.
  11. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schaltungsträger (20) als H-förmige insbesondere flexible Leiterplatte (20A) ausgeführt und über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Sinterverbindungen mit dem ersten Schaltungsträger (10) verbunden ist.
  12. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an den äußeren Schenkeln der H-förmigen Leiterplatte (20A) jeweils ein interner Kontaktbereich (22) des zweiten Schaltungsträgers (20) ausgebildet ist, wobei an dem Verbindungssteg der H-förmigen Leiterplatte (20A) ein externer Kontaktbereich (24) des zweiten Schaltungsträgers (20) ausgebildet ist.
  13. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schaltungsträger (20) als rahmenförmige insbesondere flexible Leiterplatte (20B) mit einem mittleren Verbindungssteg ausgeführt und über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Sinterverbindungen mit dem ersten Schaltungsträger (10) verbunden ist.
  14. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verbindungssteg und an den parallel zum Verbindungsteg verlaufenden äußeren Schenkeln der rahmenförmigen Leiterplatte jeweils ein interner Kontaktbereich (22) des zweiten Schaltungsträgers (20) ausgebildet ist, wobei an einem der senkrecht zum Verbindungssteg verlaufenden äußeren Schenkel der rahmenförmigen Leiterplatte (20B) ein externer Kontaktbereich (24) des zweiten Schaltungsträgers (20) ausgebildet ist.
  15. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul (1) von einer Umhüllung (3) ummoldet ist.
  16. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der externen Kontaktflächen (36.2, 37.2, 38.1, 39.1) des ersten Schaltungsträgers (10) jeweils eine Freilegung (5) eingebracht ist, so dass die externen Kontaktflächen (36.2, 37.2, 38.1, 39.1) des ersten Schaltungsträgers (10) freigelegt und kontaktierbar sind.
  17. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des mindestens einen externen Kontaktbereichs (24) des zweiten Schaltungsträgers (20) in die Umhüllung (3) jeweils eine Freilegung (5) eingebracht ist, so dass die Kontaktelemente (26) des mindestens einen externen Kontaktbereichs (24) des zweiten Schaltungsträgers (20) freigelegt und kontaktierbar sind.
  18. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte externe Kontaktvorrichtung (40) mit einem Kontaktbereich (42) und mehreren Kontaktelementen (44) ausgebildet ist, um mit dem externen Kontaktbereich (24) des zweiten Schaltungsträgers (20) elektrisch kontaktiert zu werden, wobei die Kontaktelemente (26) des externen Kontaktbereichs (24) des zweiten Schaltungsträgers (20) über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Steckerverbindungen mit den Kontaktelementen (44) der vierten externen Kontaktvorrichtung (40) verbindbar sind, wobei die vierte externe Kontaktvorrichtung (40) als flexible Leiterplatte (40A) oder als Steckeraufnahme oder als Stecker ausgebildet ist.
  19. Verfahren (100) zur Herstellung eines Leistungsmoduls (1), welches nach einem der Ansprüche 10 bis 18 ausgeführt ist, wobei der erste Schaltungsträger (10) und der zweite Schaltungsträger (20) und der mindestens eine erste Halbleiterschalter (HS1 bis HS8) und der mindestens eine zweite Halbleiterschalter (LS1 bis LS8) und der mindestens eine ersten Kontaktbügel (36) und der mindestens eine zweite Kontaktbügel (37) bereitgestellt werden, wobei der erste Schaltungsträger (10) und der zweite Schaltungsträger (20) entsprechend bestückt und kontaktiert werden, wobei mindestens eine erste interne Kontaktfläche (36.1) des mindestens einen ersten Kontaktbügels (36) über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch mit einem zweiten Leistungsanschluss (34B) einer variablen Anzahl von ersten Halbleiterschaltern (HS1 bis HS8) elektrisch verbunden wird, wobei der mindestens eine erste Kontaktbügel (36) eine von der Anzahl der kontaktierten ersten Halbleiterschalter (HS1 bis HS8) unabhängige erste externe Kontaktfläche (36.2) ausbildet, welche mit einem Lastanschluss kontaktierbar ist, und wobei mindestens eine zweite interne Kontaktfläche (37.1) des mindestens einen zweiten Kontaktbügels (37) über eine Lötverbindung oder Schweißverbindung oder Klebeverbindung oder Sinterverbindung elektrisch mit einem zweiten Leistungsanschluss (34B) einer variablen Anzahl von zweiten Halbleiterschaltern (LS1 bis LS8) elektrisch verbunden wird, wobei der mindestens eine zweite Kontaktbügel (37) eine von der Anzahl der kontaktierten ersten Halbleiterschalter (HS1 bis HS8) unabhängige zweite externe Kontaktfläche (37.2) ausbildet, welche mit einem ersten Versorgungsanschluss kontaktierbar ist.
  20. Verfahren (100) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das bestückte und kontaktierte Leistungsmodul (1) in ein Moldwerkzeug eingelegt und in einem Moldvorgang mit einer Umhüllung (3) ummoldet wird, wobei im Bereich der externen Kontaktflächen (36.2, 37.2, 38.1, 39.1) des ersten Schaltungsträgers (10) und im Bereich des mindestens einen externen Kontaktbereichs (24) des zweiten Schaltungsträgers (20) die Umhüllung (3) freigelegt wird, so dass die externen Kontaktflächen (36.2, 37.2, 38.1, 39.1) des ersten Schaltungsträgers (10) und die Kontaktelemente (26) des mindestens einen externen Kontaktbereichs (24) des zweiten Schaltungsträgers (20) durch die erzeugten Freilegungen (5) kontaktierbar sind, wobei die externen Kontaktflächen (36.2, 37.2, 38.1, 39.1) des ersten Schaltungsträgers (10) und der mindestens eine externe Kontaktbereich (24) des zweiten Schaltungsträgers (20) vor der Entnahme oder nach der Entnahme des ummoldeten Leitungsmoduls (1A) aus dem Moldwerkzeug freigelegt werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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