DE202013105809U1

DE202013105809U1 - Leistungshalbleitermodul und Kontaktierungsanordnung

Info

Publication number: DE202013105809U1
Application number: DE202013105809.2U
Authority: DE
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: Hitachi Energy Ltd
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-01-21
Anticipated expiration: 2023-12-20

Abstract

Leistungshalbleitermodul, umfassend a) eine Anzahl N parallel zu einer Basisebene (S) angeordneter Leistungshalbleiter-Schaltelemente (2), • von denen jedes eine Anzahl an Schaltelement-Kontakten aufweist, umfassend • einen Steuerkontakt, • einen ersten Leistungskontakt und • einen zweiten Leistungskontakt, • wobei mittels einer zwischen Steuerkontakt und erstem Leistungskontakt anliegenden Steuerspannung ein Strom zwischen den Leistungskontakten schaltbar ist, b) eine Kontaktierungsanordnung zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte, umfassend • ein erstes Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62), welches elektrisch leitend mit ersten Schaltelement-Kontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, • ein zweites Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62), welches elektrisch leitend mit zweiten Schaltelement-Kontakten einer ersten Teilmenge enthaltend m ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, • wobei jedes der Verbindungsbleche (31, 32, 33, 61, 62) • eine Vielzahl von Kontakten (313, 323, 333) zur Kontaktierung von Schaltelement-Kontakten, • mindestens einen Anschluss (311, 321, 331) zur externen Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Schaltelements (2) und • eine Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Anschluss (311, 321, 331) aufweist, und wobei • die Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) des ersten Verbindungsblechs (31, 32, 33, 61, 62) parallel zur Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) des zweiten Verbindungsblechs (31, 32, 33, 61, 62) verläuft, • das erste Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) im Bereich der Verteilebene eine Kunststoffummantelung (5, 5') aufweist, und • das zweite Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) an der Kunststoffummantelung (5, 5') befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie betrifft ein Leistungshalbleitermodul sowie eine Kontaktierungsanordnung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Schutzansprüche.
Stand der Technik
Zum schnellen und verlustarmen Schalten von Strömen kommen in der Energie, Umform- und Übertragungstechnik häufig Leistungstransistoren, insbesondere Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), zum Einsatz. Um hohe Ströme (insbesondere in der Grössenordnung 1 kA und darüber) schalten zu können, wird dabei eine Vielzahl einzelner Leistungstransistoren elektrisch parallel geschaltet. Dabei werden die Leistungstransistoren häufig in Modulen zusammengefasst, was unter anderem eine vereinfachte Handhabung bei Einbau und Austausch ermöglicht, eine definierte und optimierte Kühlung erlaubt, einer Reihe von Sicherheitsaspekten dient etc. Innerhalb eines Moduls sind dabei häufig Bauelementgruppen oder Teilmodule aus Teilmengen der Vielzahl an Leistungstransistoren gebildet.
Hinsichtlich der Module ist im Allgemeinen gewünscht, dass diese einen Strom möglichst schnell ein- bzw. ausschalten können. Insbesondere bei spannungsgesteuerten Leistungstransistoren, bei welchen ein Strom zwischen einer ersten Leistungselektrode und einer zweiten Leistungselektrode mittels einer zwischen erster Leistungselektrode und einer Steuerelektrode anliegenden Steuerspannung schaltbar ist, wird dies unter anderem durch induktive Effekte erschwert.
Dabei wird eine zwischen erster Leistungselektrode und Steuerelektrode eines individuellen Leistungstransistors angelegte Steuer-Sollspannung, die beispielsweise durch eine Steuereinheit erzeugt wird, welche über einen Steuerschaltkreis mit den Leistungstransistoren elektrisch verbunden ist, von einer Selbstinduktion in einem von Steuerschaltkreis und Leistungsschaltkreis geteilten Abschnitt einer Zuleitung zur ersten Leistungselektrode überlagert, so dass sich effektiv eine von der Steuer-Sollspannung abweichende Steuerspannung zwischen erster Leistungselektrode und Steuerelektrode ergibt.
Zusätzlich zur Selbstinduktion erfolgt ferner eine induktive Beeinflussung durch zeitlich veränderliche Ströme durch die restlichen Leistungstransistoren aufgrund von sogenannten Gegeninduktivitäten. Um letzteren Effekt so gering wie möglich zu halten, werden bei bekannten Modulen häufig Zuleitungen von Steuereinheit zu Steuerelektrode und erster Leistungselektrode eines jeden Leistungstransistors – oder zumindest für jedes Teilmodul – über grösstmögliche Strecken so nahe wie möglich beieinander geführt. Zu diesem Zweck wird die erste Leistungselektrode der Leistungstransistoren von einer separaten Referenzzuleitung – im Falle eines IGBTs allgemein als Hilfsemitteranschluss bezeichnet – pro Teilmodul elektrisch kontaktiert, was herstellungstechnisch einen zusätzlichen Aufwand bedeutet.
Um den herstellungstechnischen Aufwand zu reduzieren, werden als oder als Teil einer oder mehrerer Zuleitungen häufig Verbindungsbleche vorgesehen, welche vorzugsweise breitflächig parallel geführt werden.
Eine Parallelführung von Verbindungsblechen kann dabei auf unterschiedliche Weise realisiert sein. Zwei Verbindungsbleche können beispielsweise mittels einer oder mehreren Anbindungsstellen innerhalb des Leistungshalbleitermoduls, insbesondere z. B. mittels Lötstellen zur elektrischen Kontaktierung, gehalten werden. Vorteilhaft können auch Anbindungsstellen an oder in einem Modulgehäuse vorgesehen sein. Dabei besteht jedoch eine Gefahr darin, dass ein Abstand zwischen zwei Verbindungsblechen an nicht geführten Stellen nicht hinreichend genau definiert ist, was zu undefinierten Induktionseigenschaften führen kann. In ungünstigen Fällen können sich, insbesondere bei einem Auftreten von Beschleunigungen des Moduls, sogar zwei Verbindungsbleche berühren, was zu einem Kurzschluss und damit zu erheblichen Schäden am Modul, an dessen elektrischer und struktureller Umgebung usw. führen kann.
Es ist deswegen Aufgabe der Erfindung, ein Leistungshalbleitermodul und eine Kontaktierungsanordnung für ein Leistungshalbleitermodul anzugeben, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweisen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Diese und weitere Aufgaben werden durch ein Leistungshalbleitermodul sowie eine Kontaktierungsanordnung für ein Leistungshalbleitermodul mit den Merkmalen der unabhängigen Schutzansprüche gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Schutzansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemässes Leistungshalbleitermodul umfasst eine Anzahl N parallel zu einer Basisebene angeordneter Leistungshalbleiter-Schaltelemente, von denen jedes eine Anzahl an Schaltelement-Kontakten aufweist, umfassend einen Steuerkontakt, einen ersten Leistungskontakt und einen zweiten Leistungskontakt, wobei mittels einer zwischen Steuerkontakt und erstem Leistungskontakt anliegenden Steuerspannung ein Strom zwischen den Leistungskontakten schaltbar ist; eine Kontaktierungsanordnung zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte, umfassend ein erstes Verbindungsblech, welches elektrisch leitend mit ersten Schaltelement-Kontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, ein zweites Verbindungsblech, welches elektrisch leitend mit zweiten Schaltelement-Kontakten einer ersten Teilmenge enthaltend m ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, wobei jedes der Verbindungsbleche eine Vielzahl von Kontakten zur Kontaktierung von Schaltelement-Kontakten, mindestens einen Anschluss zur externen Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Schaltelements und eine Verteilebene zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Anschluss aufweist, und wobei die Verteilebene des ersten Verbindungsblechs parallel zur Verteilebene des zweiten Verbindungsblechs verläuft, und wobei das erste Verbindungsblech im Bereich der Verteilebene eine Kunststoffummantelung aufweist, und das zweite Verbindungsblech an der Kunststoffummantelung befestigt ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls umfasst jedes der Verbindungsbleche eine Kontaktebene und eine eine Anschlussebene umfasst, wobei die Vielzahl von Kontakten in der Kontaktebene gebildet ist und der mindestens eine Anschluss in der Anschlussebene vorgesehen sind. Vorzugsweise verlaufen Kontaktebene und Anschlussebene parallel zueinander.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls ist ferner für jedes der Verbindungsbleche die Verteilebene zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildet; und verläuft vorzugsweise parallel zur Kontaktebene oder Anschlussebene.
Eine erfindungsgemässe Kontaktierungsanordnung für ein Leistungshalbleitermodul, welches eine Anzahl N parallel zu einer Basisebene angeordneter Leistungshalbleiter-Schaltelemente umfasst, von denen jedes eine Anzahl an Schaltelement-Kontakten aufweist, umfassend einen Steuerkontakt, einen ersten Leistungskontakt und einen zweiten Leistungskontakt, wobei mittels einer zwischen Steuerkontakt und erstem Leistungskontakt anliegenden Steuerspannung ein Strom zwischen den Leistungskontakten schaltbar ist; umfasst zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte ein erstes Verbindungsblech, welches elektrisch leitend mit ersten Schaltelement-Kontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, ein zweites Verbindungsblech, welches elektrisch leitend mit zweiten Schaltelement-Kontakten einer ersten Teilmenge enthaltend m ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, wobei jedes der Verbindungsbleche eine Vielzahl von Kontakten zur Kontaktierung von Schaltelement-Kontakten, mindestens einen Anschluss zur externen Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Schaltelements und eine Verteilebene zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Anschluss aufweist, wobei die Verteilebene des ersten Verbindungsblechs parallel zur Verteilebene des zweiten Verbindungsblechs verläuft, und wobei das erste Verbindungsblech im Bereich der Verteilebene eine Kunststoffummantelung aufweist, und das zweite Verbindungsblech an der Kunststoffummantelung befestigt ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung umfasst jedes der Verbindungsbleche eine Kontaktebene und eine Anschlussebene umfasst, wobei die Vielzahl von Kontakten in der Kontaktebene vorgesehen ist und der mindestens eine Anschluss in der Anschlussebene vorgesehen sind. Vorzugsweise verlaufen Kontaktebene und Anschlussebene parallel zueinander.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung ist ferner für jedes der Verbindungsbleche die Verteilebene zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildet; und verläuft vorzugsweise parallel zur Kontaktebene und/oder Anschlussebene.
Die erfindungsgemässe Kontaktierungsanordnung ermöglicht eine einfache, schnelle und kostengünstige Herstellung der erfindungsgemässen Leistungshalbleitermodule. Die Kontaktierungsanordnung kann unabhängig von einer Anordnung, insbesondere auf einer Basisplatte, der Leistungshalbleiter-Schaltelemente hergestellt und anschliessend in einem Schritt auf diese aufgesetzt werden. Dabei sind die Verbindungsbleche vorzugsweise derart gestaltet, dass deren Kontakte exakt über den entsprechenden Schaltelement-Kontakten zu liegen kommen, so dass sie einfach und schnell, vorzugsweise von oberhalb, miteinander verlötet oder verschweisst werden können. Ferner gewährleistet die erfindungsgemässe Kontaktierungsanordnung eine sichere und verlässliche gegenseitige elektrische Isolation der unterschiedlichen Verbindungsbleche.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden ein oder mehrere der drei Verbindungsbleche aus jeweils einem geeignet geformten Blechzuschnitt gefertigt, welcher vorzugsweise mittels Stanzen oder Laserschneiden erzeugt wird. Vorzugsweise werden die Anschluss- die Verbindungs- und die Kontaktebene durch Zurechtbiegen der planaren Blechzuschnitte gebildet. Dadurch werden Positionen der Kontakte räumlich so vorgegeben, dass diese gleichzeitig mit allen dem jeweiligen Verbindungsblech zugeordneten Schaltelement-Kontakten elektrisch leitend verbindbar sind, vorzugsweise ohne dass weitere Verformungen und/oder Verspannungen auftreten.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfassen ein oder mehrere der drei Verbindungsbleche jeweils mehrere geformte Blechzuschnitte, welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind, insbesondere mittels Niet-, Löt- oder Schweissverbindungen.
Vorteilhaft können die Verbindungsbleche auch mit weiteren Verbindungselementen elektrisch leitend verbunden sein, insbesondere mit Kontaktbolzen oder -schienen, welche beispielsweise zur Kontaktierung von Schaltelement-Kontakten oder als externe Anschlüsse dienen können.
Die Erfindung besteht, mit anderen Worten, darin, eine Parallelführung von mindestens zwei Leitern, insbesondere Verbindungsblechen, so zu erreichen, dass ein erster Leiter mit Kunststoff umspritzt wird und ein oder mehrere Leiter durch eine separate Verbindungstechnik an einen dabei gebildeten Kunststoffkörper angebunden werden. Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, ein Gateblech zu umspritzen und Emitter-Bleche mittels Ultraschall-Vernietung am durch das Umspritzen gebildeten Kunststoffkörper zu befestigen. Ein Vorteil dieser Methode ist auch, dass das Gateblech allseitig isoliert ist und ein Kurzschluss durch Berührung mit Bonddrähten auf Emitter-Potential verhindert werden kann.
Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.
Kurze Beschreibung der
1 zeigt eine Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls mit einer erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung.
2 zeigt ein erstes Verbindungsblech der erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung bzw. des erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls aus 1.
3 zeigt ein zweites Verbindungsblech der erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung bzw. des erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls aus 1.
4 zeigt ein drittes Verbindungsblech der erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung bzw. des erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls aus 1.
5 zeigt ein elektrisches Schaltschema der Verbindungsbleche aus 1.
6 zeigt eine seitliche Ansicht der Kontaktierungsanordnung und des Leistungshalbleitermoduls aus 1.
7 zeigt eine Darstellung des ersten und zweiten Verbindungsblechs aus 1.
8 zeigt ein Ersatzschaltbild der Kontaktierung der ersten Gruppe von Teilmodulen 2 aus 1.
9 zeigt eine Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung für ein erfindungsgemässes Leistungshalbleitermodul.
Grundsätzlich bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. In den Ersatzschemata sind Elemente, welche physischen Teilen aus den restlichen Figuren entsprechend, mittels in Klammern gesetzter Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wege zur Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls mit einer erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung. Auf einer Basisplatte 1, welche eine Basisebene S definiert, sind eine Anzahl N Teilmodule 2 – im vorliegenden Fall sechs Teilmodule 2, d. h. N = 6 – nebeneinander in p = 3 Gruppen zu je q = 2 Teilmodulen angeordnet, welche als Leistungshalbleiter-Schaltelemente dienen. Die Zahlenwerte sind dabei beispielhaft zu verstehen, andere Werte für N, p und q können auftreten. Jedes Teilmodul 2 umfasst im vorliegenden Beispiel fünf IGBTs, welche elektrisch parallel geschaltet sind. Dabei umfasst jeder IGBT eine Emitterelektrode 221 als erste Leistungselektrode, eine Kollektorelektrode als zweite Leistungselektrode, und eine Gateelektrode 222 als Steuerelektrode. Die fünf IGBTs eines jeden Teilmoduls 2 sind dabei auf einer Platine 21 aufgebracht, bei welcher es sich beispielsweise um ein sogenanntes „advanced metal brazing”-Substrat (AMB-Substrat) handelt, welches eine keramische Basis umfasst, auf welcher eine Metallisierung aufgebracht ist, wobei zwischen Basis und Metallisierung ein Hartlot vorgesehen ist. Alternativ ist auch ein Einsatz sogenannter „direct copper bonded”-Substrate (DCB-Substrat) denkbar. Die Emitterelektroden 221 sind über in 1 nicht gezeigte Bonddrähte mit einem ersten Metallisierungsbereich auf der Oberseite der Platine verbunden, auf welchem ein erster Leistungskontakt gebildet ist. In analoger Weise sind die Gateelektroden über in 1 nicht gezeigte Bonddrähte mit einem zweiten Metallisierungsbereich auf der Oberseite der Platine elektrisch leitend verbunden, auf welchem weiter ein Steuerkontakt gebildet ist. Schliesslich liegen alle Kollektorelektroden auf einem dritten Metallisierungsbereich auf einer Oberseite der Platine 21 auf und sind mit diesem elektrisch leitend verbunden und somit elektrisch parallel geschaltet. Ein Teilbereich des dritten Metallisierungsbereichs dient als zweiter Leistungskontakt.
Der Steuerkontakt und der erste Leistungskontakt einer jeden Platine 21 bzw. eines jeden Teilmoduls 2 – und mit diesen die Gateelektroden 222 sowie die Emitterelektroden 221 – sind über eine Kontaktierungsanordnung jeweils mit einem ersten Anschluss 311 und einem zweiten Anschluss 321 des Leistungshalbleitermoduls verbunden. Die Anschlüsse dienen einer externen Kontaktierung des Leistungshalbleitermoduls und sind jeweils an einem Verbindungsblech gebildet.
Dabei weist ein erstes Verbindungsblech, welches im folgenden auch als Gateblech 31 bezeichnet wird, eine Anzahl N – entsprechend der Anzahl der Teilmodule 2 – an ersten Kontakten 313 auf, welche elektrisch leitend mit den Steuerkontakten der Teilmodule 2 verbunden sind, sowie einen ersten Anschluss als Gateanschluss 311 auf. Zwischen den ersten Kontakten 313 und den Steuerkontakten der Teilmodule ist dabei vorzugsweise jeweils ein, in den Zeichnungen nicht dargestellter, Widerstand, insbesondere ein Gate-Resistor, vorgesehen.
2a zeigt eine perspektivische Darstellung des Gateblechs 31, 2b zeigt das Gateblech 31 aus 2a in Aufsicht; 2c zeigt eine Seitenansicht des Gateblechs 31 aus 2a. Das Gateblech 31 bildet eine Vielzahl von Leitungspfade zwischen dessen Gateanschluss 311 und den ersten Kontakten 313. Zwischen dem Gateanschluss 311 und jeder Gruppe von Teilmodulen sind dabei – entsprechend der Anzahl q Teilmodule 2 pro Gruppe – q = 2 Gate-Leitungspfade 3141, 3142 gebildet, welche in 2b exemplarisch für eine erste Gruppe von Teilmodulen 2 – die beiden in 1 auf der linken Seite übereinander angeordneten Teilmodule 2 – gezeigt sind. Das Gateblech weist ferner eine Vielzahl erster Löcher 315 auf, deren Bedeutung und Funktion weiter unten erläutert wird. In 2b wurde der Übersichtlichkeit halber in einem Bereich der Gate-Leitungspfade 3141, 3142 auf die Darstellung eines Teils der ersten Löcher 315 verzichtet.
Das zweite Verbindungsblech 32 weist ebenfalls eine Anzahl N = 6 zweite Kontakte 323 auf, welche elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der Teilmodule 2 verbunden sind.
3a zeigt eine perspektivische Darstellung des zweiten Verbindungsblechs, welches im Folgenden auch als Emitterblech 32 bezeichnet wird. 3b zeigt das Emitterblech 32 aus 3a in Aufsicht; 3c zeigt eine Seitenansicht des Emitterblechs 32 aus 3a. Neben einem Emitteranschluss 321 als zweiten Anschluss weist das Emitterblech 32 ferner einen zusätzlichen Anschluss in Form eines Hilfsemitteranschlusses 322 als Referenzanschluss auf, welcher ein Referenzpotential zum Zwecke einer Ansteuerung nach aussen führt. Dieser ist an einem Hilfsemitterblech 32'' gebildet, welches mittels dreier Nietverbindungen 324 elektrisch leitend an einem Hauptemitterblech 32' angebracht ist. Das Emitterblech 32 umfasst ferner weitere zweite Anschlüsse 321', welche eine sichere Kontaktierung des Leistungshalbleitermoduls ermöglichen und eine gleichmässigere Verteilung von Stromdichten innerhalb des Moduls und dessen Zuleitungen erlauben. Zwischen dem Hilfsemitteranschluss 322 und jeder Gruppe von Teilmodulen sind dabei q = 2 Hilfsemitter-Leitungspfade 3241, 3242 in ähnlicher Weise wie die im vorigen Abschnitt beschriebenen Gate-Leitungspfade 3141, 3142 gebildet. 3b zeigt die Hilfemitter-Leitungspfade 3241, 3242 exemplarisch für die gleiche erste Gruppe von Teilmodulen 2 wie in 2b.
Die Kontaktierungsanordnung umfasst ferner eine Anordnung dreier dritter Verbindungsbleche, welche als Kollektorbleche 33 ausgeführt und in 4a in perspektivischer Darstellung gezeigt sind. 4b zeigt die Kollektorbleche 33 aus 4a in Aufsicht; 4c zeigt eine Seitenansicht der Kollektorbleche 33 aus 3a. Jedes der Kollektorbleche 33 weist n = 2 dritte Kontakte 333 zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Leistungskontakte von je zwei Teilmodulen 2 sowie einen Kollektoranschluss 331 als dritten Anschluss auf.
Wie aus den 2c, 3c und 4c ersichtlich, weist jedes der Verbindungsbleche in funktionaler wie geometrischer Hinsicht drei zueinander parallel verlaufende Ebenen auf: Eine Kontaktebene K mit einer Vielzahl von Kontakten, eine Anschlussebene A mit mindestens einem Anschluss, sowie eine zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildete Verteilebene V1, V2, bzw. V3 zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Anschluss auf.
Wie aus 2c ferner ersichtlich, weist das Gateblech 31 in einem flächigen, in und zu der Verteilebene V1 parallel verlaufenden, Bereich eine Kunststoffummantelung 5 auf. Diese wird vorzugsweise mittels eines Spritzgussverfahrens auf das Gateblech 31 aufgebracht. Die vorzugsweise im Gateblech 31 vorgesehenen ersten Löcher 315 gewährleisten dabei einen festen und sicheren Halt der Kunststoffummantelung 5 am Gateblech 31. An einer Oberseite der Kunststoffummantelung 5 ist eine Vielzahl von Zapfen 51 gebildet. Die Zapfen sind dabei so angeordnet, dass das Emitterblech 32 derart auf das Gateblech 31 aufgelegt bzw. aufgesteckt werden kann, dass die Zapfen 51 teilweise durch im Emitterblech 32 gebildete zweite Löcher 325 hindurchragen. Das aufgelegte bzw. aufgesteckte Emitterblech 32 kann dann vorzugsweise mittels Ultraschall-Vernietung (engl. „ultrasonic riveting”) mit der Kunststoffummantelung 5 und somit mit dem Gateblech 31 fest und in exakt definierter gegenseitiger räumlicher Lage verbunden werden. Die zweiten Löcher 325 dienen somit als Positionierungs- und/oder Befestigungslöcher. Die Zapfen 51 sind dabei vorzugsweise über mindestens einem ersten Teil der ersten Löcher 315 vorgesehen.
2d zeigt eine perspektivische Darstellung des Gateblechs 31 mit der aufgespritzten Kunststoffummantelung 5. Zwischen zwei Gateblechbereichen, die zu benachbarten Gruppen von Teilmodulen führen, sind jeweils Kunststoffstege 52 vorgesehen. Diese sorgen für eine gleichmässigere und vollständige Verteilung des flüssigen Kunststoffs in einer beim Spritzgussverfahren eingesetzten Spritzgussform.
In einer Richtung senkrecht zur Basisebene S ist ein Abstand der Verteilebenen V1, V2, und V3 vorzugsweise möglichst klein gewählt, wobei zu beachten ist, das ein erster Abstand a₁ zwischen der Verteilebene V2 des Emitterblechs 32 und der Verteilebene V3 des Kollektorblechs 33 gross genug sein muss, um einen elektrischen Durchschlag insbesondere in einem Sperrzustand der Teilmodule 2 zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird der erste Abstand vorzugsweise geringfügig grösser gewählt als ein Durchschlagabstand D, der sich für eine nominale Spannung des Leistungshalbleitermoduls unter Standardbedingungen – z. B. Atmosphärendruck auf Meereshöhe, Raumtemperatur – ergibt, vorzugsweise im Bereich 1.1D < a₁ < 1.5D. Ein zweiter Abstand a₂ zwischen der Verteilebene V2 des Emitterblechs 32 und der Verteilebene V1 des Gateblechs 31 wird vorzugsweise gleich oder geringfügig kleiner gewählt als eine Dicke d_B des ersten oder zweiten Verbindungsblechs, d. h. 0.5d_B < a₂ < d_B, wobei typscherweise 0.1 mm < a₂ < 1.5 mm gewählt wird, vorzusgweise 0.8 mm < a₂ < 1.5 mm.
Die Verbindungsbleche selbst weisen eine Stärke zwischen 0.5 mm und 3.0 mm auf, vorzugsweise zwischen 0.8 und 1.5 mm.
In der Verteilebene V1 des Gateblechs 31 verlaufen die Leitungspfade 3141, 3142 dabei von einem ersten Bereich B1 unterhalb des ersten Anschlusses 311 zu zweiten Bereichen B2 oberhalb der ersten Kontakte 313, wie aus 2b zu sehen ist. Dabei ist ein erstes Segment S1 der Leitungspfade 3141, 3142 von einem gemeinsamen ersten Gateblechabschnitt gebildet, welcher an den ersten Anschluss 311 angrenzt bzw. diesen umfasst. Zweite, an das erste Segment S1 angrenzende Segmente der Leitungspfade 3141, 3142 sind hingegegen von separaten zweiten Gateblechabschnitten gebildet, welche räumlich getrennt voneinander verlaufen und an unterschiedliche erste Kontakte 313 angrenzen bzw. diese umfassen. Aneinandergrenzende Blechabschnitte können dabei aus miteinander elektrisch leitend verbundenen, jedoch ursprünglich getrennten Teil-Blechzuschnitten zusammengesetzt sein; können jedoch vorteilhaft auch an einem einstückigen Blechzuschnitt ausgebildet sein.
Die Hilfsemitter-Leitungspfade 3241, 3242 sind in der Verteilebene V2 des Emitterblechs 32 in ähnlicher Weise wie die im vorigen Abschnitt beschriebenen Gate-Leitungspfade 3141, 3142 gebildet.
5 zeigt ein elektrisches Schaltschema der Verbindungsbleche exemplarisch am Beispiel des Gateblechs 31. Wie ersichtlich ist eine elektrische Verteilung zwischen den N = 6 ersten Kontakten 313 und dem Anschluss 311 des Gateblechs 31 in der Verteilebene V1 gebildet. Vorzugsweise ist in der Verteilebene V1, V2, V3 eines jeden Verbindungsblechs 31, 32, 33, 61, 62 eine elektrische Verteilung zwischen den Kontakten 313, 323, 333 und dem ersten Anschluss 311, dem zweiten Anschluss 321 bzw. dem dritten Anschluss 331 des jeweiligen Verbindungsblechs gebildet.
6 zeigt eine seitliche Ansicht der Kontaktierungsanordnung und des Leistungshalbleitermoduls aus 1. Auf eine Darstellung der Kunststoffummantelung 5 wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Wie 6 zu entnehmen ist, ist die Verteilebene V1 des Gateblechs 31 der Basisebene S benachbart oberhalb der Basisebene S angeordnet; die Verteilebene V2 des Emitterblechs 32 der Verteilebene V1 des Gateblechs 31 auf einer der Basisebene gegenüberliegenden Seite benachbart; und die Verteilebene V3 der Kollektorbleche 33 der Verteilebene V2 des Emitterblechs 32 benachbart.
7a zeigt eine perspektivische Darstellung von Gateblech 31 und Emitterblech 32 in identischer relativer räumlicher Lage und Position wie im Leistungshalbleitermodul aus 1. 7b zeigt die beiden Bleche aus 7a in Aufsicht, 7c von unterhalb, d. h. von der Basisplatte 1 her gesehen. Wie aus 7b und 7c ersichtlich, verlaufen die zweiten Segmente der Gate-Leitungspfade 3141, 3142 dergestalt, dass sie von darüberliegenden ersten Emitterblechabschnitten in der Verteilebene V2 des Emitterblechs zumindest im wesentlichen vollständig überdeckt werden, wodurch eine besonders effektive Abschirmung gegen induktive Einkoppelungseffekte erreicht wird. Das erste Segment S1 der Gate-Leitungspfade 3141, 3142 wird in einer ersten Region R1 ebenfalls von darüberliegenden zweiten Emitterblechabschnitten in der Verteilebene V2 des Emitterblechs zumindest im wesentlichen vollständig überdeckt. In einer zweiten Region R2 wird das erste Segment S1 der Leitungspfade 3141, 3142 hingegen von keinen Emitterblechabschnitten in der Verteilebene V2 überdeckt.
Durch den oben beschriebenen Verlauf des ersten Segments S1 in der zweiten Region R2 wird eine Einkopplungsschlaufe 4 gebildet, welche sich in einer Nähe eines Übergangs im Emitterblech 32 zwischen dessen Anschlussebene A und dessen Verteilebene V2 befindet. Unter dem Begriff Nähe wird hier und im folgenden eine Distanz d verstanden, die kleiner ist als eine Länge l_M oder Breite b_M des Leistungshalbleitermoduls, bzw. eine eine Länge l_TM oder Breite b_TM eines Teilmoduls 2, wobei für r = l_M, b = l_M, r = l_TM und/oder b = l_TM, vorzugsweise rl20 < d < rl5, höchst vorzugsweise rl20 < d < rl10 gilt.
Für die mittlere und rechte Gruppe von Teilmodulen 2 sind in analoger Weise wie vorstehend beschrieben zweite bzw. dritte Einkopplungsschlaufen 4' und 4'' gebildet. Dabei umschliessen die Einkopplungsschlaufe 4, 4' und 4'' unterschiedlich grosse Flächen, um unterschiedliche Beträge und Vorzeichen von Gegeninduktivitäten, und somit insbesondere unterschiedliche Beträge und Vorzeichen einer induktiven Einkopplung von für jede Gruppe unterschiedlichen benachbarten Gruppen von Teilmodulen 2 zu berücksichtigen.
8 zeigt ein Ersatzschaltbild der Kontaktierung der ersten Gruppe von Teilmodulen 2 aus 1.
Bei einem Einschalten bzw. Durchlässigschalten des Leistungshalbleitermoduls und somit der IGBTs der einzelnen Teilmodule 2, welches durch Anlegen einer positiven Steuer-Sollspannung zwischen Gateanschluss 311 und Hilfsemitteranschluss 322 bewirkt wird, kommt es zu einem rasch ansteigenden Einschaltstroms zwischen den Kollektorelektroden und Emitterelektroden der einzelnen IGBTs, und somit insbesondere zwischen den zweiten Kontakten 323 und den zweiten Anschlüssen 321, 321' und 321'' des zweiten Verbindungsblechs 32. Durch diesen Einschaltstrom wird in den Einkopplungsschlaufen 4, 4' 4'' ein Spannungspuls induziert, welcher der Steuer-Sollspannung gleichgerichtet ist und ein an den Gatelektroden anliegendes Steuerpotential gegenüber einem Emitterpotential weiter erhöht, wodurch das Einschalten beschleunigt wird.
In Abweichung von der vorstehenden Beschreibung können Teilmodule auch anders aufgebaut sein als mit 6 parallel geschalteten IGBTs. So sind beispielsweise Teilmodule mit einzelnen oder einer anderen Anzahl parallelgeschalteter Leistungstransistoren, insbesondere IGBTs, denkbar. Auch Teilmodule mit einer oder mehreren parallel oder in Serie geschalteten Dioden sind denkbar. Auch Teilmodule mit einer ersten Anzahl parallelgeschalteter Leistungstransistoren und einer zweiten – unterschiedlichen oder gleichen – Anzahl gegenparallel geschalteter Dioden, insbesondere als Schutzdioden (engl. „freewheeling”, „snubber-” oder „flyback-”Dioden) können vorteilhaft verwendet werden, insbesondere in Leistungshalbleitermodulen, die als oder für den Einsatz in Brücken- oder Halbbrückenschaltungen ausgelegt sind. Anstelle von auf einer Platine 21 aufgebauten Teilmodulen können auch andere Leistungshalbleiter-Schaltelemente zum Einsatz kommen, und zwar sowohl in Form von Teilmodulen als auch allgemein geeignet verschaltete diskrete und/oder integrierte Leistungs halbleiter elemente umfassend. Auch Leistungshalbleitermodule mit verschiedenen Leistungshalbleiter-Schaltelementen sind denkbar. Insbesondere kann ferner nur ein Bruchteil der vom Leistungshalbleitermodul umfassten Teilmodule mittels einer Kontaktierungsanordnung wie vorstehend beschreiben kontaktiert sein, d. h. für eine Gesamtzahl M an Teilmodulen im Leistungshalbleitermodul kann M > N gelten.
Zusätzlich zum Emitterblech können vorteilhaft auch ein oder mehrere Kollektorbleche 33 an der Kunststoffummantelung 5 befestigt sein. Zu diesem Zweck können vorzugsweise zusätzliche, längere Zapfen an der Kunststoffummantelung 5 vorgesehen sein, so dass die Kollektorbleche 33 mittels an diesen vorgesehener, in den Zeichnungen nicht dargestellter, dritter Löcher in analoger Weise wie das Emitterblech 32 auf das Gateblech 31 aufgelegt bzw. aufgesteckt werden können. Dabei sind vorteilhaft am Gateblech 32, insbesondere als Teil der Kunststoffummantelung 5 ausgebildete, Abstandhalter vorgesehen, um die Kollektorbleche 33 in einem definierten Abstand zu halten, so dass vorzugsweise der erste Abstand a₁ zwischen der Verteilebene V2 des Emitterblechs 32 und der Verteilebene V3 des Kollektorblechs 33 eingehalten wird.
Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist das Emitterblech 32 sowohl den Emitteranschluss 321 als externen emitterseitigen Leistungsanschluss als auch den Hilfsemitteranschluss 322 als Referenzanschluss auf. Die Kontaktierungsanordnung stellt somit einen Schaltungsblock dar, welcher Kollektor-, Emitter-, Hilfskollektor-, Hilfsemitter- und Gateschaltkreise umfasst. Alternativ kann das zweite Verbindungsblech vorteilhaft auch lediglich den Referenzanschluss aufweisen, wobei im Leistungshalbleitermodul eine separate Zuleitung zwischen einem separaten externen emitterseitigen Leistungsanschluss und den ersten Leistungskontakten der Teilmodule 2 ausgebildet ist, beispielsweise in Form eines vierten Verbindungsblechs. Alternativ kann vorzugsweise auch nur eine Ansteuerschaltung, bestehend aus einem Gate- und einem Hilfsemitter-Schaltkreis durch ein erstes und zweites Verbindungsblech, welche erfindungsgemäss parallel geführt sind, realisiert sein; wobei Zuleitungen zu den ersten und zweiten Leistungskontakten der Teilmodule 2 in anderer Weise, z. B. in Form einer Verdrahtung, ausgebildet sind.
9 zeigt eine Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung für ein erfindungsgemässes Leistungshalbleitermodul.
Dabei ist das erste Verbindungsblech als Emitterblech 61 zur elektrisch leitenden Verbindung mit zwei, jeweils mit Emitterelektroden mehrerer Leistungshalbleiter-Schaltelemente eines Leistungshalbleitermoduls verbundenen, ersten Leistungskontakten über Kontakte 613 ausgeführt. Das zweite Verbindungsblech ist als Kollektorblech 62 zur elektrisch leitenden Verbindung mit zwei, jeweils mit Kollektorelektroden mehrerer Leistungshalbleiter-Schaltelemente des Leistungshalbleitermoduls verbundenen, zweiten Leistungskontakten über Kontakte 623 ausgeführt. Das zweite Verbindungsblech ist in analoger Weise zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen an einer Kunststoffummantelung 5' des ersten Verbindungsblechs befestigt, welche in einem, vorzugsweise flächigen, Bereich des Emitterblechs 61 vorgesehen ist. Die Verteilebene V1' des Emitterblechs 61 verläuft dabei parallel zur Verteilebene V2' des Kollektorblechs 62. Erstes und zweites Verbindungsblech bilden somit einen Lastterminalblock, welcher vorzugsweise derart am Leistungshalbleitermodul angebracht wird, dass die Verteilebene V1' des Emitterblechs 61 senkrecht zur Basisebene ausgerichtet ist. Die Kunststoffummantelung 5' übernimmt dabei gleichzeitig eine Isolierfunktion zwischen Emitterblech 61 und Kollektorblech 62, insbesondere in Bereichen, wo dies nicht durch ein Silikon-Gel oder ähnliches geschieht.
Vorzugsweise ist an der Kunststoffummantelung des ersten Verbindungsblechs ferner ein – in 9 nicht gezeigtes – drittes Verbindungsblech befestigt, welches als Gateblech ausgeführt ist. Vorzugsweise ist am Emitterblech 61 wiederum ein – in 9 nicht gezeigter – Hilfsemitteranschluss als Referenzanschluss vorgesehen.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls ist das erste Verbindungsblech als Kollektorblech und das zweite Verbindungsblech als Emitterblech ausgeführt, wobei das zweite Verbindungsblech in analoger Weise zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen an einer Kunststoffummantelung des ersten Verbindungsblechs befestigt ist, welche in einem, vorzugsweise flächigen, Bereich des Kollektorblechs vorgesehen ist. Dabei ist vorzugsweise am Emitterblech wiederum ein Hilfsemitteranschluss als Referenzanschluss vorgesehen. Erstes und zweites Verbindungsblech bilden somit wiederum einen Lastterminalblock. Der Kunststoffummantelung übernimmt dabei gleichzeitig eine Isolierfunktion zwischen Kollektorblech und Emitterblech, insbesondere in Bereichen, wo dies nicht durch ein Silikon-Gel oder ähnliches geschieht. Vorzugsweise ist an der Kunststoffummantelung des ersten Verbindungsblechs ferner ein drittes Verbindungsblech befestigt, welches als Gateblech ausgeführt ist.
Gemäss der vorstehenden Beschreibung ist das zweite und ggf. dritte Verbindungsblech an der Kunststoffummantelung des ersten Verbindungsblechs angenietet, vorzugsweise mittels Ultraschallvernietung. Alternativ kann in allen vorstehenden Ausführungsbeispielen eine Befestigung jedoch auch mittels Kleben, Klemmen oder Schnappverschlüssen oder einer Kombination verschiedener Verfahren bzw. Methoden erreicht werden.
In sämtlichen vorstehenden Ausführungsbeispielen kommt für die Kunststoffummantelung vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff, vorzugsweise Polyamid oder Polyester, insbesondere Polybutylenterephthalat oder Polyetylenterephthalat, zur Anwendung. Dieser wird vorzugsweise faserverstärkt, insbesondere mittels Glasfasern bei einem Gewichtsanteil zwischen 20 und 40%. Vorzugsweise wird der gleiche thermoplastische Kunststoff auch für andere Kunststoffbestandteile und/oder -elemente eines Modulgehäuses verwendet, insbesondere für eine Gehäusewand.
In der vorstehenden Beschreibung kann unter einer Ebene, insbesondere einer Anschluss-, Verteil- oder Kontaktebene eines Verbindungsblechs, vorzugsweise auch eine Schicht oder Lage mit einer Dicke d_E verstanden werden, wobei bei einer Dicke d_B des entsprechenden Verbindungsblechs d_E < 15d_B, vorzugsweise d_E < 5d_B, vorzugsweise d_E < 2d_B gilt. Ein Abstand zwischen zwei benachbarten Schichten oder Lagen ist in diesem Fall als der Abstand von deren beiden Mittelebenen definiert.
Auch wenn die Erfindung vorstehend mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben und veranschaulicht ist, ist diese nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können innerhalb des Schutz- und Äquivalenzbereichs der Schutzansprüche verschiedene Modifikationen von Einzelheiten vorgenommen werden, ohne dass daraus eine Abweichung von der Erfindung resultiert.

Claims

Leistungshalbleitermodul, umfassend a) eine Anzahl N parallel zu einer Basisebene (S) angeordneter Leistungshalbleiter-Schaltelemente (2), • von denen jedes eine Anzahl an Schaltelement-Kontakten aufweist, umfassend • einen Steuerkontakt, • einen ersten Leistungskontakt und • einen zweiten Leistungskontakt, • wobei mittels einer zwischen Steuerkontakt und erstem Leistungskontakt anliegenden Steuerspannung ein Strom zwischen den Leistungskontakten schaltbar ist, b) eine Kontaktierungsanordnung zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte, umfassend • ein erstes Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62), welches elektrisch leitend mit ersten Schaltelement-Kontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, • ein zweites Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62), welches elektrisch leitend mit zweiten Schaltelement-Kontakten einer ersten Teilmenge enthaltend m ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, • wobei jedes der Verbindungsbleche (31, 32, 33, 61, 62) • eine Vielzahl von Kontakten (313, 323, 333) zur Kontaktierung von Schaltelement-Kontakten, • mindestens einen Anschluss (311, 321, 331) zur externen Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Schaltelements (2) und • eine Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Anschluss (311, 321, 331) aufweist, und wobei • die Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) des ersten Verbindungsblechs (31, 32, 33, 61, 62) parallel zur Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) des zweiten Verbindungsblechs (31, 32, 33, 61, 62) verläuft, • das erste Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) im Bereich der Verteilebene eine Kunststoffummantelung (5, 5') aufweist, und • das zweite Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) an der Kunststoffummantelung (5, 5') befestigt ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Verbindungsbleche (31, 32, 33, 61, 62) • eine Kontaktebene (K) und eine eine Anschlussebene (A) umfasst, wobei die Vielzahl von Kontakten in der Kontaktebene (K) und der mindestens eine Anschluss (311, 321, 331) in der Anschlussebene (A) vorgesehen sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes der Verbindungsbleche (31, 32, 33, 61, 62) die Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildet ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsanordnung ein drittes Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) umfasst, welches elektrisch leitend mit dritten Schaltelement-Kontakten zumindest einer zweiten Teilmenge enthaltend n ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) • eine Kontaktebene (K) mit Kontakten (313, 323, 333) zur Kontaktierung von Schaltelement-Kontakten, • eine Anschlussebene (A) mit mindestens einem Anschluss (311, 321, 331) zur externen Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Schaltelements (2) und • eine zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildete Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Anschluss (311, 321, 331) aufweist, und • wobei die Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) des dritten Verbindungsblechs (31, 32, 33, 61, 62) parallel zur Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) des ersten Verbindungsblechs (31, 32, 33, 61, 62) verläuft.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) an der Kunststoffummantelung (5, 5') befestigt ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) elektrisch leitend mit zweiten Leistungskontakten der zweiten Teilmenge enthaltend n ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass a) das erste Verbindungsblech elektrisch leitend mit den Steuerkontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, und b) das zweite Verbindungsblech elektrisch leitend mit ersten Leistungskontakten der Teilmenge enthaltend m ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist; sowie c) am zweiten Verbindungsblech als zusätzlicher Anschluss ein Referenzanschluss, insbesondere zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente, vorgesehen ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verbindungsblech (32) ein Referenzanschluss-Blech (32'') umfasst, welches mittels einer elektrisch leitenden Verbindung, vorzugsweise einer Niet- oder Schweissverbindung, am zweiten Verbindungsblech (32) angebracht ist, und wobei der Referenzanschluss (322) am Referenzanschluss-Blech (32'') gebildet ist, und wobei das Referenzanschluss-Blech (32'') vorzugsweise in einer Nähe eines oder mehrerer zweiter Kontakte des zweiten Verbindungsblechs (32) an letzterem angebracht ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, und das zweite Verbindungsblech elektrisch leitend mit zweiten Leistungskontakten der zweiten Teilmenge enthaltend n ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62), als zusätzlichen Anschluss einen Referenzanschluss (322), insbesondere zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente, umfasst.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) elektrisch leitend mit den zweiten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, und das zweite Verbindungsblech elektrisch leitend mit ersten Leistungskontakten der zweiten Teilmenge enthaltend n ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 10, 11 oder 12 sowie einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) elektrisch leitend mit Steuerkontakten der zweiten Teilmenge enthaltend n ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) und/oder das dritte Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) mittels Ultraschallvernietung an der Kunststoffummantelung (5, 5') befestigt ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung (5, 5') aus Polyester, insbesondere Polybutylenterephthalat oder Polyetylenterephthalat, gebildet und vorzugsweise faserverstärkt, insbesondere glasfaserverstärkt, ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung (5, 5') mittels Spritzguss gebildet ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kunststoffummantelung (5, 5') Elemente zur Verringerung einer thermischen Ausdehnung, insbesondere Glaskügelchen, eingegossen sind.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, zweite und dritte Verbindungsblech (31, 32, 33) derart angeordnet sind, dass deren Verteilebenen (V1, V2, V3) parallel zur Basisebene (S) verlaufen.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Verteilebene (V1, V2, V3) des ersten Verbindungsblechs (31) der Basisebene benachbart oberhalb der Basisebene (S) angeordnet ist, b) die Verteilebene (V1, V2, V3) des zweiten Verbindungsblechs (32) der Verteilebene (V1, V2, V3) des ersten Verbindungsblechs (31) auf einer der Basisebene (S) gegenüberliegenden Seite benachbart ist, und c) die Verteilebene (V1, V2, V3) des dritten Verbindungsblechs (33) der Verteilebene (V1, V2, V3) des zweiten Verbindungsblechs (32) benachbart ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilmenge der Leistungshalbleiter-Schaltelemente eine Mehrzahl von Leistungstransistoren, insbesondere IGBTs, umfasst, welche auf einer Leiterplatine, vorzugsweise einem Active-Metal-Brazing-Substrat, angeordnet und elektrisch parallel geschaltet sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass vom ersten und zweiten Verbindungsblech N Leitungspfade zwischen Anschluss bzw. Referenzanschluss und ersten bzw. zweiten Kontakten, vorzugsweise in der Verteilebene (V1, V2) des jeweiligen Verbindungsblechs, gebildet sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Verbindungsblech die N Leitungspfade durch mehrere Blechabschnitte gebildet sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Segment (S1) der N Leitungspfade für das erste und zweite Verbindungsblech jeweils durch einen gemeinsamen, vorzugsweise dem Anschluss bzw. Referenzanschluss des entsprechenden Verbindungsblechs benachbarten, ersten bzw. zweiten Blechabschnitt gebildet ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Segment (S1) der N Leitungspfade für das erste Verbindungsblech (31) in einer ersten Region (R1) vom zweiten Verbindungsblech (32) in dessen Verteilebene (V2) überdeckt wird, und in einer zweiten Region (R2) vom zweiten Verbindungsblech (32) nicht in dessen Verteilebene (V2) überdeckt wird.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, a) dass zweite Segmente der N Leitungspfade des ersten Verbindungsblechs durch separate dritte Blechabschnitte des ersten Verbindungsblechs (31) gebildet sind, b) dass zweite Segmente der N Leitungspfade des zweiten Verbindungsblechs (32) durch separate vierte Blechabschnitte des zweiten Verbindungsblechs gebildet sind, c) für i = 1, ..., N in einer dritten Region (R3) die Leitungspfade des ersten Verbindungsblechs (31) unterhalb der Leitungspfade des zweiten Verbindungsblechs (32) verlaufen.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul weitere, parallel zur Basisebene angeordnete Leistungshalbleiter-Schaltelemente umfasst, und das erste und zweite Verbindungsblech weitere erste bzw. zweite Kontakte aufweisen, die mit dem Anschluss des ersten bzw. zweiten Verbindungsblechs elektrisch leitend verbunden sind und die Steuerkontakte bzw. erste Leitungskontakte der weiteren Leistungshalbleiter-Schaltelemente kontaktieren.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul weitere, parallel zur Basisebene angeordnete Leistungshalbleiter-Schaltelemente eines zweiten Typs umfasst.
Kontaktierungsanordnung für ein Leistungshalbleitermodul, welches a) eine Anzahl N parallel zu einer Basisebene (S) angeordneter Leistungshalbleiter-Schaltelemente (2) umfasst, • von denen jedes eine Anzahl an Schaltelement-Kontakten aufweist, umfassend • einen Steuerkontakt, • einen ersten Leistungskontakt und • einen zweiten Leistungskontakt, • wobei mittels einer zwischen Steuerkontakt und erstem Leistungskontakt anliegenden Steuerspannung ein Strom zwischen den Leistungskontakten schaltbar ist, b) wobei die Kontaktierungsanordnung zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte • ein erstes Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62), welches elektrisch leitend mit ersten Schaltelement-Kontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist, ein zweites Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62), welches elektrisch leitend mit zweiten Schaltelement-Kontakten einer Teilmenge enthaltend n ≤ N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist, umfasst und wobei c) jedes der Verbindungsbleche (31, 32, 33, 61, 62) • eine Vielzahl von Kontakten (313, 323, 333) zur Kontaktierung von Schaltelement-Kontakten, • mindestens einen Anschluss (311, 321, 331) zur externen Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Schaltelements (2) und • eine Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Anschluss (311, 321, 331) aufweist, und wobei • die Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) des ersten Verbindungsblechs (31, 32, 33, 61, 62) parallel zur Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) des zweiten Verbindungsblechs (31, 32, 33, 61, 62) und parallel zur Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) des zweiten Verbindungsblechs (31, 32, 33, 61, 62) verläuft, • das erste Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) im Bereich der Verteilebene eine Kunststoffummantelung (5, 5') aufweist, und • das zweite Verbindungsblech (31, 32, 33, 61, 62) an der Kunststoffummantelung (5, 5') befestigt ist.
Kontaktierungsanordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Verbindungsbleche (31, 32, 33, 61, 62) • eine Kontaktebene (K) und eine eine Anschlussebene (A) umfasst, wobei die Vielzahl von Kontakten in der Kontaktebene (K) und der mindestens eine Anschluss (311, 321, 331) in der Anschlussebene (A) vorgesehen sind.
Kontaktierungsanordnung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes der Verbindungsbleche (31, 32, 33, 61, 62) die Verteilebene (V1, V1', V2, V2', V3) zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildet ist.