EP1120860B1 - Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom - Google Patents

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EP1120860B1
EP1120860B1 EP01100746A EP01100746A EP1120860B1 EP 1120860 B1 EP1120860 B1 EP 1120860B1 EP 01100746 A EP01100746 A EP 01100746A EP 01100746 A EP01100746 A EP 01100746A EP 1120860 B1 EP1120860 B1 EP 1120860B1
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EP
European Patent Office
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power semiconductor
contact area
semiconductor module
area
module according
Prior art date
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EP01100746A
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English (en)
French (fr)
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EP1120860A3 (de
EP1120860A2 (de
EP1120860B8 (de
Inventor
Gottfried Ferber
Reimund Pelmer
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Europaische Gesellschaft fur Leistungshalbleiter mbH
Original Assignee
EUPEC GmbH
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Publication date
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Publication of EP1120860A3 publication Critical patent/EP1120860A3/de
Publication of EP1120860B1 publication Critical patent/EP1120860B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R12/00—Structural associations of a plurality of mutually-insulated electrical connecting elements, specially adapted for printed circuits, e.g. printed circuit boards [PCB], flat or ribbon cables, or like generally planar structures, e.g. terminal strips, terminal blocks; Coupling devices specially adapted for printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures; Terminals specially adapted for contact with, or insertion into, printed circuits, flat or ribbon cables, or like generally planar structures
    • H01R12/50—Fixed connections
    • H01R12/51—Fixed connections for rigid printed circuits or like structures
    • H01R12/515—Terminal blocks providing connections to wires or cables

Definitions

  • the invention relates to a power semiconductor module with a circuit arrangement on a substrate of a Base plate, at least one provided on the substrate Acceptance device for electric current and a Housing element.
  • an electrical variable preferably one Electricity, as far as possible loss and / or trouble-free to tap or transmit. Furthermore, should with her electrical quality also a good mechanical Be assured handling and stability.
  • band, area or plate-like prepared power take-off devices used.
  • These known current collection devices e.g. in Shape of a band, surface or plate-like terminal lug or tab, are also used to seal them e.g. to a To contact current and / or -abstagedes substrate.
  • To have these known acceptance devices for electrical Strom a first contact area, with which the Take-off device to a stromzu- or stromablocationder Area is mechanically and electrically contacted.
  • a second contact area which is then in use, i. also in the finished product, is electrically connected to a power source or sink.
  • For transmitting the electric current between the first Contact area and the second contact area is on Transmission range in the known acceptance devices designed for electric power.
  • Switching, transmission or acceptance modules - which hereinafter simply referred to as modules and also So-called diode modules or uncontrolled modules include should - for high currents known Acceptance devices on a flat and planar formed conductor substrate, in particular a DCB / AlN substrate, so soldered that they are essentially project vertically from the conductor substrate.
  • the appropriate housing must be suitable Having slots through which the known Threaded electrical power takeoff devices become. Due to its band or plate-like structure can damage the case when the case is slipped on Arrangement of the band or area-like acceptance devices for electric power of the conventional form e.g. by Kink or cancel.
  • US-A-5,984,692 discloses a compound chip for stacked circuit boards described which inserted between metallizations of these circuit boards is.
  • This connection chip is in its to the level of Circuit boards vertical direction slightly curved so as to intervene between the circuit boards to be provided that a reliable electrical Contact with the metallization is guaranteed.
  • the invention has for its object to provide a power semiconductor module, which can be used for the transmission and switching of high currents or load currents and which thereby has an increased mechanical stability.
  • the first and second contact areas can each as primary contact areas for current consumption and / or each as secondary contact areas for delivering electrical Current or an electrical size serve.
  • Acceptance device for electric current are in Transmission area at least a first conductor and a second conductor provided. It is very special Advantage that the at least two conductors of the Transmission range substantially the same geometric Have properties.
  • To the Others become one by the division of the current path Reduction of the self-inductance at the current tap or a reduction of the so-called module inductance in Installation of the current tap in a corresponding module causes.
  • the head of the Transfer area substantially plate-shaped and are formed in particular planar. Also with these Properties are particularly favorable Production conditions, but again on special Circumstances can be taken into account, what then one Deviation from planarity or training in Can make plate shape necessary.
  • a particularly simple arrangement results when the Head of the transmission area substantially rectangular are formed, each having a top edge area and / or a lower edge area provided on the ladders can be. It is also manufacturing technology too prefer that the head of the transmission area over their course a substantially constant Have strength. This also causes that in the Conductor course with regard to the conductor cross section None Ohmic vulnerabilities arise.
  • the second Contact area as a substantially plate-shaped, in particular planar, ladder is formed.
  • this has turn manufacturing advantages, also here on the standard techniques for forming and shaping more planar or partially planar or plate-shaped conductor can be used.
  • a particularly advantageous embodiment of the present acceptance device for electricity The fact that the top edge areas of the head of the Transmission area in each case with one of the Side edge regions of the conductor of the second contact region are connected to the head of the transmission area each side walls and the head of the second Contact area a cover plate or a top wall of a form jointly formed hollow profile. That's it particularly advantageous if the head of the Transmission area arranged in a given direction and the conductors of the second contact area are in one too this direction substantially vertical direction is arranged so that through the transmission area and the second contact area formed essentially a U-profile becomes.
  • the conductors of the transmission area can also be arranged in this way be that results in a total of a different profile shape, e.g. the profile of an O, or even such that the gap in the O or U profile still further, under circumstances parallel, heads of the transmission area and / or replenished.
  • the first Contact area conductor elements through which the Acceptance device with a conductor, in particular a Printed circuit board, on a substrate, in particular a DCB / ALN substrate, or the like, is contactable.
  • the Ladder elements formed resiliently or elastically deformable, by e.g. thermal expansion or mechanical Stresses during assembly, e.g. when putting on a Housing or to collect when contacting.
  • This can advantageousously, by providing expansion bends, be realized by folding or the like.
  • the symmetry of the electric power take-off device including the symmetry of the conductor elements of the first Contact area may have u.U. manufacturing advantages, because, especially when using a symmetric Acceptance device for electric current in the above mentioned switching or transmission modules, then also correspondingly symmetrical power supply or current-draining base substrates, e.g. in the form of appropriate Floor plates are carried out with a DCB / AlN substrate can. It is then only one type of Final inspection facilities or current collection to manufacture and on To keep camp.
  • the acceptance device for electric current in particular so the whole first contact area, transmission area and second Contact area, in one piece and in particular of one made of uniform material. Then you can in a prefabrication process, a corresponding number of Punching devices for electricity stamped out, prebent and preassembled, so that in this way and also a process that can be fed to the automation results.
  • Surface areas of the acceptance device in particular the first contact area and / or the second contact area, completely or selectively surface-finished, especially with silver, nickel, tin, tin-lead or like.
  • FIG. 1A shows a schematic side view of a Embodiment of the acceptance device 10 for electricity.
  • first contact area 1 which of a Conductor element 14a, b with multiple expansion or Contact sheets 15a, b formed include one of Ladders 3a, b formed transmission area 3 and then a second contact area 2.
  • the first Contact area 1 is connected to the transmission area 3 at the first end portion 4 connected, which of the lower edge thereof 12 is formed.
  • the second contact region 2 is connected to the Transmission area at the upper end portion of the fifth contacted, which is formed by the upper edges 11a, b.
  • FIG. 1B shows the embodiment of FIG. 1A in FIG Front view. From this view it can be seen that the lower end portions 4 and the upper end portions 5 of Transmission area 3 and accordingly the Bottom edge portions 12a, b and the top edge portions 11a, b the transmission area 3 bent or curved in the first contact area and the corresponding conductor elements 14a, b or in the second contact area 2 transition.
  • Fig. 1B From Fig. 1B it is also clear that the conductors 3a and 3b of the Transmission area 3 parallel and plate-shaped to each other are arranged and together with the head of the Transmission area 2 a hollow profile-like arrangement 6 with form a hollow profile interior 6a, which is not filled is.
  • the conductor elements 14a and 14b are symmetrical formed to each other and extend in one direction, which is approximately perpendicular to the surface of the conductors 3a and 3b of the Transmission area 3 are. Also essentially perpendicular to the surfaces of the conductors 3a and 3b of the Transmission area 3 is the conductor of the second Contact area 2 arranged.
  • the arrangement of the Embodiment of Fig. 1A - C is thus mirror-symmetrical to that shown in Fig. 1B Cutting plane Z.
  • Fig. 1C shows a plan view of the embodiment of Fig. 1A and 1B. Visible here are the side edges or Side edge portions 13a and 13b of the conductor of the second Contact area 2, which with the upper edges 11a and 11b of Head 3a and 3b of the transmission area 3 are connected. Centrally located in the head of the second transmission area 2 a circular bore 16 through which at a Mounting in a housing a fixture or a connection can be introduced.
  • Fig. 2A shows a partially sectioned side view, in which three electrical power takeoff devices 10 in a preliminary stage of a module 20 with its first Contact areas 1 on a substrate on a base plate 21 are pre-assembled by means of soldering.
  • the corresponding Substrate may be a DCB / AlN substrate or the like.
  • FIG. 2B shows the corresponding front view of FIG Pre-stage of the module 20 of Fig. 2A. Clearly visible the U-profile arrangement of the acceptance devices 10 on the substrate 22 and the base plate 21 of the module 20th
  • FIGS. 2C and 2D the arrangement of FIGS Acceptance devices 10 for electrical current in the module 20 as shown in FIGS. 2A and 2B also in schematic and partially cut side and front view shown but now on the arrangement of Figs. 2A and 2B a Housing element 23 has been placed so that the Inventive acceptance devices 10 for electrical Electricity except for the second contact areas 2 covered and thus mechanically protected.
  • FIG. 2C a sliding cover 24 is shown in FIG. 2C, which in the direction of arrow 25 in the housing 23 in such a way can be inserted, that the threaded portions 26 of the Thrust cover 24 just below the holes 16 (see Fig. 1C) in the second contact regions 2 of the acceptance devices 10 for electrical power come to the plant.
  • Fig. 2E shows the state of the module 20 after the Push cover 24 in the direction of arrow 25 of FIG. 2C in the housing 23 has been inserted and the threaded portions 26 below the holes 16 of the second contact areas 2 of Acceptance facilities 10 have come to the plant.
  • FIGS. 2C, 2E and 2F each a section in the housing 23 of the module 20 denotes in which are connections for control lines for receiving of control signals and corresponding tax and Switching elements for switching the routes between the various acceptance devices 10 are located.
  • the information in the range 27 contained control device depending on the appended Control signals a load current, which via the 1 in Fig. 2F designated module 10, depending on Switching state in area 27 either via the with 2 designated or designated by the 3 Acceptance device 10 for electric power output.
  • FIGS. 3A and B show analogies to FIGS. 1A and B.
  • FIG Example a conventional acceptance device 30 for Electric current from the prior art.
  • a first contact region 31 with resilient conductor elements 34a and 34b This is followed by Transmission area 33, which only one has single Stromleitweg formed on a single surface is.
  • Transmission area 33 which only one has single Stromleitweg formed on a single surface is.
  • a second closes Contact area 32 To the transmission area 33 of this conventional Current collection device 30, a second closes Contact area 32, wherein in the transition between Transmission area 33 and second contact area 32 a Material recess 35 is provided, through which the second Contact area 32 in the final assembly in a simplified way and Way can be bent into its final position, which by 90 ° rotated to that shown in Figs. 3A and B. Pre-assembly is formed.
  • the present acceptance device 10 for electric current a kinking or angling or Bending second contact areas during final assembly not necessary, and it is just another aspect by designing the acceptance device for electrical Power to facilitate simplified final assembly steps.
  • the geometric configuration of the present Acceptance device 10 for electricity allows a Interaction with housing elements, in particular with a so-called sliding cover 24 or the like, that - as the in Figures 2c to 2f is shown - an anchoring of hollow profile-like acceptance devices 10 for electrical Power in the sliding cover 24 after insertion of the sliding cover 24th can be done by simply snapping.
  • the present finished bent Power take-off devices with hollow profile provide massive Zu effetsquerroughe ready, so that an increased Current consumption with simultaneously reduced module inductance is possible.
  • the hollow profile or U-profile form realized by the Furthermore, a substantially elastic connection corresponding module substrates. Intended housing or Toppers prepare due to the corresponding large Openings in the housing facilitate assembly at the same time practical filling for appropriate Casting compounds.

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungshalbleitermodul mit einer Schaltungsanordnung auf einem Substrat einer Grundplatte, mindestens einer auf dem Substrat vorgesehenen Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom und einem Gehäuseelement.
An Einrichtungen zur Abnahme und/oder zur Übertragung elektrischer Größen, insbesondere elektrischen Stroms, sind bei der industriellen Anwendung und bei der Verwendung in Endprodukten hohe Anforderungen zu stellen hinsichtlich ihrer Eignung, eine elektrische Größe, vorzugsweise einen elektrischen Strom, möglichst verlust- und/oder störungsfrei abzugreifen oder zu übertragen. Ferner soll mit ihrer elektrischen Qualität auch eine gute mechanische Handhabbarkeit und Stabilität gewährleistet sein.
Bei vielen Einsatzgebieten werden band-, flächen- oder plattenartig ausgearbeitete Stromabnahmeeinrichtungen verwendet. Diese bekannten Stromabnahmeeinrichtungen, z.B. in Form einer band-, flächen- oder plattenartigen Anschlußfahne oder -lasche, werden auch verwendet, um sie z.B. auf ein stromzu- und/oder -abführendes Substrat zu kontaktieren. Dazu weisen diese bekannten Abnahmeeinrichtungen für elektrischen Strom einen ersten Kontaktbereich auf, mit welchem die Abnahmeeinrichtung auf einen stromzu- oder stromabführenden Bereich mechanisch und elektrisch kontaktiert wird. Des weiteren ist bei den bekannten Abnahmeeinrichtungen für elektrischen Strom ein zweiter Kontaktbereich vorgesehen, welcher dann in der Anwendung, d.h. auch im Fertigprodukt, mit einer Stromquelle oder -senke elektrisch verbunden wird. Zur Übertragung des elektrischen Stroms zwischen dem ersten Kontaktbereich und dem zweiten Kontaktbereich ist ein Übertragungsbereich bei den bekannten Abnahmeeinrichtungen für elektrischen Strom ausgebildet.
Um die ohmschen Verluste, insbesondere bei der Übertragung hoher Lastströme von einigen hundert Ampere, möglichst gering zu halten, wurden flächen- oder plattenartige Anschlußlaschen oder Anschlußfahnen ausgebildet. Diese bekannten Abnahmeeinrichtungen für elektrischen Strom sind jedoch hinsichtlich ihrer mechanischen Stabilität nachteilhaft.
Zum Beispiel werden bei sogenannten Leistungshalbleiter-, Schalt-, Übertragungs- oder Abnahmemodulen - welche nachfolgend einfach als Module bezeichnet werden und auch sogenannte Diodenmodule oder ungesteuerte Module mit umfassen sollen - für hohe Stromstärken die bekannten Abnahmeeinrichtungen auf einem ebenen und flächenartig ausgebildeten Leitersubstrat, insbesondere einem DCB-/AlN-Substrat, derart aufgelötet, dass sie im wesentlichen senkrecht vom Leitersubstrat aufragen. Danach wird ein die Schaltelemente tragendes Gehäuse auf die Anordnung von Leitersubstrat mit aufgelöteten Stromabnahmelaschen aufgestülpt. Dazu muß das entsprechende Gehäuse an geeigneten Stellen Schlitze aufweisen, durch welche die bekannten Abnahmeeinrichtungen für elektrischen Strom hindurch gefädelt werden. Aufgrund ihrer band- oder plattenartigen Struktur kann beim Aufstülpen des Gehäuses eine Beschädigung der Anordnung der band- oder flächenartigen Abnahmeeinrichtungen für elektrischen Strom der herkömmlichen Form z.B. durch Umknicken oder Abbrechen erfolgen.
Aufgrund ihrer geringen mechanischen Stabilität ist z.B. der Einsatz von Automaten zur Produktion und Endmontage der Module nur sehr eingeschränkt möglich, zumal die montierenden Automaten hochpräzis und dennoch mit verminderter Geschwindigkeit arbeiten müssen, um eine erhöhte Fehlerquote durch verbogene oder abgebrochene Kontakte zu vermeiden.
Im Einzelnen ist in der US-A-5,984,692 ein Verbindungschip für gestapelte Schaltungsplatten beschrieben, welcher zwischen Metallisierungen dieser Schaltungsplatten eingelegt ist. Dieser Verbindungschip ist in seiner zu der Ebene der Schaltungsplatten senkrecht verlaufenden Richtung leicht gekrümmt, um so zwischen die Schaltungsplatten derart vorgesehen zu sein, dass eine zuverlässige elektrische Kontaktierung mit den Metallisierungen gewährleistet ist.
Weiterhin ist aus der WO-A-9916151 ebenfalls ein Verbindungschip für Schaltungsplatten bekannt, welcher hier eine S-förmige Gestalt hat.
Schließlich ist aus der US-A-5,128,500 ein Gehäuseelement für eine Schaltungsanordnung mit Ausnahmen für Kontaktbereiche und einem darin einschiebbaren Schubdeckel bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungshalbleitermodul zu schaffen, welches für die Übertragung und Schaltung von hohen Stromstärken oder Lastströmen verwendet werden kann und welcher dabei eine erhöhte mechanische Stabilität aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Leistungshalbleitermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
Gegenüber bekannten Leistungshalbleitermodulen bzw. Abnahmeeinrichtungen für elektrischen Strom mit einem ersten und zweiten Kontaktbereich zur Aufnahme und/oder Abgabe elektrischen Stroms und einem Übertragungsbereich zum Übertragen elektrischen Stroms zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich, wobei der Übertragungsbereich einen ersten und einen zweiten Endbereich aufweist, welche mit dem ersten bzw. mit dem zweiten Kontaktbereich verbunden sind, ist es zunächst vorgesehen, dass zumindest der Übertragungsbereich so ausgebildet ist, um mit dem zweiten Kontaktbereich eine im wesentliche hohlprofilartige Anordnung zu bilden.
Es ist also statt eines einzelnen band-, platten- oder flächenartigen Übertragungs- oder Leitungsbereichs ein Übertragungsbereich vorgesehen, der für sich und/oder im Zusammenwirken mit dem zweiten Kontaktbereich der Abnahmeeinrichtung eine Anordnung oder Struktur in Form eines Hohlprofils bildet. Statt eines flächenhaften Leiters erhält man somit einen Leiter in Form eines Hohlprofils, welches ein offenes Hohlprofil z.B. in Form eines U oder auch in Form eines O sein kann. Hohlprofile besitzen im Vergleich zu rein band-, platten- oder flächenartigen, also zweidimensionalen Strukturen eine weitaus höhere Stabilität, wobei ein besonderer Vorteil auch darin liegt, dass die vorliegende Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom im Vergleich zu Stäben oder Balken mit vergleichsweise wenig Material gebildet werden kann.
Die ersten und zweiten Kontaktbereiche können dabei jeweils als primäre Kontaktbereiche zur Stromaufnahme und/oder jeweils als sekundäre Kontaktbereiche zur Abgabe elektrischen Stroms oder einer elektrischen Größe dienen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom sind im Übertragungsbereich mindestens ein erster Leiter und ein zweiter Leiter vorgesehen. Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass die mindestens zwei Leiter des Übertragungsbereiches im wesentlichen gleiche geometrische Eigenschaften aufweisen. Durch das Vorsehen mehrerer Leiter im Übertragungsbereich wird im Vergleich zum Stand der Technik, bei welchem die platten- oder flächenartige Stromabnahme jeweils nur einen einzigen Stromleitweg aufweist, eine Mehrzahl von Stromleitwegen vorgesehen. Dadurch verringert sich zum einen die auf den Leiterquerschnitt jeweils wirkende Stromdichte, wodurch Ohmsche Verluste im Gesamtleitweg verringerbar sind. Zum anderen aber wird durch die Aufteilung des Strompfades eine Verringerung der Eigeninduktivität beim Stromabgriff bzw. eine Verringerung der sogenannten Modulinduktivität beim Einbau des Stromabgriffs in ein entsprechendes Modul bewirkt.
Durch das Anordnen der mindestens zwei Leiter des Übertragungsbereichs in einer im wesentlichen parallelen Anordnung zueinander wird eine weitere Verringerung der Induktivität der Anordnung erreicht.
Besonders einfachere Fertigungsverhältnisse ergeben sich, wenn die Leiter des Übertragungsbereichs im wesentlichen gleiche geometrische Eigenschaften aufweisen. Natürlich können aber je nach Anwendung die verschiedenen Leiter des Übertragungsbereichs auch den jeweiligen geometrischen Eigenschaften des Moduls oder der jeweiligen Anwendung angepaßt werden, z.B. im Hinblick auf ein spezielles zu verwendendes Gehäuse oder dergleichen.
Es ist ferner von Vorteil, wenn die Leiter des Übertragungsbereichs im wesentlichen plattenförmig und insbesondere planar ausgebildet sind. Auch mit diesen Eigenschaften ergeben sich besonders günstige Fertigungsverhältnisse, wobei aber wieder auf besondere Umstände Rücksicht genommen werden kann, was dann ein Abweichen von der Planarität oder der Ausbildung in Plattenform notwendig machen kann.
Eine besonders einfache Anordnung ergibt sich, wenn die Leiter des Übertragungsbereichs im wesentlichen rechteckig ausgebildet sind, wobei jeweils ein Oberkantenbereich und/oder ein Unterkantenbereich bei den Leitern vorgesehen sein kann. Auch ist es dabei fertigungstechnisch zu bevorzugen, dass die Leiter des Übertragungsbereichs über ihren Verlauf hinweg eine im wesentlichen gleichbleibende Stärke aufweisen. Dies führt auch dazu, dass sich im Leiterverlauf hinsichtlich des Leiterquerschnitts keine Ohmschen Schwachstellen ergeben.
Es ist bei der vorliegenden Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom ferner vorgesehen, dass der zweite Kontaktbereich als im wesentlichen plattenförmiger, insbesondere planarer, Leiter ausgebildet ist. Dies hat wiederum fertigungstechnische Vorteile, wobei auch hier auf die Standardtechniken zum Ausbilden und Formen planarer oder teilweise planarer oder plattenförmiger Leiter zurückgegriffen werden kann. Auch hier ist wieder eine im wesentlichen rechteckförmige Ausbildung mit dem Vorsehen entsprechender Seitenkanten am Leiter für den zweiten Kontaktbereich zu bevorzugen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform der vorliegenden Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom ergibt sich dadurch, dass die Oberkantenbereiche der Leiter des Übertragungsbereichs jeweils derart mit einem der Seitenkantenbereiche des Leiters des zweiten Kontaktbereichs verbunden sind, dass die Leiter des Übertragungsbereichs jeweils Seitenwände und der Leiter des zweiten Kontaktbereichs eine Deckplatte oder eine Deckwand eines gemeinsam ausgebildeten Hohlprofils bilden. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Leiter des Übertragungsbereichs in einer gegebenen Richtung angeordnet sind und die Leiter des zweiten Kontaktbereichs in einer zu dieser Richtung im wesentlichen senkrechten Richtung angeordnet ist, so dass durch den Übertragungsbereich und dem zweiten Kontaktbereich im wesentlichen ein U-Profil gebildet wird.
Durch diese Anordnung wird also erreicht, dass ein elektrischer Strom z.B. vom ersten Kontaktbereich aufgenommen wird und dann in parallel über die Seitenwände eines U-Profils, die gerade von den Leitern des Übertragungsbereichs in Plattenform parallel zueinander gebildet werden, zum sekundären Kontaktbereich, welcher durch den entsprechenden Leiter senkrecht zu den Seitenwänden des U-Profils gebildet wird, übertragen wird.
Die Leiter des Übertragungsbereichs können auch so angeordnet sein, dass sich insgesamt eine andere Profilform ergibt, z.B. das Profil eines O, oder auch derart, dass der Zwischenraum im O- oder U-Profil noch durch weitere, unter Umständen parallel verlaufende, Leiter des Übertragungsbereichs aus- und/oder aufgefüllt wird.
Zur Kontaktierung der vorliegenden Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom ist es vorgesehen, dass der erste Kontaktbereich Leiterelemente aufweist, durch welche die Abnahmeeinrichtung mit einem Leiter, insbesondere einer Leiterplatte, an einem Substrat, insbesondere einem DCB/ALN-Substrat, oder dergleichen, kontaktierbar ist.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Leiterelemente des ersten Kontaktbereichs zum mechanischen Kontaktieren, insbesondere durch Löten, Schweißen oder dergleichen, ausgebildet sind.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Leiterelemente federnd oder elastisch verformbar ausgebildet, um z.B. thermisches Ausdehnen oder auch mechanische Beanspruchungen bei der Montage, z.B. beim Aufsetzen eines Gehäuses oder beim Kontaktieren aufzufangen. Dies kann vorteilhafter Weise durch das Vorsehen von Ausdehnungsbögen, von Faltungen oder dergleichen realisiert werden.
Es ist insbesondere vorteilhaft, dass jeweils im Unterkantenbereich der Leiter des Übertragungsbereichs jeweils mindestens ein Leiterelement des ersten Kontaktbereichs ausgebildet ist. Dadurch erst ergibt sich aufgrund der Gleichartigkeit der Leiter des Übertragungsbereichs und der Ausgestaltung des Leiters des zweiten Kontaktbereichs eine Symmetrie der vorliegenden Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom und somit auch eine symmetrische Stromführung.
Die Symmetrie der Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom inklusive der Symmetrie der Leiterelemente des ersten Kontaktbereichs haben u.U. fertigungstechnische Vorteile, weil, insbesondere bei der Verwendung einer symmetrischen Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom in den oben erwähnten Schalt- oder Übertragungsmodulen, dann auch entsprechend symmetrische stromzuführende oder stromableitende Grundsubstrate, z.B. in Form entsprechender Bodenplatten mit einem DCB-/AlN-Substrat ausgeführt werden können. Es ist dann also nur ein einziger Typus von Abnahmeeinrichtungen oder Stromabnahme zu fertigen und auf Lager zu halten.
Dabei ist auch von Vorteil, wenn die Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom, insbesondere also die Gesamtheit aus erstem Kontaktbereich, Übertragungsbereich und zweitem Kontaktbereich, einstückig und insbesondere aus einem einheitlichen Material gefertigt werden. Dann nämlich können in einem Vorfertigungsprozeß eine entsprechende Anzahl von Abnahmeeinrichtungen für elektrischen Strom ausgestanzt, vorgebogen und vormontiert werden, so dass sich auf diese Art und Weise auch ein der Automatisierung zuführbarer Prozeß ergibt.
Zur besseren Kontaktierung ist es vorteilhaft, dass Oberflächenbereiche der Abnahmeeinrichtung, insbesondere des ersten Kontaktbereichs und/oder des zweiten Kontaktbereichs, vollständig oder selektiv oberflächenveredelt sind, insbesondere mit Silber, Nickel, Zinn, Zinn-Blei oder dergleichen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls für elektrischen Strom näher erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1A - C
schematische Seiten- und Vorderan- sowie Draufsichten einer Ausführungsform der Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom,
Fig. 2A - F
schematische und teilweise geschnittene Seiten- und Vorderan- sowie Draufsichten auf verschiedene Montagezustände eines halbleitergesteuerten Schalt- oder Übertragungsmoduls unter Verwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls, und
Fig. 3A - B
schematische Seiten- und Vorderansichten auf eine Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom aus dem Stand der Technik.
Die Fig. 1A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Abnahmeeinrichtung 10 für elektrischen Strom.
An einen unteren ersten Kontaktbereich 1, welcher von einem Leiterelement 14a, b mit mehreren Ausdehnungs- oder Kontaktbögen 15a, b gebildet wird, schließen sich ein von Leitern 3a, b gebildeter Übertragungsbereich 3 und anschließend ein zweiter Kontaktbereich 2 an. Der erste Kontaktbereich 1 ist mit dem Übertragungsbereich 3 an dessen ersten Endbereich 4 verbunden, welcher von dessen Unterkante 12 gebildet wird. Der zweite Kontaktbereich 2 ist mit dem Übertragungsbereich an dessen oberen Endbereich 5 kontaktiert, welcher von den Oberkanten 11a, b gebildet wird.
Die Fig. 1B zeigt das Ausführungsbeispiel der Fig. 1A in Vorderansicht. Aus dieser Ansicht ist ersichtlich, dass die unteren Endbereiche 4 und die oberen Endbereiche 5 des Übertragungsbereichs 3 und dementsprechend die Unterkantenbereiche 12a, b und die Oberkantenbereiche 11a, b des Übertragungsbereichs 3 gebogen oder gekrümmt in den ersten Kontaktbereich und die entsprechenden Leiterelemente 14a, b bzw. in den zweiten Kontaktbereich 2 übergehen.
Aus Fig. 1B wird auch deutlich, dass die Leiter 3a und 3b des Übertragungsbereichs 3 parallel und plattenförmig zueinander angeordnet sind und zusammen mit dem Leiter des Übertragungsbereichs 2 eine hohlprofilartige Anordnung 6 mit einem Hohlprofilinnenraum 6a bilden, welcher nicht gefüllt ist. Die Leiterelemente 14a und 14b sind symmetrisch zueinander ausgebildet und erstrecken sich in einer Richtung, die in etwa senkrecht auf den Fläche der Leiter 3a und 3b des Übertragungsbereichs 3 stehen. Ebenfalls im wesentlichen senkrecht zu den Flächen der Leiter 3a und 3b des Übertragungsbereichs 3 ist der Leiter des zweiten Kontaktbereichs 2 angeordnet. Die Anordnung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1A - C ist somit spiegelsymmetrisch zur in Fig. 1B gezeigten Schnittebene Z.
Fig. 1C zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 1A und 1B. Erkennbar sind hier die Seitenkanten oder Seitenkantenbereiche 13a und 13b des Leiters des zweiten Kontaktbereichs 2, welche mit den Oberkanten 11a bzw. 11b der Leiter 3a bzw. 3b des Übertragungsbereichs 3 verbunden sind. Zentral im Leiter des zweiten Übertragungsbereichs 2 findet sich eine kreisförmige Bohrung 16, durch welche bei einer Montage in einem Gehäuse eine Befestigung oder ein Anschluß eingebracht werden können.
Fig. 2A zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht, bei welcher drei Abnahmeeinrichtungen 10 für elektrischen Strom in einer Vorstufe eines Moduls 20 mit ihren ersten Kontaktbereichen 1 auf einem Substrat auf einer Grundplatte 21 mittels Weichlötung vormontiert sind. Das entsprechende Substrat kann ein DCB-/AlN-Substrat oder dergleichen sein.
Die Fig. 2B zeigt die entsprechende Vorderansicht der Vorstufe des Moduls 20 aus Fig. 2A. Deutlich zu erkennen ist die U-profilartige Anordnung der Abnahmeeinrichtungen 10 auf dem Substrat 22 und der Grundplatte 21 des Moduls 20.
In den Fig. 2C und 2D ist die Anordnung der Abnahmeeinrichtungen 10 für elektrischen Strom in dem Modul 20 gemäß den Fig. 2A und 2B ebenfalls in schematischer und teilweise geschnittener Seiten- und Vorderansicht gezeigt, wobei nun aber auf die Anordnung der Fig. 2A und 2B ein Gehäuseelement 23 aufgesetzt wurde, so dass die erfindungsgemäßen Abnahmeeinrichtungen 10 für elektrischen Strom mit Ausnahme der zweiten Kontaktbereiche 2 abgedeckt und somit mechanisch geschützt sind.
Zusätzlich ist in der Fig. 2C ein Schubdeckel 24 dargestellt, welcher in Pfeilrichtung 25 in das Gehäuse 23 derart eingeschoben werden kann, dass die Gewindebereiche 26 des Schubdeckels 24 genau unter den Bohrungen 16 (siehe Fig. 1C) in den zweiten Kontaktbereichen 2 der Abnahmeeinrichtungen 10 für elektrischen Strom zur Anlage kommen.
Die Fig. 2E zeigt den Zustand des Moduls 20, nachdem der Schubdeckel 24 in Pfeilrichtung 25 der Fig. 2C in das Gehäuse 23 eingeschoben wurde und die Gewindebereiche 26 unterhalb der Bohrungen 16 der zweiten Kontaktbereiche 2 der Abnahmeeinrichtungen 10 zur Anlage gekommen sind.
In der Fig. 2F ist der in Fig. 2C gezeigte Zustand in Draufsicht dargestellt. In den Fig. 2C, 2E und 2F ist mit 27 jeweils ein Abschnitt im Gehäuse 23 des Moduls 20 bezeichnet, in welchem sich Anschlüsse für Steuerleitungen zum Empfangen von Steuersignalen sowie entsprechende Steuer- und Schaltelemente zum Umschalten der Leitwege zwischen den verschiedenen Abnahmeeinrichtungen 10 befinden.
Im vorliegenden Beispiel wird über die im Bereich 27 enthaltene Steuereinrichtung je nach anliegenden Steuersignalen ein Laststrom, welcher über das mit 1 in Fig. 2F bezeichneten Modul 10 aufgenommen wird, je nach Schaltzustand im Bereich 27 entweder über die mit 2 bezeichnete oder über die mit 3 bezeichnete Abnahmeeinrichtung 10 für elektrischen Strom ausgegeben. Das heißt, dass der Laststrom über den zweiten Kontaktbereich 2 der mit 1 bezeichneten Abnahmeeinrichtung 10 in das Modul gelangt, über deren Übertragungsbereich 3 und ersten Kontaktbereich 1 zunächst in das Substrat 22 überführt wird, um dann von dort nach Passage des entsprechenden ersten Kontaktbereichs 1, Übertragungsbereichs 3 und zweiten Kontaktbereichs 2 entweder die mit 2 oder die mit 3 bezeichnete Abnahmeeinrichtung 10 für elektrischen Strom zu verlassen.
Die Fig. 3A und B zeigen in zu den Fig. 1A und B analoger Weise eine herkömmliche Abnahmeeinrichtung 30 für elektrischen Strom aus dem Stand der Technik. Hier ist ein erster Kontaktbereich 31 mit federnden Leiterelementen 34a und 34b zu erkennen. An diesen schließt sich ein Übertragungsbereich 33 an, welcher ausschließlich einen einzigen Stromleitweg aufweist, der einflächig ausgebildet ist. An den Übertragungsbereich 33 dieser herkömmlichen Stromabnahmeeinrichtung 30 schließt sich ein zweiter Kontaktbereich 32 an, wobei im Übergang zwischen Übertragungsbereich 33 und zweiten Kontaktbereich 32 eine Materialausnehmung 35 vorgesehen ist, durch welche der zweite Kontaktbereich 32 bei der Endmontage auf vereinfachte Art und Weise in seine Endstellung gebogen werden kann, welche um 90° gedreht zu der in den Fig. 3A und B gezeigten Vormontagestellung ausgebildet ist.
Im Gegensatz dazu ist mit der vorliegenden Abnahmeeinrichtung 10 für elektrischen Strom ein Umknicken oder Abwinkeln oder Biegen zweiter Kontaktbereiche bei der Endmontage nicht notwendig, und es stellt gerade einen weiteren Aspekt dar, durch Ausgestaltung der Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom vereinfachte Endmontageschritte zu ermöglichen.
Die geometrische Ausgestaltung der vorliegenden Abnahmeeinrichtung 10 für elektrischen Strom ermöglicht ein Zusammenwirken mit Gehäuseelementen, insbesondere mit einem sogenannten Schubdeckel 24 oder dergleichen, daß - wie das in den Figuren 2c bis 2f gezeigt ist - eine Verankerung der hohlprofilartigen Abnahmeeinrichtungen 10 für elektrischen Strom im Schubdeckel 24 nach Einschieben des Schubdeckels 24 durch einfaches Einschnappen erfolgen kann.
Dabei sind dann in den Schubdeckelelementen 24 entsprechende Gewindeelemente 26, zum Beispiel in Form von Muttern voreingelegt. Beim Einschieben des Schubdeckels 24 in Einschubrichtung 25 schnappen dann die Abnahmeeinrichtungen 10 für elektrischen Strom entsprechend in die Ausnehmungen des Einschubdeckels 24 ein, wobei dann die Befestigungsbohrungen 16 mit den Gewindeelementen 26 des Einschubdeckels 24 koinzidierend benachbart sind, so daß auf einfache Art und Weise eine Fixierung und Endmontage gewährleistet ist.
Insgesamt gesehen ergeben sich die weiteren folgenden Vorteile: Die vorliegenden fertig gebogenen Stromabnahmeeinrichtungen mit Hohlprofil stellen massive Zuleitungsquerschnitte bereit, so daß eine erhöhte Stromabnahme bei gleichzeitig verminderter Modulinduktivität möglich ist. Die Hohlprofil- oder U-Profilform realisiert des Weiteren eine im wesentlichen elastische Anbindung auf entsprechende Modulsubstrate. Vorgesehene Gehäuse- oder Schubdeckel bereiten aufgrund der enstprechenden großen Öffnungen im Gehäuse eine erleichterte Montage bei gleichzeitig praxisgerechtem Einfüllen für entsprechende Vergußmassen.
Durch das Hohlprofil oder U-Profil kann montagegerecht ein entsprechender Deckel oder Schubdeckel eingeschoben werden. Dieser schnappt oder rastet selbständig ein. Dabei kann der Schubdeckel entsprechend mit Muttern oder Flanschmuttern oder anderen Befestigungsmitteln vorbestückt werden. Ein Biegen der Abnahmeeinrichtung für elektrischen Strom am fertig gelöteten Modul entfällt aufgrund der vorgegebenen Hohlprofilform.
Bezugszeichenliste
1 =
erster Kontaktbereich
2 =
zweiter Kontaktbereich
3 =
Übertragungsbereich
3a =
Leiter
3b =
Leiter
4 =
erster Endbereich
5 =
zweiter Endbereich
6 =
Hohlprofil
6a =
Hohlprofilinnenraum
10 =
Abnahmeeinrichtung
11a =
oberer Kantenbereich
11b =
oberer Kantenbereich
12a =
unterer Kantenbereich
12b =
unterer Kantenbereich
13a =
Seitenbereich
13b =
Seitenbereich
14a =
Leiterelement
14b =
Leiterelement
15a =
Ausdehnungsbogen
15b =
Ausdehnungsbogen
16 =
Befestigungsbohrung
20 =
Modul
21 =
Grundplatte
22 =
DCB-/AlN-Substrat
23 =
Gehäuse
24 =
Einschubdeckel
25 =
Einschubrichtung
26 =
Gewindeelement
30 =
herkömmliche Abnahmeeinrichtung
31 =
erster Kontaktbereich
32 =
zweiter Kontaktbereich
33 =
Übertragungsbereich
34a =
Leiterelement
34b =
Leiterelement
35 =
Ausnehmung

Claims (17)

  1. Leistungshalbleitermodul mit:
    einer Schaltungsanordnung auf einem Substrat (22) einer Grundplatte (21),
    mindestens einer auf dem Substrat (22) vorgesehenen Abnahmeeinrichtung (10) für elektrischen Strom und
    einem Gehäuseelement (23),
    wobei die Abnahmeeinrichtung (10) für elektrischen Strom jeweils aufweist einen ersten und einen zweiten Kontaktbereich (1, 2) zur Aufnahme und/oder Abgabe elektrischen Stroms und einen Übertragungsbereich (3) zum Übertragen elektrischen Stroms zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktbereich (1, 2) mit einem ersten und einem zweiten Endbereich (4, 5), welche mit dem ersten oder mit dem zweiten Kontaktbereich (1, 2) verbunden sind,
    wobei der zweite Kontaktbereich (2) eine Deckplatte und der Übertragungsbereich (3) Seitenwände hierzu derart bildet, dass dadurch eine im Wesentlichen U-förmige hohlprofilartige Anordnung (6) gebildet ist,
    wobei das Gehäuseelement (23) so ausgebildet ist, dass die Abnahmeeinrichtung (10) für elektrischen Strom mit Ausnahme der zweiten Kontaktbereiche (2) abgedeckt und geschützt sind, und
    wobei das Gehäuseelement (23) einen darin einschiebbaren Schubdeckel (24) aufweist, durch welchen im eingeschobenen Zustand vorgesehene Gewindebereiche (26) des Schubdeckels (24) unter Bohrungen (16) in dem zweiten Kontaktbereich (2) zur Anlage kommen.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Übertragungsbereich (3) mindestens ein erster Leiter (3a) und ein zweiter Leiter (3b) vorgesehen sind.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (3a, 3b) im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
  4. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (3a, 3b) im wesentlichen übereinstimmende geometrische Eigenschaften aufweisen.
  5. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (3a, 3b) im Wesentlichen plattenförmig und planar ausgebildet sind.
  6. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (3a, 3b) im Wesentlichen rechteckförmig mit jeweils einem Ober- (11a, 11b) und einem Unterkantenbereich (12a, 12b) ausgebildet sind.
  7. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (3a, 3b) des Übertragungsbereichs (3) eine über ihren Verlauf im Wesentlichen gleichbleibende Stärke aufweisen.
  8. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kontaktbereich (2) als im Wesentlichen plattenförmiger und planarer Leiter ausgebildet ist.
  9. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter des zweiten Kontaktbereichs (2) im Wesentlichen rechteckförmig mit Seitenkantenbereichen (13a, 13b) ausgebildet ist.
  10. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 2-9 in Verbindung mit Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass Oberkantenbereiche (11a, 11b) der Leiter (3a, 3b) des Übertragungsbereichs (3) jeweils derart mit einem der Seitenkantenbereiche (13a, 13b) des Leiters des zweiten Kontaktbereichs (2) verbunden sind, dass die Leiter (3a, 3b) des Übertragungsbereichs (3) die Seitenwände und der Leiter des zweiten Kontaktbereichs (2) die Deckplatte des Hohlprofils bilden.
  11. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 2-10 in Verbindung mit Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (3a, 3b) des Übertragungsbereichs (3) in einer ersten Richtung angeordnet sind und
    dass der Leiter des zweiten Kontaktbereichs (2) in einer zu dieser ersten Richtung im Wesentlichen senkrechten Richtung angeordnet ist, so dass durch den Übertragungsbereich (3) und den zweiten Kontaktbereich (2) im Wesentlichen ein U-Profil gebildet wird.
  12. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontaktbereich (1) Leiterelemente (14a, 14b) aufweist, durch welche das Leistungshalbleitermodul auf einem Leiter, einer Leiterplatte, einem Substrat oder einem DCB/AlN-Substrat kontaktierbar ist.
  13. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente (14a, 14b) des ersten Kontaktbereichs (1) zum mechanischen Kontaktieren durch Löten oder Schweißen ausgebildet sind.
  14. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterelemente (14a, 14b) durch Ausdehnungsbögen federnd oder elastisch verformbar ausgebildet sind.
  15. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 12 bis 14 in Verbindung mit Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass jeweils im Unterkantenbereich (12a, 12b) der Leiter (3a, 3b) des Übertragungsbereichs (3) jeweils mindestens ein Leiterelement (14a, 14b) des ersten Kontaktbereichs (1) vorgesehen ist.
  16. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontaktbereich (1), der Übertragungsbereich (3) und der zweite Kontaktbereich (2) gemeinsam einstückig ausgebildet sind.
  17. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenbereiche des ersten Kontaktbereichs (1) und/oder des zweiten Kontaktbereichs (2) des Leistungshalbleitermoduls, vollständig oder selektiv mit Silber, Nickel, Zinn oder Zinnblei oberflächenveredelt sind.
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