JP6326280B2 - パワーエレクトロニクス開閉装置及びパワーエレクトロニクス開閉装置を有する装置 - Google Patents

パワーエレクトロニクス開閉装置及びパワーエレクトロニクス開閉装置を有する装置 Download PDF

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Description

本発明は、パワーエレクトロニクス開閉装置(パワーエレクトロニクススイッチングデバイス)を説明するものであり、これはパワー半導体モジュールの又はパワーエレクトロニクスシステムのベースセルを形成すること可能であり、それにより当該装置は、単独で、又は、他のとりわけ同一のベースセルの組み合わせで、パワー半導体モジュールの又はパワーエレクトロニクスシステムのパワーエレクトロニクスの基本構成要素を形成する。
例えば特許文献1内で開示される従来技術からは、パワー半導体モジュールの形態の半導体回路装置が知られており、そこではハウジングが押圧体を有する押圧要素を有しており、その際押圧体は、半導体構成要素の一部を直接押圧するか、又は、基板の一部分を押圧する。同様に特許文献2からは、直接プレススタンプを用いてパワー半導体構成要素を押圧する、ことが知られている。両構成における欠点は、ワイヤボンドされた接続部を用いて内部で回路に適合して接続されているパワー半導体構成要素への直接的な押圧が、実際の使用時においては限定されて利用可能である面(エリア)に基づいて、極めて選択的にのみ、実行可能であることである。従って、押圧点ではボンディング接続部が形成出来ないので、内部接続部の通電容量(current-carrying capacity)は減少する。
同様に、基板、及びその上に配設された導電路、及びその上に配設された半導体構成要素、を有する回路装置について記載している特許文献3が、関連性のある従来技術に分類される。内部の接続要素は、パワー半導体構成要素を導電路の接触面(接触エリア)と接続するフィルム合成物として形成されている。この場合、絶縁物質は半導体構成要素の周辺部(縁部)に配設されている。
例えば特許文献4からは、基板と冷却装置の間に熱伝的な接触をもたらすために、負荷端子要素として形成された押圧装置が、基板の接触位置に、それぞれ接触脚部(コンタクトフィート)を用いて、押圧を付与するようにパワー半導体モジュールを形成することが知られている。しかしながらこの場合、排熱を生じるパワー半導体構成要素の熱的な接続は間接的にのみもたらされるものであるので、押圧を付与する複数の接触脚部にもかかわらず熱的な接続は最適に形成されてはいないことが、不利である。
DE 10 2010 62 556 A1 US 7,808,100 B2 DE 10 2007 006 706 A1 DE 10 2006 006 425 A1
上述の状況を鑑みて、本発明は、開閉装置を多様に導入可能であり、また、ベースセルとして冷却装置への最適な熱的な押圧接続が保障されているような、パワーエレクトロニクス開閉装置及びそれを有する装置を紹介する、という課題に基づいている。
この課題は、本発明に従い、特許請求の範囲の請求項1の特徴を有するパワーエレクトロニクス開閉装置、並びに、特許請求の範囲の請求項12の特徴を有するパワーエレクトロニクス開閉装置を有する装置によって解決される。有利な実施形態は、それぞれ従属請求項に記載されている。
本発明に従う開閉装置は、基板とその上に配設されるパワー半導体構成要素、接続装置、複数の負荷端子装置、及び、押圧装置を有する、パワーエレクトロニクス開閉装置として形成されており、当該装置において、当該基板は、互いに電気的に絶縁された導電路を有し、そして導電路上にはパワー半導体構成要素が配設され、且つ、素材結合的にそれと接続されており、また当該接続装置は、導電性フィルム及び電気絶縁性フィルムを有するフィルム合成物として形成されており、そしてそれにより第一主面及び第二主面を形成しており、また当該開閉装置は接続装置を用いて内部で回路に適合して接続されており、また当該押圧装置は第一の空隙部を有する押圧体を有しており、そして押圧要素がこの空隙部から突出して配設されており、また当該押圧要素はフィルム合成物の第二主面の一部分を押圧し、これ際この部分はパワー半導体構成要素の法線方向に沿った投影において、パワー半導体構成要素の面の内側に配されている。
パワー半導体構成要素において、少なくとも一つの、複数のパワー半導体構成部材が一つ又は複数の導電路に配設され得るような、パワー半導体構成部材が重要であることは自明である。
押圧体の第1の空隙部が、もっぱら第一主面から始まる凹部として、又は、この第一主面から始まる凹部にして押圧体を貫通して第二主面まで達しそこに配された開口部を備えた中抜け部(カットアウト部)を有する凹部として、形成されている場合が好ましい。この場合、押圧要素は押圧体の第1の空隙部を完全に又はほぼ完全に塞いでいてもよい。代替として、同時に又は追加的に、押圧要素が押圧体の中抜け部からその第二主面にて突出してもよい。
特に好ましい実施においては、押圧体は、高温耐性の熱可塑性プラスチック、特にはポリフェニレンスルファイドから構成されており、また、押圧要素は、シリコーンゴム、特には液体シリコーンから構成されている。
その負荷がパワー半導体構成部材にとってその破壊を導くものではない様な、効率的な押圧装置を形成するため、部分の表面面積が少なくとも、パワー半導体構成部材の表面の少なくとも20%、特には少なくとも50%を有する場合が、特に有利である。
ベースセルにとっては、押圧装置の水平方向の広がりが、基板平面に対して平行な2つの直交方向で、基板自体の水平方向の広がりよりも少ない場合が更に好まれる。
また、環境の影響に対する格別の保護を形成するために、基板の導電路、パワー半導体構成要素及び接続装置を含んだ基板の上側が、封止用化合物を用いて、液密(湿密)に封止されている場合が、必要となり得る。
本発明に従って形成されているところによれば、本装置は、上述のエレクトロニクス開閉装置、冷却装置、及び押圧導入装置を有しており、その際、押圧導入装置は間接的に又は直接的に冷却装置を圧迫しており、押圧装置上中央で押圧を導入し、それにより開閉装置が摩擦力による結合で冷却装置と接続されている。この場合、冷却装置としては特に、ベースプレート、又は好ましくは冷却体が、理解され得る。
特に効果的な押圧の導入に基いて、基板と冷却装置の間に、特には基板の、パワー半導体構成要素が配設されているまさにその部分と冷却装置の間に、20μmよりも僅かな、特には10μmよりも僅かな、とりわけ5μmよりも僅かな厚さの、導熱板が配設されえることも可能である。
「冷却装置を有する装置の前方で押圧体の垂直方向の広がりに対する水平方向の広がりの比が、1に対して2の比を、特には1に対して4の比を有しており、また、押圧付与を伴ったこの装置の後方では、1に対して3、特には1に対して5の比を有している場合、特に好ましい。
本発明の異なる構成が、改善をもたらすために、単独又は任意の組み合わせにおいて、実現されてもよいことは、自明である。特に、上述の詳説された複数の特徴は、挙げられた組み合わせのみならず、その他の組み合わせにおいても、又は、単独でも、本発明の枠から出ることなく、使用可能である。
本発明の更なる説明、有利な詳細、及び、特徴は、本発明に従う装置の、或いは、装置の部分の、図1から図8に示される実施例についての以下の記載から、明らかになる。
本発明にしたがうパワーエレクトロニクス開閉装置の構成を示す。 このパワーエレクトロニクス開閉装置を有する本発明に従う装置の第一の構成を示す。 パワーエレクトロニクス開閉装置の第二の構成の押圧装置を示す。 押圧装置の部分の異なる構成の一つを示す。 押圧装置の部分の異なる構成の一つを示す。 押圧装置の部分の異なる構成の一つを示す。 異なる切断面におけるパワーエレクトロニクス開閉装置の上面図を示す。 異なる切断面におけるパワーエレクトロニクス開閉装置の上面図を示す。 異なる切断面におけるパワーエレクトロニクス開閉装置の上面図を示す。 異なる切断面におけるパワーエレクトロニクス開閉装置の上面図を示す。 本発明に従うパワーエレクトロニクス開閉装置の第二の構成を示す。
図1は、本発明に従うパワーエレクトロニクス開閉装置1の第一の構成を示す。そこで示されているのは、絶縁材料体20とその上に配設されたそれぞれ電気的に互いに絶縁された複数の導電路(コンダクタートラック)22を有する、基本的にこの分野において一般的に形成された基板2であり、これらの導電路22は異なる電位を有している、特には負荷電位(ロードポテンシャル)を有しており、しかし、補助電位も、特にはスイッチング電位及び測定電位をも有する。ここでは、負荷電位を有する3つの導電路22が明確に示されており、これらはハーフブリッジトポロジにおいて一般的であるようなものである。
二つの導電路22の上には、それぞれパワースイッチ24が配設されており、これはこの分野において通常、単独スイッチとして、例えばMOS−FETとして、又は、IGBTとして、ここで示されている逆並列パワーダイオードを有して、形成されている。パワースイッチ24は、この分野において通常、好ましくは焼結接続によって、導電路22に、導電的に接続されている。
開閉装置1の内部接続部は、導電性フィルム30、34及び絶縁性フィルム32とを交互に有するフィルム合成物からなる接続装置3を用いて、形成されている。ここでは、フィルム合成物はちょうど2つの導電性フィルムと、それらの間に配設された絶縁性フィルムを有している。フィルム合成物3の、基板2に向けられた表面は、ここでは第一主面300を形成しており、他方で反対側の表面は、第二主面340を形成する。特に、接続装置3の導電性フィルム30、34は、構造化されており、それをもって互いに電気的に絶縁された導電路部分を形成する。これらの導電路部分は特に、個々のパワー半導体構成要素24を接続する、より正確には、パワー半導体構成要素24の基板2とは反対側の接触面を基板の導電路22と接続する。好ましい構成においては、導電路部分は、焼結接続部を用いて、接触面と素材結合的に接続されている。
自明であることには、パワー半導体構成要素24の間の接続や、基板2の導電路22の間の接続も同様に構成され得る。特に加圧焼結接続の場合は、図示するように、絶縁性の物質28をパワー半導体構成要素24の縁領域に配設することが有利である。この絶縁性の物質28は、導電路22の間の空間にも配設されてよい。
電気的な接続のために、パワーエレクトロニクス開閉装置1は、負荷端子要素4及び補助端子要素を有しており、その際、ここでは負荷端子要素4のみが図示されている。この負荷端子要素4は、専ら例示的に、金属成形体として形成されており、接触脚部を用いて基板2の導電路22と素材結合的に、有利には同様に焼結接続部を用いて、接続されている。基本的には、接続装置3自体の部分が、負荷端子要素又は補助端子要素として形成されていてもよい。ゲート端子又はセンサ端子のような、補助端子要素は、その他の点では、この分野において一般的に形成されていてもよい。
押圧装置5は、基板2と向かい合う第一主面500及び基板2と反対側の第二主面502を有しており、そして、ここでは概略的に表すため接続装置3から間隔をおいて示されている。押圧装置5は、押圧体50、及び、複数の、図示されているものでは2つの、押圧要素52から、構成されている。特には、押圧体50は、そこに導入される圧を均一に押圧要素52に伝達出来るよう、強固に形成されている。このため、そして、開閉装置の駆動時の熱的な負荷を背景に、押圧体50は高温耐性の熱可塑性プラスチックから構成されている、特にはポリフェニレンスルファイドから構成されている。押圧要素52は、駆動時に、そしてここでは特に異なる温度において、本質的に一定の圧を及ぼすことが出来なければならない。このために、押圧要素52はシリコーンゴムから構成されている、特にはいわゆる液体シリコーンから構成されている。
押圧装置5は、基板平面に平行な両方の直交方向において、水平方向の広がり540を有しており、これは基板2自体の割り当てられた水平方向の広がり200よりも小さい。
図2は、本発明に従う装置100のこの第一の構成を示している。この装置100は、図1に従う第一のパワーエレクトロニクス開閉装置1、並びに、冷却装置7を形成する冷却体、及び、概略的に表示された押圧装置6を有している。
押圧導入装置6は、図示されてはないが、冷却装置7に対して突っ張っている。これは間接的に、例えば締結接続部(ネジ接続部)を介して、押圧装置及び冷却装置上に固定されたハウジングの間に実施されていてもよい。
この場合押圧導入装置6は、中央において開閉装置1の押圧装置5を押圧する。押圧装置5の押圧体50は、押圧力を押圧要素52上で均一に分布させ、この押圧要素52はそれらの側で接続装置3の第二主面340の部分342を押圧する。圧を加えられている接続装置3のこの部分342は、本発明に従い、それら及び従ってそれらの広がりの面は、割り当てられたパワー半導体構成要素24の法線方向で見みると、このパワー半導体構成要素24の面の内側に配されているように選ばれる。従って、押圧要素52は、接続装置3を用いて、パワー半導体構成要素24を以下のようにに押圧する、つまり、このパワー半導体構成要素24が、より正確にはその下に存する基板2が、冷却体7に押し付けられるように、そして従ってパワー半導体構成要素24の冷却体7に対する熱的な接触が最適に形成されているように、押圧する。
押圧要素52へのこの押圧導入によって、これらは変形し、この場合においては、それらの水平面方向への広がり342が増大することも起こりえる。負荷のない状態では、つまり、圧が導入されていない場合、図1を参照すると、この押圧体52は、図4の寸法と比較すると、その垂直方向の広がり522が1に対してその水平方向の広がり520が4であるような比率を有する。負荷の加えられた状態、つまり、圧の加えられた状態では、そして、それによってもたらされる図2に従う押圧体52の変形によって、この比率は、1対5に変わる。
基板2と冷却体2の間には、10μmよりも僅かな厚さを有する導熱板70が配設されている。導熱板層70のその種の薄い構成は、潜在的に存在する基板2の撓みを考慮すると、特には法線方向の押圧がパワー半導体構成部材24に導入され、それによりパワー半導体構成部材24が冷却体7に対する最適な熱的接触を有し、また、周囲の面はそうではないことによって、可能である。
冷却装置は、ここでは空冷のための冷却体7として表されているが、同様に、パワー半導体モジュールのベースプレートとして又は液冷のための冷却体として、形成されていてもよい。
図3は、パワーエレクトロニクス開閉装置の第二の構成の押圧装置5を示している。押圧装置5の押圧体50は、追加的に金属挿入体(メタルインサート)510を有しており、これはここで一般性を限定することなしに押圧装置5の第二主面502における第二の空隙部506内に配設されている。ここで、この第二の空隙部506のベース部は押圧体50の境界をなす補助面508を形成する。
図4から図6は、押圧装置の一部分の異なる構成を示しており、特には、1つの或いは図6では2つの押圧要素を有する押圧体の一部分、を示している。
図4は、第一主面500から始まる第一の空隙部504を有する押圧体50を示しており、当該第一の空隙部504は、図1に従う押圧装置の場合のような凹部としてのみならず、第一主面500から第二主面502まで達する中抜け部及び開口部を有する凹部として、押圧体50の第二主面502に形成されている。この際、これらの全てのその他のこの種の第一の空隙部504には、それぞれ一次元的に見て、その第一主面500における内のりの幅(内径)が、第二主面502における内のりの幅(内径)に対して、少なくとも5倍、大抵は少なくとも10倍に対応することが適用される、なおこれは概略図において明確でない場合も同様である。
第一主面500におけるこの内のり幅は、押圧要素52の水平方向の広がり520と同一である、他方、押圧要素52の垂直方向の広がり522は、第一の空隙部50のベース部514までは達しているものの、開口部512内において押圧体50の第二の主面502に対して突出してはいない。
押圧負荷後の押圧要素52の水平方向の広がり520は、接続要素3の、押圧要素52と接触している部分342の水平方向の広がりに対応する(図2参照)。
押圧装置5はここでは、20から70のショアA硬さ、特には30から40のショアA硬さを有する、液体シリコーンゴム(LSR)としても知られている、いわゆる液体シリコーンから、構成されている。これは、二成分射出成形プロセス(two-component injection moulding process)を用いて、ポリフェニレンスルファイドから構成される押圧体50の内部に配設される。これに関し、液体シリコーンは、押圧体50の第二の主面502の開口部512を通って、入れられることが出来る。押圧装置5のこの構成では、押圧体50の中抜け部は完全には液体シリコーンで満たされておらず、それにより、それは押圧装置5の第二主面502によって定義される平面にまで達することはない。
図5は、図4に従う押圧装置5の容易に変更可能な構成を示す。ここでは、押圧体50の第一の空隙部504は、完全に液体シリコーンで満たされている。液体シリコーンは、押圧装置5の第二主面502によって定義される平面を超え、そこで突出している。
図6は、押圧装置5の更なる変形を示し、その際これは図3に従う構成と同様に金属核(メタルコア)510を有している。更に、一般的には複数の押圧要素の中抜け部は、ここでは第二の押圧要素52の中抜け部は、押圧体50の内部で互いに接続されており、また、ここでは補助面508に向けられた共通の開口部512を有している。この開口部512を通って、押圧装置5の製造方法の枠内で、液体シリコーンが押圧体50内へ入れられる。
図7は、異なる切断面でのパワーエレクトロニクス開閉装置1の上面図を示している。図7aに従う切断面は、二つのパワー半導体構成部材24、26を示しており、それらは、非図示ではあるが典型的に基板の共通の導電路上に配設されている。ここでは、一般性の限定なしに、中央のゲート端子エリアを有するトランジスタ26及びこれを縁取るエミッタ端子エリア、そして、カソード端子エリアを有するダイオード24、が図示されている。
図7bは、接続装置3の、それ自身構造化された導電性フィルム30を示す。これは、トランジスタ26のエミッタ端子エリアとダイオード24のカソード端子エリアの間の導電性の接続を形成する。この場合では、トランジスタ26のゲート端子エリアは回避される。
図7cは、接続装置3の、それ自身構造化された導電性フィルム34を示す。これは、トランジスタ26のゲート端子エリアに対する導電性の接続を形成する。
図7bは、パワー半導体構成要素24、26に割り当てられた、接触装置の接触要素のいわゆるフットプリントを示しており、その際、トランジスタにはその正方形の基本形状に基いて一つの接触要素のみが割り当てられており、そして、ダイオードにはその長方形の基本形状に基いて2つの接触要素が割り当てられている。個々のフットプリントは、接続装置3の第二主面304上の部分342、344に対応しており、これらの部分342、344は、垂線方向でパワー半導体構成要素に対して同じ高さで並んで、配設されており、また、この場合個々のパワー半導体構成要素上に投影されている。この場合、フットプリントの面、つまり、押圧導入のために特定されている面が、パワー半導体構成要素の面の可能な限り広い部分を、これらを超えることなく、覆っていることが見て取れる。
図8は本発明に従うパワーエレクトロニクス開閉装置1の第二の構成を示しており、これは図1に従う第一の構成を発展したものである。この場合、環境の影響に対する保護についての要求を満たすため、
基板2の導電路、パワー半導体構成要素24、及び、接続要素3を含む基板2の上側が、封止用化合物を用いて、例えばエポキシ樹脂を用いて、液密に封止されている。これによって、IP54(IEC規格(IEC60529)に従うIPコード(international protection code))以上の保護構造が到達可能である。この際、有利には、端子要素の一部も、特には負荷端子要素の一部も、封止されている。
1 開閉装置
2 基板
3 接続装置
4 負荷端子装置
5 押圧装置
6 押圧導入装置
7、8 冷却装置
20 絶縁材料体
22 導電路
24、26 パワー半導体構成要素
30、34 導電性フィルム
32 絶縁性フィルム
50 押圧体
52 押圧要素
100 装置
300、340 第二主面
500 第一主面
504 第一の空隙部

Claims (15)

  1. 基板(2)、その上に配設されたパワー半導体構成要素(24、26)、接続装置(3)、負荷端子装置(4)及び押圧装置(5)を有する、パワーエレクトロニクス開閉装置(1)において、
    前記基板(2)が、互いに電気的に絶縁された導電路(22)を有し、また、導電路(22)上にパワー半導体構成要素(24、26)が配設されており且つ素材結合的にそれと接続されていること、
    前記接続装置(3)が、導電性フィルム(30、34)及び電気絶縁性フィルム(32)を有するフィルム合成物として形成されており、またそれをもって第一及び第二主面(300、340)を形成しており、そして、前記開閉装置が前記接続装置(3)を用いて内部にて回路に適合して接続されていること、
    前記押圧装置(5)が、第一の空隙部(504)を有する押圧体(50)を有し、この空隙部(504)から突出して押圧要素(52)が配設されており、また、前記押圧要素(52)がフィルム合成物の前記第二主面(340)の部分(342、344)を押圧し、その際この部分は前記パワー半導体構成要素(24、26)の法線方向に沿った投影において、前記パワー半導体構成要素(24、26)の面(242、262)の内側に配されていること、及び
    前記部分(342、344)の表面面積が少なくとも、前記パワー半導体構成要素(24、26)の表面(242、262)の少なくとも20%であること、
    を特徴とする開閉装置。
  2. 請求項1に記載の開閉装置において、
    前記押圧体(50)の前記第一の空隙部(504)が、もっぱら第一主面(500)から始まる凹部として、又は、前記第一主面(500)から始まる凹部にして前記押圧体(50)を貫通して前記第二主面(502)まで達しそこに形成された開口部(512)を備えた中抜け部と有する凹部として、形成されていることを特徴とする開閉装置。
  3. 請求項2に記載の開閉装置において、
    前記押圧要素(52)が前記押圧体(50)の前記第一の空隙部(504)を完全に又はほぼ完全に塞ぐことを特徴とする開閉装置。
  4. 請求項2又は3に記載の開閉装置において、
    前記押圧要素(52)が前記押圧体(50)の前記第一の空隙部(504)からその第二主面(502)にて突出することを特徴とする開閉装置。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載の開閉装置において、
    前記押圧体(50)が、高温耐性の熱可塑性プラスチックから、特にはポリフェニレンスルファイドから構成されており、また、前記押圧要素(52)が、シリコーンゴムから、特には液体シリコーンから構成されていることを特徴とする開閉装置。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の開閉装置において、
    前記押圧体(50)がその前記第二主面(502)に第二の空隙部(506)を有しており、そのベース部が補助面(508)を形成し、またその際、前記第二の空隙部(506)内に薄層状の金属体(510)が配設されていることを特徴とする開閉装置。
  7. 請求項1から6のいずれか一項に記載の開閉装置において、
    前記部分(342、344)の表面面積が少なくとも、前記パワー半導体構成要素(24、26)の表面(242、262)少なくとも50%であることを特徴とする開閉装置。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載の開閉装置において、
    第一の導電路部分が、前記接続装置(3)の前記導電性フィルム(30)から形成されており、前記パワー半導体構成要素(24、26)の接触面及び前記基板(2)の前記導電路(22)と、素材結合的に、特には加圧焼結部を用いて、接続されていることを特徴とする開閉装置。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の開閉装置において、
    前記押圧装置(5)の水平方向の広がり(540)が、基板平面に対して平行な2つの直交方向において、前記基板(2)の水平方向の広がり(200)よりも僅かであることを特徴とする開閉装置。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載の開閉装置において、
    前記押圧体(52)の垂直方向の広がり(522)に対する、水平方向の広がり(520)の比率が、1に対して2の比率、特には1に対して4の比率を有することを特徴とする開閉装置。
  11. 請求項1から10のいずれか一項に記載の開閉装置において、
    前記基板(2)の上面が、その導電路(22)、前記パワー半導体構成要素(24)及び前記接続装置(3)を含み、封止用化合物(8)を用いて、液密に封止されていることを特徴とする開閉装置。
  12. 請求項1から11のいずれか一項に記載のパワーエレクトロニクス開閉装置(1)、冷却装置(7)、及び、押圧導入装置(6)、を有する装置(100)において、
    前記押圧導入装置(6)が間接的に又は直接的に前記冷却装置(7)を圧迫しており、前記押圧装置(5)中央へ押圧を導入し、それにより前記開閉装置(1)が摩擦力による結合で前記冷却装置(7)と接続されていることを特徴とする装置。
  13. 請求項12に記載の装置において、
    前記基板(2)と前記冷却装置(7)の間に、20μmよりも僅かな厚さ、特には10μmよりも僅かな厚さ、特には5μmよりも僅かな厚さを有する導熱板(70)が配設されていることを特徴とする装置。
  14. 請求項12に記載の装置において、
    前記冷却装置(7)が、パワー半導体モジュールのベースプレート又は冷却体であることを特徴とする装置。
  15. 請求項12に記載の装置において、
    前記押圧体(52)の垂直方向の広がり(522)に対する、水平方向の広がり(520)の比率が、1に対して3の比率、特には1に対して5の比率を有することを特徴とする装置。
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013104949B3 (de) * 2013-05-14 2014-04-24 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronische Schalteinrichtung und Anordnung hiermit
US9437589B2 (en) * 2014-03-25 2016-09-06 Infineon Technologies Ag Protection devices
DE102014106570B4 (de) 2014-05-09 2016-03-31 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit Schalteinrichtung und Anordnung hiermit
DE102014115565B3 (de) * 2014-10-27 2015-10-22 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer Schalteinrichtung mit einer feuchtigkeitsdichten und elektrisch isolierenden Abdeckung und zur Herstellung einer Anordnung hiermit
DE102015111204B4 (de) * 2015-07-10 2019-03-07 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronisches Modul mit Lastanschlusselementen
DE102015114191B3 (de) * 2015-08-26 2016-11-03 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit einer Mehrzahl von Submodulen und mit einer Druckeinrichtung und Anordnung hiermit
DE102015114188B4 (de) 2015-08-26 2019-03-07 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronisches Submodul mit einem zweiteiligen Gehäuse
DE102015115611A1 (de) * 2015-09-16 2017-03-16 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zum Herstellen von elektronischen Modulen
DE102015116165A1 (de) * 2015-09-24 2017-03-30 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung einer leistungselektronischen Schalteinrichtung und leistungselektronische Schalteinrichtung
DE102015120157A1 (de) * 2015-11-20 2017-05-24 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Mehrzahl von Potentialflächen
DE102016119631B4 (de) * 2016-02-01 2021-11-18 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit einem Druckeinleitkörper und Anordnung hiermit
DE102016110912B4 (de) * 2016-06-14 2018-03-08 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit einer Schalteinrichtung
DE102016112777B4 (de) * 2016-07-12 2021-03-18 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitereinrichtung
EP3273473B1 (de) 2016-07-22 2020-09-09 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Leistungselektronische schalteinrichtung, anordnung hiermit und verfahren zur herstellung der schalteinrichtung
EP3273470A1 (de) 2016-07-22 2018-01-24 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Leistungselektronische schalteinrichtung, anordnung hiermit und verfahren zur herstellung der schalteinrichtung
EP3273474A1 (de) 2016-07-22 2018-01-24 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Leistungselektronische schalteinrichtung, anordnung hiermit und verfahren zur herstellung der schalteinrichtung
DE102016123113B3 (de) * 2016-11-30 2017-11-09 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Druckeinrichtung für eine leistungselektronische Schalteinrichtung, Schalteinrichtung und Anordnung hiermit
DE102016123697B4 (de) * 2016-12-07 2021-06-24 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Druckeinrichtung für eine leistungselektronische Schalteinrichtung, Schalteinrichtung und Anordnung hiermit
DE102017100328B4 (de) * 2017-01-10 2020-03-19 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit einem Leistungshalbleiterbauelement
DE102017117667B4 (de) * 2017-08-03 2021-11-18 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit einer auf eine Schalteinrichtung einwirkenden Druckeinrichtung
FR3091013B1 (fr) * 2018-12-21 2021-01-15 Valeo Siemens Eautomotive France Sas Organe de plaquage, ensemble et équipement électrique
JP7099385B2 (ja) * 2019-03-28 2022-07-12 株式会社デンソー 加圧部材
DE102019113762B4 (de) * 2019-05-23 2022-04-14 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls
DE102019209069A1 (de) * 2019-06-24 2020-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Befestigung von Leistungshalbleiterbauelementen auf gekrümmten Oberflächen
DE102019126623B4 (de) 2019-10-02 2024-03-14 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Patentabteilung Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Vergussmasse
GB2579467B (en) * 2020-01-24 2021-01-13 First Light Fusion Ltd Electrical switching arrangement
DE102020121033A1 (de) * 2020-08-10 2022-02-10 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronische Schalteinrichtung, Leistungshalbleitermodul damit und Verfahren zur Herstellung
DE102022101511A1 (de) 2022-01-24 2023-07-27 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistung-Schalteinrichtung mit optimierter Druckplatte

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5483104A (en) * 1990-01-12 1996-01-09 Paradigm Technology, Inc. Self-aligning contact and interconnect structure
US5267867A (en) * 1992-09-11 1993-12-07 Digital Equipment Corporation Package for multiple removable integrated circuits
JP3281220B2 (ja) * 1994-12-14 2002-05-13 株式会社東芝 回路モジュールの冷却装置
JPH10335579A (ja) * 1997-05-27 1998-12-18 Toshiba Corp 大電力半導体モジュール装置
JP3965795B2 (ja) * 1998-08-24 2007-08-29 株式会社デンソー 電子部品の半田付け方法
US6218730B1 (en) * 1999-01-06 2001-04-17 International Business Machines Corporation Apparatus for controlling thermal interface gap distance
EP1128432B1 (de) * 2000-02-24 2016-04-06 Infineon Technologies AG Befestigung von Halbleitermodulen an einem Kühlkörper
DE10121970B4 (de) * 2001-05-05 2004-05-27 Semikron Elektronik Gmbh Leistungshalbleitermodul in Druckkontaktierung
DE10142614A1 (de) * 2001-08-31 2003-04-03 Siemens Ag Leistungselektronikeinheit
DE10227658B4 (de) * 2002-06-20 2012-03-08 Curamik Electronics Gmbh Metall-Keramik-Substrat für elektrische Schaltkreise -oder Module, Verfahren zum Herstellen eines solchen Substrates sowie Modul mit einem solchen Substrat
US20050127500A1 (en) * 2003-12-10 2005-06-16 International Business Machines Corporation Local reduction of compliant thermally conductive material layer thickness on chips
JP3809168B2 (ja) * 2004-02-03 2006-08-16 株式会社東芝 半導体モジュール
DE102006006425B4 (de) 2006-02-13 2009-06-10 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul in Druckkontaktausführung
DE102006015198A1 (de) * 2006-04-01 2007-10-11 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Verbindungseinrichtung für elektronische Bauelemente
KR101424297B1 (ko) * 2006-09-27 2014-08-01 가부시키가이샤 니콘 전자 소자, 가변 커패시터, 마이크로스위치, 마이크로스위치의 구동 방법, mems형 전자 소자, 마이크로 액추에이터 및 mems 광학 소자
DE102007006706B4 (de) 2007-02-10 2011-05-26 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Schaltungsanordnung mit Verbindungseinrichtung sowie Herstellungsverfahren hierzu
US7808100B2 (en) 2008-04-21 2010-10-05 Infineon Technologies Ag Power semiconductor module with pressure element and method for fabricating a power semiconductor module with a pressure element
JP4825259B2 (ja) * 2008-11-28 2011-11-30 三菱電機株式会社 電力用半導体モジュール及びその製造方法
DE102009005915B4 (de) * 2009-01-23 2013-07-11 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul in Druckkontaktausführung
DE102009002992B4 (de) * 2009-05-11 2014-10-30 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodulanordnung mit eindeutig und verdrehsicher auf einem Kühlkörper montierbarem Leistungshalbleitermodul und Montageverfahren
US20110279980A1 (en) * 2010-05-11 2011-11-17 Silicon Integrated Systems Corp. Heat dissipation structure for liquid crystal television
KR101862808B1 (ko) * 2010-06-18 2018-05-30 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치
DE102010062556A1 (de) * 2010-12-07 2012-06-14 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Halbleiterschaltungsanordnung
DE102011078811B3 (de) * 2011-07-07 2012-05-24 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronisches System mit einer Kühleinrichtung
US8975711B2 (en) * 2011-12-08 2015-03-10 Infineon Technologies Ag Device including two power semiconductor chips and manufacturing thereof
EP2816598B1 (en) * 2012-02-13 2020-03-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing same
US8916968B2 (en) * 2012-03-27 2014-12-23 Infineon Technologies Ag Multichip power semiconductor device
DE102013104949B3 (de) * 2013-05-14 2014-04-24 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronische Schalteinrichtung und Anordnung hiermit
DE102014106570B4 (de) * 2014-05-09 2016-03-31 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul mit Schalteinrichtung und Anordnung hiermit

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