WO2014090686A1 - Leistungshalbleitermodul und kontaktierungsanordnung - Google Patents

Leistungshalbleitermodul und kontaktierungsanordnung Download PDF

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WO2014090686A1
WO2014090686A1 PCT/EP2013/075711 EP2013075711W WO2014090686A1 WO 2014090686 A1 WO2014090686 A1 WO 2014090686A1 EP 2013075711 W EP2013075711 W EP 2013075711W WO 2014090686 A1 WO2014090686 A1 WO 2014090686A1
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contacts
power semiconductor
power
connecting plate
switching elements
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PCT/EP2013/075711
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Samuel Hartmann
Dominik Trüssel
Raffael Schnell
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Abb Technology Ag
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
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Definitions

  • the present invention relates to the field of power electronics. It relates to a power semiconductor module and a contacting arrangement according to the preamble of the independent claims.
  • bipolar transistors with insulated gate are frequently used in energy, forming and transmission technology.
  • IGBTs insulated gate
  • a large number of individual power transistors are electrically connected in parallel.
  • the power transistors are often combined in modules, which allows, among other things, a simplified handling during installation and replacement, allows a defined and optimized cooling, a number of safety aspects, etc.
  • Within a module are often component groups or sub-modules of subsets of the plurality of power transistors educated.
  • voltage-controlled power transistors are used, in which a current between a first power electrode and a second power electrode is switchable by means of a voltage applied between the first power electrode and a control electrode control voltage.
  • a supply line to the power electrodes are preferably shaped connecting plates, as they are, for example, the so-called load connection elements described in EP 1 930 945 A1, whose embodiments, as far as can be seen on a module exclusively with components without control electrodes, for example Obtain a rectifier bridge module.
  • one or more control leads are provided in conventional cruhalbeitermodulen that contact the control electrodes; and one or more separate reference leads directly connecting either the first power electrode of each power transistor independently of and in addition to a first one Power supply - contact, or a first power contact of each sub-module over which the first power electrodes are connected in parallel.
  • the control target voltage is generated for example by a control unit, which is electrically connected via a control circuit as described above with the power transistors.
  • the separate reference lead should make it possible to minimize inductive effects, which can lead to a negative influence on the switching behavior by optimized line geometry.
  • Such negative effects are due inter alia to self-induction in a section of a supply line to the first power electrode at the sub-module level which is shared by the control circuit and the power circuit, which superimposes the control setpoint voltage so that a control voltage deviating from the control setpoint voltage between the first power electrodes and the control voltage is effectively generated Control electrodes results.
  • a power semiconductor module comprises a number N of parallel to a base level arranged power semiconductor switching elements, each of which has a number of switching element contacts comprising a control contact, a first power contact and a second power contact wherein a current between the power contacts is switchable by means of a voltage applied between the control contact and the first power contact control voltage; a contacting arrangement for contacting the switching element contacts, comprising: a first connecting plate having N first contacts, via which it is electrically conductively connected to the control contacts of the N power semiconductor switching elements, a second connecting plate having N second contacts, via which it electrically conductively connected to the first power contacts of the N power semiconductor switching elements, a third connecting plate having n third contacts, via which it is electrically conductively connected to second power contacts of at least a subset containing n ⁇ N of the N power semiconductor switching elements; and wherein for applying a control target voltage between the control contacts and the first power contacts of the power semiconductor switching elements a eferenzanQuery is provided on the second
  • An inventive contacting arrangement for a power semiconductor module comprising a number N of parallel to a base plane arranged power semiconductor switching elements, each of which has a number of switching element contacts, comprising a control contact, a first power contact and a second power contact, by means a current applied between the control contact and the first power contact control voltage, a current between the power contacts is switchable;
  • a first connecting plate having N first contacts via which it is electrically conductively connected to the control contacts of the N power semiconductor switching elements
  • a second connecting plate having N second contacts via which it electrically conductively connected to the first power contacts of the N power semiconductor switching elements is connected
  • a third connecting plate having n third contacts, via which it is electrically connected to second power contacts at least a subset containing n ⁇ N of the N power semiconductor switching elements.
  • a reference terminal (322) on the second connecting plate (32) is provided, which via the second contacts (323) electrically conductive with the first power contacts of the N power semiconductor switching elements is connectable.
  • the eferenzan gleich is integrally formed on the second connecting plate.
  • one or more of the three connecting plates are each made of a suitably shaped sheet metal blank, which is preferably produced by means of punching or laser cutting.
  • the connection, the connection and the contact plane are formed by bending the planar sheet metal blanks.
  • one or more of the three connecting plates each comprise a plurality of shaped sheet metal blanks and / or further connecting elements, in particular contact bolts or rails, with which they are connected in an electrically conductive manner, in particular by means of a rivet, solder - or welding connection, etc.
  • FIG. 1 shows an illustration of a preferred exemplary embodiment of a power semiconductor module according to the invention.
  • FIG. 2 shows a first connecting plate of the power semiconductor module according to the invention from FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a second connecting plate of the power semiconductor module according to the invention from FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a third connecting plate of the power semiconductor module according to the invention from FIG. 1.
  • FIG. 5 shows an electrical circuit diagram of the connection plates from FIG. 1.
  • FIG. 6 shows a side view of the power semiconductor module from FIG. 1.
  • FIG. 7 shows an illustration of the first and second connecting plate from FIG. 1.
  • FIG. 8 shows an electrical circuit diagram of the contacting of the first group of submodules 2 from FIG. 1.
  • FIG. 9 shows a first connecting plate according to a preferred embodiment of the power semiconductor module according to the invention.
  • FIG. 10 shows a second connecting plate according to a preferred embodiment of the power semiconductor module according to the invention.
  • FIG. 1 1 shows an illustration of a further preferred embodiment of a contact-making arrangement according to the invention for a power semiconductor module according to the invention.
  • FIG. 1 shows an illustration of a preferred exemplary embodiment of a power semiconductor module according to the invention.
  • the numerical values are to be understood as examples, other values for N, p and q may occur.
  • Each submodule 2 in the present example comprises five IGBTs, which are electrically connected in parallel.
  • each IGBT comprises an emitter electrode 221 as a first power electrode, a collector electrode as a second power electrode, and a gate electrode 222 as a control electrode.
  • the five IGBTs of each submodule 2 are applied to a circuit board 21, which is, for example, a so-called “advanced metal brazing” substrate (AMB substrate), which comprises a ceramic base on which a metallization is applied is, between the base and metallization a braze is provided.
  • AMB substrate a so-called "advanced metal brazing” substrate
  • the emitter electrodes 221 are connected to a first metallization region on the upper side of the board on which a first power contact is formed, via bonding wires, not shown in Fig. 1.
  • the gate electrodes 222 are over 1 is electrically conductively connected to a second metallization region on the upper side of the printed circuit board 21, on which a control contact is further formed
  • all of the collector electrodes lie on a third metallization region on an upper side of the printed circuit board 21 and are therewith electrically connected in parallel and thus electrically connected in parallel
  • a partial area of the third metallization area serves as a second power contact.
  • each board 21 and each sub-module 2 - and with these the gate electrodes 222 and the emitter electrodes 221 - are electrically connected via a contacting arrangement each with a first main terminal 31 1 and a second main terminal 321 of the power semiconductor module conductively connected.
  • the main terminals serve for external electrical contacting of the power semiconductor module and are, preferably as part of the contacting arrangement, in each case, preferably in one piece, formed on a connecting plate.
  • the contacting arrangement comprises a first connecting plate, which is also referred to below as gate plate 31, and which has a number N - corresponding to the number of submodules 2 - first contacts 313, which are electrically connected to the control contacts of the submodules 2 , and a first main terminal as a gate terminal 31 1 has.
  • a first connecting plate which is also referred to below as gate plate 31, and which has a number N - corresponding to the number of submodules 2 - first contacts 313, which are electrically connected to the control contacts of the submodules 2 , and a first main terminal as a gate terminal 31 1 has.
  • resistor in particular a gate resistor provided.
  • FIG. 2a shows a perspective view of the gate plate
  • Figure 2b shows the gate plate 31 of Figure 2a in plan view
  • Fig. 2c shows a side view of the gate plate 31 of Fig. 2a.
  • the gate plate 31 forms a multiplicity of line paths between its gate terminal 31 1 and the first contacts 313.
  • 3a shows a perspective view of the second connecting plate, which is also referred to below as the emitter plate 32.
  • 3b shows the emitter plate 32 of Figure 3a in plan view.
  • FIG. 3 c shows a side view of the emitter plate 32 from FIG. 3 a.
  • the emitter plate 32 also has an auxiliary emitter terminal 322 as a reference terminal.
  • auxiliary emitter plate 32 " which is electrically conductively attached to a main emitter plate 32 'by means of three rivet connections, but can preferably also be integrally formed on the emitter plate 32.
  • the emitter plate 32 further comprises further second main connections 321', which provide secure contacting of the emitter plate 32.
  • q 2 auxiliary emitter line paths 3241, 3242 are similar to the gate line paths 3141 described in the previous section
  • Fig. 3b shows the auxiliary emitter line paths 3241, 3242 exemplarily for the same first group of submodules 2 as in Fig. 2b.
  • the contacting arrangement further comprises an arrangement of three collector plates 33, which are shown in Fig. 4a in perspective view, as a third connecting plate.
  • FIG. 4b shows the collector plate 33 from FIG. 4a in a plan view;
  • FIG. 4c shows a side view of the collector plate 33 from FIG. 3a.
  • an auxiliary collector connection 332 is furthermore provided for tapping a collector voltage as a control connection, which is electrically conductively connected to the second power contacts of the subset of the two partial modules 2 via the third contacts 333.
  • the power semiconductor module preferably comprises a module housing (not shown in FIG. 1), wherein an underside of the module housing is preferably formed by the base plate 1.
  • the module housing encloses, preferably liquid and / or gas-tight, an internal volume within which the sub-modules 2 are arranged.
  • the connecting plates are preferably guided through the module housing, in particular through a wall or wall of the module housing, that only the main terminals and the auxiliary emitter terminal 322 and preferably the auxiliary collector terminal 332 come to lie on an outer side of the module housing, but the connecting plates otherwise in the inner volume are arranged.
  • each of the connecting plates in functional and geometric terms, three mutually parallel planes: A contact plane K with a plurality of contacts, a terminal level A with at least one main terminal, and an intermediate Contact and connection level formed distribution level V1, V2. or V3 for the electrical connection of the contacts to the main terminal.
  • a spacing of the distribution levels V1, V2, and V3 is preferably chosen as small as possible, it being noted.
  • the a- a first distance j between the distribution level V2 of the emitter plate 32 and the distribution level V3 of the collector plate 33 must be large enough to avoid electrical breakdown in particular in an off state of the sub-modules.
  • the first distance is preferably selected to be slightly larger than a breakdown distance D which results for a nominal voltage of the power semiconductor module under standard conditions, eg atmospheric pressure at sea level, room temperature, preferably in the range 1.1 D ⁇ a- j ⁇ 1.5D
  • a second distance 82 between the distribution plane V2 of the emitter plate 32 and the distribution plane V1 of the gate plate 31 is preferably chosen to be equal to or slightly smaller than a thickness dg of the first or second connection plate, ie 0.5 dg ⁇ 32 ⁇ dg, typically 0.1 mm ⁇ a2 ⁇ 1.5mm is selected, 0.8mm ⁇ 32 ⁇ 1.5mm.
  • the connecting plates themselves have a thickness between 0.5 mm and 3.0mm, preferably between 0.8 and 1.5mm.
  • the conduction paths 3141, 3142 run from a first region B1 below the first main connection 31 1 to second regions B2 above the first contacts 313, as can be seen from FIG. 2b.
  • a first segment S1 of the line paths 3141, 3142 is formed by a common first gate plate section, which adjoins or encompasses the first main terminal 31 1.
  • Anistg sheet metal sections may be composed of electrically interconnected, but originally separate part sheet blanks; However, can also be advantageously formed on a one-piece sheet metal blank.
  • the auxiliary emitter line paths 3241, 3242 are in the distribution plane V2 of the emitter plate
  • FIG. 6 shows a side view of the power semiconductor module of FIG. 1.
  • the distribution plane V1 of the gate plate 31 of the base plane S is arranged adjacently above the base plane S; the distribution plane V2 of the emitter plate 32 adjacent to the distribution plane V1 of the gate plate 31 on a side opposite to the base plane; and the distribution plane V3 of the collector plate 33 adjacent to the distribution plane V2 of the emitter plate 32.
  • FIG. 7a shows a perspective view of gate plate 31 and emitter plate 32 in identical relative spatial position and position as in the power semiconductor module of FIG. 1.
  • Fig. 7b shows the two sheets of Fig. 7a in plan view, Fig. 7c from below, i. seen from the base plate 1 ago.
  • the second segments of the gate conduction paths 3141, 3142 extend in such a way that they are at least substantially completely covered by overlying first emitter sheet sections in the distribution plane V2 of the emitter plate, whereby a particularly effective shielding against inductive insertion is achieved. coupling effects is achieved.
  • the first segment S1 of the gate conduction paths 3141, 3142 is also at least substantially completely covered in a first region R1 by overlying second emitter sheet sections in the distribution plane V2 of the emitter plate. In a second region R2, however, the first segment S1 of the line paths 3141, 3142 is not covered by any emitter plate sections in the distribution plane V2.
  • a coupling loop 4 is formed, which is located in the vicinity of a transition in the emitter plate 32 between the terminal plane A and the distribution level V2.
  • the term proximity is understood here and below to mean a distance d that is smaller than a length or width of the power semiconductor module, or a length or width bj of a submodule 2, wherein for at least one choice of r from the set ⁇ / , ⁇ ⁇ , Ij ⁇ , ojj j ⁇ preferably rl 20 ⁇ d ⁇ rl 5, most preferably rl 20 ⁇ d ⁇ rl 10 applies.
  • Second and third coupling loops 4 'and 4 are formed in an analogous manner as described above for the middle and right group of submodules 2.
  • the coupling loops 4, 4' and 4" enclose surfaces of different sizes in order to intersect - Different amounts and signs of mutual inductance, and thus in particular different amounts and signs of inductive coupling of different groups for each group of sub-modules 2 to be considered.
  • FIG. 8 shows an electrical circuit diagram of the contacting of the first group of submodules 2 from FIG. 1.
  • 9 shows a gate plate 31a as the first connecting plate
  • FIG. 10 shows an emitter plate 32a as a second connecting plate according to a preferred exemplary embodiment of the power semiconductor module according to the invention.
  • the gate plate 31a has an electrically insulating insulating sheathing 5, in particular in the form of a plastic sheath, in a planar region extending parallel to and in the distribution plane V1. This is preferably applied to the gate plate 31 by means of an injection molding process.
  • the preferably provided in the gate plate 31 a first holes 315 ensure a firm and secure hold the Isolierstoffummantelung 5 on the gate plate 31 a.
  • a plurality of pins 51 is formed as a fastening element.
  • the pins are arranged so that the emitter plate 32a can be placed or plugged onto the gate plate 31 such that the pins 51 project partially through second holes 325 formed in the emitter plate 32a.
  • the applied emitter plate 32a can then be fixed to the insulating sheath 5 and thus to the gate plate 31a by means of ultrasonic riveting ("ultrasonic riding") and in a precisely defined mutual spatial position Holes 325 thus serve as positioning and / or mounting holes.
  • Fig. 9b shows the gate plate 31 a of Fig. 9a in plan view.
  • the gate plate 31 a has a plurality of first holes 315, wherein the pins 51 are preferably provided over at least a first part of the first holes 315.
  • FIG. 9b has omitted the representation of a portion of the first holes 315 in a region of the gate line paths 3141, 3142.
  • Fig. 9c shows a perspective view of the gate plate 31 a of Fig. 9a with the sprayed Isolierstoffummantelung 5. Between two gate plate areas that lead to adjacent groups of sub-modules, plastic webs 52 are respectively provided. These ensure a more even and complete distribution of the liquid plastic in an injection mold used in the injection molding process.
  • one or more collector plates 33 can advantageously also be fastened to the insulating material jacket 5.
  • additional, longer pins may be provided on the Isolierstoffummantelung 5, so that the collector plate 33 by means of these provided, not shown in the drawings, third holes in an analogous manner as the emitter plate 32 a placed on the gate plate 31 a or plugged can be.
  • spacers are provided to hold the collector plate 33 at a defined distance, so that preferably the first distance between the distribution plane V2 of the emitter plate 32 a and the distribution plane V3 of the collector plate 33rd is complied with.
  • the emitter plate 32a has both the emitter terminal 321 as the external emitter-side power terminal and the auxiliary emitter terminal 322 as the reference terminal.
  • the contacting arrangement thus constitutes a circuit block which comprises collector, emitter, auxiliary collector, auxiliary emitter and gate circuits.
  • FIG. 9 shows an illustration of a further preferred exemplary embodiment of a contacting arrangement according to the invention for a power semiconductor module according to the invention.
  • the first connection plate is designed as an emitter plate 61 for electrically conductive connection with two, each connected to emitter electrodes of several power semiconductor switching elements of a power semiconductor module, first power contacts via contacts 613.
  • the second connecting plate is designed as a collector plate 62 for electrically conductive connection with two, each connected to collector electrodes of several power semiconductor switching elements of the power semiconductor module, second power contacts via contacts 623.
  • the second connecting plate is fastened in an analogous manner to the exemplary embodiments described above to an insulating sheathing 5 'of the first connecting plate, which is provided in a, preferably planar, region of the emitter plate 61.
  • the distribution plane VT of the emitter plate 61 runs parallel to the distribution plane V2 'of the collector plate 62.
  • First and second connection plate thus form a load terminal block, which is preferably attached to the power semiconductor module such that the distribution plane V1' of the emitter plate 61 is aligned perpendicular to the base plane.
  • the Isolierstoffummantelung 5 assumes an insulating function between emitter plate 61 and collector plate 62, especially in areas where this is not done by a silicone gel or the like.
  • a third connecting plate (not shown in FIG. 9), which is designed as a gate plate, is preferably fastened to the insulating material jacket of the first connecting plate.
  • the emitter plate 61 is again provided with an auxiliary emitter terminal (not shown in FIG. 9) as a reference terminal.
  • the first connecting plate is designed as a collector plate and the second connecting plate as an emitter plate, the second connecting plate being fastened analogously to the exemplary embodiments described above to an insulating jacket of the first connecting plate, which in FIG a, preferably flat, area of the collector plate is provided.
  • an auxiliary emitter terminal is again provided as the reference terminal on the emitter plate.
  • First and second connecting plate thus again form a Lastterminalblock. The Isolierstoffummantelung takes over this time an insulating function between the collector plate and emitter plate, especially in areas where this is not done by a silicone gel or the like.
  • a third connecting plate which is designed as a gate plate, is fastened to the insulating casing of the first connecting plate.
  • the second and possibly third connecting plate is riveted to the Isolierstoffummantelung of the first connecting plate, preferably by means of ultrasonic riveting.
  • fastening can also advantageously be achieved by means of clamps or snap closures or a combination of different methods or methods, wherein corresponding fastening elements are preferably provided on the insulating jacket, in particular plug-in, clamp or snap closures or connections , which preferably allow a reversible connection of the connecting plates with each other.
  • thermoplastic material preferably polyamide or polyester, in particular polybutylene terephthalate or polyethylene terephthalate, is preferably used for the insulating material jacket.
  • This is preferably fiber-reinforced, in particular by means of glass fibers at a weight fraction between 20 and 40%.
  • the same thermoplastic material is also used for other plastic components and / or elements of a module housing, in particular for a housing wall.
  • submodules can also be configured differently than with 5 IGBTs connected in parallel.
  • submodules with single or a different number of parallel-connected power transistors, in particular IGBTs are conceivable.
  • Submodules with one or more diodes connected in parallel or in series are also conceivable.
  • Submodules with a first number of parallel connected power Transistors and a second - different or equal - number of diodes connected in parallel, in particular as protection diodes (Engl, "freewheeling -", “snubber” or “flyback” diodes) can be advantageously used, especially in power semiconductor modules, as or Power semiconductor modules may also be used instead of submodules constructed on a circuit board 21.
  • Other power semiconductor switching elements may also be used, both in the form of submodules and discrete and / or integrated power semiconductor elements connected in a generally suitable manner Power semiconductor modules with different power semiconductor switching elements are also conceivable.
  • Power semiconductor module comprising
  • a current between the power contacts can be switched by means of a control voltage applied between the control contact and the first power contact, b) a contacting arrangement for contacting the switching element contacts, comprising
  • first connection plate (31) which has N first contacts (313) via which it is electrically conductively connected to the control contacts of the N power semiconductor switching elements
  • second connecting plate (32) having N second contacts (323) via which it is electrically connected to first power contacts of the N power semiconductor switching elements
  • a third connecting plate (33) which has n third contacts (333) via which it is electrically conductively connected to second power contacts of at least one subset containing n ⁇ / of the N power semiconductor switching elements, and wherein
  • a ReferenzanInstitut (322) on the second connecting plate (32) is provided, which via the second contacts (323) electrically conductive with the first power contacts of the N power semiconductor Switching elements is connected.
  • the second connecting plate (32) comprises a reference terminal plate (32 "), which is attached to the second connecting plate (32) by means of an electrically conductive connection, preferably a riveted or welded connection and wherein the reference terminal (322) is formed on the reference terminal sheet (32 ").
  • Power semiconductor module characterized in that for tapping a collector voltage, a control terminal (332) on the third connecting plate (33) is provided, which via the third contacts (333) electrically conductive with the second power contacts of the subset of n power semiconductor switching elements connected is.
  • Power semiconductor module characterized in that the first, second and third connecting plate (31, 32, 33) are arranged such that their Verteilebenen (V1, V2, V3) parallel to the base plane (S).
  • the distribution plane (V1) of the first connecting plate (31) adjacent to the base plane is arranged above the base plane (S).
  • the distribution plane (V2) of the second connection plate (32) is adjacent to the distribution plane (V1) of the first connection plate (31) on an opposite side of the base plane (S), and
  • power semiconductor module characterized in that at least a subset of the power semiconductor switching elements comprises a plurality of power transistors, in particular IGBTs, which on a printed circuit board, preferably an active metal brazing substrate, arranged and electrically parallel GE - are switched.
  • Power semiconductor module according to one of the preceding variants, characterized in that the power semiconductor module further, parallel to the base plane arranged
  • Power semiconductor switching elements comprises, and the first and second connecting plate further comprise first and second contacts which are electrically connected to the main terminal of the first and second connecting plate and contact the control contacts or first power contacts of the other power semiconductor switching elements.
  • power semiconductor module according to one of the preceding variants, characterized in that the power semiconductor module comprises further, arranged parallel to the base plane power semiconductor switching elements of a second type.
  • a) comprises a number N parallel to a base plane (S) arranged buttergurlei- ter switching elements
  • a current between the power contacts is switchable by means of a voltage applied between the control contact and the first power contact control voltage
  • the contacting arrangement for contacting the switching element contacts a first connecting plate (31) having N first contacts (313) via which it is electrically conductive is connectable to the control contacts of the N power semiconductor switching elements
  • a reference terminal (322) on the second connecting plate (32) is provided, which via the second contacts (323) electrically conductive with the first power contacts of the N power semiconductor Switching elements is connectable.
  • the distribution plane (V1) of the first connection plate (31) runs parallel to the distribution plane (V2) of the second connection plate (32) and parallel to the distribution plane (V3) of the third connection plate (33).
  • Power semiconductor module comprising
  • a current between the power contacts is switchable by means of a voltage applied between the control contact and the first power contact control voltage
  • a contacting arrangement for contacting the switching element contacts comprising a first connecting plate (31, 32, 33, 61, 62), which is electrically conductively connected to first switching element contacts of the N power semiconductor switching elements, a second connecting plate (31, 32 , 33, 61, 62), which is electrically conductively connected to second switching element contacts of a first subset containing m ⁇ N of the N power semiconductor switching elements,
  • V1, V1 ', V2, V2', V3 for electrically connecting the contacts to the terminal (31 1, 321, 331), and wherein
  • the first connecting plate (31, 32, 33, 61, 62) in the region of the distribution plane an electrically insulating sheath, preferably a plastic sheath, (5, 5 '), on which a fastening element is provided, and
  • the second connecting plate (31, 32, 33, 61, 62) is fastened to the fastening element (5, 5 ').
  • Power semiconductor module according to variant 16, characterized in that for each of the connecting plates (31, 32, 33, 61, 62) the distribution plane (V1, V1 ⁇ V2, V2 ⁇ V3) is formed between the contact and connection plane. 18. power semiconductor module according to variant 15. 16 or 17, characterized in that the Kontak- ttechniksan instrument a third connecting plate (31, 32, 33, 61, 62), which is electrically conductive with third switching element contacts at least a second subset containing n N of the N power semiconductor switching elements is connected.
  • Power semiconductor module according to variant 18 characterized in that the third connecting plate (31, 32, 33, 61. 62)
  • V1, V1 ', V2, V2', V3 formed between contact and connection plane for electrical connection of the contacts to the main terminal (311, 321, 331)
  • Power semiconductor module according to variant 18 or 19, characterized in that the third connecting plate (31, 32, 33, 61, 62) on the plastic casing (5, 5 ') is attached.
  • Power semiconductor module according to one of variants 18 to 20, characterized in that the third connecting plate (31, 32, 33, 61, 62) is electrically conductively connected to second power contacts of the second subset containing n ⁇ N of the N power semiconductor switching elements.
  • the first connecting plate is electrically conductively connected to the control contacts of the N power semiconductor switching elements
  • the second connecting plate is electrically conductively connected to first power contacts of the subset containing m ⁇ N of the N power semiconductor switching elements; and c) on the second connecting plate as an additional main terminal a reference terminal, in particular for applying a control target voltage between the control contacts and the first power contacts of the power semiconductor switching elements, is provided.
  • Power semiconductor module one of the variants 15-22.
  • the second connecting plate (32) comprises a reference terminal plate (32 ") which is attached to the second connecting plate (32) by means of an electrically conductive connection, preferably a riveted or welded connection, and wherein the reference terminal (322) is formed on the reference terminal sheet (32 "), and wherein the reference terminal sheet (32") is preferably attached to the latter in the vicinity of one or more second contacts of the second connection plate (32). 24.
  • Power semiconductor module according to one of variants 15 to 20, characterized in that the first connecting plate (31, 32, 33, 61, 62) is electrically conductively connected to the first power contacts of the N power semiconductor switching elements, and the second connecting plate electrically conductive second power contacts of the second subset containing n ⁇ N of the N power semiconductor switching elements is connected.
  • Power semiconductor module according to variant 24 characterized in that the first connecting plate (31, 32, 33, 61, 62), as an additional main terminal a reference terminal (322), in particular for applying a control target voltage between the control contacts and the first power contacts of Power semiconductor switching elements comprises.
  • Power semiconductor module according to one of variants 15 to 20, characterized in that the first connecting plate (31, 32, 33, 61, 62) is electrically conductively connected to the second power contacts of the N power semiconductor switching elements, and the second connecting plate electrically conductive first power contacts of the second subset containing n ⁇ N of the N power semiconductor switching elements is connected.
  • power semiconductor module one of the variants 15-27, characterized in that the plastic casing (5, 5 ') of polyester, in particular polybutylene terephthalate or polyethylene terephthalate, formed and preferably fiber-reinforced, in particular glass fiber reinforced, is.
  • 29 power semiconductor module one of the variants 15-28, characterized in that the plastic casing (5, 5 ') is formed by injection molding.
  • power semiconductor module one of the variants 15-29, characterized in that in the plastic sheath (5, 5 ') elements for reducing thermal expansion, in particular glass beads, are cast.
  • Power semiconductor module of one of the variants 15-30 characterized in that the first, second and third connecting plate (31, 32, 33) are arranged such that their Verteilebenen (V1, V2, V3) parallel to the base plane (S).
  • the distribution plane (V1, V2, V3) of the first connecting plate (31) of the base plane is arranged adjacent above the base plane (S),
  • the distribution plane (V1, V2, V3) of the second connecting plate (32) of the distribution plane (V1, V2, V3) of the first connecting plate (31) is adjacent to one of the base plane (S) opposite side, and
  • the distribution plane (V1, V2, V3) of the third connecting plate (33) of the distribution plane (V1, V2, V3) of the second connecting plate (32) is adjacent.
  • power semiconductor module of one of variants 15-32 characterized in that at least a subset of the power semiconductor switching elements comprises a plurality of power transistors, in particular IGBTs, which on a printed circuit board, preferably an active metal-brazing substrate, arranged and are electrically connected in parallel.
  • power semiconductor module one of the variants 15-33, characterized in that the power semiconductor module comprises further, arranged parallel to the base plane power semiconductor switching elements, and the first and second connecting plate further first and second contacts having, with the main terminal of the first and second Connecting plate are electrically connected and contact the control contacts or first line contacts of the other power semiconductor switching elements.
  • power semiconductor module one of the variants 15-34Main connection, characterized in that the power semiconductor module comprises further, arranged parallel to the base plane power semiconductor switching elements of a second type.
  • a) comprises a number N of power semiconductor switching elements (2) arranged parallel to a base plane (S),
  • a first connecting plate (31, 32, 33, 61, 62), which is electrically conductively connectable to first switching element contacts of the N power semiconductor switching elements
  • a second connecting plate (31, 32, 33, 61, 62) which is electrically conductive with second switching element contacts of a subset containing n ⁇ N of the N power semiconductor switching elements is connectable, comprises and wherein
  • a distribution plane (V1, V1 ', V2, V2', V3) for electrically connecting the contacts to the main terminal (31 1, 321, 331), and wherein the distribution plane (V1, V1 ', V2, V2', V3) of the first connecting plate (31, 32, 33, 61, 62) parallel to the distribution plane (V1, V1 ', V2, V2', V3) of the second connecting plate (31 , 32, 33, 61, 62) and parallel to the distribution plane (V1, V1 ', V2, V2', V3) of the second connecting plate (31, 32, 33, 61. 62),
  • electrically insulating sheath preferably a plastic sheath, (5, 5 '), on which a fastening element is provided, and
  • the second connecting plate (31, 32, 33, 61, 62) is fastened to the fastening element (5, 5 ').

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Abstract

Ein 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 N erste Kontakte aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den Steuerkontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, ein zweites Verbindungsblech, welches N zweite Kontakte aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, ein drittes Verbindungsblech, welches n dritte Kontakte aufweist, über welche es elektrisch leitend mit zweiten Leistungskontakten zumindest einer Teilmenge enthaltend n <= N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist; und wobei zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente ein Referenzanschluss am zweiten Verbindungsblech vorgesehen ist, welcher über die zweiten Kontakte elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist.

Description

Leistungshalbleitermodul und Kontaktierungsanordnung
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie betrifft ein Leistungshalbleitermodul sowie eine Kontaktierungsanordnung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
[0002] 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 Grössenord- nung 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.
[0003] Dabei kommen insbesondere spannungsgesteuerte Leistungstransistoren zum Einsatz, bei welchen ein Strom zwischen einer ersten Leistungselektrode und einer zweiten Leistungselektrode mittels einer zwischen erster Leistungselektrode und einer Steuerelektrode anliegenden Steuerspannung schaltbar ist.
[0004] Als Zuleitung zu den Leistungselektroden dienen dabei vorzugsweise geformte Verbindungsbleche, wie sie beispielsweise die sogenannten Lastanschlusselemente darstellen, die in der EP 1 930 945 A1 beschrieben sind, deren Ausführungsbeispiele sich, soweit ersichtlich, auf ein Modul ausschliesslich mit Bauelementen ohne Steuerelektroden, beispielsweise ein Gleichrichterbrücken-Modul beziehen.
[0005] Um zwischen erster Leistungselektrode und Steuerelektrode der Leistungstransistoren eine Steuer-Sollspannung anlegen zu können, ist bei herkömmlichen Leistungshalbeitermodulen eine oder mehrere Steuerzuleitungen vorgesehen, welche die Steuerelektroden kontaktieren; sowie eine oder mehrere separate Referenzzuleitungen, die entweder die erste Leistungselektrode eines jeden Leistungstransistors direkt - unabhängig von und zusätzlich zu einer ersten Leistungszuleitung - kontaktieren, oder aber einen ersten Leistungskontakt eines jeden Teilmoduls, über welchen die ersten Leistungselektroden parallel geschaltet sind.
[0006] Die Steuer-Sollspannung wird dabei beispielsweise durch eine Steuereinheit erzeugt, welche über einen Steuerschaltkreis wie oben beschrieben mit den Leistungstransistoren elektrisch verbunden ist.
[0007] Die separate Referenzzuleitung soll es ermöglichen, induktive Effekte, welche zu einer negativen Beeinflussung des Schaltverhaltens führen können, durch optimierte Leitungsgeometrie zu minimieren. Solche negativen Effekte beruhen unter anderem auf einer Selbstinduktion in einem von Steuerschaltkreis und Leistungsschaltkreis geteilten Abschnitt einer Zuleitung zur ersten Leistungselektrode auf Teilmodulebene, welche die Steuer-Sollspannung überlagert, so dass sich effektiv eine von der Steuer-Sollspannung abweichende Steuerspannung zwischen den ersten Leistungselektroden und den Steuerelektroden ergibt.
[0008] 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 von Steuereinheit zu erster Leistungselektrode eines jeden Leistungstransistors - oder zumindest für jedes Teilmodul - über grösstmögliche Strecken so nahe wie möglich beieinander geführt. Die zu diesem Zweck erforderliche, vorstehend beschriebene, separate Referenzzuleitung - im Falle eines IGBTs allgemein als Hilfsemitteranschluss bezeichnet - pro Teilmodul bedeutet jedoch herstellungstechnisch einen grossen Aufwand, und kann ferner zu Problemen hinsichtlich einer Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitermodule führen. Ferner kann auch auf diese Weise eine negative Beeinflussung durch Gegeninduktivitäten nicht vollständig verhindert werden.
[0009] Es ist deswegen Aufgabe der Erfindung, ein Leistungshalbleitermodul sowie eine Kon- taktierungsanordnung für ein Leistungshalbleitermodul anzugeben, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweisen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0010] Diese und weitere Aufgaben werden durch einen Leistungshalbleitermodul sowie eine Kontaktierungsanordnung für ein Leistungshalbleitermodul mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 17 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
[001 1] Ein erfindungsgemässes Leistungshalbleitermodul umfasst eine Anzahl N von 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 Leistungs- kontakten schaltbar ist; eine Kontaktierungsanordnung zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte, umfassend: ein erstes Verbindungsblech, welches N erste Kontakte aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den Steuerkontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, ein zweites Verbindungsblech, welches N zweite Kontakte aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungs- halbleiter-Schaltelemente verbunden ist, ein drittes Verbindungsblech, welches n dritte Kontakte aufweist, über welche es elektrisch leitend mit zweiten Leistungskontakten zumindest einer Teilmenge enthaltend n < N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist; und wobei zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente ein eferenzanschluss am zweiten Verbindungsblech vorgesehen ist, welcher über die zweiten Kontakte elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist. Die Leistungshalbleiter-Schaltelemente sind dabei vorzugsweise innerhalb, der Referenzanschluss hingegen ausserhalb eines Modulgehäuses angeordnet.
[0012] Eine erfindungsgemässe Kontaktierungsanordnung für ein Leistungshalbleitermodul, welches eine Anzahl N von 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 N erste Kontakte aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den Steuerkontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, ein zweites Verbindungsblech, welches N zweite Kontakte aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungs- halbleiter-Schaltelemente verbunden ist, sowie ein drittes Verbindungsblech, welches n dritte Kontakte aufweist, über welche es elektrisch leitend mit zweiten Leistungskontakten zumindest einer Teilmenge enthaltend n < N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist. Zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente ist ein Referenzanschluss (322) am zweiten Verbindungsblech (32) vorgesehen, welcher über die zweiten Kontakte (323) elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist. [0013] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung gemäss den vorstehend umschriebenen ist der eferenzanschluss einstückig am zweiten Verbindungsblech angeformt.
[0014] 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.
[0015] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfassen ein oder mehrere der drei Verbindungsbleche jeweils mehrere geformte Blechzuschnitt und/oder weitere Verbin- dungselemente, insbesondere Kontaktbolzen oder -schienen, mit welchen sie elektrisch leitend verbunden sein, insbesondere mittels einer Niet-, Löt- oder Schweissverbindung usw.
[0016] Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfin- dung in Verbindung mit den Figuren offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Figuren
[0017] Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungs- gemässen Leistungshalbieitermoduls.
Fig. 2 zeigt ein erstes Verbindungsblech des erfindungsgemässen Leistungshalbieitermoduls aus Fig. 1. Fig. 3 zeigt ein zweites Verbindungsblech des erfindungsgemässen Leistungshalbieitermoduls aus Fig. 1.
Fig. 4 zeigt ein drittes Verbindungsblech des erfindungsgemässen Leistungshalbieitermoduls aus Fig. 1.
Fig. 5 zeigt ein elektrisches Schaltschema der Verbindungsbleche aus Fig. 1. Fig. 6 zeigt eine seitliche Ansicht des Leistungshalbieitermoduls aus Fig. 1. Fig. 7 zeigt eine Darstellung des ersten und zweiten Verbindungsblechs aus Fig. 1 .
Fig. 8 zeigt ein elektrisches Schaltschema der Kontaktierung der ersten Gruppe von Teilmodulen 2 aus Fig. 1 .
Fig. 9 zeigt ein erstes Verbindungsblech gemäss eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls.
Fig. 10 zeigt ein zweites Verbindungsblech gemäss eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls.
Fig. 1 1 zeigt eine Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung für ein erfindungsgemässes Leistungshalbleitermodul.
Grundsätzlich bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile. In den elektrischen Schaltschemata sind Elemente, welche physischen Teilen aus den restlichen Figuren entsprechend, mittels in Klammern gesetzter Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wege zur Ausführung der Erfindung
[0018] Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Leistungshalbleitermoduls. 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„ad- vanced 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 bon- ded"-Substrate (DCB-Substrat) denkbar. Die Emitterelektroden 221 sind über in Fig. 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 222 über in Fig. 1 nicht gezeigte Bonddrähte mit einem zweiten Metallisie- rungsbereich auf der Oberseite der Platine 21 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.
[0019] 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 Hauptanschluss 31 1 und einem zweiten Hauptanschluss 321 des Leistungshalbleitermoduls elektrisch leitend verbunden. Die Hauptanschlüsse dienen einer externen elektrischen Kontaktierung des Leistungshalbleiter- moduls und sind, vorzugsweise als Bestandteil der Kontaktierungsanordnung, jeweils, vorzugsweise einstückig, an einem Verbindungsblech gebildet.
[0020] Die Kontaktierungsanordnung umfasst ein erstes Verbindungsblech, welches im folgenden auch als Gateblech 31 bezeichnet wird, und welches eine Anzahl N - entsprechend der Anzahl der Teilmodule 2 -erster Kontakten 313, welche elektrisch leitend mit den Steuerkon- takten der Teilmodule 2 verbunden sind, sowie einen ersten Hauptanschluss als Gateanschluss 31 1 aufweist. 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.
[0021]
[0022] Fig. 2a zeigt eine perspektivische Darstellung des Gateblechs 31 , Fig 2b zeigt das Gateblech 31 aus Fig. 2a in Aufsicht; Fig. 2c zeigt eine Seitenansicht des Gateblechs 31 aus Fig. 2a. Das Gateblech 31 bildet eine Vielzahl von Leitungspfaden zwischen dessen Gateanschluss 31 1 und den ersten Kontakten 313. Zwischen dem Gateanschluss 31 1 und jeder Gruppe von Teilmodulen sind dabei - entsprechend der Anzahl q Teilmodule 2 pro Gruppe - q = 2 Ga- te-Leitungspfade 3141 , 3142 gebildet, welche in Fig 2b exemplarisch für eine erste Gruppe von Teilmodulen 2 - die beiden in Fig. 1 auf der linken Seite übereinander angeordneten Teilmodule 2 - gezeigt sind.
[0023] Die Kontaktierungsanordnung umfasst ferner einzweites Verbindungsblech 32, welches ebenfalls eine Anzahl N = 6 zweiter Kontakte 323 auf, welche elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der Teilmodule 2 verbunden sind. [0024] Fig. 3a zeigt eine perspektivische Darstellung des zweiten Verbindungsblechs, welches im Folgenden auch als Emitterblech 32 bezeichnet wird. Fig 3b zeigt das Emitterblech 32 aus Fig. 3a in Aufsicht; Fig. 3c zeigt eine Seitenansicht des Emitterblechs 32 aus Fig. 3a. Neben einem Emitteranschluss 321 als zweiten Hauptanschluss weist das Emitterblech 32 auch einen Hilfsemitteranschluss 322 als eferenzanschluss auf. Dieser ist an einem Hilfsemitterblech 32" gebildet, welches mittels dreier Nietverbindungen elektrisch leitend an einem Hauptemitterblech 32' angebracht ist; kann jedoch vorzugsweise auch einstückig am Emitterblech 32 ausgebildet sein. Das Emitterblech 32 umfasst ferner weitere zweite Hauptanschlüsse 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. Fig. 3b zeigt die Hilfsemitter-Leitungspfade 3241 , 3242 exemplarisch für die gleiche erste Gruppe von Teilmodulen 2 wie in Fig. 2b.
[0025] Die Kontaktierungsanordnung umfasst ferner eine Anordnung dreier Kollektorbleche 33, welche in Fig. 4a in perspektivischer Darstellung gezeigt sind, als drittes Verbindungsblech. Fig 4b zeigt die Kollektorbleche 33 aus Fig. 4a in Aufsicht; Fig. 4c zeigt eine Seitenansicht der Kollektorbleche 33 aus Fig. 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 Hauptanschluss auf. An einem der Kollektorbleche 33 ist femer zum Abgreifen einer Kollektorspannung ein Hilfskollektoranschluss 332 als Kontrollanschluss vorgesehen ist, welcher über die dritten Kontakte 333 elektrisch leitend mit den zweiten Leistungskontakten der Teilmenge der beiden Teilmodule 2 verbunden ist.
[0026] Das Leistungshalbleitermodul umfasst vorzugsweise ein in Fig. 1 nicht gezeigtes Mo- dulgehäuse, wobei eine Unterseite des Modulgehäuses vorzugsweise von der Basisplatte 1 gebildet wird. Das Modulgehäuse umschliesst, vorzugsweise flüssigkeits- und/oder gasdicht, ein Innenvolumen, innerhalb welchem die Teilmodule 2 angeordnet sind. Die Verbindungsbleche sind vorzugsweise derart durch das Modulgehäuse, insbesondere durch eine Wandung oder Wand des Modulgehäuses, geführt, dass lediglich die Hauptanschlüsse sowie der Hilfsemitter- anschluss 322 und vorzugsweise der Hilfskollektoranschluss 332 an einer Aussenseite des Modulgehäuse zu liegen kommen, die Verbindungsbleche ansonsten jedoch im Innenvolumen angeordnet sind.
[0027] Wie aus den Figuren 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 Hauptanschluss, sowie eine zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildete Verteilebene V1 , V2. bzw. V3 zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Hauptanschluss auf.
[0028] 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 a-j 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 Mee- reshöhe, Raumtemperatur - ergibt, vorzugsweise im Bereich 1.1 D < a-j < 1.5D. Ein zweiter Ab- stand 82 zwischen der Verteilebene V2 des Emitterblechs 32 und der Verteilebene V1 des Gateblechs 31 wird vorzugsweise gleich oder geringfügig kleiner gewählt als eine Dicke dg des ersten oder zweiten Verbindungsblechs, d.h. 0.5 dg < 32 < dg, wobei typischerweise 0.1 mm < a2 < 1.5mm gewählt wird, vorzusgweise 0.8mm < 32 < 1.5mm.
[0029] Die Verbindungsbleche selbst weisen eine Stärke zwischen 0.5 mm und 3.0mm auf, vorzugsweise zwischen 0.8 und 1.5mm.
[0030] In der Verteilebene V1 des Gateblechs 31 verlaufen die Leitungspfade 3141 , 3142 dabei von einem ersten Bereich B1 unterhalb des ersten Hauptanschlusses 31 1 zu zweiten Bereichen B2 oberhalb der ersten Kontakte 313, wie aus Fig. 2b zu sehen ist. Dabei ist ein erstes Segment S1 der Leitungspfade 3141 , 3142 von einem gemeinsamen ersten Gateblechabschnitt gebildet, welcher an den ersten Hauptanschluss 31 1 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. Aneinanderg renzende 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.
[0031] 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.
[0032] Fig. 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 Hauptanschluss 31 1 des Gateblechs 31 in der Verteilebene V1 gebildet. Vorzugsweise ist in der Verteilebene V1 , V2, V3 eines jeden Verbindungsblechs 31 , 32,
33 eine elektrische Verteilung zwischen den Kontakten 313, 323, 333 und dem ersten Haupt- anschluss 31 1 , dem zweiten Hauptanschluss 321 bzw. dem dritten Hauptanschluss 331 des jeweiligen Verbindungsblechs gebildet.
[0033] Fig. 6 zeigt eine seitliche Ansicht des Leistungshalbleitermoduls aus Fig. 1 . Wie Fig. 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.
[0034] Fig. 7a zeigt eine perspektivische Darstellung von Gateblech 31 und Emitterblech 32 in identischer relativer räumlicher Lage und Position wie im Leistungshalbleitermodul aus Fig. 1 . Fig. 7b zeigt die beiden Bleche aus Fig. 7a in Aufsicht, Fig. 7c von unterhalb, d.h. von der Basisplatte 1 her gesehen. Wie aus Fig. 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 Ein- koppelungseffekte 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.
[0035] 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 oder Breite des Leistungshalbleitermoduls, bzw. eine Länge oder Breite bj^ eines Teilmoduls 2, wobei für mindestens eine Wahl von r aus der Menge { /^, ό^, Ij^, öjj j} vorzugsweise rl 20 < d < rl 5, höchst vorzugsweise rl 20 < d < rl 10 gilt.
[0036] 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 um- schliessen die Einkopplungsschlaufe 4, 4' und 4" unterschiedlich grosse Flächen, um unter- schiedliche 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.
[0037] Fig. 8 zeigt ein elektrisches Schaltschema der Kontaktierung der ersten Gruppe von Teilmodulen 2 aus Fig. 1 . [0038] Fig. 9 zeigt ein Gateblech 31 a als erstes Verbindungsblech, Fig. 10 ein Emitterblech 32a als zweites Verbindungsblech gemäss eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfin- dungsgemässen Leistungshalbleitermoduls. Wie aus Fig. 9a ferner ersichtlich, weist das Gateblech 31 a in einem flächigen, in und zu der Verteilebene V1 parallel verlaufenden, Bereich eine elektrisch isolierende Isolierstoffummantelung 5, insbesondere in Form einer Kunststoffum- mantelung, auf. Diese wird vorzugsweise mittels eines Spritzgussverfahrens auf das Gateblech 31 aufgebracht. Die vorzugsweise im Gateblech 31 a vorgesehenen ersten Löcher 315 gewährleisten dabei einen festen und sicheren Halt der Isolierstoffummantelung 5 am Gateblech 31 a. An einer Oberseite der Isolierstoffummantelung 5 ist eine Vielzahl von Zapfen 51 als Befestigungs- element gebildet. Die Zapfen sind dabei so angeordnet, dass das Emitterblech 32a derart auf das Gateblech 31 aufgelegt bzw. aufgesteckt werden kann, dass die Zapfen 51 teilweise durch im Emitterblech 32a gebildete zweite Löcher 325 hindurchragen. Das aufgelegte bzw. aufgesteckte Emitterblech 32a kann dann vorzugsweise mittels Ultraschall-Vernietung (engl,„ultrasonic rive- ting") mit der Isolierstoffummantelung 5 und somit mit dem Gateblech 31 a fest und in exakt de- finierter gegenseitiger räumlicher Lage verbunden werden. Die zweiten Löcher 325 dienen somit als Positionierungs- und/oder Befestigungslöcher.
[0039] Fig. 9b zeigt das Gateblech 31 a aus Fig. 9a in Aufsicht. Das Gateblech 31 a weist eine Vielzahl erster Löcher 315 auf, wobei die Zapfen 51 vorzugsweise über mindestens einem ersten Teil der ersten Löcher 315 vorgesehen sind. In Fig. 9b wurde der Übersichtlichkeit halber in einem Bereich der Gate-Leitungspfade 3141 , 3142 auf die Darstellung eines Teils der ersten Löcher 315 verzichtet.
[0040] Fig. 9c zeigt eine perspektivische Darstellung des Gateblechs 31 a aus Fig. 9a mit der aufgespritzten Isolierstoffummantelung 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.
[0041 ] Zusätzlich zum Emitterblech 32a können vorteilhaft auch ein oder mehrere Kollektorbleche 33 an der Isolierstoffummantelung 5 befestigt sein. Zu diesem Zweck können vorzugsweise zusätzliche, längere Zapfen an der Isolierstoffummantelung 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 32a auf das Gateblech 31 a aufgelegt bzw. aufgesteckt werden können. Dabei sind vorteilhaft am Gateblech 31 a, insbesondere als Teil der Isolierstoffummantelung 5 ausgebildete, Abstandhalter vorgesehen, um die Kollektorbleche 33 in einem definierten Abstand zu halten, so dass vorzugsweise der erste Abstand zwischen der Verteilebene V2 des Emitterblechs 32a und der Verteilebene V3 des Kollektorblechs 33 eingehalten wird. [0042] Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel weist das Emitterblech 32a sowohl den Emitteranschluss 321 als externen emitterseitigen Leistungsanschluss als auch den Hilfsemitteranschluss 322 als eferenzanschluss auf. Die Kontaktierungsanordnung stellt somit einen Schaltungsblock dar, welcher Kollektor-, Emitter-, Hilfskollektor-, Hilfsemitter- und Ga- teschaltkreise umfasst.
[0043] Fig. 9 zeigt eine Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Kontaktierungsanordnung für ein erfindungsgemässes Leistungshalbleitermodul.
[0044] Dabei ist das erste Verbindungsblech als Emitterblech 61 zur elektrisch leitenden Ver- bindung 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 Isolierstoffummantelung 5' des ersten Verbindungsblechs befestigt, welche in einem, vorzugsweise flächigen, Bereich des Emitterblechs 61 vorgesehen ist. Die Verteilebene VT 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 Isolierstoffummantelung 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.
[0045] Vorzugsweise ist an der Isolierstoffummantelung des ersten Verbindungsblechs ferner ein - in Fig. 9 nicht gezeigtes - drittes Verbindungsblech befestigt, welches als Gateblech ausgeführt ist. Vorzugsweise ist am Emitterblech 61 wiederum ein - in Fig. 9 nicht gezeigter - Hilfsemitteranschluss als Referenzanschluss vorgesehen.
[0046] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Leis- tungshalbleitermoduls 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 Isolierstoffummantelung 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 Isolierstoffummantelung 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 Isolierstoffummantelung des ersten Verbindungsblechs ferner ein drittes Verbindungsblech be- festigt, welches als Gateblech ausgeführt ist.
[0047] Gemäss der vorstehenden Beschreibung ist das zweite und ggf. dritte Verbindungsblech an der Isolierstoffummantelung des ersten Verbindungsblechs angenietet, vorzugsweise mittels Ultraschallvernietung. Vorteilhaft kann in allen vorstehenden Ausführungsbeispielen eine Befestigung jedoch auch mittels Klemmen oder Schnappverschlüssen oder einer Kombination ver- schiedener Verfahren bzw. Methoden erreicht werden, wobei an der Isolierstoffummantelung vorzugsweise entsprechende Befestigungselemente vorgesehen sind, insbesondere Steck-, Klemm-, oder Schnappverschlüsse bzw. -verbindugen, die vorzugsweise eine reversible Verbindung der Verbindungsbleche untereinander erlauben.
[0048] In sämtlichen vorstehenden Ausführungsbeispielen kommt für die Isolierstoffummante- lung 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.
[0049] Bei einem Einschalten bzw. Durchlässigschalten der Leistungshalbleitermodule gemäss eines der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele und somit der IGBTs der einzelnen Teilmodule 2, welches durch Anlegen einer positiven Steuer-Sollspannung zwischen Gatean- schluss 31 1 und Hiifsemitteranschluss 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 Hauptanschlüssen 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.
[0050] In Abweichung von der vorstehenden Beschreibung können Teilmodule auch anders aufgebaut sein als mit 5 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 Leistungs- transistoren und einer zweiten - unterschiedlichen oder gleichen - Anzahl gegenparallel geschalteter Dioden, insbesondere als Schutzdioden (engl,„freewheeling-",„snubber-" oder„fly- back-"Dioden) können vorteilhaft verwendet werden, insbesondere in Leistungshalbleitermodulen, die als oder für den Einsatz in Brücken- oder Halbbrückenschaltungen ausgelegt sind. Auch Leistungshalbleitermodulen. 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 Leistungshalbleiterelemente umfassend. Auch Leistungshalbleitermodule mit verschiedenen Leistungshalbleiter-Schaltelemente sind denkbar.
[0051] 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 Patentansprüche verschiedene Modifikationen von Einzelheiten vorgenommen werden, ohne dass daraus eine Abweichung von der Erfindung resultiert.
[0052] Die Erfindung gemäss den vorstehenden Ausführungsformen kann insbesondere in Form der und/oder in Kombination mit den nachstehenden Varianten realisiert werden, wobei die in Klammer gesetzten Bezugszeichen als lediglich exemplarische Hinweise auf Elemente aus den Figuren zu verstehen sind:
1 . 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, umfas- send
ein erstes Verbindungsblech (31 ), welches N erste Kontakte (313) aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den Steuerkontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, ein zweites Verbindungsblech (32), welches N zweite Kontakte (323) aufweist, über welche es elektrisch leitend mit ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist,
ein drittes Verbindungsblech (33), welches n dritte Kontakte (333) aufweist, über welche es elektrisch leitend mit zweiten Leistungskontakten zumindest einer Teilmenge enthaltend n < Λ/ der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, und wobei
zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente ein Referenzan- schluss (322) am zweiten Verbindungsblech (32) vorgesehen ist, welcher über die zweiten Kontakte (323) elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist.
Leistungshalbleitermodul nach Variante 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zu keinem der ersten Leistungskontakte ausser dem zweiten Verbindungsblech (32) eine weitere Zuleitung vorgesehen ist.
Leistungshalbleitermodul nach einer der vorangehenden Varianten, 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 Referenzan- schluss (322) am Referenzanschluss-Blech (32") gebildet ist.
Leistungshalbleitermodul nach einer der vorangehenden Varianten, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abgreifen einer Kollektorspannung ein Kontrollanschluss (332) am dritten Verbindungsblech (33) vorgesehen ist, welcher über die dritten Kontakte (333) elektrisch leitend mit den zweiten Leistungskontakten der Teilmenge der n Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist.
Leistungshalbleitermodul nach einer der vorangehenden Varianten, dadurch gekennzeichnet, dass zu keinem der n zweiten Leistungskontakte der Teilmenge ausser dem dritten Verbindungsblech (33) eine weitere Zuleitung vorgesehen ist.
Leistungshalbleitermodul nach einer der vorangehenden Varianten, 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 einer der vorangehenden Varianten, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Verteilebene (V1 ) des ersten Verbindungsblechs (31 ) der Basisebene benachbart oberhalb der Basisebene (S) angeordnet ist.
b) die Verteilebene (V2) des zweiten Verbindungsblechs (32) der Verteilebene (V1 ) des ersten Verbindungsblechs (31 ) auf einer der Basisebene (S) gegenüberliegenden Seite benachbart ist, und
c) die Verteilebene (V3) des dritten Verbindungsblechs (33) der Verteilebene (V2) des zweiten Verbindungsblechs (32) benachbart ist.
8. Leistungshalbleitermodui nach einer der vorangehenden Varianten, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verteilebene (V1 , V2, V3) eines jeden Verbindungsblechs (31 , 32, 33) eine elektrische Verteilung zwischen den Kontakten (313, 323, 333) und dem Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) des Verbindungsblechs gebildet ist.
9. Leistungshalbleitermodui nach einer der vorangehenden Varianten, 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 ge- schaltet sind.
10. Leistungshalbleitermodui nach einer der vorangehenden Varianten, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzanschluss-Blech in einer Nähe eines oder mehrerer zweiter Kontakte des zweiten Verbindungsblechs an diesem angebracht ist.
1 1 . Leistungshalbleitermodui nach einer der vorangehenden Varianten, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Leistungshalbleitermodui weitere, parallel zur Basisebene angeordnete
Leistungshalbleiter-Schaltelemente umfasst, und das erste und zweite Verbindungsblech weitere erste bzw. zweite Kontakte aufweisen, die mit dem Hauptanschluss des ersten bzw. zweiten Verbindungsblechs elektrisch leitend verbunden sind und die Steuerkontakte bzw. erste Leistungskontakte der weiteren Leistungshalbleiter-Schaltelemente kontaktieren. 12. Leistungshalbleitermodui nach einer der vorangehenden Varianten, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodui weitere, parallel zur Basisebene angeordnete Leistungshalbleiter-Schaltelemente eines zweiten Typs umfasst.
13. Kontaktierungsanordnung für ein Leistungshalbleitermodui, welches
a) eine Anzahl N parallel zu einer Basisebene (S) angeordneter Leistungshalblei- ter-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, b) wobei die Kontaktierungsanordnung zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte ein erstes Verbindungsblech (31 ), welches N erste Kontakte (313) aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den Steuerkontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist,
ein zweites Verbindungsblech (32), welches elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist, sowie ein drittes Verbindungsblech (33), welches elektrisch leitend mit zweiten Leistungskontakten zumindest einer Teilmenge enthaltend n < N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist, umfasst und wobei
c) zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente ein Referenzanschluss (322) am zweiten Verbindungsblech (32) vorgesehen ist, welcher über die zweiten Kontakte (323) elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist.
Kontaktierungsanordnung nach Variante 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Verbindungsbleche
eine Kontaktebene (K) mit Kontakten (313, 323, 333) zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte,
eine Anschlussebene (A) mit einem Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) und eine zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildete Verteilebene (V1 , V2, V3) zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) aufweist, wobei
die Verteilebene (V1 ) des ersten Verbindungsblechs (31 ) parallel zur Verteilebene (V2) des zweiten Verbindungsblechs (32) und parallel zur Verteilebene (V3) des dritten Verbindungsblechs (33) verläuft. 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 Hauptanschluss (31 1 , 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 (31 1 , 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 elektrisch isolierende Ummantelung, vorzugsweise eine Kunststoffummantelung, (5, 5') aufweist, an welcher ein Befestigungselement vorgesehen ist, und
das zweite Verbindungsblech (31 , 32, 33, 61 , 62) am Befestigungselement (5, 5') befestigt ist.
Leistungshalbleitermodul nach Variante 15, 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 Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) in der Anschlussebene (A) vorgesehen sind.
Leistungshalbleitermodul nach Variante 16, 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. 18. Leistungshalbleitermodul nach Variante 15. 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontak- tierungsanordnung 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.
19. Leistungshalbleitermodul nach Variante 18, 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 Hauptanschluss (31 1 , 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 Hauptanschluss (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.
20. Leistungshalbleitermodul nach Variante 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Verbindungsblech (31 , 32, 33, 61 , 62) an der Kunststoffummantelung (5, 5') befestigt ist.
21 . Leistungshalbleitermodul nach einer der Varianten 18 bis 20, 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.
22. Leistungshalbieitermodul nach einer der Varianten 15 bis 21 , 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 Hauptanschluss ein eferenzanschluss, insbesondere zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente, vorgesehen ist. 23. Leistungshalbleitermodul einer der Varianten 15-22. 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. 24. Leistungshalbleitermodul nach einer der Varianten 15 bis 20, 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.
25. Leistungshalbleitermodul nach Variante 24, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsblech (31 , 32, 33, 61 , 62), als zusätzlichen Hauptanschluss einen Referenzanschluss (322), insbesondere zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente, umfasst.
26. Leistungshalbleitermodul nach einer der Varianten 15 bis 20, 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.
27. Leistungshalbleitermodul einer der Varianten 15-26, 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.
28. Leistungshalbleitermodui einer der Varianten 15-27, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung (5, 5') aus Polyester, insbesondere Polybutylenterephthalat oder Polyetylen- terephthalat, gebildet und vorzugsweise faserverstärkt, insbesondere glasfaserverstärkt, ist.
29. Leistungshalbleitermodui einer der Varianten 15-28, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung (5, 5') mittels Spritzguss gebildet ist.
30. Leistungshalbleitermodui einer der Varianten 15-29, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kunststoffummantelung (5, 5') Elemente zur Verringerung einer thermischen Ausdehnung, insbesondere Glaskügelchen, eingegossen sind.
31 . Leistungshalbleitermodui einer der Varianten 15-30, 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.
32. Leistungshalbleitermodui einer der Varianten 15-31 , 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. 33. Leistungshalbleitermodul einer der Varianten 15-32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilmenge der Leistungshalbleiter-Schaltelemente eine Mehrzahl von Leistungstransistoren, insbesondere IGBTs, umfasst, welche auf einer Leiterplatine, vorzugsweise einem Acti- ve-Metal-Brazing-Substrat, angeordnet und elektrisch parallel geschaltet sind.
34. Leistungshalbleitermodul einer der Varianten 15-33, 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 Hauptanschluss des ersten bzw. zweiten Verbindungsblechs elektrisch leitend verbunden sind und die Steuerkontakte bzw. erste Leitungskontakte der weiteren Leistungshalbleiter-Schaltelemente kontaktieren.
35. Leistungshalbleitermodul einer der Varianten 15-34Hauptanschluss, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul weitere, parallel zur Basisebene angeordnete Leistungshalbleiter-Schaltelemente eines zweiten Typs umfasst.
36. 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 Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) zur externen Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Schaltelements (2) und
eine Verteilebene (V1 , V1 ', V2, V2', V3) zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Hauptanschluss (31 1 , 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
elektrisch isolierende Ummantelung, vorzugsweise eine Kunststoffummantelung, (5, 5') aufweist, an welcher ein Befestigungselement vorgesehen ist, und
das zweite Verbindungsblech (31 , 32, 33, 61 , 62) am Befestigungselement (5, 5') befestigt ist.
37. Kontaktierungsanordnung nach Variante 36, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Verbindungsbleche (31 , 32, 33, 61 , 62)
eine Kontaktebene (K) und eine Anschlussebene (A) umfasst, wobei die Vielzahl von Kontakten in der Kontaktebene (K) und der mindestens eine Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) in der Anschlussebene (A) vorgesehen sind.
38. Kontaktierungsanordnung nach Variante 37, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes der Verbindungsbleche (31 , 32, 33, 61. 62) die Verteilebene (V1 , V , V2, V2\ V3) zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildet ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Leistungshalbleitermodul, umfassend
a) ein Modulgehäuse, innerhalb dessen
b) eine Anzahl N parallel zu einer Basisebene (S) angeordneter Leistungshalbleiter-Schaltelemente (2) angeordnet ist,
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, c) eine Kontaktierungsanordnung zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte, umfassend
· ein erstes Verbindungsblech (31 ), welches N erste Kontakte (313) aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den Steuerkontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist,
ein zweites Verbindungsblech (32), welches N zweite Kontakte (323) aufweist, über welche es elektrisch leitend mit ersten Leistungskontakten der N Leistungshalblei- ter-Schaltelemente verbunden ist,
ein drittes Verbindungsblech (33), welches n dritte Kontakte (333) aufweist, über welche es elektrisch leitend mit zweiten Leistungskontakten zumindest einer Teilmenge enthaltend n < Λ/ der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist, und wobei
· zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente ein ausserhalb des Modulgehäuses angeordneter eferenzanschluss (322) am zweiten Verbindungsblech (32) vorgesehen ist, welcher über die zweiten Kontakte (323) elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente ver- bunden ist.
2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass jedes der Verbindungsbleche (31 , 32, 33) jeweils einen ausserhalb des Modulgehäuses angeordneten Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) aufweist.
3. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Verbindungsbleche (31 , 32, 33), vorzugsweise gas- und/oder flüssigkeitsdicht, durch eine Wandung oder Wand des Modulgehäuses geführt ist.
4. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zu keinem der ersten Leistungskontakte ausser dem zweiten Verbindungsblech (32) eine weitere Zuleitung vorgesehen ist.
5. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verbindungsblech (32) ein Referenzanschluss-Blech (32") um- fasst, welches mittels einer elektrisch leitenden Verbindung, vorzugsweise einer Niet- oder Schweissverbindung, am zweiten Verbindungsblech (32) angebracht ist, und wobei der Re- ferenzanschluss (322) am Referenzanschluss-Blech (32") gebildet ist.
6. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass zum Abgreifen einer Kollektorspannung ein Kontrolianschluss (332) am dritten Verbindungsblech (33) vorgesehen ist, welcher über die dritten Kontakte (333) elektrisch leitend mit den zweiten Leistungskontakten der Teilmenge der n Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbunden ist.
7. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu keinem der n zweiten Leistungskontakte der Teilmenge ausser dem dritten Verbindungsblech (33) eine weitere Zuleitung vorgesehen ist.
8. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass jedes der Verbindungsbleche
eine Kontaktebene (K) mit Kontakten (313, 323, 333) zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte, eine Anschlussebene (A) mit einem Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) und eine zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildete Verteilebene (V1 , V2, V3) zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) aufweist, wobei
· die Verteilebene (V1 ) des ersten Verbindungsblechs (31 ) parallel zur Verteilebene
(V2) des zweiten Verbindungsblechs (32) und parallel zur Verteilebene (V3) des dritten Verbindungsblechs (33) verläuft.
9. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das erste, zweite und dritte Verbindungsblech (31 , 32, 33) derart angeordnet sind, dass deren Verteilebenen (V1 , V2, V3) parallel zur Basisebene (S) verlaufen.
10. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Verteilebene (V1 ) des ersten Verbindungsblechs (31 ) der Basisebene benachbart oberhalb der Basisebene (S) angeordnet ist,
b) die Verteilebene (V2) des zweiten Verbindungsblechs (32) der Verteilebene (V1 ) des ersten Verbindungsblechs (31 ) auf einer der Basisebene (S) gegenüberliegenden Seite benachbart ist, und
c) die Verteilebene (V3) des dritten Verbindungsblechs (33) der Verteilebene (V2) des zweiten Verbindungsblechs (32) benachbart ist.
1 1. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verteilebene (V1 , V2, V3) eines jeden Verbindungsblechs (31 , 32, 33) eine elektrische Verteilung zwischen den Kontakten (313, 323, 333) und dem Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) des Verbindungsblechs gebildet ist.
12. 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.
13. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzanschluss-Blech in einer Nähe eines oder mehrerer zweiter Kontakte des zweiten Verbindungsblechs an diesem angebracht ist.
14. 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 Hauptanschluss des ersten bzw. zweiten Verbindungsblechs elektrisch leitend verbunden sind und die Steuerkontakte bzw. erste Leistungskontakte der weiteren Leistungshalbleiter-Schaltelemente kontaktieren.
15. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitermodul weitere, parallel zur Basisebene angeordnete Leistungshalbleiter-Schaltelemente eines zweiten Typs umfasst.
16. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 -3, 5-1 1 oder 13-14, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzanschluss (322) einstückig am zweiten Verbindungsblech (32) angeformt ist.
17. Kontaktierungsanordnung für ein Leistungshalbleitermodul, welches
a) eine Anzahl N parallel zu einer Basisebene (S) 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, b) wobei die Kontaktierungsanordnung zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte ein erstes Verbindungsblech (31 ), welches N erste Kontakte (313) aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den Steuerkontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist,
ein zweites Verbindungsblech (32), welches N zweite Kontakte (323) aufweist, über welche es elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist, sowie
ein drittes Verbindungsblech (33), welches n dritte Kontakte (333) aufweist, über welche es elektrisch leitend elektrisch leitend mit zweiten Leistungskontakten zumindest einer Teilmenge enthaltend n < N der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist, umfasst und wobei
c) zum Anlegen einer Steuer-Sollspannung zwischen den Steuerkontakten und den ersten Leistungskontakten der Leistungshalbleiter-Schaltelemente ein Referenzanschluss (322) am zweiten Verbindungsblech (32) vorgesehen ist, welcher über die zweiten Kontakte (323) elektrisch leitend mit den ersten Leistungskontakten der N Leistungshalbleiter-Schaltelemente verbindbar ist.
18. Kontaktierungsanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzanschluss (322) einstückig am zweiten Verbindungsblech (32) angeformt ist.
19. Kontaktierungsanordnung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekenn- zeichnet, dass jedes der Verbindungsbleche
eine Kontaktebene (K) mit Kontakten (313, 323, 333) zur Kontaktierung der Schaltelement-Kontakte,
eine Anschlussebene (A) mit einem Hauptanschluss (31 1 , 321 , 331 ) und eine zwischen Kontakt- und Anschlussebene gebildete Verteilebene (V1 , V2, V3) zur elektrischen Verbindung der Kontakte mit dem Hauptanschluss (31 1 , 321 ,
331 ) aufweist, wobei
die Verteilebene (V1 ) des ersten Verbindungsblechs (31 ) parallel zur Verteilebene (V2) des zweiten Verbindungsblechs (32) und parallel zur Verteilebene (V3) des dritten Verbindungsblechs (33) verläuft.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105789193A (zh) * 2016-05-03 2016-07-20 扬州国扬电子有限公司 一种设有绝缘隔板的功率模块
WO2017078818A3 (en) * 2015-10-20 2017-07-13 Cree, Inc. High voltage power module
US10080301B2 (en) 2013-10-17 2018-09-18 Cree, Inc. High voltage power chip module
USD908632S1 (en) 2018-09-17 2021-01-26 Cree Fayetteville, Inc. Power module

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1548829A2 (de) * 2003-11-29 2005-06-29 Semikron Elektronik GmbH Patentabteilung Leistungshalbleitermodul und Verfahren seiner Herstellung
EP1758440A2 (de) * 2005-08-26 2007-02-28 Hitachi, Ltd. Halbleiterbauelement und Umrichter dasselbe verwendend
EP1930945A1 (de) 2006-12-05 2008-06-11 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Leistungshalbleitermodul

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1548829A2 (de) * 2003-11-29 2005-06-29 Semikron Elektronik GmbH Patentabteilung Leistungshalbleitermodul und Verfahren seiner Herstellung
EP1758440A2 (de) * 2005-08-26 2007-02-28 Hitachi, Ltd. Halbleiterbauelement und Umrichter dasselbe verwendend
EP1930945A1 (de) 2006-12-05 2008-06-11 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Leistungshalbleitermodul

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10080301B2 (en) 2013-10-17 2018-09-18 Cree, Inc. High voltage power chip module
WO2017078818A3 (en) * 2015-10-20 2017-07-13 Cree, Inc. High voltage power module
US9839146B2 (en) 2015-10-20 2017-12-05 Cree, Inc. High voltage power module
US10448524B2 (en) 2015-10-20 2019-10-15 Cree, Inc. High voltage power module
US10750627B2 (en) 2015-10-20 2020-08-18 Cree Fayetteville, Inc. High voltage power module
US11206740B2 (en) 2015-10-20 2021-12-21 Cree Fayetteville, Inc. High voltage power module
EP4170711A3 (de) * 2015-10-20 2023-07-19 Wolfspeed, Inc. Hochspannungsleistungsmodul
CN105789193A (zh) * 2016-05-03 2016-07-20 扬州国扬电子有限公司 一种设有绝缘隔板的功率模块
USD908632S1 (en) 2018-09-17 2021-01-26 Cree Fayetteville, Inc. Power module

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