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Die
Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das in einem Leistungsstromrichter
wie beispielsweise einer Wechselrichtereinheit verwendet wird, und
insbesondere die Struktur eines Steueranschlusses in einem Halbleiterbauelement
wie beispielsweise einem IGBT (leitfähigkeitsmodulierter Transistor).
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In
einer mit Leistungselektronik ausgerüsteten Vorrichtung, wie beispielsweise
einem Mehrzweck-Wechselrichter,
einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, einer Werkzeugmaschine
oder einem Industrieroboter, kommt ein Leistungsmodul zum Einsatz.
Das Leistungsmodul beinhaltet in seinem Gehäuse einen Leistungsschaltkreis,
in welchem eine Mehrzahl von IGBT-Chips kombiniert sind, Ansteuerschaltungen,
welche die IGBTs ansteuern, und dergleichen. Diese Ansteuerschaltungen
sind mit verschiedenen, außerhalb
des Gehäuses
ausgebildeten Anschlüssen
verbunden. Beispielsweise weist ein in einem Wechselrichter verwendetes
Leistungsmodul an seiner Außenseite
P- und N-Anschlussplatten als Gleichstromeingang und -ausgang, und
einen Steueranschluss für
Steuersignale auf. Jeder Steueranschluss besteht aus einer Mehrzahl
von Stiften oder plattenartigen Fahnen, deren jeweiliges eine Ende
beispielsweise mit Ansteuerschaltungen für IGBTs verbunden ist, und
einem Anschlussisolierblock, der diese Stifte oder Fahnen haltert.
Der Anschlussblock ist am Gehäuse
beispielsweise mittels eines Nachformverfahrens, einer Klebverbindung,
Verschrauben oder dergleichen verbunden.
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Bei
der Verwendung dieses Leistungsmoduls befestigt der Benutzer einen
Hauptstromkreis am Bauelement (Modul) durch Verschrauben an den Anschlussplatten.
In diesem Fall wird eine Steuerschaltung an dem Bauelement, d.h.
dem im Gehäuse angeordneten
Leistungsmodul, in der folgenden Weise befestigt. Insbesondere wird
eine Platine, die ein Steuer-IC und dergleichen beinhaltet, direkt
mit einem sich vom Anschlussblock erstreckenden Stift oder einer
Fahne verlötet,
oder ein Stift oder eine Fahne, die sich direkt vom Anschlussblock
erstreckt, wird in eine Steckverbindungseinrichtung eingeführt, die
mit der Platine verbunden oder an dieser befestigt ist.
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Wie
zuvor beschrieben, erfordert ein herkömmliches Halbleiterbauelement,
dass durch den Benutzer ein Verlöten
oder ein Einsetzen von Steckverbindern erfolgt, und die Lohnkosten
für den
Verdrahtungsvorgang und die Teilekosten sind beträchtlich.
Unter diesen Umständen
wurde ein Halbleiterbauelement mit einer Struktur vorgeschlagen,
mit der die Material- und Bearbeitungskosten des Produktes dadurch
verringert werden, dass das durch den Benutzer erfolgende Verlöten der
Steueranschlüsse
mit einer außerhalb
eines Gehäuses
angeordneten Steuerschaltungsplatine entfällt (siehe z.B. JP 2001-144249
A (die letzten zwei Absätze
der ersten Ausführungsform
in 3)).
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Bei
diesem Halbleiterbauelement weist jeder Steueranschluss eine Balgfeder
oder eine Schraubenfeder auf und ist mit einer externen Steuerschaltungsplatine
elektrisch verbunden, und zwar nicht durch Verlöten, sondern mittels eines
Druckkontaktes unter Verwendung der Federkraft des Steueranschlusses.
Der Steueranschluss ist in einem Kunstharzgehäuse gehaltert, und zwar ist
er in die Seitenwände
des Kunstharzgehäuses
eingegossen. Die an den Seitenwänden
des Kunstharzgehäuses "konzentriert" angeordneten Steueranschlüsse sind
mit einem im Gehäuse
angeordneten Substrat unter Verwendung von Kontaktierdrähten (Bonddrähten) verbunden.
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Jedoch
sind bei einem herkömmlichen
Halbleiterbauelement alle Steueranschlüsse in die Seitenwände eines
Kunstharzgehäuses
eingegossen und die Positionen der Steueranschlüsse sind auf die unmittelbare
Umgebung des Umfangs des Kunstharzgehäuses eingeschränkt. Demgemäß müssen, auch wenn
der Benutzer anstrebt, die Verdrahtung zwischen den Steueranschlüssen und
der externen Steuerschaltungsplatine dadurch zu minimieren, dass
die Steueranschlüsse
in der Mitte des Halbleiterbauelementes angeordnet werden, nicht
nur bei dem im Gehäuse
angeordneten Substrat, sondern auch bei der über die Steueranschlüsse verbundenen
externen Steuerschaltungsplatine, Drähte von ihren Verbindungszwischenpositionen
zumindest bis zu den Positionen der Seitenwände geführt werden. Daher besteht nur
eine geringe Flexibilität
für die
Positionen der Steueranschlüsse
und das Verdrahtungslayout.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, bei einem Halbleiterbauelement, welches als
Steueranschluss einen Federanschluss verwendet, eine freie Festlegung
der Position des Federanschlusses zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Halbleiterbauelement gemäß den Patentansprüchen 1 und
5 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
diesen Halbleiterbauelementen ist jeder Federanschluss durch den
Rahmen oder den Anschlussaufnahmeteil der Abdeckung gelagert. Mit dieser
Anordnung kann der Federanschluss an einer frei wählbaren
Position innerhalb der Seitenwände des
Gehäuses
angeordnet werden.
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Ein
Halbleiterbauelement gemäß der Erfindung
gewährleistet
eine Verbindung mit einer externen Steuerschaltungsplatine unter
Nutzung der elastischen Kraft der Federanschlüsse. Dies ermöglicht eine
elektrische Verbindung mit der externen Steuerschaltungsplatine
ohne Verlöten.
Somit kann das Halbleiterbauelement an einer Steuerschaltungsplatine
ungehindert und mühelos
montiert und von dieser demontiert werden.
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Da
jeder Federanschluss an einer frei wählbaren Position innerhalb
der Seitenwände
des Gehäuses
angeordnet werden kann, können
die Anschlussdrähte
der über
die Federanschlüsse
verbundenen externen Steuerschaltungsplatine minimiert werden, und
der Einfluss von über
die Anschlussdrähte
eingestreuten Störsignalen
kann verhindert werden.
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Ausführungsbeispiele,
bei denen die Erfindung für
ein IGBT-Leistungsmodul als Halbleiterbauelement Anwendung findet,
werden nachfolgend beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert; es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht, welche das Aussehen eines Halbleiterbauelementes gemäß der Erfindung zeigt;
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2 einen
Querschnitt, welcher darstellt, wie Steueranschlüsse in einem Halbleiterbauelement gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
befestigt sind;
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3 eine
detaillierte Ansicht, welche jeden der Steueranschlüsse von 2 in
einem vergrößerten Maßstab zeigt;
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4 einen
Querschnitt von 3 in der durch den Pfeil a angegebenen
Richtung;
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5 einen
Querschnitt, welcher darstellt, wie Steueranschlüsse in einem Halbleiterbauelement gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
befestigt sind;
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6 eine
detaillierte Ansicht, welche jeden der Steueranschlüsse von 5 in
einem vergrößerten Maßstab zeigt;
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7 eine
detaillierte Ansicht, welche darstellt, wie der Steueranschluss
von 6 weiter durch einen Rahmen positioniert wird.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Die 1 bis 4 zeigen
ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Gemäß Darstellung
in den 1 und 2 weist ein IGBT-Leistungsmodul 1 eines
oder mehrere Halbleiterbauelemente, etwa in Form eines IGBT 13 als
Leistungs-Halbleiterbauteil, und ein innerhalb eines Gehäuses angeordnetes
Substrat 12 auf. Das IGBT-Leistungsmodul 1 mit
dem in 1 dargestellten Aussehen weist auf: Anschlussplatten 3 und 4, welche
als Gleichstrom-Leistungseingang dienen, Anschlussplatten 5 und 6,
welche als Leistungsausgang dienen, und an einem einen Außenrahmen
bildenden Gehäuse 2 vorgesehen
sind, und für
Steuersignale dienende Federanschlüsse 8, die durch eine Abdeckung 7 hindurch
herausgeführt
sind. Das Gehäuse 2 weist
auch Schraubenlöcher 9 und
Stifte 10 auf. Der Benutzer positioniert eine Steuerschaltungsplatine
unter Verwendung der integral mit der Abdeckung 7 ausgebildeten
Stifte 10 außerhalb
des IGBT-Leistungsmoduls 1 und
befestigt die Steuerschaltungsplatine an den Schraubenlöchern 9.
Bei diesem IGBT-Leistungsmodul 1 dienen die Federanschlüsse 8 als
Steueranschlüsse
für die
Steuersignale, und somit ist es lediglich erforderlich, dass der
Benutzer die externe Steuerschaltungsplatine in das IGBT-Leistungsmodul 1 einschraubt.
Dies macht es möglich, die
Belastung des stromführenden
Teils eines jeden Federanschlusses 8 auf einem geeigneten
Niveau zu halten, und macht es unnötig, dass der Benutzer z.B. ein
Verlöten
der externen Steuerschaltungsplatine oder ein Einsetzen der Steckverbinder
vornehmen muss.
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Wie
in 2 dargestellt, weist das IGBT-Leistungsmodul 1 in
seinem Inneren eine Grundplatte 11 zur Wärmeabführung auf.
Ein im Gehäuse angeordnetes
Substrat 12, das eine Keramik als Basismaterial verwendet
und eine mit einer Kupferplatte bedeckte Unterseite aufweist, ist
auf die Grundplatte 11 aufgelötet. Auf der Vorderseite des
Substrats 12 ist ein Schaltungsmuster ausgebildet. Ein
Leistungshalbleiterteil umfasst das Substrat 12, den IGBT 13, der
auf dem Substrat 12 montiert ist, und eines oder mehrere
Halbleiterbauelemente, etwa eine oder mehrere Freilaufdioden, die
nicht dargestellt sind und ebenfalls auf dem Substrat 12 montiert
sind. An der Rückseite
des IGBT 13 vorhandene Elektroden sowie die Freilaufdiode(n)
sind mit dem Schaltungsmuster des Substrats 12 verbunden,
und Elektroden an der Vorderseite sind mittels Drähten 14 mit
dem Schaltungsmuster verbunden. Ein Ende der Federanschlüsse 8 ist
jeweils mit einer Elektrode für
Steuersignale im Leistungshalbleiterteil verbunden, insbesondere
mit einem Schaltungsmuster, das mit dem Gateanschluss des IGBT 13 verbunden
ist, und zwar entweder über
ein Lot oder über
einen leitenden Klebstoff. Das Halbleiterbauelement kann ein intelligentes
Leistungsmodul (IPM) sein. Ein IPM ist ein IGBT-Leistungsmodul mit
eingebauter Treiberschaltung für
den IGBT. Eine Treiberschaltung gibt Steuersignale für das Gate
des IGBT als Reaktion auf ein Steuersignal aus, das von einer externen
Steuerschaltungsplatine geliefert wird. Die Steuerschaltungsplatine
ist über
die Federanschlüsse 8 angeschlossen. D.h.,
ein Ende der Treiberschaltung für
den IGBT 13 bzw. des IPM ist mit einem Schaltungsmuster
verbunden, mit dem die Federanschlüsse 8 verlötet sind.
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Ein
Rahmen 15 ist innerhalb der Abdeckung 7 angeordnet,
und aus Kunstharz bestehende Anschlussaufnahmeteile 16 sind
integral mit dem Rahmen 15 an Positionen angeordnet, an
welchen die Federanschlüsse 8 angeordnet
sind. Jeder Federanschluss 8 ist durch den zugehörige Anschlussaufnahmeteil 16 des
Rahmens 15 gehaltert, hingegen steht er um die Federkompressionstoleranz
A aus einer Ebene 17 hervor, die mit der externen Steuerschaltungsplatine
(nachfolgend als "Platinenkontaktebene" bezeichnet) in Kontakt
kommt. Demgemäß werden,
wenn die (nicht dargestellte) externe Steuerschaltungsplatine unter
Verwendung der Positionierstifte 10 positioniert wird und
dann mittels der zur Platinenbefestigung dienenden Schraublöcher 9 bezüglich der
Platinenkontaktebene 17 am IGBT-Leistungsmodul 1 befestigt
wird, die Federanschlüsse 8 durch
die externe Steuerschaltungsplatine auf die Federsolllänge B zusammengedrückt.
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Die
Platinenkontaktebene 17 der Steuerschaltungsplatine muss
lediglich höher
sein als die Anschlussaufnahmeteile 16 des Rahmens 15 und braucht
nicht in einer Ebene mit diesen zu liegen. Die Kompressionstoleranz
A für die
Federanschlüsse 8 ist
durch die Höhe
der im Gehäuse 2 ausgebildeten Schraublöcher 9 zur
Platinenbefestigung definiert, d.h. die Position der Platinenkontaktebene 17.
Dies verhindert, dass durch die Steuerschaltungsplatine über die
Federanschlüsse 8 ein übermäßiger Druck auf
den Rahmen 15 ausgeübt
wird.
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Der
Rahmen 15 insgesamt ist z.B. in Form eines Gitters ausgebildet
und weist eine große
Anzahl von Öffnungen 18 auf.
Diese Öffnungen 18 ermöglichen,
bei in das Gehäuse
eingesetztem Rahmen 15, einen Zugang eines Lötkolbens
oder eines Heißgases
zu Teilen, an denen die Federanschlüsse 8 mit den Elektroden
für die
Steuersignale der Ansteuerschaltungen verlötet werden, die am im Gehäuse angeordneten
Substrat angebracht sind.
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Wie
in 3 dargestellt, weist jeder Federanschluss 8 auf:
Einen gewendelten Teil 20, der an seinem oberen Ende eine
Anschlusskontaktfläche 19 aufweist,
welche sich in direktem Druckkontakt mit der externen Steuerschaltungsplatine
befindet, einen geradlinigen Teil 21, der am unteren Ende
des gewendelten Teils 20 integral ausgebildet ist und sich zum
gewendelten Teil 20 koaxial erstreckt, und einen verlöteten Teil 22,
der am unteren Ende des geradlinigen Teils 21 integral
ausgebildet ist und mit der zugehörigen Elektrode des im Gehäuse angeordneten Substrates
verlötet
ist.
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Der
Anschlussaufnahmeteil 16 des Rahmens 15, welches
den gewendelten Teil 20 eines jeweiligen Federanschlusses 8 aufnimmt,
weist einen sich verjüngenden
Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 auf, gegen den das
untere Ende des gewendelten Teils 20 zur Anlage kommt.
Demgemäß wird, wenn
die externe Steuerschaltungsplatine am IGBT-Leistungsmodul 1 befestigt
wird, der gewendelte Teil 20 des Federanschlusses 8 gegen
den Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 gedrückt. Dies
bringt die Anschlusskontaktfläche 19 mit
einer geeigneten Federkraft in Druckkontakt mit einer an der externen Steuerschaltungsplatine
angeordneten Schaltung und gewährleistet
elektrischen Durchgang.
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Die
zur Anschlusskontaktfläche 19 des
Federanschlusses 8 entgegengesetzte Seite weist den geradlinigen
Teil 21 auf, welcher für
elektrischen Durchgang zum im Gehäuse angeordneten Substrat 12 sorgt.
Der geradlinige Teil 21 hat eine Länge, welche dem Abstand vom
unteren Ende des gewendelten Teils 20 zu dem im Gehäuse angeordneten
Substrat 12 entspricht, und ist durch Verlöten mit
der zugehörigen
Elektrode. des im Gehäuse
angeordneten Substrates 12 verlötet. Der geradlinige Teil 21 ist
koaxial zum gewendelten Teil 20 angeordnet, um eine Drehbewegung
des Federanschlusses 8 zu verhindern, wenn dieser in den
zugehörigen
Anschlussaufnahmeteil 16 des Rahmens 15 eingeführt wird.
Im Hinblick auf seine Beständigkeit
gegenüber
einer thermischen Ermüdung
weist das verlötete
Teil 22 eine ringartige Struktur auf, um seine Anschlussfläche zu vergrößern.
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Wenn
der verlötete
Teil 22 des Federanschlusses 8 an die Elektrode
des im Gehäuse
angeordneten Substrates 12 angeschlossen ist, ist der geradlinige
Teil 21 des Federanschlusses 8 zwischen dem Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 und
der Elektrode des im Gehäuse
angeordneten Substrates 12 angeordnet. Das eine Ende des
geradlinigen Teils 21 ist an der Elektrode des im Gehäuse angeordneten
Substrates 12 durch eine Lötverbindung befestigt und das
andere Ende wird durch den Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 fixiert.
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Beim
IGBT-Leistungsmodul 1 kommt als Basismaterial eine wärmebeständige Keramik
zur Anwendung, die als Isoliermaterial für das im Gehäuse angeordnete
Substrat 12 dient, und das im Gehäuse angeordnete Substrat 12 weist
einen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf, der sich von dem der Grundplatte 11 unterscheidet,
auf welcher das im Gehäuse
angeordnete Substrat 12 verlötet ist. Aus diesem Grund wird,
wenn Wärme
während
des Betriebs des IGBT-Leistungsmoduls 1 erzeugt wird, durch
den unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffzienten der miteinander
durch Löten
verbundenen Bauelemente eine Verwerfung der Grundplatte 11 bewirkt. Wenn
in der Grundplatte 11 eine Verwerfung auftritt, erfolgt
eine Relativbewegung zwischen der Position des verlöteten Teils 22 eines
jeweiligen Federanschlusses 8 und der Position des Federanschluss-Druckaufnahmeteils 23 des
zugehörigen
Federanschlussteils 16, und eine Belastung tritt im geradlinigen
Teil 21 und dem verlöteten
Teil 22 des Federanschlusses 8 auf. Einer der
Federanschlüsse 8, der
in der Nähe
der Mitte der Grundplatte 11 angeordnet ist, unterliegt
einer beträchtlichen
Relativbewegung (in einigen Fällen
einer Verschiebung von einigen 100 μm). Dies bewirkt eine hohe Belastung
des verlöteten
Teils 22 des Federanschlusses 8, was zu einer
Verringerung der Zuverlässigkeit
führt.
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Eine
auf den verlöteten
Teil 22 einwirkende Belastung, die durch derartige häufige thermische Zyklen
verursacht wird, wird dadurch verhindert, dass der Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 sich verjüngend ausgebildet
ist. Insbesondere wird, da sich der Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 verjüngt, lediglich
der Umfang des gewendelten Teils 20 des Federanschlusses 8 durch
den Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 abgestützt. Wie
in 4 dargestellt, ist ein Verbindungsteil 24,
welcher den gewendelten Teil 20 und den geradlinigen Teil 21 verbindet,
zwischen diesen vorhanden. Durch das elastische Nachgeben des Verbindungsteils 24 wird die
Relativbewegung zwischen dem Anschlussstück des verlöteten Teils 22 und
dem Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 absorbiert, was
eine Verringerung der auf das Anschlussstück des verlöteten Teils 22 einwirkenden
Belastung ermöglicht.
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Mit
dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
wurde ein Fall beschrieben, bei dem der Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 sich
verjüngt, derart
dass der Verbindungsteil 24 in axialer Richtung des geradlinigen
Teils 21 verformt werden kann. Es braucht lediglich der
Umfang des gewendelten Teils 20 des Federanschlusses 8 durch
den Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 abgestützt zu werden. Demgemäß kann der
Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 einen Niveauunterschied
aufweisen, so dass lediglich der Umfang des gewendelten Teils 20 abgestützt wird.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun anhand der 5 bis 7 beschrieben.
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Das
eigentliche IGBT-Leistungsmodul 1 ist im in 2 dargestellten
Gehäuse 2 untergebracht und
weist ähnliches
Aussehen auf. Wie in 5 dargestellt, ist ein im Gehäuse angeordnetes
Substrat 12, bei dem Keramik als Basismaterial benutzt
wird und das eine mit einer Kupferplatte bedeckte Unterseite aufweist,
im Gehäuse 2 des
IGBT-Leistungsmoduls 1 zur Wärmeabführung auf eine Grundplatte 11 gelötet. Auf
der Vorderseite des Substrats 12 ist ein Schaltungsmuster
ausgebildet. Ein Leistungshalbleiterteil umfasst das Substrat 12,
den IGBT 13, der auf dem Substrat 12 montiert
ist, und eines oder mehrere Halbleiterbauelemente, etwa eine oder
mehrere Freilaufdioden, die nicht dargestellt sind und ebenfalls auf
dem Substrat 12 montiert sind. An der Rückseite des IGBT 13 vorhandene
Elektroden sowie die Freilaufdiode(n) sind mit dem Schaltungsmuster
des Substrats 12 verbunden, und Elektroden an der Vorderseite
sind mittels Drähten 14 mit
dem Schaltungsmuster verbunden. Ein Ende der Federanschlüsse 8 ist
jeweils mit einer Elektrode für
Steuersignale im Leistungshalbleiterteil verbunden, insbesondere
mit einem Schaltungsmuster, das mit dem Gateanschluss des IGBT 13 verbunden
ist, und zwar entweder über
ein Lot oder über
einen leitenden Klebstoff. Hauptelektroden eines oder mehrerer Leistungs-Halbleiterbauelemente,
insbesondere die Kollektorelektrode eines IGBT, die Emitterelektrode
eines IGBT, die Anode einer Freilaufdiode und Kathode einer Freilaufdiode
sind mit im Gehäuse 2 angeordneten
Hauptelektroden 25 verbunden. Alternativ können die
Hauptelektroden 25 mit dem Schaltungsmuster 12 verbunden
sein, das seinerseits mit den Hauptelektroden des oder der Leistungs-Halbleiterbauelemente
verbunden ist. Die Oberseiten der im Gehäuse 2 angeordneten
Hauptelektroden 25 sind so angeordnet, dass sie auf einem
Niveau mit den zur Befestigung einer Platine dienenden Schraublöchern 9 liegen.
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Das
Halbleiterbauelement kann ein intelligentes Leistungsmodul (IPM)
sein. Ein IPM ist ein IGBT-Leistungsmodul
mit eingebauter Treiberschaltung für den IGBT. Eine Treiberschaltung
gibt Steuersignale für
das Gate des IGBT als Reaktion auf ein Steuersignal aus, das von
einer externen Steuerschaltungsplatine geliefert wird. Die Steuerschaltungsplatine
ist über
die Federanschlüsse 8 angeschlossen.
D.h., ein Ende der Treiberschaltung für den IGBT 13 bzw.
des IPM ist mit einem Schaltungsmuster verbunden, mit dem die Federanschlüsse 8 verlötet sind.
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Die
aus Kunstharz bestehenden Anschlussaufnahmeteile 16 sind
integral mit der Abdeckung 7 ausgebildet, und zwar an Positionen,
an welchen die Federanschlüsse 8 angeordnet
sind. Jeder Federanschluss 8 weist gewendelte Teile von
unterschiedlichem Außendurchmesser
auf (die später
noch beschrieben werden). Bei jedem Anschlussaufnahmeteil 16 der
Abdeckung 7 ist eine Anschlussherausführöffnung 16a so ausgebildet,
dass sie einen geringeren Durchmesser als der Außendurchmesser desjenigen gewendelten
Teils des zugehörigen
Federanschlusses 8 aufweist, welcher einen größeren Außendurchmesser
als der andere gewendelte Teil aufweist. Somit wird der Federanschluss 8 durch
den Anschlussaufnahmeteil 16 gehalten und erstreckt sich
dabei um die Federkompressionstoleranz A aus einer Platinenkontaktebene 17 einer
externen Steuerschaltungsplatine 26 heraus, so dass er
sich nicht vom Gehäuse 2 löst.
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Die
Platinen-Befestigungsschraublöcher 9 und
die Positionierstifte 10 sind an vorbestimmten Positionen
im Gehäuse 2 ausgebildet.
Die externe Steuerschaltungsplatine 26 wird unter Verwendung der
Positionierstifte 10 positioniert und wird dann mittels
der Schraublöcher 9 bezüglich der
Platinenkontaktebene 17 am IGBT-Leistungsmodul 1 befestigt. Dabei
wird der gewendelte Teil eines jeden Federanschlusses 8 durch
die Steuerschaltungsplatine 26 auf eine Federsolllänge zusammengedrückt. Die
Kompressionstoleranz A für
die Federanschlüsse 8 ist durch
die Höhe
der im Gehäuse 2 ausgebildeten Schraubenlöcher 9 zur
Platinenbefestigung definiert, d.h. die Position der Platinenkontaktebene 17.
Dies verhindert, dass durch die befestigte Steuerschaltungsplatine 26 über die
Federanschlüsse 8 auf
das im Gehäuse
angeordnete Substrat 12 ein übermäßig großer Druck ausgeübt wird
und kann einen geeigneten Kontakt gewährleisten.
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Wie
in 6 dargestellt, weist jeder Federanschluss 8 auf:
Einen gewendelten Teil 20, der aus einem ersten gewendelten
Teil 20a mit einer Anschlusskontaktfläche 19 an seinem oberen
Ende, die sich in direktem Druckkontakt mit der externen Steuerschaltungsplatine 26 befindet,
und einem zweiten gewendelten Teil 20b besteht, der integral
und koaxial am anderen Ende des ersten gewendelten Teils 20a ausgebildet
ist und einen größeren Außendurchmesser
als der erste gewendelte Teil 20a aufweist, einen geradlinigen
Teil 21, der am unteren Ende des gewendelten Teils 20 integral
ausgebildet ist und sich koaxial zum gewendelten Teil 20 erstreckt,
und einen verlöteten
Teil 22, der am unteren Ende des geradlinigen Teils 21 integral
ausgebildet ist und mit der zugehörigen Elektrode des im Gehäuse angeordneten Substrates
verlötet
ist.
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Der
erste gewendelte Teil 20a des Federanschlusses 8 wird
von der Anschlussherausführöffnung 16a des
zugehörigen
Anschlussaufnahmeteils 16 aufgenommen, hingegen wird der
zweite gewendelte Teil 20b von einer in der Abdeckung 7 ausgebildeten Öffnung 7a aufgenommen.
Die Anschlussherausführöffnung 16a und
die Öffnung 7a sind
koaxial ausgebildet. Da der Durchmesser der Öffnung 7a größer ist
als der Durchmesser der Anschlussherausführöffnung 16a, wird an
der Grenzfläche
zwischen diesen Teilen eine Stufe 16b gebildet. Wenn die
externe Steuerschaltungsplatine 26 am Gehäuse 2 des IGBT-Leistungsmoduls 1 befestigt
wird, erfolgt ein Komprimieren des gewendelten Teils 20 des
Federanschlusses 8. Dies bringt die Anschlusskontaktfläche 19 des
Federanschlusses 8 mittels einer geeigneten Federkraft
in Druckkontakt mit einer auf der externen Steuerschaltungsplatine 26 angeordneten Schaltung
und sorgt für
elektrischen Durchgang.
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Die
zur Anschlusskontaktfläche 19 des
Federanschlusses 8 entgegengesetzte Seite weist den geradlinigen
Teil 21 auf, der für
eine leitende Verbindung zum im Gehäuse angeordneten Substrat 12 sorgt.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben, weist der geradlinige Teil 21 eine Länge auf,
welche dem Abstand vom unteren Ende des gewendelten Teils 20 zum
im Gehäuse
angeordneten Substrat 12 entspricht, und der verlötete Teil 22 ist
durch Verlöten
an die zugehörige
Elektrode des im Gehäuse angeordneten
Substrates 12 angeschlossen.
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Die
Vorbereitung der externen Steuerschaltungsplatine 26 erfolgt
im Allgemeinen von Seiten des Benutzers, und die Handhabung des
gewendelten Teils 20 eines jeden Federanschlusses 20 erfolgt mit
einem gewendelten Teil, der aus der Abdeckung 7 um die
Federkompressionstoleranz A hervorragt. Aus diesem Grund kann bei
der Handhabung eines herkömmlichen
IGBT-Leistungsmoduls oder der Montage der Steuerschaltungsplatine 26 ein
Zug an der Anschlusskontaktfläche 19 des
Federanschlusses 8 verursacht werden, wodurch eine Belastung entsteht.
Demgemäß kann eine
sichere Verbindung zwischen dem verlöteten Teil 22 und
dem im Gehäuse
angeordneten Substrat 12 beeinträchtigt werden.
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Beim
zweiten Ausführungsbeispiel
ist eine Stufe 16b an der Grenzfläche zwischen der Abdeckung 7 und
einem jeweiligen auf der Abdeckung ausgebildeten Anschlussaufnahmeteil 16 vorhanden, und
der zugehörige
zweite gewendelte Teil 20b verhindert, dass sich der Federanschluss 8 vom
Gehäuse 2 löst. Somit
wird, auch wenn ein Zug an der Anschlusskontaktfläche 19 des
Federanschlusses 8 verursacht wird, die Verbindung zum
im Gehäuse
angeordneten Substrat 12 nicht nachteilig beeinflusst. Ein
Ende des geraden Teils 21 der Federanschlüsse 8,
das mit einem Schaltungsmuster entweder verlötet oder mittels eines leitenden
Klebstoffs verbunden ist, ist mit einem Lot oder einem leitenden
Klebstoff, das eine L-Form, eine kreisförmige Form oder derglei chen,
jedenfalls keine geradlinige Form aufweist, verbunden. Eine solche
Form verhindert das Abziehen von den Elektroden und verbessert die
Fixierung an dem Schaltungsmuster 12.
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Um
die Federanschlüsse 8 und
das im Gehäuse
angeordnete Substrat 12 durch Verlöten miteinander zu verbinden,
ist ein Erwärmen
auf ca. 250°C
erforderlich. Wenn die Federanschlüsse 8 erhitzt werden,
können
sie glühend
werden. Wenn andererseits ein warmaushärtender leitender Klebstoff verwendet
wird, braucht die Erwärmungstemperatur für das Aushärten lediglich
ca. 150°C
zu betragen. Ein warmaushärtender
leitender Klebstoff ist insofern vorteilhaft, da er keine Erwärmung auf
eine hohe Temperatur erfordert und die Federanschlüsse 8 die ihnen
eigene Federwirkung nicht verlieren.
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7 ist
eine detaillierte Ansicht, welche zeigt, wie ein Steueranschluss
von 6 durch einen Rahmen positioniert wird.
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Der
Rahmen 15 in seiner Gesamtheit ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel
z.B. als Gitter ausgebildet und weist eine große Anzahl von Öffnungen auf.
Diese Öffnungen
ermöglichen
bei in das Gehäuse
eingesetztem Rahmen 15 den Zugang eines Lötkolbens
oder von heißem
Gas zu Teilen, bei denen die Federanschlüsse 8 mit den Elektroden
für die Steuersignale
der Ansteuerschaltungen verlötet
werden, die an dem im Gehäuse
angeordneten Substrat 12 angebracht sind. Das untere Ende
des zweiten gewendelten Teils 20b eines jeden Federanschlusses 8 kommt
gegen den sich verjüngenden
Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 des Rahmens 15 zur Anlage.
Wenn die externe Steuerschaltungsplatine 26 am Gehäuse 2 befestigt
ist, dient der Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 als
Basis für
das Komprimieren (Einfedern) des gewendelten Teils 20.
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Daher
kann eine auf das verlötete
Teil 22 einwirkende Belastung, die wie zuvor beschrieben
durch thermische Zyklen verursacht wird, dadurch verhindert werden,
dass der Federanschluss-Druckaufnahmeteil 23 sich verjüngend ausgebildet
wird.