DE102024127006B3

DE102024127006B3 - Power semiconductor module with a first and a second DC load connection

Info

Publication number: DE102024127006B3
Application number: DE102024127006.3A
Authority: DE
Inventors: Nedzad Bakija
Original assignee: Semikron Danfoss Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Danfoss Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2024-09-19
Filing date: 2024-09-19
Publication date: 2026-01-15
Anticipated expiration: 2044-09-20

Abstract

Vorgestellt wird ein Leistungshalbleitermodul mit einem Substrat mit einer Normalenrichtung und einer Schaltungsanordnung in Halbbrückentopologie, mit einem Gehäuse mit einer Deckfläche und mit einem ersten Gleichspannungs-Lastanschluss, einem zweiten Gleichspannungs-Lastanschluss und einem Wechselspannungs-Lastanschluss, wobei jeder Lastanschluss ausgebildet ist durch erste und zweite Kontaktelemente, die vom Substrat ausgehend in Normalenrichtung durch zugeordnete Ausnehmungen der Deckfläche reichen und dort hervorstehen, wobei die jeweiligen Lastanschlüsse eine jeweilige erste und eine zweite Reihe von ersten und zweiten Kontaktelementen aufweisen, wobei die erste und zweite Reihe aller Gleichspannungs-Kontaktelemente, vorzugsweise aller Gleichspannungs- und Wechselspannungs-Kontaktelemente, auf parallelen voneinander beabstandeten Geraden angeordnet sind, wobei zwischen einer ersten Reihen (40,50) von ersten Kontaktelementen (44,54) eines Gleichspannungs-Lastanschlusses (4,5) und einer zweiten Reihe (42,52) von zweiten Kontaktelementen (46,56) dieses Gleichspannungs-Lastanschlusses (4,5) eine erste Reihe (40,50) von ersten Kontaktelementen eines anderen Gleichspannungs-Lastanschlusses (4,5) angeordnet sind. A power semiconductor module is presented, comprising a substrate with a normal direction and a circuit arrangement in a half-bridge topology, a housing with a cover surface, and a first DC load connection, a second DC load connection, and an AC load connection. Each load connection is formed by first and second contact elements extending from the substrate in a normal direction through associated recesses in the cover surface and protruding therefrom. The respective load connections have a first and a second row of first and second contact elements. The first and second rows of all DC contact elements, preferably all DC and AC contact elements, are arranged on parallel, spaced-apart straight lines. Between a first row (40, 50) of first contact elements (44, 54) of a DC load connection (4, 5) and a second row (42, 52) of second contact elements (46, 56) of this DC load connection (4, 5), a first row (40, 50) are arranged from first contact elements of another DC load terminal (4,5).

Description

Die Erfindung beschreibt ein Leistungshalbleitermodul mit einem Substrat mit einer Normalenrichtung und einer Schaltungsanordnung in Halbbrückentopologie, mit einem Gehäuse mit einer Deckfläche und mit einem ersten Gleichspannungs-Lastanschluss, einem zweiten Gleichspannungs-Lastanschluss und einem Wechselspannungs-Lastanschluss, wobei jeder Lastanschluss ausgebildet ist durch erste und zweite Kontaktelemente.The invention describes a power semiconductor module with a substrate having a normal direction and a circuit arrangement in half-bridge topology, with a housing having a cover surface and with a first DC load connection, a second DC load connection and an AC load connection, wherein each load connection is formed by first and second contact elements.

Die DE 196 30 173 A1 offenbart ein Leistungsmodul, bestehend aus Halbleiterbauelementen und passiven elektronischen Bauteilen, beschrieben, das bei Druckkontaktierung aller Last- und Steueranschlüsse mit einer kundenspezifischen Leiterplatte oder ihr ähnlichen äußeren Verbindungselementen eine einfache Montage und zerstörungsfreie Demontage auf einer Kühleinrichtung mittels Verschraubung ermöglicht. Hierzu wird das Gehäuse des Moduls mit Druckkontaktfedern, die ein günstiges Relaxationsverhalten ausweisen, für alle elektrischen Anschlüsse und zur gleichmäßigen Druckverteilung versehen.The DE 196 30 173 A1 This document discloses a power module, consisting of semiconductor components and passive electronic components, which, with pressure contact of all load and control connections to a customer-specific printed circuit board or similar external connecting elements, enables easy assembly and non-destructive disassembly on a cooling device by means of screws. For this purpose, the module housing is provided with pressure contact springs, which exhibit favorable relaxation behavior, for all electrical connections and for uniform pressure distribution.

Die DE 10 2016 119 631 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul mit einem Druckeinleitkörper, mit einem Schaltungsträger, der mit einer ersten Leiterbahn, einem hierauf angeordneten Leistungshalbleiterbauelement und einer internen Verbindungseinrichtung ausgebildet ist, mit einem Gehäuse, das mit einer darin angeordneten Führungseinrichtung ausgebildet ist mit einem Anschlusselement. Hierbei ist das Anschlusselement ausgebildet als ein Bolzen mit einem ersten und einem zweiten Endabschnitt und einem dazwischen ausgebildeten Zwischenabschnitt, wobei der erste Endabschnitt auf dem Schaltungsträger aufliegt und elektrisch leitend damit verbunden ist, und wobei der zweite Endabschnitt durch eine Ausnehmung aus dem Gehäuse herausragt und wobei das Anschlusselemente in der zugeordneten Führungseinrichtung angeordnet ist. Der Druckeinleitkörper weist hierbei einen ersten, starren Teilkörper und eine zweiten, elastischen Teilkörper auf, wobei der zweite Teilkörper in Richtung des Gehäuses aus dem ersten Teilkörper hervorstehtThe DE 10 2016 119 631 A1 The disclosure relates to a power semiconductor module comprising a pressure inlet element, a circuit carrier formed with a first conductor track, a power semiconductor device arranged thereon, and an internal connection device, a housing formed with a guide device arranged therein, and a connection element. The connection element is designed as a bolt with a first and a second end section and an intermediate section formed between them, wherein the first end section rests on the circuit carrier and is electrically connected to it, and wherein the second end section projects out of the housing through a recess, and wherein the connection element is arranged in the associated guide device. The pressure inlet element comprises a first, rigid sub-body and a second, elastic sub-body, wherein the second sub-body projects out of the first sub-body in the direction of the housing.

Die DE 10 2014 110 617 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodulsystem mit einem Leistungshalbleitermodul und einer Leiterplatte. Das Leistungshalbleitermodul weist ein Modulgehäuse mit einer Oberseite auf, eine erste Anschlussgruppe, sowie eine zweite Anschlussgruppe. Die erste Anschlussgruppe weist wenigstens einen ersten elektrischen Anschluss auf, oder wenigstens zwei erste elektrische Anschlüsse, die dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die zweite Anschlussgruppe weist wenigstens einen zweiten elektrischen Anschluss auf, oder wenigstens zwei zweite elektrische Anschlüsse, die dauerhaft elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Leiterplatte, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, ist derart an dem Leistungshalbleitermodul montierbar, dass im montierten Zustand jeder erste Anschluss mit der ersten Elektrode elektrisch leitend verbunden ist und dass jeder zweite Anschluss mit der zweiten Elektrode elektrisch leitend verbunden ist. Das Leistungshalbleitermodulsystem weist weiterhin einen ersten Isolationssteg und/oder einen zweiten Isolationssteg auf. Im Fall eines ersten Isolationsstegs ist dieser auch im unmontierten Zustand an der Leiterplatte befestigt, und im montierten Zustand ist er zwischen der ersten Anschlussgruppe und der zweiten Anschlussgruppe angeordnet. Im Fall eines zweiten Isolationsstegs ist dieser auch im unmontierten Zustand an der Leiterplatte befestigt, und im montierten Zustand ist er auf der dem Leistungshalbleitermodul abgewandten Seite der Leiterplatte zwischen der ersten Anschlussgruppe und der zweiten Anschlussgruppe angeordnet.The DE 10 2014 110 617 A1 Disclosed is a power semiconductor module system comprising a power semiconductor module and a printed circuit board. The power semiconductor module has a module housing with a top surface, a first terminal group, and a second terminal group. The first terminal group has at least one first electrical connection, or at least two first electrical connections, which are permanently electrically connected to each other. The second terminal group has at least one second electrical connection, or at least two second electrical connections, which are permanently electrically connected to each other. The printed circuit board, which has a first electrode and a second electrode, can be mounted on the power semiconductor module such that, in the mounted state, each first connection is electrically connected to the first electrode and each second connection is electrically connected to the second electrode. The power semiconductor module system further comprises a first insulating rib and/or a second insulating rib. In the case of a first insulating rib, it is also attached to the printed circuit board in the unmounted state, and in the mounted state, it is arranged between the first terminal group and the second terminal group. In the case of a second insulating rib, this is also attached to the circuit board in the unmounted state, and in the mounted state it is located on the side of the circuit board facing away from the power semiconductor module between the first terminal group and the second terminal group.

Die EP 3 624 325 A1 offenbart einen Phasenzweig für einen Wechselrichter, welcher ein Schaltmodul mit einer Schaltvorrichtung, eine Stromleitung, die mit dem Schaltmodul verbunden ist und in elektrischer Verbindung mit der Schaltvorrichtung steht, und eine Antriebsleitung, umfasst. Die Antriebsleitung ist mit dem Schaltmodul verbunden, steht in elektrischer Verbindung mit der Schaltvorrichtung und ist von der Stromleitung getrennt, um die Erwärmung eines an die Antriebsleitung angeschlossenen Antriebsmoduls durch die Stromleitung fließenden Strom zu begrenzen. Außerdem werden ein Multilevel-Wechselrichter und ein Verfahren zur Herstellung des Phasenzweigen für Wechselrichter offenbart.The EP 3 624 325 A1 Disclosing a phase branch for an inverter, the phase branch comprises a switching module with a switching device, a power line connected to the switching module and electrically connected to the switching device, and a drive line. The drive line is connected to the switching module, electrically connected to the switching device, and separated from the power line to limit the heating of a drive module connected to the drive line by the current flowing through the power line. A multilevel inverter and a method for manufacturing the phase branch for the inverter are also disclosed.

In Kenntnis der genannten Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Leistungshalbleitermodul zu schaffen dessen Gleichspannungs-Lastanschlüsse verbessert ausgebildet und zueinander angeordnet sind.In light of the aforementioned circumstances, the invention is based on the objective of creating a power semiconductor module whose DC load connections are designed and arranged in an improved manner.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Leistungshalbleitermodul mit einem Substrat mit einer Normalenrichtung und einer Schaltungsanordnung in Halbbrückentopologie, mit einem Gehäuse mit einer Deckfläche und mit einem ersten Gleichspannungs-Lastanschluss, einem zweiten Gleichspannungs-Lastanschluss und einem Wechselspannungs-Lastanschluss, wobei jeder Lastanschluss ausgebildet ist durch erste und zweite Kontaktelemente, die vom Substrat ausgehend in Normalenrichtung durch zugeordnete Ausnehmungen der Deckfläche reichen und dort hervorstehen, wobei die jeweiligen Lastanschlüsse eine jeweilige erste und eine zweite Reihe von ersten und zweiten Kontaktelementen aufweisen, wobei die erste und zweite Reihe aller Gleichspannungs-Kontaktelemente, vorzugsweise aller Gleichspannungs- und Wechselspannungs-Kontaktelemente, auf parallelen voneinander beabstandeten Geraden angeordnet sind, wobei zwischen einer ersten Reihe von ersten Kontaktelementen eines ersten Gleichspannungs-Lastanschlusses und einer zweiten Reihe von zweiten Kontaktelementen dieses Gleichspannungs-Lastanschlusses eine erste Reihe von ersten Kontaktelementen eines anderen Gleichspannungs-Lastanschlusses angeordnet sind.The problem is solved according to the invention by a power semiconductor module with a substrate having a normal direction and a circuit arrangement in a half-bridge topology, with a housing having a cover surface and with a first DC load connection, a second DC load connection and an AC load connection, wherein each load connection is formed by first and second contact elements which extend from the substrate in a normal direction through associated recesses in the cover surface and protrude therefrom, wherein the respective load connections have a respective first and a second row of first and second contact elements, wherein the first and The second row of all DC contact elements, preferably all DC and AC contact elements, are arranged on parallel, spaced-apart straight lines, wherein a first row of first contact elements of another DC load connection is arranged between a first row of first contact elements of a first DC load connection and a second row of second contact elements of this DC load connection.

Bei einer Mehrzahl von Schaltungsanordnungen sind selbstverständlich die jeweiligen Gleichspannungs-Lastanschlüsse und der jeweils zugeordnete Wechselspannungs-Lastanschluss entsprechend ausgebildet.In most circuit arrangements, the respective DC load connections and the corresponding AC load connection are of course designed accordingly.

Grundsätzlich kann es, insbesondere falls die Schaltungsanordnung eine Drei-Level-Halbbrücke ausbildet, vorteilhaft sein, wenn ein dritter Gleichspannungs-Lastanschluss mit einer ersten und zweiten Reihe von ersten und zweiten Kontaktelementen in gleicher Weise wie der erste und zweite Gleichspannungs-Lastanschluss ausgebildet und angeordnet ist. Hierbei kann zwischen einer ersten Reihe von ersten Kontaktelementen eines Gleichspannungs-Lastanschlusses und einer zweiten Reihe von zweiten Kontaktelementen dieses Gleichspannungs-Lastanschlusses jeweils eine erste Reihe von ersten Kontaktelementen der anderen Gleichspannungs-Lastanschlüsse angeordnet sein.In principle, it can be advantageous, particularly if the circuit arrangement forms a three-level half-bridge, if a third DC load terminal is designed and arranged with a first and second row of first and second contact elements in the same way as the first and second DC load terminals. In this case, a first row of first contact elements from the other DC load terminals can be arranged between a first row of first contact elements of one DC load terminal and a second row of second contact elements of that same DC load terminal.

Es ist vorteilhaft, wenn die Kontaktelemente als Lot-, Press-Pin- oder Federkontaktelemente ausgebildet sind.It is advantageous if the contact elements are designed as solder, press-pin or spring contact elements.

Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, wenn ein durchgehende Montageausnehmung vorzugsweise zentral angeordnet ist und vorzugsweise der fachüblichen Fixierung des Leistungshalbleitermoduls auf einer Kühleinrichtung dient.It can also be advantageous if a continuous mounting recess is preferably arranged centrally and preferably serves the purpose of fixing the power semiconductor module to a cooling device in the usual manner.

Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn eine Mehrzahl von Hilfskontaktelementen, die vorzugsweise identisch zu den Kontaktelementen der Lastanschlüsse ausgebildet sind, in einem Hilfskontakt-Flächenbereich der Deckfläche angeordnet sind, der zwischen einem durch alle Gleichspannungs-Lastanschlüsse ausgebildeten Gleichspannungs-Flächenbereich der Deckfläche und einem durch den Wechselspannungs-Lastanschluss ausgebildeten Wechselspannungs-Flächenbereich der Deckfläche angeordnet ist. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn die Montageausnehmung in Normalenrichtung betrachtet im Hilfskontakt-Flächenbereich angeordnet ist.It can further be advantageous if a plurality of auxiliary contact elements, preferably identical to the contact elements of the load terminals, are arranged in an auxiliary contact area of the cover surface, which is located between a DC voltage area of the cover surface formed by all DC load terminals and an AC voltage area of the cover surface formed by the AC load terminal. It can be advantageous if the mounting recess, viewed in the normal direction, is located in the auxiliary contact area.

Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn jede Reihe mindestens drei, vorzugsweise mindestens fünf, Kontaktelemente aufweist.In principle, it is preferred if each row has at least three, preferably at least five, contact elements.

Es kann auch bevorzugt sein, wenn die Kontaktelemente einer Reihe nicht äquidistant angeordnet sind, sondern bevorzugt in mindestens zwei Gruppen angeordnet sind. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn bei zwei Gruppen die Anzahl von jeweiligen Kontaktelementen unterschiedlich ist. Alternativ kann es vorteilhaft sein, wenn bei drei Gruppen die mittlere Gruppe eine kleinere oder größere Anzahl an Kontaktelementen aufweist als die äußeren Gruppen, die jeweils die gleiche Anzahl an Kontaktelementen aufweisen.It may also be preferred if the contact elements of a row are not arranged equidistantly, but preferably in at least two groups. In this case, it may be advantageous if the number of contact elements differs between two of the groups. Alternatively, if there are three groups, it may be advantageous if the middle group has a smaller or larger number of contact elements than the outer groups, which each have the same number of contact elements.

Selbstverständlich können, sofern dies nicht explizit oder per se ausgeschlossen ist oder dem Gedanken der Erfindung widerspricht, die jeweils im Singular genannten Merkmale oder Gruppen von Merkmalen, beispielhaft die Schaltungsanordnung, mehrfach in dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul vorhanden sein.Of course, unless explicitly or per se excluded or contrary to the idea of the invention, the features or groups of features mentioned in the singular, for example the circuit arrangement, can be present multiple times in the power semiconductor module according to the invention.

Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung, einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the various embodiments of the invention can be implemented individually or in any combination to achieve improvements. In particular, the features mentioned and explained above and below can be used not only in the combinations specified, but also in other combinations or individually, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1, 2, 3, 4, 5, 6 bis 7 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.

1 und 2 zeigen ein gattungsgemäßes Leistungshalbleitermodul nach dem Stand der Technik in verschiedenen Schnittansichten.
3 zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in schematischer Draufsicht.
4 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in schematischer Draufsicht.
5 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in schematischer Draufsicht.
6 zeigt eine vierte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in schematischer Draufsicht.
7 zeigt eine fünfte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in schematischer Draufsicht.

Further explanations of the invention, advantageous details and features, will become apparent from the following description of the invention contained in the 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 until 7 schematically illustrated embodiments of the invention, or of respective parts thereof.

1 and 2 The figures show a generic power semiconductor module according to the state of the art in various sectional views.
3 shows a first embodiment of a power semiconductor module according to the invention in a schematic top view.
4 shows a second embodiment of a power semiconductor module according to the invention in a schematic top view.
5 shows a third embodiment of a power semiconductor module according to the invention in a schematic top view.
6 shows a fourth embodiment of a power semiconductor module according to the invention in a schematic top view.
7 shows a fifth embodiment of a power semiconductor module according to the invention in a schematic top view.

1 und 2 zeigen ein gattungsgemäßes Leistungshalbleitermodul 1 nach dem Stand der Technik in verschiedenen Schnittansichten, eine dreidimensionale in 1 und ein zweidimensionale in 2. Jeweils dargestellt ist ein Leistungshalbleitermodul 1 mit einem Substrat 2, das einer Normalenrichtung N aufweist, die hier mit der z-Richtung zusammenfällt. Auf dem Substrat 2 ist eine Schaltungsanordnung 20 in fachüblicher Zwei- oder Mehrlevel-Halbbrückentopologie ausgebildet. In dieser Ausgestaltung sind eine Mehrzahl hier drei Halbbrückentopologien auf dem Substrat 2 ausgebildet. Das Substrat 2 kann zusätzlich eine hier nicht dargestellte ebenfalls fachüblich metallische Grundplatte aufweisen. Weiterhin dargestellt ist ein Gehäuse 3, das hier becherartig ausgebildet ist. Das ohne Beschränkungen der Allgemeinheit einstückig ausgebildete Gehäuse 3 überdeckt das Substrat 2 und weist dem Substrat 2 gegenüber liegend und parallel dazu eine Deckfläche 30 auf. 1 and 2 show a generic power semiconductor module 1 according to the state of the art in various sectional views, a three-dimensional in 1 and a two-dimensional in 2 Each figure shows a power semiconductor module 1 with a substrate 2 having a normal direction N that coincides with the z-direction. A circuit arrangement 20 in a standard two- or multi-level half-bridge topology is formed on the substrate 2. In this configuration, a plurality of three half-bridge topologies are formed on the substrate 2. The substrate 2 can additionally have a standard metallic base plate (not shown). A housing 3, which is cup-shaped, is also shown. The housing 3, formed in one piece without limitations of generality, covers the substrate 2 and has a cover surface 30 opposite and parallel to the substrate 2.

Das Leistungshalbleitermodul 1 weist weiterhin Gleichspannungs-Lastanschlüsse 4,5, Wechselspannungs-Lastanschlüsse 6 sowie Hilfskontaktelemente 90 auf, die alle als gleichartige Federkontaktelemente ausgebildet sind. Diese Federkontaktelemente, sind mit dem Substrat 2, genauer mit Leiterbahnen des Substrats 2, elektrisch leitend verbunden und reichen in Normalenrichtung N durch zugeordnete Ausnehmungen 300 der Deckfläche 30 hindurch und stehen dort zur externen Kontaktierung hervor. Selbstverständlich können alternative Kontaktelement, insbesondere Lötkontaktelemente, die vorzugsweise stiftartig ausgebildet sind oder fachübliche Press-Pin-Kontaktelemente vorgesehen sein.The power semiconductor module 1 further comprises DC load terminals 4, 5, AC load terminals 6, and auxiliary contact elements 90, all designed as identical spring contact elements. These spring contact elements are electrically connected to the substrate 2, more precisely to conductor tracks of the substrate 2, and extend in the normal direction N through associated recesses 300 of the cover surface 30, protruding there for external contact. Of course, alternative contact elements, in particular solder contact elements, which are preferably pin-shaped, or conventional press-pin contact elements can be provided.

3 zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in schematischer Draufsicht. Grundsätzlich sind in dieser und den folgenden erfindungsgemäßen Ausgestaltungen das Substrat 2, das Gehäuse 3 und die Kontaktelemente identisch zu denjenigen der 1 und 2 ausgebildet. Allerdings sind die Ausnehmungen des Gehäuses 3 nicht explizit dargestellt. Auch sind von den Kontaktelementen nur die Positionen der Kontaktabschnitte, die aus dem Gehäuse 3 herausragen, dargestellt. 3 Figure 1 shows a schematic top view of a first embodiment of a power semiconductor module according to the invention. In principle, in this and the following embodiments according to the invention, the substrate 2, the housing 3, and the contact elements are identical to those of the 1 and 2 formed. However, the recesses of the housing 3 are not explicitly shown. Furthermore, only the positions of the contact sections protruding from the housing 3 are shown.

Die jeweiligen Lastanschlüsse 4,5,6 dieses Leistungshalbleitermodul weisen erfindungsgemäß jeweilig eine erste und eine zweite Reihe 40,42,50,52,60,62 von ersten und zweiten Kontaktelementen 44,46,54,56,64,66 auf. Dargestellt ist ein erster Gleichspannungs-Lastanschluss 4, der ausgebildet ist als eine erste und zweite Reihe 40,42 von ersten Gleichspannungs-Kontaktelemente 44,46, die auf zwei parallelen voneinander beabstandeten Geraden 400,420 angeordnet sind.According to the invention, the respective load terminals 4, 5, 6 of this power semiconductor module each have a first and a second row 40, 42, 50, 52, 60, 62 of first and second contact elements 44, 46, 54, 56, 64, 66. A first DC load terminal 4 is shown, which is configured as a first and second row 40, 42 of first DC contact elements 44, 46, which are arranged on two parallel, spaced-apart straight lines 400, 420.

Die ersten sieben Gleichspannungs-Kontaktelemente 44 der ersten Reihe 40 des ersten Gleichspannungs-Lastanschlusses 4 sind äquidistant auf einer Geraden 400 in x-Richtung angeordnet. Die zweiten sieben Gleichspannungs-Kontaktelemente 46 der zweiten Reihe 42 des ersten Gleichspannungs-Lastanschlusses 4 sind äquidistant auf einer unmittelbar benachbarten, parallelen Geraden 420 in x-Richtung angeordnet.The first seven DC contact elements 44 of the first row 40 of the first DC load terminal 4 are arranged equidistantly on a straight line 400 in the x-direction. The second seven DC contact elements 46 of the second row 42 of the first DC load terminal 4 are arranged equidistantly on an immediately adjacent, parallel straight line 420 in the x-direction.

Die ersten sieben Gleichspannungs-Kontaktelemente 54 der ersten Reihe 50 des zweiten Gleichspannungs-Lastanschlusses 5 sind äquidistant auf einer Geraden 500 angeordnet. Die zweiten sieben Gleichspannungs-Kontaktelemente 56 der zweiten Reihe 52 des zweiten Gleichspannungs-Lastanschlusses 5 sind äquidistant auf einer parallelen Geraden 520 angeordnet.The first seven DC contact elements 54 of the first row 50 of the second DC load terminal 5 are arranged equidistantly on a straight line 500. The second seven DC contact elements 56 of the second row 52 of the second DC load terminal 5 are arranged equidistantly on a parallel straight line 520.

Die jeweiligen Gleichspannungs-Kontaktelemente des ersten und zweiten Gleichspannungs-Lastanschlusses 4,5 bilden Gruppen aus, die in y-Richtung betrachtet vollständig überlappend angeordnet sind. Sämtliche Geraden 400,420,500,520 auf denen Gleichspannungs-Kontaktelemente 44,46,54,56 angeordnet sind verlaufen parallel zueinander. Die zweite Reihe 42 des ersten Gleichspannungs-Lastanschlusses 4 ist von der ersten Reihe 50 des zweiten Gleichspannungs-Lastanschlusses weiter entfernt als die erste Reihe 40 des ersten Gleichspannungs-Lastanschlusses 4.The respective DC contact elements of the first and second DC load terminals 4, 5 form groups that are arranged in a completely overlapping manner when viewed in the y-direction. All straight lines 400, 420, 500, 520 on which DC contact elements 44, 46, 54, 56 are arranged run parallel to each other. The second row 42 of the first DC load terminal 4 is further away from the first row 50 of the second DC load terminal than the first row 40 of the first DC load terminal 4.

Die sieben Wechselspannungs-Kontaktelemente 64 der ersten Reihe 60 des Wechselspannungs-Lastanschlusses 6 sind äquidistant auf einer Geraden 600 angeordnet. Die zweiten sieben Wechselspannungs-Kontaktelemente 66 der zweiten Reihe 62 des Wechselspannungs-Lastanschlusses 6 sind äquidistant auf einer parallelen Geraden 620 angeordnet.The seven AC contact elements 64 of the first row 60 of the AC load terminal 6 are arranged equidistantly on a straight line 600. The second seven AC contact elements 66 of the second row 62 of the AC load terminal 6 are arranged equidistantly on a parallel straight line 620.

Sämtliche Kontaktelemente 44,46,54,56,64,66 des ersten und zweiten Gleichspannungs-Lastanschlusses 4,5 und des Wechselspannungs-Lastanschlusses 6 bilden Gruppen aus, die in y-Richtung betrachtet vollständig überlappend angeordnet sind. Sämtliche Geraden 400,420,500,520,600,620 auf denen Gleichspannungs- oder Wechselspannungs-Kontaktelemente 44,46,54,56,64,66 angeordnet sind verlaufen parallel zueinander. Die zweite Reihe 42 des zweiten Gleichspannungs-Lastanschlusses 5 ist von der ersten Reihe 60 des Wechselspannungs-Lastanschlusses 6 weiter entfernt als die erste Reihe 50 des zweiten Gleichspannungs-Lastanschlusses 5.All contact elements 44, 46, 54, 56, 64, 66 of the first and second DC load terminals 4, 5 and of the AC load terminal 6 form groups that are arranged in a completely overlapping manner when viewed in the y-direction. All straight lines 400, 420, 500, 520, 600, 620 on which DC or AC contact elements 44, 46, 54, 56, 64, 66 are arranged run parallel to each other. The second row 42 of the second DC load terminal 5 is further away from the first row 60 of the AC load terminal 6 than the first row 50 of the second DC load terminal 5.

Grundsätzlich können alle Kontaktelemente nicht nur in zwei, sondern auch in drei oder mehr Reihen angeordnet sein.Basically, all contact elements can be arranged not only in two, but also in three or more rows.

4 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in schematischer Draufsicht. Diese unterscheidet sich von der ersten Ausgestaltung dadurch, dass die Kontaktelemente einer Reihe nicht äquidistant angeordnet sind. Die Gleichspannungs-Kontaktelemente 44,46,54,56 sind pro Gerade 400,420,500,520 in drei Gruppen 440,442,444,464 angeordnet, wobei die jeweils äußeren Gruppen zwei und die jeweils innere Gruppe drei Gleichspannungs-Kontaktelemente 44,46,54,56 aufweist. Die Wechselspannungs-Kontaktelemente 64,66 sind pro Gerade 600,620 in zwei Gruppen 640,642,662 angeordnet, wobei jeweils eine Gruppe 640 vier und die andere jeweilige Gruppe 642,662 drei Wechselspannungs-Kontaktelemente 64,66 aufweist. 4 Figure 1 shows a second embodiment of a power semiconductor module according to the invention in a schematic top view. This differs from the first embodiment in that the contact elements of a row are not arranged equidistantly. The DC contact elements 44, 46, 54, 56 are arranged in three groups 440, 442, 444, 464 per straight line 400, 420, 500, 520, wherein the outer groups each have two and the inner group each has three DC contact elements 44, 46, 54, 56. The AC contact elements 64, 66 are arranged in two groups 640, 642, 662 per straight line 600, 620, wherein one group 640 has four and the other respective group 642, 662 has three AC contact elements 64, 66.

Die jeweiligen Gruppen 440,442,444,464 der Gleichspannungs-Kontaktelemente 44,46,54,56 des ersten und zweiten Gleichspannungs-Lastanschlusses 4,5 sind in y-Richtung betrachtet vollständig überlappend angeordnet.The respective groups 440,442,444,464 of the DC voltage contact elements 44,46,54,56 of the first and second DC voltage load terminal 4,5 are arranged in a completely overlapping manner when viewed in the y-direction.

5 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in schematischer Draufsicht. Hierbei ist zwischen einer ersten Reihe 40 von ersten Kontaktelementen 44 des ersten Gleichspannungs-Lastanschlusses 4 und der zweiten Reihe 42 von zweiten Kontaktelementen 46 dieses ersten Gleichspannungs-Lastanschlusses 4 die erste Reihe 50 von ersten Kontaktelementen 54 des zweit Gleichspannungs-Lastanschlusses 5 angeordnet. 5 Figure 1 shows a third embodiment of a power semiconductor module according to the invention in a schematic top view. Here, the first row 50 of first contact elements 54 of the second DC load terminal 5 is arranged between a first row 40 of first contact elements 44 of the first DC load terminal 4 and the second row 42 of second contact elements 46 of this first DC load terminal 4.

Sämtliche Gleichspannungs-Lastanschlüsse 4,5 bilden hier einen Gleichspannungs-Flächenbereich 430 der Deckfläche 30 aus. Der Wechselspannungs-Lastanschluss 6 bildeten einen Wechselspannungs-Flächenbereich 630 der Deckfläche 30 aus. Zwischen dem Gleichspannungs-Flächenbereich 430 und dem Wechselspannungs-Flächenbereich 630 ist ein Hilfskontakt-Flächenbereich 930 angeordnet. In diesem Hilfskontakt-Flächenbereich 930 sind sämtliche Hilfskontaktelementen 90 angeordnet.All DC load connections 4, 5 form a DC voltage area 430 of the top surface 30. The AC load connection 6 forms an AC voltage area 630 of the top surface 30. An auxiliary contact area 930 is arranged between the DC voltage area 430 and the AC voltage area 630. All auxiliary contact elements 90 are arranged in this auxiliary contact area 930.

6 zeigt eine vierte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in schematischer Draufsicht. Hierbei ist ein dritter Gleichspannungs-Lastanschluss 7 mit einer ersten und zweiten Reihe 70,72 von ersten und zweiten Kontaktelementen 74,76 in gleicher Weise wie der erste und zweite Gleichspannungs-Lastanschluss 4,5 ausgebildet. Der dritte Gleichspannungs-Lastanschluss 7, genauer seine beiden Reihen und damit auch die Geraden auf denen die Kontaktelementen 74,76 angeordnet sind ist zwischen dem ersten und zweiten Gleichspannungs-Lastanschluss 4,5 angeordnet. 6 Figure 4 shows a fourth embodiment of a power semiconductor module according to the invention in a schematic top view. Here, a third DC load terminal 7 is configured with a first and second row 70, 72 of first and second contact elements 74, 76 in the same way as the first and second DC load terminals 4, 5. The third DC load terminal 7, more precisely its two rows and thus also the straight lines on which the contact elements 74, 76 are arranged, is located between the first and second DC load terminals 4, 5.

Alle Kontaktelemente der jeweiligen Gleichspannungs-Lastanschlüsse 4,5,7 sind in Gruppen angeordnet, die in x-Richtung seitlich versetzt allerdings zu mehr als 50% überlappend angeordnet sind.All contact elements of the respective DC load terminals 4, 5, 7 are arranged in groups that are laterally offset in the x-direction but overlap by more than 50%.

7 zeigt eine fünfte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in schematischer Draufsicht. Die Gleichspannungs-Kontaktelemente 44,46,54,56 aller Reihen 40,42,50,52 sind wiederum nicht äquidistant angeordnet sind. Die Gleichspannungs-Kontaktelemente sind pro Gerade 400,420,500,520 in zwei gleich großen Gruppen angeordnet. Die jeweiligen Gruppen der Gleichspannungs-Kontaktelemente des ersten und zweiten Gleichspannungs-Lastanschlusses 4,5 sind in y-Richtung betrachtet wiederum vollständig überlappend angeordnet. 7 Figure 5 shows a fifth embodiment of a power semiconductor module according to the invention in a schematic top view. The DC voltage contact elements 44, 46, 54, 56 of all rows 40, 42, 50, 52 are again not arranged equidistantly. The DC voltage contact elements are arranged in two equally sized groups for each straight line 400, 420, 500, 520. The respective groups of DC voltage contact elements of the first and second DC voltage load terminals 4, 5 are again arranged to completely overlap in the y-direction.

Zudem weist dieses Leistungshalbleitermodul eine zentral angeordnet durchgehende Montageausnehmung 8 ausgebildet nach dem Stand der Technik, auf. Diese Montageausnehmung 8 ist im Hilfskontakt-Flächenbereich 930 der Deckfläche 30 angeordnet, wobei dieser wiederum zwischen Gleichspannungs-Flächenbereich 430 der Deckfläche 30 und dem Wechselspannungs-Flächenbereich 630 der Deckfläche 30 angeordnet ist.Furthermore, this power semiconductor module has a centrally arranged continuous mounting recess 8 designed according to the prior art. This mounting recess 8 is located in the auxiliary contact area 930 of the cover surface 30, which in turn is located between the DC voltage area 430 of the cover surface 30 and the AC voltage area 630 of the cover surface 30.

Claims

Power semiconductor module (1) with a substrate (2) having a normal direction (N) and a circuit arrangement (20) in a half-bridge topology, with a housing (3) having a cover surface (30) and with a first DC load terminal (4), a second DC load terminal (5) and an AC load terminal (6), wherein each load terminal is formed by first and second contact elements (44, 46, 54, 56, 64, 66) extending from the substrate (2) in a normal direction (N) through associated recesses (300) of the cover surface (30) and protruding therefrom, wherein the respective load terminals (4, 5, 6) have a respective first and a second row (40, 42, 50, 52, 60, 62) of first and second contact elements (44, 46, 54, 56, 64, 66), wherein the first and second row (40, 42, 50, 52) of all DC contact elements (44, 46, 54, 56), preferably all DC and AC contact elements, are arranged on parallel, spaced-apart straight lines (400, 420, 500, 520, 600, 620), wherein between a first row (40, 50) of first contact elements (44, 54) of a DC load terminal (4, 5) and a second row (42, 52) of second contact elements (46,56) of this DC load terminal (4,5) a first row (40,50) of first contact elements of another DC load terminal (4,5) are arranged.

Power semiconductor module according to Claim 1 , wherein a third DC load terminal (7) is formed and arranged with a first and second row (70,72) of first and second contact elements (74,76) in the same way as the first and second DC load terminal (4,5).

Power semiconductor module according to Claim 2 , wherein between a first row (40) of first contact elements (44) of a first DC load terminal (4) and a second row (42) of second contact elements (46) of this DC load terminal (4) a first row (50,70) of first contact elements (52,72) of the other DC load terminals (5,7) are arranged.

Power semiconductor module according to one of the preceding claims, wherein the contact elements (44,46,54,56,64,66,74,76) are designed as solder, press-pin or spring contact elements.

Power semiconductor module according to one of the preceding claims, wherein a continuous mounting recess (8) is preferably arranged centrally.

Power semiconductor module according to one of the preceding claims, wherein a plurality of auxiliary contact elements (90), which are preferably identical to the contact elements (44, 46, 54, 56, 64, 66, 74, 76) of the load terminals (4, 5, 6, 7), are arranged in an auxiliary contact area (930) of the cover surface (30), which is arranged between a DC voltage area (430) of the cover surface (30) formed by all DC load terminals (4, 5, 7) and an AC voltage area (630) of the cover surface (30) formed by the AC load terminal (6).

Power semiconductor module according to Claim 5 and 6 , wherein the mounting recess (8) is arranged in the auxiliary contact surface area (930) when viewed in the normal direction (N).

Power semiconductor module according to one of the preceding claims, wherein each row (40,42,50,52,60,62,70,72) has at least three, preferably at least five, contact elements (44,46,54,56,64,66,74,76).

Power semiconductor module according to one of the preceding claims, wherein the contact elements (44,46,54,56,64,66,74,76) of a series (40,42,50,52,60,62,70,72) are not arranged equidistantly, but preferably in at least two groups (440,442,444,464,640,642,662).

Power semiconductor module according to Claim 9 , where the number of contact elements (44,46,54,56,640,642,662) differs between two groups (440,442,444,464,640,642,74,76).

Power semiconductor module according to Claim 9 , where in three groups (440,442,444,464,640,642,662) the middle group has a smaller or larger number of contact elements (44,46,54,56,64,66,74,76) than the outer groups, which each have the same number of contact elements (44,46,54,56,64,66,74,76).