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WO2007025489A1 - Leistungshalbleitermodul mit auf schaltungsträger aufgebrachten lastanschlusselementen - Google Patents

Leistungshalbleitermodul mit auf schaltungsträger aufgebrachten lastanschlusselementen Download PDF

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Publication number
WO2007025489A1
WO2007025489A1 PCT/DE2005/001505 DE2005001505W WO2007025489A1 WO 2007025489 A1 WO2007025489 A1 WO 2007025489A1 DE 2005001505 W DE2005001505 W DE 2005001505W WO 2007025489 A1 WO2007025489 A1 WO 2007025489A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
load connection
power semiconductor
semiconductor module
terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2005/001505
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Kreutzer
Karl-Heinz Schaller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to DE112005003653T priority Critical patent/DE112005003653B4/de
Priority to US11/990,928 priority patent/US7995356B2/en
Priority to PCT/DE2005/001505 priority patent/WO2007025489A1/de
Priority to CN2005800514165A priority patent/CN101248527B/zh
Publication of WO2007025489A1 publication Critical patent/WO2007025489A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H10W90/00—

Definitions

  • the invention relates to a power semiconductor module according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a housing for a power semiconductor module according to the preamble of claim 13.
  • Power semiconductor modules require external load current connections as an external interface for electrical contacting of the modules.
  • external connections can occur with larger cross sections depending on the performance levels and thus there is the demand for high robustness of the load current connections.
  • the load current connections are to be electrically and mechanically connected to a less robust circuit carrier, which is usually used in a housing of a plastic housing and equipped with components, in particular power semiconductors.
  • DCB substrates direct copper bonded
  • a ceramic insulator aluminum oxide or aluminum nitride
  • the electrical connection of the semiconductor chips to the circuit carrier is usually carried out by bonding by means of thinner Al or AG wires.
  • the electrical connection is made by the circuit carrier to the external load power connection.
  • Linear expansion coefficients of Al bonding wire (23 * 10 ⁇ 6 ) and DCB (7 * 10 ⁇ 7 ), however, result in principle in restrictions in temperature life tests, as it can lead to the detachment of bonding wires. In any case, the initiation of large conductor connection forces on the circuit carrier must be prevented and a permanent connection between the circuit carrier and the load current connection ensured.
  • connection load connection elements which are connected to the inner wall of the housing and have bonding surfaces at their lower end. Again, the connection from the respective load connection element to the circuit substrate by bonding wires.
  • the above-described types of connection both require bonding in the housing. For this purpose, appropriate housing clearance for the bonding tool must be provided, which adversely affects especially in small modules on the module size, since this space is taken into account.
  • the circuit carriers are coated with copper, but bonding surfaces (pads) made of aluminum, nickel, copper or gold are required for the bonding depending on the bonding wires used, the copper of the circuit substrate is generally well suited. In some cases However, the circuit substrates are to be provided with bonding surfaces.
  • the load connection elements themselves are usually massively made of copper or brass and, disadvantageously, also require bondable surfaces.
  • different bond wire diameters may often be necessary for DCB circuit connections between the components on the one hand and for circuit connection to the load connection elements on the other hand. This means an additional process step and cost disadvantages.
  • DE 36 43 288 describes various load connection techniques. Once described on the circuit board power connector pin is described, which is connected via a traverse and two screw with a carrier body on the housing edge. Another connection from the carrier body to the outside is made possible by a separate screwed conductor element. On another occasion DE 36 43 288 describes a leaf spring element which is screwed on one side to a separate support body integrated in the housing and resiliently rests on the other side on the circuit support and establishes the electrical contact. A further connection from the carrier body located in the housing to the outside is made possible by a separate likewise screwed to the support body conductor element. The high number of elements used and the need for multiple screwing in these termination techniques must be detrimental to manufacturing costs.
  • Another embodiment discloses a leaf spring element which has on one side a cylindrical projection for engagement in the housing cover.
  • a contact pressure is exerted on the circuit carrier. It may be disadvantageous that the contact is made only with the closing of the housing cover. Furthermore, handling problems due to the mounting of the housing cover are to be expected.
  • Another disadvantage of this solution is that the required area on the circuit substrate is comparatively high and that the leaf spring in this arrangement takes up comparatively much space in the housing. The latter could bring space problems and disadvantages in particular when equipped with further discrete components of a higher design. Overall, leaf spring based solutions can be problematic if mismatched, especially when used under increased shock and vibration loads.
  • the object is achieved in a power semiconductor module of the type mentioned above in that on the metallized part of the metallized surface of the circuit substrate rigid, one-piece and substantially straight load connection elements are applied, which are electrically and mechanically fixedly connected to the circuit carrier and substantially perpendicular to protrude the housing interior, wherein separate terminal elements are placed on the free end of the load connection elements for electrical Kon-.
  • the load connection elements are directly connected to the i.d.R. copper-plated metallization of the circuit substrate applied and there connected to this electrically and mechanically fixed and rigid.
  • the load connection element is substantially straight and protrudes in almost perpendicular to
  • the load connection elements are in one piece, a connection of a plurality of connecting elements to a then outside of the housing to be supplied further connection is eliminated.
  • the circuit carrier can be very advantageous separately equipped completely, electrically connected and then introduced as a unit in the housing.
  • the aforementioned electrically and mechanically fixed connection of the load connection elements with the circuit carrier excludes bonding as a connection technique.
  • the Lastan gleich- element is cylindrical or tubular pronounced, it may have different Grund lakegeometrien.
  • circular, oval or polygonal base geometries are conceivable, among others.
  • Load flow elements with one of the aforementioned surface geometry can be equipped both as a solid cylinder or as a tube, that is to say as a hollow cylinder with an arbitrary wall thickness.
  • rod-like load current elements can be used with basic surface geometries, which are designed as different profiles (eg U-profiles, T-profiles). In this way, load current elements can be dimensioned very advantageously to their specific requirements.
  • a tubular load connection element will offer advantageous because of the known skin effect and the shift of the current distribution to the surface of the conductor in particular when high frequency currents act on the conductor.
  • the load connection element is applied with its base surface free standing on the circuit board by means of different types of connection such as soldering, gluing or welding.
  • solder connections will be necessary anyway on the circuit carrier, e.g. either because the semiconductor device is applied in a wiring carrier and not as a bare chip or because the circuit board is to accommodate other circuit components for external wiring.
  • the soldering of the load current elements can be automated in the same operation as the other soldering operations as well. So no additional tools or machines are needed.
  • the load-current element in its dimension and / or base area should be selected so that it is without further holding device after the
  • the contact agent can be applied with all known methods (dispensing, mask printing, etc.).
  • the load connection elements are suitable for automatic assembly as bulk goods or goods with existing chip placement systems. If a tube-like load connection element is used, the solder can advantageously be arranged as a function of the shape of the load connection element such that the liquefied solder, as a result of the capillary and wetting force, centers the tubular load connection element when the soldering temperature is reached, and the solder is centered on the inside as needed - Andfedermantelfambae of the body is distributed.
  • the load connection element protrudes with its non-soldered and free end with an overhang through the housing to the outside and there is provided for receiving a terminal element for electrical contacting.
  • a corresponding cutout is provided in the housing, which preferably has the same shape as the free end of the load connection element.
  • the load connection element is formed from a ceramic body with electrically conductive metallized lateral surfaces.
  • the outer and inner circumferential surfaces (with tubular load connection element) have copper metallization.
  • massive copper or brass load connection elements can be drawn.
  • the circuit carrier will also be made of ceramic, mechanical stresses due to different expansion coefficients can be avoided in this way, which in turn has an advantageous effect on the longevity of the power semiconductor module.
  • the metallized lateral surface has a high abrasion stability, in particular in the section of the attachment of the terminal clamp elements.
  • a coating of palladium proves to be advantageous. High abrasion resistance in this section is particularly advantageous when the terminal element is mounted and dismounted multiple times.
  • the terminal element has a recess (inter alia blind hole,
  • connection terminal element in the receiving area of the load connection element means that allow a slight spring-back extension of the inner diameter of the recess for placement on the Lastan- closing element, wherein the force occurring in the extension region due to the spring-back property forces the connection between Anschlußklemmen- element and Increased load connection element.
  • the recess is a bore and if the bore is opened at its circumference through a slot, a slightly expandable bore opening arises, for example because of the material structure, which can then be inserted over the pin-shaped overhang of the load connection element in the widened state.
  • the spring-back property of the material structure will bring about improved adhesion and contact on the load connection element. In this way, the connection terminal element can be connected to the load connection element without great pressure force in the direction of the circuit carrier surface.
  • the housing and the terminal element are so pronounced that the terminal element for force and snapshot externally introduced forces positively and / or non-positively is connectable to the housing, so that the introduced forces are transmitted substantially to the housing.
  • a positive connection for example, screw or adhesive connections between the housing and terminal element can be provided.
  • the terminal elements may even be injected into the housing cover.
  • non-positive connection for example, walls are applied to the housing, wherein a terminal element is pressed precisely between such walls and thus rotation in the housing surface plane is prevented.
  • Other connection variants include, for example, grooves, slots, lugs in the housing, recesses in the housing into which the terminal connection element can be pressed, pushed or clicked.
  • Form-fitting and non-positive connection variants can also be combined as desired and depend on the installation conditions. Thus, advantageously externally introduced forces and moments can be transferred to the housing.
  • connection terminal element has means which ensure a torsionally soft connection between the outer rail sections of the connection terminal element.
  • Such means for example, material recesses may be preferably in the region of the middle rail portion, which lead to a slight rotational deflection in this section upon initiation of a left or rightward torsional force on the external terminal and so absorb a portion of the introduced force. Because of the spring-back property of the material, the deflection is canceled as soon as no external torsional force attacks.
  • the maximum initiable torsional force on the terminal element can be determined by the maximum rotational deflection or correspond to this. In this case, the maximum torsional force that can be introduced is indicated by the maximum rotational deflection.
  • connection between housing and connection element can also be advantageous, which can be released again.
  • connection terminal elements can be installed and thus flexible adapted to the on-site connection technology, connection spaces and location of the connections.
  • a particularly advantageous embodiment results when the terminal element has on its external conductor connection side a receiving device in the form of various suitably designed holes and / or contours that allow flexible connection of conventional external connections in different connection techniques.
  • the replacement of connection terminal elements can be omitted and maximum flexibility is ensured.
  • Such contours can be, for example, simultaneously 90 ° twisted pads with bore or Versehraubungen.
  • contours are possible, for example, which ensure that the external connection leads are clamped in after insertion (crimp connection).
  • FIG. 1 shows a schematic cross-section of a power semiconductor module with load connection elements
  • FIG. 2 shows a plan view of a power semiconductor module with load connection elements without a housing cover
  • FIG. 5 shows a plan view of a power semiconductor module without housing cover but with terminal elements
  • FIG. 6 shows an example of a schematic representation of a
  • Connecting terminal element 7 shows a plan view of a power semiconductor module with attached terminal element according to FIG 6 without housing cover
  • FIG 8 shows a plan view of a power semiconductor module with attached terminal element according to FIG 6 with housing cover Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
  • the power semiconductor module 1 shown schematically in cross-section in FIG. 1 and in plan view in FIG. 2 comprises a housing body 2, which is closed off with a housing cover 3 and thus forms a housing interior 4.
  • the housing body 2 and the housing cover 3 can be screwed together, plugged together, or connected to each other in any other way.
  • a plate-shaped circuit carrier 5 In the interior of the housing formed by the housing body 2 and the housing cover 3 is a plate-shaped circuit carrier 5.
  • the circuit substrate 5 is provided on at least one of its two surfaces 6 with a metallized contact surface 7 (preferably copper), which is structured according to circuit requirements (eg conductor tracks).
  • the circuit carrier 5 may be both a ceramic circuit carrier such as a DCB circuit carrier or a ne circuit board made of plastic.
  • Electronic components 8 are mechanically and electrically connected to the circuit carrier 5.
  • the electrical connection from the electronic component 8 to the circuit carrier 5 may be made by soldering.
  • the connections between chip and circuit carrier 5 are produced by bonding.
  • the outwardly leading terminals of the power semiconductor module, which are usually the load terminals are connected via the circuitry structure of the circuit substrate 5 to a suitable location of the surface 6 of the circuit substrate 5.
  • the load connection elements 9 are mechanically and electrically connected to the circuit carrier 5, preferably by soldering.
  • the load connection element 9 is preferably perpendicular to the circuit carrier 5, protrudes through the housing interior 4 in the direction of the housing cover.
  • FIG. 3 3 shows a cylindrical load connection element 9 with a hexagonal base geometry
  • FIG. 4 shows a load connection element 9 in the form of a circular cylinder.
  • Both load connection elements according to FIG. 3 and FIG. 4 are exemplified as hollow bodies. Solid bodies as well as arbitrary other surface geometries are conceivable and may be useful (current carrying capacity, stability during soldering). If the load connection elements 9 advantageously consist of a ceramic body and not solid of a conductive material, they have a metallized outer and / or inner circumferential surface 11.
  • FIG. 5 shows the plan view of a power semiconductor module 1 without a mounted housing cover 3, but with mounted connection terminal elements 12 for receiving the external connection 14.
  • the connection terminal element 12 Via the load connection element 9, the connection terminal element 12 is set, which in a simple case consists of a multi-cranked or stepped crankcase Angled cuboid rail piece consists. Nearly perpendicularly extending in 'the mounted state to the load connection element rail section 16, a nearly perpendicularly extending to rail portion 17 and a turn extending in the extension thereof almost parallel to the rail portion 16 rail section 18.
  • a recess 13 which corresponds to the base surface geometry of the load connection element 9 and a non-positively, electrically securely contacting connection between the load connection element 9 and terminal element 12 allows.
  • the terminal element 12 is made of an electrically conductive material or is at least surface metallized with an electrically conductive material.
  • the recess 13 may be a through hole or blind bore in the simplest case and in the case of circular-cylindrical load connection elements 9.
  • the rail section 18 has a receiving device 19, which receives the external terminal 14. In the present case, as a receiving device 19 has a bore with recessed internal thread provided, via which the external terminal 14 is screwed.
  • Holding means 15 are provided on the housing and on the terminal element 12, which ensure a fixation of the terminal element 12 in order to absorb force and torque discharges from the external terminal 14.
  • the holding means 15 is a screw connection, arranged in the first rail section 16, between the terminal element 12 and the housing body 2. Further holding means are shown in FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the terminal element 12, which can also be divided into rail sections 16, 17, 18. In this variant is in the recess 13 of the terminal element 12 in the first
  • Rail section 16 a hollow cylindrical seat 20 is inserted, which ensures optimum contact with the circular in this embodiment, load connection element 9.
  • This seat 20 has a slot 21 on at least one side of its cylinder wall.
  • This slot 21 ensures a spring-back, slight expandability of the circular opening of the seat 20 and the spring-back effect in the assembled state an improved contact pressure of the seat 20 on the load connection element 9.
  • rail section 18 again has a receiving device 19 consisting of screw 22 and bore Internal thread 23 for receiving the external terminal 14, in which case the receiving device 19 has been extended by a square plate 24, which allows a force-locking pressing of the external terminal 14.
  • two slot-like recesses 28 are provided in the case of initiation of torsional forces on the external terminal. This portion undergoes rotational deflection in the directions represented by the double-headed arrow 29.
  • FIG. 7 shows a power semiconductor module 1 with a housing in a plan view.
  • a Anschlußklemmeneletnent 12 explained in more detail in FIG 6 is on a load connection element. 9 placed.
  • the housing body 2 for each terminal element on a specially shaped fit 25 and walls 26, which represent an embodiment of the above-mentioned holding means 15.
  • the fitting 25 is a material reinforcement of the housing body 2, which creates a contact or bearing surface of the terminal element 12 in the region of its rail sections 17 and 18.
  • the fit 25 on a blind bore 27, which allows the countersinking of the tightened screw 22 and at the same time intercepts pressure and train of the external terminal 14, not shown here.
  • the blind bore 27 may also be equipped with an internal thread, which at the same time responsible for holding the external terminal 14 and the terminal element itself.
  • the walls 26 are perpendicular to the housing in the same process molded plastic plate in the same operation vertical plate-like material elevations, which are spaced and arranged so that each between two walls 26, a terminal element substantially in the region of the rail sections 17 and 18 can be used accurately , The walls 26 thus fix the terminal element 12 against lateral pressure that may originate from the external terminal 14. Furthermore, the walls 26 prevent the plate 24 from rotating and perform insulation tasks between adjacent terminal elements 12.
  • FIG. 8 shows a plan view of a power semiconductor module with attached terminal element with housing cover, the length of the load connection element 9 being dimensioned in this case such that a protrusion 10 results with the housing cover 3 mounted the load connection element 9 extends over the attached housing cover 3.
  • the three illustrated Lastan- closing elements 9 abut with its projection 10 through the assembled housing cover 3.
  • the housing cover 3 has openings which correspond geometrically to the base contour of the load connection element 9 and through which the load Final elements 9 are additionally fixed after placing the housing cover 3, so that a cancel of the Lastan gleich- element 9 after assembly of the housing is no longer possible.
  • the attached terminal element 12 here has the housing cover 3 for each terminal element 12, the above-described, special holding means 15 in the form of molded fit 25 and the walls 26, the contact surface of the terminal element 12 in the region of its rail cuts 17 and 18 creates.

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit einem Gehäuse zur Aufnahme mindestens eines im wesentlichen plat­tenförmigen Schaltungsträgers, wobei der Schaltungsträger auf wenigstens einem Teil seiner Oberfläche mit einer Metallisie­rung versehen ist und mit mindestens einem Leistungshalblei­ter bestückt und elektrisch verbunden ist, wobei auf dem me­tallisierten Teil der metallisierten Oberfläche des Schal­tungsträgers starre, einstückige und im wesentlichen gerade Lastanschlusselemente aufgebracht sind, die mit ihrem einen Ende elektrisch und mechanisch fest mit dem Schaltungsträger verbunden sind und im Wesentlichen senkrecht in den Gehäu­seinnenraum ragen, wobei separate Anschlussklemmenelemente zur elektrischen Kontaktierung auf das freie Ende der Lastan­schlusselemente aufgesetzt werden.

Description

Beschreibung
Leistungshalbleitermodul mit auf Schaltungsträger aufgebrachten Lastanschlusselementen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungshalbleitermodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter ein Gehäuse für ein Leistungshalbleitermodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Leistungshalbleitermodule benötigen nach außen geführte Laststromanschlüsse als externe Schnittstelle zur elektrischen Kontaktierung der Module . Dabei können in Abhängigkeit der Leistungsgrößen externe Anschlüsse mit größeren Querschnitten auftreten und es ergibt sich somit die Forderung nach hoher Robustheit der Laststromanschlüsse. Ferner ergibt sich der Bedarf, die Laststromanschlüsse mit verschiedenen Leiteranschlusskonturen auszustatten, so dass im Bedarfsfall verschiedene Kabel oder Schienensysteme anschließbar sind. Auf der modulinternen Seite sind die Laststromanschlüsse elektrisch und mechanisch mit einem wenig robusten Schaltungsträger zu verbinden, der in einem Gehäuse i. d. R. einem Kunststoffgehäuse eingesetzt und mit Bauelementen, insbesondere Leistungshalbleitern bestückt ist. Für Leistungshalbleiter werden dabei vorzugsweise wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizienten keramischen Schaltungsträger sog. DCB-Substrate (direct copper bonded) verwendet, welche aus einem keramischen Isolator (Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid) bestehen, auf dem eine dünne Schicht reinen Kup- fers haftfest aufgebracht ist. Besonders die hohe Wärmeleitung zusammen mit der hohen Wärmekapazität und Wärmespreizung der Kupferbeschichtung und ein Wärmeausdehnungskoeffizienten des DCB-Substrats nahe dem des Siliziums, machen DCB-Substrate in der Leistungselektronik trotz ihrer Nachteile hin- sichtlich Robustheit nahezu unersetzlich. Werden sog. nackte Halbleiterchips direkt auf den Schaltungsträger montiert, erfolgt üblicherweise der elektrische Anschluss der Halbleiterchips auf den Schaltungsträger durch Bonden mittels dünner Al- oder AG-Drähten. In der gleichen Anschlusstechnik wird die elektrische Verbindung vom Schaltungsträger auf den externen Laststromanschluss hergestellt. Dadurch wird zwar eine gewisse mechanische Entkopplung von Laststromanschluss und Schaltungsträger erreicht, aufgrund der unterschiedlichen
Längenausdehnungskoeffizienten von Al-Bonddraht (23*10~6) und DCB (7*10~7) ergeben sich aber prinzipiell Einschränkungen bei Temperatur-Lebensdauertests, da es zur Ablösung von Bonddrähten kommen kann. In jedem Fall jedoch ist die Einleitung großer Leiteranschlusskräfte auf den Schaltungsträger zu verhindern und eine dauerhafte Verbindung zwischen Schaltungs- träger und Laststromanschluss zu gewährleisten.
Aus der DE 197 19 703 ist bekannt, nach außen ragende äußere Laststromanschlüsse in das Modulgehäuse einzuspritzen, wobei spezielle Nasen im Lastanschlussleiter zusätzliche Verankerung bringen, da wegen des Schrumpfens beim Erkalten des Kunststoffgehäuses nach dem Spritzvorgang eine feste Verankerung der Lastanschlüsse vielfach zumindest nicht dauerhaft erreicht worden ist. Die Verbindung von dem Schaltungsträger auf die eingespritzten Lastanschlüsse erfolgt in diesem Fall durch Bonden.
Die DE 199 14 741 schlägt in diesem Zusammenhang ebenfalls Lastanschlusselemente vor die mit der Innenwand des Gehäuses verbunden sind und an ihrem unteren Ende Bondflächen aufweisen. Auch hier erfolgt die Verbindung vom jeweiligen Lastanschlusselement zum Schaltungsträger durch Bonddrähte. Die vorbeschriebenen Anschlussarten fordern beide das Bonden in dem Gehäuse. Dazu muss entsprechender Gehäusefreiraum für das Bondwerkzeug vorgesehen werden, was sich nachteilig insbesondere bei kleinen Modulen auf die Modulgröße auswirkt, da dieser Platz zu berücksichtigen ist. Wie erwähnt sind die Schaltungsträger mit Kupfer beschichtet, für das Bonden wer- den allerdings an den Bondanschlussstellen in Abhängigkeit der genutzten Bonddrähte bondbare Flächen (Pads) aus- Aluminium, Nickel, Kupfer oder Gold benötigt, wobei das Kupfer des Schaltungsträgers generell gut geeignet ist. In einigen Fäl- len sind die Schaltungsträge jedoch mit Bondflächen zu versehen. Die Lastanschlusselemente selbst sind i.d.R. massiv aus Kupfer oder Messing hergestellt und benötigen nachteiliger Weise ebenfalls bondbare Flächen. Ferner können in Abhän- gigkeit der Strombelastung oft unterschiedliche Bonddrahtdurchmesser für DCB-Schaltungsverbindungen zwischen den Bauelementen einerseits und für SchaltungsVerbindung auf die Lastanschlusselemente andererseits notwendig sein. Dies bedeutet einen zusätzlichen Prozessschritt und Kostennachteile.
DE 36 43 288 beschreibt verschiedene Lastanschlusstechniken. Einmal wird ein auf dem Schaltungsträger aufgesetzter Stromanschlussbolzen beschrieben, welcher über eine Traverse und zwei Schraubverbindungen mit einem Trägerkörper am Gehäuse- rand verbunden wird. Eine weitere Verbindung vom Trägerkörper nach außen wird durch ein separates verschraubtes Leiterelement ermöglicht. Ein anderes Mal beschreibt die DE 36 43 288 ein Blattfederelement, dass auf der einen Seite an einem separaten oder in das Gehäuse integrierten Trägerkörper ver- schraubt ist und auf der anderen Seite auf dem Schaltungsträger federnd aufliegt und den elektrischen Kontakt herstellt. Eine weitere Verbindung vom im Gehäuse befindlichen Trägerkörper nach außen wird durch ein separates ebenfalls am Trägerkörper verschraubtes Leiterelement ermöglicht. Die hohe Anzahl der verwendeten Elemente und die Notwendigkeit der mehrfachen Verschraubung bei diesen Anschlusstechniken müssen sich nachteilig auf die Herstellungskosten auswirken. Eine andere Ausführungsform offenbart ein Blattfederelement welches auf der einen Seite einen zylindrischen Ansatz zum Eingriff in den Gehäusedeckel aufweist. Bei montiertem Gehäusedeckel wird ein Anpressdruck auf den Schaltungsträger ausgeübt. Hierbei kann es nachteilig sein, dass die Kontaktgabe erst mit dem Schließen des Gehäusedeckels erfolgt. Ferner sind Hantierungsprobleme durch das Aufsetzen des Gehäusede- ckels zu erwarten. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung liegt darin, dass die benötigte Fläche auf dem Schaltungsträger vergleichsweise hoch ist und dass die Blattfeder in dieser Anordnung vergleichsweise viel Raum im Gehäuse beansprucht. Letzteres könnte insbesondere bei der Bestückung mit weiteren diskreten Bauteilen höherer Bauart Platzprobleme und damit Nachteile bringen. Blattfederbasierte Lösungen insgesamt können bei falscher Dimensionierung insbesondere beim Einsatz unter erhöhten Schock- und Rüttelbelastungen problematisch sein.
Es ist demnach Aufgabe der Erfindung ein Leistungshalbleitermodul anzugeben, welches eine einfache, langlebige, kosten- günstige und flexible Lastanschlusstechnik ermöglicht. Es ist weiterhin Aufgabe insbesondere die extern auf die Anschlüsse wirkenden Kräfte und Momente nicht auf die Anschlüsse des Schaltungsträgers zu übertragen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Leistungshalbleitermodul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass auf dem metallisierten Teil der metallisierten Oberfläche des Schaltungsträgers starre, einstückige und im wesentlichen gerade Lastanschlusselemente aufgebracht sind, die elektrisch und mechanisch fest mit dem Schaltungsträger verbunden sind und im wesentlichen senkrecht in den Gehäuseinnenraum ragen, wobei separate Anschlussklemmenelemente zur elektrischen Kon- taktierung auf das freie Ende der Lastanschlusselemente aufgesetzt werden.
Vorteilhaft und einfach werden die Lastanschlusselemente direkt auf die i.d.R. kupfernde Metallisierung des Schaltungsträgers aufgebracht und dort mit diesem elektrisch und mechanisch fest und starr verbunden. Das Lastanschlusselement ist im Wesentlichen gerade und ragt im nahezu senkrecht zum
Schaltungsträger in den Gehäuseinnenraum. Die Lastanschlusselemente sind einstückig, eine Verbindung mehrerer Verbindungselemente zu einem dann außerhalb des Gehäuses weiter zu versorgenden Anschlusses entfällt. Der Schaltungsträger kann sehr vorteilhaft separat komplett bestückt, elektrisch verbunden und dann als eine Einheit in das Gehäuse eingebracht werden. Die vorgenannte elektrische und mechanisch feste Verbindung der Lastanschlusselemente mit dem Schaltungsträger schließt das Bonden als Verbindungstechnik aus. Somit ist vorteilhaft auch kein Freiraum für Bondwerkzeuge im Gehäuse einzuplanen und das gesamte Gehäuse kann ggf. kompakter ausfallen. Damit kann auch der vielfach benötigte separate Pro- zessschritt für das Bonden für die Verbindung vom Schaltungsträger zum Lastanschlusselement entfallen. In vielen Anwendungsfällen kann sogar ganz auf das Bonden und damit ggf. auf die komplette Bondapparatur verzichtet werden. Auf dem Schaltungsträger sind dann auch keine speziellen Bondflächen be- schichtet aus Aluminium, Nickel, Kupfer oder Gold notwendig, es kann das Laststromelement direkt auf die i.d.R. kupferne Metallisierung der Schaltungsträgeroberfläche aufgebracht werden. Weiterhin kann in manchen Anwendungen auf vor Oxida- tion schützende Schutzschichten (z.B. Weichverguss) auf den Bondverbindungsstellen verzichtet werden. Ein das ganze Modul umfassender Funktionstest vor Einbau in das Gehäuse ist möglich. Nach dem Einbringen in das Gehäuse sind keine weiteren Arbeiten an dem Schaltungsträger notwendig.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lastanschluss- element zylinder- oder rohrartig ausgeprägt, wobei es unterschiedliche Grundflächengeometrien aufweisen kann. So sind neben anderen beispielsweise kreisförmige, ovale oder mehreckige Grundflächengeometrien denkbar. Laststromelemente mit einer der vorgenannten Grundflächengeometrie können sowohl als Vollzylinder oder auch rohrartig, dass heißt als Hohlzy- linder mit beliebiger Wanddicke ausgestattet sein. Ferner können stangenartige Laststromelemente mit Grundflächengeometrien eingesetzt werden, die als unterschiedliche Profile (z.B. U-Profile, T-Profile) ausgestaltet sind. Auf diese Weise lassen sich sehr vorteilhaft Laststromelemente auf ihre speziellen Anforderungen dimensionieren. Solche speziellen Anforderungen können sich aus mechanischen Erfordernissen wie beispielsweise Steifigkeit, Standfestigkeit, Auflagefläche auf dem Schaltungsträger, aus elektrischen Forderungen wie beispielsweise Stromtragfähigkeit oder Leitfähigkeit aber auch aus herstellungsrelevanten Erfordernissen wie rationelle Bearbeitbarkeit ergeben. Ein rohrartiges Lastanschlusselement wird sich vorteilhaft wegen des bekannten Skineffekts und der Verlagerung der Stromverteilung auf die Oberfläche des Leiters insbesondere dann anbieten, wenn Ströme hoher Frequenz den Leiter beaufschlagen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Lastanschlusselement mit seiner Grundfläche frei stehend auf den Schaltungsträger mittels unterschiedlicher Verbindungsarten wie Löten, Kleben oder Schweißen aufgebracht. Vielfach werden auf dem Schaltungsträger ohnehin Lötverbindungen notwendig sein z.B. entweder weil das Halbleiterbauelement in einem Verdrahtungsträger und nicht als nackter Chip aufgebracht wird oder weil der Schaltungsträger andere schaltungstechnische Bauteile für eine externe Beschaltung aufnehmen soll. In diesem Fall kann das Auflöten der Laststromelemente automatisiert in demselben Arbeitsgang erfolgen, wie die anderen Lötvorgänge auch. Es werden also keine zusätzlichen Werkzeuge oder Maschinen benötigt. Dabei ist das LastStromelement in seiner Dimension und/oder Grundfläche so zu wählen, dass sie ohne weitere Haltevorrichtung nach dem
Absetzten auf dem Schaltungsträger stabil und frei stehen und beim Transport durch die Lötanlage nicht kippen oder sich verdrehen. Das Kontaktmittel kann dabei mit allen bekannten Verfahren (Dispensen, Maskendruck usw.) aufgebracht werden. Die Lastanschlusselemente eignen sich für eine automatische Bestückung als Schüttgut oder Gurtware mit vorhandenen Chip- Bestückungssystemen. Wird ein rohrartiges Lastanschlusselement verwendet so kann in vorteilhafter Weise das Lot in Abhängigkeit von der Formgebung des Lastanschlusselementes der- art angeordnet werden, dass bei Erreichen der Löttemperatur das verflüssigte Lot durch die Kapillar- und Benetzungskraft das rohrartige Lastanschlusselement zentriert und das Lot bedarfsgerecht auf die Innen- und Außenmantelfäche des Körpers verteilt wird. Die Positioniergenauigkeit ergibt sich durch eine gleichmäßige Verteilung des Lotes in allen Richtungen, weitere Positionierungstoleranzen können über das Gehäuse oder den Schaltungsträger konstruktiv berücksichtigt werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausprägungsform der Erfindung ragt das Lastanschlusselement mit seinem nicht verlöteten und freien Ende mit einem Überhang durch das Gehäuse nach außen und ist dort zur Aufnahme eines Anschlussklemmenelements zur elektrischen Kontaktierung vorgesehen. Dazu ist im Gehäuse ein entsprechender Ausschnitt vorzusehen, der vorzugsweise die gleiche Form wie das freie Ende des Lastanschlusselements aufweist. Vorteilhaft, weil leicht handhabbar sind diese Ausschnitte in den Gehäusedeckel einzubringen. Mit dem Aufsetzen des Deckels ergibt sich so vorteilhaft eine weitere Halterung für das Lastanschlusselement und es kann nun nicht von dem Schaltungsträger gebrochen werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Lastanschlussele- ment aus einem Keramikkörper mit stromleitfähig metallisierten Mantelflächen gebildet. Vorzugsweise werden die Außen- und Innenmantelflächen (bei rohrartigen Lastanschlusselement) kupferne Metallisierung aufweisen. Auf diese Weise kann auf massive Lastanschlusselemente aus Kupfer oder Messing ver- ziehtet werden. Da i.d.R. der Schaltungsträger ebenfalls aus Keramik sein wird, können auf diese Weise mechanische Spannungen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten vermieden werden, was sich wiederum vorteilhaft auf die Langlebigkeit des Leistungshalbleitermoduls auswirkt.
In einer weiteren Variante weist die metallisierte Mantelfläche insbesondere im Abschnitt des Aufsetzens der Anschluss- klemmenelemente eine hohe Abriebstabilität auf. Als vorteilhaft erweist sich insbesondere eine Beschichtung aus Palla- dium. Eine hohe Abriebstabilität in diesem Abschnitt ist besonders vorteilhaft, wenn das Anschlussklemmenelement mehrfach montiert und demontiert wird.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Variante weist das Anschlussklemmenelement eine Aussparung (u. a. Sackloch,
Loch, Durchbruch) auf, die in Geometrie und Größe etwa der Grundflächengeometrie und -große des freien Endes des anzuschließenden, korrespondierenden Lastanschlusselements ent- spricht. Das Anschlussklemmenelement wird mit seiner Aussparung über das freie Ende des hinausragenden Lastanschlusselements gesetzt. Dabei ist die Größe und Form der Aussparung vorteilhaft so zu wählen, dass eine kraftschlüssige Verbin- düng zwischen Anschlussklemmenelement und Lastanschlusselement entsteht, die aufgrund der Reibungskräfte gut haftet und eine gute elektrische Kontaktierung zwischen den beiden Elementen bietet. Auf diese Weise können die Anschlussklemmen- elemente nach vollständiger Montage des Gehäuses aufgesetzt werden. Ein Verschrauben von Anschlussklemmen- und Lastanschlusselement entfällt.
In weiterer Ausgestaltungsform weist das Anschlussklemmenelement im Aufnahmebereich des Lastanschlusselements Mittel auf, die eine geringfügige rückfedernde Erweiterung des Innendurchmessers der Aussparung zum Aufsetzen auf das Lastan- schlusselement zulassen, wobei die im Erweiterungsbereich wegen der rückfedernden Eigenschaft auftretenden Kräfte die Kraftschlüssigkeit der Verbindung zwischen Anschlussklemmen- element und Lastanschlusselement erhöht. Handelt es sich bei der Aussparung um eine Bohrung und wird die Bohrung an ihrem Umfang durch einen Schlitz geöffnet entsteht beispielsweise wegen des Materialgefüges eine geringfügig erweiterbare Bohrungsöffnung, die dann im erweiterten Zustand über den zap- fenförmige Überhang des Lastanschlusselements gesteckt werden kann. Die rückfedernde Eigenschaft des Materialgefüges wird eine verbesserte Haftung und Kontaktierung auf dem Lastanschlusselement bewirken. Auf diese Weise kann das Anschlussklemmenelement ohne große Druckkraft in Richtung der Schal- tungsträgeroberfläche mit dem Lastanschlusselement verbunden werden. Dabei sind vorgenannte Ausführungen nur exemplarisch, weitere Varianten sind denkbar, die das vorgenannte Grundprinzip nutzen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind das Gehäuse und das Anschlussklemmenelement so ausgeprägt, dass das Anschlussklemmenelement zur Kraft- und Momentaufnahme extern eingeleiteter Kräfte formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse verbindbar ist, so dass die eingeleiteten Kräfte im wesentlichen auf das Gehäuse übertragen werden. Für eine formschlüssige Verbindung können beispielsweise Schrauboder Klebeverbindungen zwischen Gehäuse und Anschlussklemmen- element vorgesehen sein. In einer anderen Variante können die Anschlussklemmenelemente sogar in den Gehäusedeckel eingespritzt sein. In einer anderen kraftschlüssigen Verbindung sind beispielsweise Wände auf das Gehäuse aufgebracht, wobei ein Anschlussklemmenelement passgenau zwischen solchen Wänden eingedrückt wird und damit ein Verdrehen in der Gehäuseoberflächenebene verhindert wird. Andere Verbindungsvarianten beinhalten beispielsweise Nuten, Schlitze, Nasen im Gehäuse, Vertiefungen im Gehäuse in die das Klemmenanschlusselement eingepresst, eingeschoben oder eingeklickt werden kann. Form- und kraftschlüssige Verbindungsvarianten sind ferner beliebig kombinierbar und richten sich nach den Einbauverhältnissen. Somit können vorteilhaft extern eingeleitete Kräfte und Momente auf das Gehäuse übertragen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausprägung weist das Anschlussklemmenelement Mittel aufweist, die eine torsionsweiche Verbindung zwischen den äußeren Schienenabschnitten des Anschlussklemmenelements gewährleisten. Solche Mittel können beispielsweise Materialaussparungen vorzugsweise im Bereich des mittleren Schienenabschnittes sein, die bei Einleitung einer links- oder rechtsgerichteten Torsionskraft am externen Anschluss zu einer geringen Dreh-Auslenkung in diesem Abschnitt führen und so einen Teil der eingeleiteten Kraft absorbieren. Wegen der rückfedernden Eigenschaft des Materials wird die Auslenkung aufgehoben, sobald keine externe Torsionskraft mehr angreift. Vorteilhaft kann die maximale einleitbare Torsionskraft auf das Anschlussklemmenelement durch die maximale Dreh-Auslenkung bestimmt sein bzw. dieser entsprechen. In diesem Fall wird die maximal einleitbare Torsi- onskraft durch die maximale Dreh-Auslenkung angezeigt.
Vorteilhaft kann ferner eine Verbindung zwischen Gehäuse und Anschlussklemmenelement sein, die wieder lösbar ist. Damit lassen sich verschiedene Anschlussklemmenelemente einbauen und damit flexible auf die bauseitige Anschlusstechnik, Anschlussräume bzw. Lage der Anschlüsse adaptieren.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dann, wenn das Anschlussklemmenelement an seiner externen Leiteranschlussseite eine Aufnahmeeinrichtung in Form von verschiedenen, geeignet gestaltete Bohrungen und/oder Konturen aufweist, die einen flexiblen Anschluss von gebräuchlichen ex- ternen Anschlüssen in verschiedenen Anschlusstechniken ermöglichen. In diesem Fall kann das Austauschen von Anschluss- klemmenelementen entfallen und größtmögliche Flexibilität ist sichergestellt. Solche Konturen können beispielsweise gleichzeitig um 90° verdrehte Anschlussflächen mit Bohrung oder Versehraubungen sein. Ferner sind beispielsweise Konturen möglich die nach dem Einschieben ein Einklemmen externer Anschlussleiter sicherstellen (Quetschanschluss) .
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 in einem schematischen Querschnitt ein Leistungs- halbleitermodul mit Lastanschlusselementen, FIG 2 eine Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit Lastanschlusselementen ohne Gehäusedeckel,
FIG 3,4 in einer schematischen Darstellung beispielhaft
Formen von Lastanschlusselementen, FIG 5 eine Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul ohne Gehäusedeckel jedoch mit Anschlussklemmenele- menten,
FIG 6 beispielhaft eine schematische Darstellung eines
Anschlussklemmenelementes FIG 7 eine Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit aufgesetztem Anschlussklemmenelement nach FIG 6 ohne Gehäusedeckel
FIG 8 eine Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit aufgesetztem Anschlussklemmenelement nach FIG 6 mit Gehäusedeckel Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Das in FIG 1 schematisch im Querschnitt und in FIG 2 in der Draufsicht dargestellte Leistungshalbleitermodul 1 umfasst einen Gehäusekörper 2, der mit einem Gehäusedeckel 3 abgeschlossen ist und somit einen Gehäuseinnenraum 4 bildet. Der Gehäusekörper 2 und der Gehäusedeckel 3 können miteinander verschraubt, zusammengesteckt, oder in einer anderen beliebigen Art miteinander verbunden sein. Im Inneren des durch den Gehäusekörper 2 und den Gehäusedeckel 3 gebildeten Gehäuses befindet sich ein plattenförmiger Schaltungsträger 5. Der Schaltungsträger 5 ist auf wenigstens einer seiner beiden Oberflächen 6 mit einer metallisierten Kontaktfläche 7 (vorzugsweise Kupfer) versehen, die nach schaltungstechnischen Erfordernissen strukturiert ist (z.B. Leiterbahnen). Der Schaltungsträger 5 kann sowohl ein keramischer Schaltungsträger wie beispielsweise ein DCB-Schaltungsträger oder aber ei- ne Leiterplatte aus Kunststoff sein. Mit dem Schaltungsträger 5 sind elektronische Bauelemente 8 mechanisch und elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung vom elektronischen Bauelement 8 zum Schaltungsträger 5 kann durch Löten hergestellt sein. Im Falle, dass es sich bei dem elektronischen Bauele- ment um einen Nacktchip handelt, der auf einen DCB-Schal- tungsträger aufzubringen ist, wird die Verbindungen zwischen Chip und Schaltungsträger 5 durch Bonden hergestellt. Die nach außen führenden Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls, welches i.d.R. die Lastanschlüsse sind, werden über die schaltungstechnische Struktur des Schaltungsträgers 5 an eine geeignete Stelle der Oberfläche 6 des Schaltungsträgers 5 verbunden. An dieser Stelle sind die Lastanschlusselemente 9 mit dem Schaltungsträger 5 mechanisch und elektrisch - vorzugsweise durch Löten - verbunden. Das Lastanschlusselement 9 steht dabei vorzugsweise rechtwinklig auf dem Schaltungsträger 5, ragt durch den Gehäuseinnenraum 4 hindurch in Richtung des Gehäusedeckels 3. FIG 3 zeigt ein zylinderförmiges Lastanschlusselement 9 mit einer sechseckigen Grundflächengeometrie, FIG 4 zeigt ein Lastanschlusselement 9 in Form eines Kreiszylinders . Beide Lastanschlusselemente nach FIG 3 und FIG 4 sind beispielhaft als Hohlkörper ausgeprägt. Vollkörper sowie beliebig andere Grundflächengeometrien sind denkbar und können sinnvoll sein (Stromtragfähigkeit, Standfestigkeit während des Lötens) . Sofern die Lastanschlusselemente 9 vorteilhaft aus einem Keramikkörper und nicht massiv aus einem leitfähigen Material be- stehen, besitzen sie eine metallisierte Außen und/oder Innenmantelfläche 11.
FIG 5 zeigt die Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul 1 ohne aufgesetzten Gehäusedeckel 3, jedoch mit montierten An- schlussklemmenelementen 12 zur Aufnahme des externen Anschlusses 14. Über das Lastanschlusselement 9 wird das An- schlussklemmenelement 12 gesetzt, welches in einem einfachen Falle aus einem mehrfach gekröpften bzw. gewinkelten quaderförmigen Schienenstück besteht. Durch Abwinkelungen entstehen ein erster - im' montierten Zustand nahezu senkrecht zum Lastanschlusselement verlaufender Schienenabschnitt 16, ein nahezu senkrecht dazu verlaufender Schienenabschnitt 17 und ein wiederum in seiner Verlängerung nahezu parallel zum Schienenabschnitt 16 verlaufender Schienenabschnitt 18. Zur Aufnahme des Lastanschlusselements besitzt das Anschlussklemmenelement 12 im Bereich des ersten Schienenabschnitts 16 eine Aussparung 13, die der Grundflächengeometrie des Lastanschlusselements 9 entspricht und eine kraftschlüssig, elektrisch sicher kontaktierende Verbindung zwischen Lastanschlusselement 9 und Anschlussklemmenelement 12 ermöglicht. Das Anschlussklemmenelement 12 besteht aus einem elektrisch leitenden Material oder ist wenigstens mit einem elektrisch leitenden Material oberflächenmetallisiert. Die Aussparung 13 kann im einfachsten Fall und bei kreiszylindrischen Lastanschlusselementen 9 eine Durchgangs- oder Sackbohrung sein. Der Schienenabschnitt 18 weist eine Aufnahmeeinrichtung 19 auf, die den externen Anschluss 14 aufnimmt. Im vorliegenden Fall ist als Aufnahmeeinrichtung 19 eine Bohrung mit eingelassenem Innengewinde vorgesehen, über die der externe Anschluss 14 verschraubt wird. Beliebig andere Konturen der Aufnahmeeinrichtungen 19 sind denkbar. An dem Gehäuse und auf dem Anschlussklemmenele- ment 12 sind Haltemittel 15 vorgesehen, die eine Fixierung des Anschlussklemmenelements 12 sicherstellen, um Kraft- und Momenteinleitungen vom externen Anschluss 14 abzufangen. In FIG 5 ist das Haltemittel 15 eine im ersten Schienenabschnitt 16 angeordnete Schraubverbindung zwischen Anschlussklemmen- element 12 und Gehäusekörper 2. Weitere Haltemittel sind in den FIG 7 und 8 dargestellt.
FIG 6 stellt eine weitere Ausführungsform des Anschlussklemmenelements 12 dar, die sich ebenfalls in Schienenabschnitte 16, 17, 18 einteilen lässt. In dieser Variante ist in die Aussparung 13 des Anschlussklemmenelements 12 im ersten
Schienenabschnitt 16 ein hohlzylinderförmiger Sitz 20 eingelassen, der eine optimale Kontaktnahme mit dem in diesem Ausführungsbeispiel kreisförmigen Lastanschlusselement 9 sicherstellt. Dieser Sitz 20 weist an wenigstens einer Seite seiner Zylinderwand einen Schlitz 21 auf. Dieser Schlitz 21 gewährleistet eine rückfedernde, geringfügige Erweiterbarkeit der Kreisöffnung des Sitzes 20 und durch die rückfedernde Wirkung im montierten Zustand einen verbesserten Anpressdruck des Sitzes 20 auf das Lastanschlusselement 9. Im Schienenab- schnitt 18 weist wiederum eine Aufnahmeeinrichtung 19 bestehend aus Schraube 22 und Bohrung mit Innengewinde 23 zur Aufnahme des externen Anschlusses 14 auf, wobei in diesem Falle die Aufnahmeeinrichtung 19 durch eine vierkantige Platte 24 erweitert worden ist, die ein kraftschlüssiges Verpressen des externen Anschlusses 14 ermöglicht. Im Schienenabschnitt 17 sind zwei langlochartige Aussparungen 28 vorgesehen. Im Falle der Einleitung von Torsionskräften am externen Anschluss erfährt dieser Abschnitt eine Dreh-Auslenkung in der durch den Doppel-Richtungspfeil 29 dargestellten Richtungen.
In FIG 7 ist ein Leistungshalbleitermodul 1 mit Gehäuse in einer Draufsicht dargestellt. Ein in FIG 6 näher erläutertes Anschlussklemmeneletnent 12 ist auf ein Lastanschlusselement 9 aufgesetzt. Zur Unterstützung und Fixierung des aufgesetzten Anschlussklemmenelements 12 weist der Gehäusekörper 2 für jedes Anschlussklemmenelement eine speziell geformte Passung 25 und Wände 26 auf, die eine Ausgestaltungsform der vorgenann- ten Haltemittel 15 darstellen. Die Passung 25 ist eine Materialverstärkung des Gehäusekörpers 2, die eine Anlage- bzw. Auflagefläche des Anschlussklemmenelements 12 im Bereich seiner Schienenabschnitte 17 und 18 schafft. Weiterhin weist die Passung 25 eine Sackbohrung 27 auf, die das Einsenken der festgezogenen Schraube 22 erlaubt und gleichzeitig Druck und Zug des hier nicht dargestellten externen Anschlusses 14 abfängt. Die Sackbohrung 27 kann auch mit einem Innengewinde ausgestattet sein, welches gleichzeitig für Halterung des externen Anschlusses 14 und des Anschlussklemmenelements selbst verantwortlich zeigt. Bei den Wänden 26 handelt es sich um an das Gehäuse i.d.R beim Kunststoffspritzen im gleichen Arbeitsgang angeformte senkrechte plattenartige Materialerhebungen, die derart beabstandet und angeordnet sind, dass jeweils zwischen zwei Wänden 26 ein Anschlussklemmenelement im wesentlichen im Bereich der Schienenabschnitte 17 und 18 passgenau eingesetzt werden kann. Die Wände 26 fixieren das Anschlussklemmenelement 12 somit gegen seitlichen Druck, der vom externen Anschluss 14 ausgehen kann. Ferner verhindern die Wände 26 ein Verdrehen der Platte 24 und übernehmen Iso- lationsaufgaben zwischen benachbarten Anschlussklemmenelemen- ten 12.
Ausgehend von FIG 6 und FIG 7 zeigt FIG 8 eine Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit aufgesetztem Anschlussklem- menelement mit Gehäusedeckel, wobei die Länge des Lastan- schlusselementes 9 in diesem Fall so dimensioniert ist, dass sich bei montiertem Gehäusedeckel 3 ein Überstand 10 ergibt, mit dem sich das Lastanschlusselement 9 über den aufgesetzten Gehäusedeckel 3 erstreckt. Die drei dargestellten Lastan- Schlusselemente 9 stoßen mit ihrem Überstand 10 durch den montierten Gehäusedeckel 3. Dazu besitzt der Gehäusedeckel 3 Durchbrüche, die geometrisch der Grundflächenkontur des Last- anschlusselements 9 entsprechen und durch die die Lastan- Schlusselemente 9 nach Aufsetzen des Gehäusedeckels 3 zusätzlich fixiert werden, so dass ein Abbrechen des Lastanschluss- elements 9 nach dem Zusammenbau des Gehäuses nicht mehr möglich ist. Zur Unterstützung und Fixierung des aufgesetzten Anschlussklemmenelements 12 weist hier der Gehäusedeckel 3 für jedes Anschlussklemmenelement 12 das vorbeschriebene, spezielle Haltemittel 15 in Form der angeformten Passung 25 und der Wände 26 auf, die die Anlage- bzw. Auflagefläche des Anschlussklemmenelements 12 im Bereich seiner Schienenab- schnitte 17 und 18 schafft.

Claims

Patentansprüche
1. Leistungshalbleitermodul (1) mit einem Gehäuse zur Aufnahme mindestens eines im Wesentlichen plattenförmigen Schal- tungsträgers (5) , wobei der Schaltungsträger (5) auf wenigstens einem Teil seiner Oberfläche (6) mit einer Metallisierung versehen ist und mit mindestens einem Leistungshalbleiter (8) bestückt und elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem metallisierten Teil der metalli- sierten Oberfläche (6) des Schaltungsträgers (5) starre, einstückige und im Wesentlichen gerade Lastanschlusselemente (9) aufgebracht sind, die mit ihrem einen Ende elektrisch und mechanisch fest mit dem Schaltungsträger (5) verbunden sind und im Wesentlichen senkrecht in den Gehäuseinnenraum (4) ra- gen, wobei separate Anschlussklemmenelemente (12) zur elektrischen Kontaktierung auf das freie Ende der Lastanschluss- elemente (9) aufgesetzt werden.
2. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Lastanschlusselement (9) zylinder-, röhr-, oder stangenartig ausgeprägt ist, wobei es unterschiedliche Grundflächengeometrien aufweisen kann.
3. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastanschlusselement (9) , mit seiner Grundfläche frei stehend auf den Schaltungsträger (5) gelötet, geklebt oder geschweißt ist.
4. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastanschlusselement (9) mit seinem freien Ende durch das Gehäuse (2,3) nach außen ragt und dort zur Aufnahme eines Anschlussklemmenele- ments (12) zur elektrischen Kontaktierung vorgesehen ist.
5. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastanschlusselement (9) aus einem Keramikkörper mit stromleitfähig metallisierten Mantelflächen (11) gebildet ist.
6. Leistungshalbleitermodul (1) mit Lastanschlusselement (9) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastan- schlusselement (9) eine metallisierte Mantelfläche (11) hohe Abriebstabilität aufweist und die insbesondere aus Palladium besteht.
7. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussklemmen- element (12) eine Aussparung (13) aufweist, wobei die Aussparung (13) in Geometrie und Größe etwa der Grundflächengeometrie und -große des freien Endes des anzuschließenden, korrespondierenden Lastanschlusselements (9) entspricht, so dass nach dem Aufsetzen des Anschlussklemmenelements (12) mit sei- ner Aussparung (13) auf das freie Ende des Lastanschlussele- ments (9) eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Anschluss- klemmenelement (12) und Lastanschlusselement (9) besteht.
8. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Anschlussklemmenelement (12) im Aufnahmebereich des Lastanschlusselements (9) Mittel aufweist, die eine geringfügige rückfedernde Erweiterung des Innendurchmessers der Aussparung zum Aufsetzen auf das Lastanschlusselement (9) zulassen, wobei die im Erweiterungsbereich wegen der rückfedernden Eigenschaft auftretenden Kräfte die Kraftschlüssigkeit der Verbindung zwischen Anschlussklemmenelement und Lastanschlusselement erhöht.
9. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2,3) und das Anschlussklemmenelement (12) so ausgeprägt sind, dass das Anschlussklemmenelement (12) zur Kraft- und Momentaufnahme extern eingeleiteter Kräfte formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse (2,3) verbindbar ist, so dass die eingeleiteten Kräfte im wesentlichen auf das Gehäuse (2,3) übertragen werden.
10. Leistungshalbleitertnodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschluss- klemmenelement (12) Mittel aufweist, die eine torsionsweiche Verbindung zwischen den äußeren Schienenabschnitten (16, 18) des Anschlussklemmenelements (12) gewährleisten.
11. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussklemmenelement (12) vom Gehäuse (2,3) wieder lösbar ist.
12. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussklemmenelement (12) an seiner Leiteranschlussseite eine Aufnahmeeinrichtung (19) in Form von verschiedenen, geeignet gestalteten Bohrungen und/oder Konturen aufweist, die einen flexiblen Anschluss von externen Anschlüssen in verschiedenen Anschlusstechniken ermöglichen.
13. Gehäuse (2,3) für ein Leistungshalbleitermodul (1) beste- hend aus einem Gehäusekörper (2) zur Aufnahme mindestens eines im wesentlichen plattenförmigen Schaltungsträgers (5) mit auf dem Schaltungsträger (5) kontaktierten Lastanschlusselementen (9) und einem Gehäusedeckel (3) , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2,3) a) Durchbrüche derart aufweist, dass die freien Enden der
Lastanschlusselemente (9) nach außen ragen und bl) Mittel aufweist, durch die ein auf das Lastanschluss- element (9) aufsetzbares Anschlussklemmenelement (12) formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse (2,3) verbindbar ist oder b2) ein auf das Lastanschlusselement (9) aufsetzbares Anschlussklemmenelement (12) beinhaltet.
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