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WO2016005088A1 - Semiconductor module with a spring-loaded base plate - Google Patents

Semiconductor module with a spring-loaded base plate Download PDF

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Publication number
WO2016005088A1
WO2016005088A1 PCT/EP2015/060851 EP2015060851W WO2016005088A1 WO 2016005088 A1 WO2016005088 A1 WO 2016005088A1 EP 2015060851 W EP2015060851 W EP 2015060851W WO 2016005088 A1 WO2016005088 A1 WO 2016005088A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
base plate
semiconductor module
spring
spring element
heat sink
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/EP2015/060851
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Samuel Hartmann
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.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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 ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Publication of WO2016005088A1 publication Critical patent/WO2016005088A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H10W40/60
    • H10W40/611

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor module, in particular a power semiconductor module with one or more power semiconductor chips.
  • Power semiconductor modules generate heat that must be dissipated efficiently to maintain the semiconductor chips within their operating temperature. Therefore, these modules typically have a large base plate that can be mounted to a heat sink.
  • thermal compound is distributed on the base plate and the module is screwed to the heat sink by means of several screws. Even relatively small torques of 5 Nm, with which the screws are screwed, cause each screw presses the base plate with up to 5000 N to the heat sink.
  • DE 10 2012 215 052 A1 proposes various solutions for reducing stresses in the base plate, such as the use of a spring washer or an elastic object between the screw head and the base plate. It is also proposed to fasten a spring piece to the edge of the base plate, which presses the base plate against the heat sink via a screw arranged outside the base plate.
  • US Pat. Nos. 7,450,389 B2 and 7,477,518 B2 also show solutions in which spring elements press the base plate downwards.
  • JP 2005 045 105 A the edge of the base plate is pressed by a pressing element onto the cooling element.
  • JP 2003 243 584 A discloses a semiconductor module which has a substrate which carries a semiconductor chip. Furthermore, a base plate is provided, on which the substrate is fixed in such a way that heat can be dissipated from the substrate into the base plate. In addition, a fastening element in the form of a screw for fastening the base plate is provided on a heat sink, wherein the screw is guided by the base plate.
  • the US 6,477,050 B1 and US 2006/098408 A1 each show a fastening mechanism for a heat sink, wherein a plastically non-deformable spacer is provided which is received between a leaf spring and a base plate, wherein the spacer element serves as a stop so that the leaf spring does not span and thus not overloaded.
  • US 2014/124915 A1 discloses a semiconductor module in which a heat dissipation plate is deformed so that it is convex in one direction.
  • the invention relates to a semiconductor module which can carry, for example, the semiconductor switches of a half-bridge circuit.
  • the semiconductor chips that provide these semiconductor switches may be power semiconductor chips configured to process currents greater than 10 A and / or voltages greater than 1000 V.
  • the semiconductor module may, for example, be an IGBT module in which semiconductor chips carry one or more IGBTs.
  • the semiconductor module comprises at least one substrate carrying at least one semiconductor chip, a base plate on which the Substrate is mounted such that heat from the substrate into the base plate is dissipated, at least one fastener for securing the base plate to a heat sink, said fastener is passed through the base plate (for example, through an opening such as a slot or a bore), and a spring member which is pressed by the fastener against the base plate when the fastener is attached to the heat sink.
  • the heat sink can be brought into thermal contact with the semiconductor module or the base plate in a planar manner.
  • the semiconductor module comprises a plastically deformable spacer element which is received between the spring element and the base plate and which is designed to receive a part of the force which arises when fastening the fastening element on the heat sink between the spring element and the base plate, wherein the spring element in a presses first contact point on the spacer on the base plate and presses the spring element (for example by means of a spring arm) at a second contact point against the base plate when the fastener is attached to the heat sink.
  • the spacer may, for example, surround the fastener annular and / or be made of plastic.
  • the spacer may be a plastic washer.
  • the spacer element can have a shape such that it is pressed against the base plate only at the first contact point. At the second contact points, the spacer element is not present and / or the spring element touches the base plate directly.
  • the relaxation (plastic deformation) of the spacer the force of the base plate can be adjusted to the heat sink, so that although a good thermal contact is present, but the above problems (such as friction welding between the base plate and the heat sink) or not only diminished occur.
  • the number of fasteners and the number of holes in the heat sink (which may be threaded in the case of screws) can be reduced, which can reduce the complexity of the assembly and hence the cost of the semiconductor module.
  • a thickness of the spacer element and a spring action of the spring element are coordinated such that a force on the second contact point is less than 1 .000 N (for example less than 500 N). In this way it can be achieved that even when the fastener (initially) exerts a high force on the base plate, the force is predefined at the second contact point.
  • the base plate remains in good thermal contact with the heat sink, reducing the risk of friction welding.
  • the spacer element is plastically deformable such that a force on the first contact point after fastening of the fastening element drops below 50% (for example below 25% or below 10%) of the original force. In addition to the lower force on the second contact point can be reduced to this, the force on the first contact point, even if, for example, a screw as a fastener firmly (or too tight) is tightened.
  • the plastic deformation usually takes some time. After fixing, a plastic spacer will still transfer the original force for some time. Only with time, the tension in the spacer element decreases, because the plastic material softens by plastic deformation and / or flows away. For example, the force may have dropped below 50% after one week at less than or equal to 100 ° C.
  • the fastener can first press the base plate arbitrarily strong against the heat sink. Due to the thickness of the spacer element, the force is reduced to the second contact point and the plastic deformation reduces the force at the first contact point. This leads to defined spring forces on all contact points, without the contact force of the fastener would have to be adjusted or adjusted exactly. In particular, the torque does not need to be precisely controlled when fastening a screw.
  • the spring element comprises or is a leaf spring.
  • the spring element may be a curved and / or rectangular metal strip, which develops a spring action, for example, when deformed into a planar shape.
  • the spring element is pressed against the base plate at a first, middle contact point and presses at two ends against two further, second contact points against the base plate, so that the base plate against the central contact point and the two further contact points (34) against the heat sink is pressed.
  • the fastener for example, a screw
  • the spring element is pressed in the middle and at its ends against the base plate.
  • the semiconductor module further comprises a housing which is fixed on the base plate and covers the substrate.
  • a housing may also carry the electrical contacts of the semiconductor module.
  • a spacer element between the spring element and the base plate is provided by the housing.
  • the housing can for example, be cast from plastic and / or the spacer be made in one piece with the housing. Such a spacer can be provided without additional effort and additional costs.
  • the housing has a (rectangular) receptacle in which the spring element is accommodated.
  • the housing may have a box-shaped basic shape, which covers the substrate in the middle and has on one side a (for example rectangular) receptacle, in which the spring element is inserted.
  • the spring element is secured by the spacer element of the housing from falling out of the receptacle.
  • the housing can be equipped with the spring element and transported together with it, before it is fastened together with the substrate and the base plate on the heat sink.
  • the spring element has an opening (approximately a hole or a slot) through which the fastener leads.
  • the spring element can secure the fastener before it is screwed to the heat sink.
  • the first contact point is arranged between two corners of the base plate and / or the second contact point is arranged at one of these corners.
  • the base plate may for example be rectangular and be pressed at its two corner pairs of one spring element down. In this way, the base plate with only two fasteners and, for example, two leaf springs can be pressed flat against the heat sink.
  • the semiconductor module comprises two arrangements of a fastening element and a leaf spring, which press the base plate on opposite sides against the heat sink.
  • Each of these assemblies may be received on opposite sides of the housing in the housing.
  • the fastening element comprises or is a screw which has a screw head and a thread fastened therein.
  • the screw on a screw head on a corrugation which is designed to prevent the screw solves independently.
  • This corrugation on the underside of the screw head can produce a higher friction between the screw head and spring element, which prevents the screw can turn independently despite lower pressure force.
  • the screw and / or the spring element have a ratchet mechanism which is designed to prevent the screw from coming loose on its own.
  • the corrugation on the screw head can be provided with asymmetrical ramps in the direction of rotation, which can engage in corresponding ramps on the spring element.
  • the spring element can thus serve as a locking mechanism for the screw.
  • Fig. 1 shows a cross section through a semiconductor module according to an embodiment of the invention prior to assembly.
  • Fig. 2 shows a cross section through the semiconductor module of FIG. 1 directly after tightening.
  • Fig. 3 shows a cross section through the semiconductor module of FIG. 1 after some time, when the voltage in the spacer has largely degraded.
  • FIG. 4 shows a perspective cross section through a semiconductor module according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the semiconductor module from FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a perspective view of the housing of the semiconductor module from FIG. 4.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a blocking mechanism for a semiconductor module according to an embodiment of the invention.
  • FIGS. 1 to 3 show a semiconductor module 10 having a base plate 12 secured to a heat sink 16 by a fastener 14 in the form of a screw.
  • the base plate 12 is a flat flat (for example, cuboid) body which rests flat on the heat sink 16.
  • the screw 14 leads through an opening 13 in the base plate 12th
  • the screw 14 is screwed with a thread into a corresponding internal thread in an opening 18 in the heat sink 16.
  • a spring element 22 having an opening 24 through which guides the body 26 of the screw 14 with the thread.
  • the head 20 of the screw 14 presses the spring element 22 against the base plate 12th
  • the spring element 22 may be a leaf spring, i. an elongated, rectangular strip of elastic material, such as metal. In its relaxed 5 ground state, the spring element 22 is bent.
  • a spacer element 28 for example a plastic washer, which surrounds the screw body 26.
  • Fig. 1 shows the spring element 22 in the unloaded state and between the o spacer 28 and the spring element 22 is a gap visible.
  • Fig. 2 the state of the semiconductor module after the complete screwing of the screw 14 (with, for example, 5 Nm torque) is shown.
  • the screw head 20 presses the spring element 22 in its center against the spacer 28 and the spacer presses the base plate 12 at a first, 5 middle contact point 30 against the heat sink 16. This creates, for example, a force of about 5,000 N between the spring element 22 and the base plate 12 and the heat sink 16.
  • the two ends 32 which are located remote from the spacer element 28 and contact the base plate 12 directly, are pressed against the base plate 12 at two further, second contact points 34.
  • the spring action of the spring element 22 and the thickness of the spacer 28 are, for example, coordinated so that the ends 32 press at about 500 N at the contact points 34 on the base plate 12. The remaining approximately 4,000 N act on the central contact point 30 via the spacer 28th
  • the spacer 28 is plastically deformable, it begins to deform by the force effect, whereby the force effect at the central contact point 30 between the spring element 22 and the base plate 12 and the heat sink 16 decreases.
  • FIG. 3 This is shown in Fig. 3, where, for example, after about 15 minutes, the force at the central contact point 30 has dropped to about 200 N (for a spacer element 28 made of plastic to about 20 N / mm 2 ). The force at the middle contact point 30 has dropped to a low value, while the force at the contact points 34 has assumed a value defined by the spacer element and the spring element 22. In this way, the base plate 22 is pressed against three contact points 30, 34 with a defined force against the base plate 12.
  • FIG. 3 shows that a substrate 36 which carries semiconductor chips 38 is fastened on the base plate 12.
  • the semiconductor chips 38 may carry, for example, IGBTs.
  • 4 shows a cross section through a semiconductor module 10, in which a housing 40 covers the substrate 36 with the chips 38 in the manner of a box. On the housing electrical contacts 42 are provided.
  • the semiconductor module 10 of FIG. 4 has the same pressing mechanism as that of FIGS. 1 to 3, wherein the spacer 28 is provided by the housing 40.
  • the semiconductor module 10 are two leaf springs 22 with two screws 14 on opposite sides of the base plate 12.
  • the screws 14 and the central contact points 30 are located in the middle of the respective side, the ends 32 of the spring element 22 and the outer contact points are located at the corners of each page.
  • the housing 40 has receptacles 44 which serve to receive the leaf springs 22.
  • Each receptacle 44 has the same cross section as the outer shape of the spring element 22 (for example, rectangular) to guide the spring element 22.
  • the receptacles 44 are attached to opposite sides of the housing 40.
  • the housing 40 has a guide or opening 46 for the screw 14, through which the screw 14 can be screwed for example.
  • the spacer 28 is formed as a tab with openings, which projects from a wall of the housing 40 in the receptacle 44.
  • the tab also prevents the spring element 22 from falling out of the housing 40 during transportation of the housing 40.
  • FIG. 7 shows a ratchet mechanism which prevents the screw 14 from automatically loosening again.
  • the screw head 20 has on the spring element 22 side facing asymmetrical ramps 48 which can slide on corresponding ramps 48 on the spring element 22 when the screw 14 is tightened, but lock against each other when the screw 14 is rotated in the opposite direction.
  • the structure with the ramps in the spring element 22 can be embossed, for example.
  • the spring element 22 may also have the ramps 48, against which the corrugation can lock when the screw is rotated in the release direction.

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

A semiconductor module (10) comprises at least one substrate (36), which supports at least one semiconductor chip (38), a base plate (12), on which the at least one substrate (36) is fastened in such a way that heat from the substrate (36) can be dissipated into the base plate (12), at least one fastening element (14) for fastening the base plate (12) to a heat sink (16), wherein the fastening element (14) is routed through the base plate (12), a spring element (22), which is pressed against the base plate (12) by the fastening element (14) when the fastening element (14) is fastened to the heat sink (16), and a plastically deformable spacer element (28), which is accommodated between the spring element (22) and the base plate (12) and which is designed to absorb some of the force which is produced between the spring element (22) and the base plate (12) when the fastening element (14) is fastened to the heat sink (16). The spring element (22) presses onto the base plate (12) at a first contact point (30) above the spacer element (28) and the spring element (22) presses against the base plate (12) at a second contact point (34) when the fastening element (14) is fastened to the heat sink (16).

Description

Halbleitermodul mit federbelasteter Basisplatte  Semiconductor module with spring-loaded base plate

GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul, insbesondere ein Leistungshalbleitermodul mit einem oder mehreren Leistungshalbleiterchips. HINTERGRUND DER ERFINDUNG  The invention relates to a semiconductor module, in particular a power semiconductor module with one or more power semiconductor chips. BACKGROUND OF THE INVENTION

Leistungshalbleitermodule erzeugen Wärme, die, um die Halbleiterchips innerhalb ihrer Betriebstemperatur zu halten, effizient abgeführt werden muss. Deswegen weisen diese Module in der Regel eine große Basisplatte auf, die an einen Kühlkörper montiert werden kann.  Power semiconductor modules generate heat that must be dissipated efficiently to maintain the semiconductor chips within their operating temperature. Therefore, these modules typically have a large base plate that can be mounted to a heat sink.

Normalerweise wird dazu Wärmeleitpaste auf der Basisplatte verteilt und das Modul mittels mehrerer Schrauben am Kühlkörper angeschraubt. Bereits relativ geringe Drehmomente von 5 Nm, mit denen die Schrauben festgeschraubt werden, führen dazu, dass jede Schraube die Basisplatte mit bis zu 5000 N an den Kühlkörper drückt.  Normally, thermal compound is distributed on the base plate and the module is screwed to the heat sink by means of several screws. Even relatively small torques of 5 Nm, with which the screws are screwed, cause each screw presses the base plate with up to 5000 N to the heat sink.

Durch diese hohen Kräfte treten hohe Reibungskräfte zwischen der Basisplatte und dem Kühlkörper auf und durch wiederholtes thermisches Ausdehnen und Zusammenziehen kann sich die Basisplatte durch Reibschweißen mit dem Kühlkörper verbinden. Danach können hohe thermomechanische Spannungen zwischen dem Kühlkörper und der Basisplatte entstehen, bei denen sich die Basisplatte plastisch verformen und ein Spalt zwischen der Basisplatte und dem Kühlkörper entstehen kann. Die Kühlung des Moduls verschlechtert sich, was seine Lebensdauer verkürzen kann. Due to these high forces, high frictional forces occur between the base plate and the heat sink, and by repeated thermal expansion and contraction, the base plate can be friction welded to the heat sink. Thereafter, high thermo-mechanical stresses between the heat sink and the base plate may arise in which the base plate plastically deform and a gap between the base plate and the heat sink may arise. The cooling of the module deteriorates, which can shorten its life.

In der DE 10 2012 215 052 A1 werden zum Abbau von Spannungen in der Basisplatte verschiedene Lösungen vorgeschlagen, wie etwa die Verwendung einer Federscheibe oder einem elastischen Objekt zwischen dem Schraubenkopf und der Basisplatte. Es wird auch vorgeschlagen, ein Federstück am Rand der Basisplatte zu befestigen, das über eine außerhalb der Basisplatte angeordneten Schraube die Basisplatte an den Kühlkörper drückt. Auch die US 7,450,389 B2 und US 7,477,518 B2 zeigen Lösungen, bei denen Federelemente die Basisplatte nach unten drücken. DE 10 2012 215 052 A1 proposes various solutions for reducing stresses in the base plate, such as the use of a spring washer or an elastic object between the screw head and the base plate. It is also proposed to fasten a spring piece to the edge of the base plate, which presses the base plate against the heat sink via a screw arranged outside the base plate. US Pat. Nos. 7,450,389 B2 and 7,477,518 B2 also show solutions in which spring elements press the base plate downwards.

In der JP 2005 045 105 A wird der Rand der Basisplatte von einem Presselement auf das Kühlelement gedrückt.  In JP 2005 045 105 A, the edge of the base plate is pressed by a pressing element onto the cooling element.

Alle diese Lösungen benötigen relativ viele Bauteile und/oder relativ viel Bauraum. All of these solutions require relatively many components and / or a relatively large amount of space.

In der JP 2003 243 584 A ist ein Halbleitermodul offenbart, welches ein Substrat aufweist, das einen Halbleiterchip trägt. Desweiteren ist eine Basisplatte vorgesehen, auf der das Substrat derart befestigt ist, dass Wärme aus dem Substrat in die Basisplatte abführbar ist. Zudem ist ein Befestigungselement in Form einer Schraube zum Befestigen der Basisplatte an einem Kühlkörper vorgesehen, wobei die Schraube durch die Basisplatte geführt ist. JP 2003 243 584 A discloses a semiconductor module which has a substrate which carries a semiconductor chip. Furthermore, a base plate is provided, on which the substrate is fixed in such a way that heat can be dissipated from the substrate into the base plate. In addition, a fastening element in the form of a screw for fastening the base plate is provided on a heat sink, wherein the screw is guided by the base plate.

Die US 6,477,050 B1 und US 2006/098408 A1 zeigen jeweils ein Befestigungsmechanismus für einen Kühlkörper, wobei ein plastisch nicht verformbares Abstandselement vorgesehen ist, das zwischen einer Blattfeder und einer Basisplatte aufgenommen ist, wobei das Abstandselement als Anschlag dient, damit die Blattfeder nicht überspannt und somit nicht überlastet wird.  The US 6,477,050 B1 and US 2006/098408 A1 each show a fastening mechanism for a heat sink, wherein a plastically non-deformable spacer is provided which is received between a leaf spring and a base plate, wherein the spacer element serves as a stop so that the leaf spring does not span and thus not overloaded.

In der US 2014/124915 A1 ist ein Halbleitermodul angegeben, bei dem eine Wärmeableitungsplatte verformt ist, so dass diese in einer Richtung konvex ist.  US 2014/124915 A1 discloses a semiconductor module in which a heat dissipation plate is deformed so that it is convex in one direction.

In DE 102006008807 A1 , EP 2003691 A2, JP 20041 1 1645 A, JP 2013214566 A und JP 201 1096758 A sind jeweils gattungsgemässe Halbleitermodule und zugehörige Befestigungen angegeben.  DE 102006008807 A1, EP 2003691 A2, JP 20041 1 1645 A, JP 2013214566 A and JP 201 1096758 A each indicate generic semiconductor modules and associated attachments.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges und kompaktes Halbleitermodul mit hoher Lebensdauer bereitzustellen.  It is an object of the invention to provide a low-cost and compact semiconductor module with a long service life.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.  This object is solved by the subject matter of the independent claims. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description.

Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul, das beispielsweise die Halbleiterschalter einer Halbbrückenschaltung tragen kann. Die Halbleiterchips, die diese Halbleiterschalter bereitstellen, können Leistungshalbleiterchips sein, die dazu ausgeführt sind, Ströme von mehr als 10 A und/oder Spannungen von mehr als 1 .000 V zu verarbeiten. Das Halbleitermodul kann beispielsweise ein IGBT-Modul sein, bei dem Halbleiterchips einen oder mehrere IGBTs tragen.  The invention relates to a semiconductor module which can carry, for example, the semiconductor switches of a half-bridge circuit. The semiconductor chips that provide these semiconductor switches may be power semiconductor chips configured to process currents greater than 10 A and / or voltages greater than 1000 V. The semiconductor module may, for example, be an IGBT module in which semiconductor chips carry one or more IGBTs.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Halbleitermodul wenigstens ein Substrat, das wenigstens einen Halbleiterchip trägt, eine Basisplatte, auf der das Substrat derart befestigt ist, dass Wärme aus dem Substrat in die Basisplatte abführbar ist, wenigstens ein Befestigungselement zum Befestigen der Basisplatte an einem Kühlkörper, wobei das Befestigungselement durch die Basisplatte (beispielsweise durch eine Öffnung wie etwa einen Schlitz oder eine Bohrung) geführt ist, und ein Federelement, das von dem Befestigungselement gegen die Basisplatte gedrückt wird, wenn das Befestigungselement am Kühlkörper befestigt wird. Auf diese Weise kann der Kühlkörper mit dem Halbleitermodul bzw. die Basisplatte flächig in thermischem Kontakt gebracht werden. According to one embodiment of the invention, the semiconductor module comprises at least one substrate carrying at least one semiconductor chip, a base plate on which the Substrate is mounted such that heat from the substrate into the base plate is dissipated, at least one fastener for securing the base plate to a heat sink, said fastener is passed through the base plate (for example, through an opening such as a slot or a bore), and a spring member which is pressed by the fastener against the base plate when the fastener is attached to the heat sink. In this way, the heat sink can be brought into thermal contact with the semiconductor module or the base plate in a planar manner.

Weiter umfasst das Halbleitermodul ein plastisch verformbares Abstandselement, das zwischen dem Federelement und der Basisplatte aufgenommen ist und das dazu ausgeführt ist einen Teil der Kraft, die beim Befestigen des Befestigungselement am Kühlkörper zwischen dem Federelement und der Basisplatte entsteht, aufzunehmen, wobei das Federelement bei einer ersten Kontaktstelle über das Abstandselement auf die Basisplatte drückt und das Federelement (beispielsweise mittels eines Federarms) an einer zweiten Kontaktstelle gegen die Basisplatte drückt, wenn das Befestigungselement am Kühlkörper befestigt wird.  Further, the semiconductor module comprises a plastically deformable spacer element which is received between the spring element and the base plate and which is designed to receive a part of the force which arises when fastening the fastening element on the heat sink between the spring element and the base plate, wherein the spring element in a presses first contact point on the spacer on the base plate and presses the spring element (for example by means of a spring arm) at a second contact point against the base plate when the fastener is attached to the heat sink.

Das Abstandselement kann beispielsweise das Befestigungselement ringförmig umgeben und/oder aus Kunststoff gefertigt sein. Beispielsweise kann das Abstandselement eine Beilagscheibe aus Kunststoff sein. Das Abstandselement kann vor allem eine Form aufweisen, so dass es an nur an der ersten Kontaktstelle an die Basisplatte gepresst wird. An der zweiten Kontaktstellen ist das Abstandselement nicht vorhanden und/oder das Federelement berührt die Basisplatte direkt. Durch die Relaxation (plastisch Verformung) des Abstandselements kann die Kraft der Basisplatte auf den Kühlkörper eingestellt werden, so dass zwar ein guter thermischer Kontakt vorhanden ist, aber die oben genannten Probleme (wie etwa Reibschweißen zwischen der Basisplatte und dem Kühlkörper) nicht mehr oder nur vermindert auftreten.  The spacer may, for example, surround the fastener annular and / or be made of plastic. For example, the spacer may be a plastic washer. Above all, the spacer element can have a shape such that it is pressed against the base plate only at the first contact point. At the second contact points, the spacer element is not present and / or the spring element touches the base plate directly. By the relaxation (plastic deformation) of the spacer, the force of the base plate can be adjusted to the heat sink, so that although a good thermal contact is present, but the above problems (such as friction welding between the base plate and the heat sink) or not only diminished occur.

Außerdem kann die Anzahl der Befestigungselemente und die Anzahl der Löcher im Kühlkörper (die im Fall von Schrauben ein Gewinde aufweisen können) reduziert werden, was die Komplexität des Zusammenbaus und damit die Kosten des Halbleitermoduls reduzieren kann.  In addition, the number of fasteners and the number of holes in the heat sink (which may be threaded in the case of screws) can be reduced, which can reduce the complexity of the assembly and hence the cost of the semiconductor module.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind eine Dicke des Abstandselements und eine Federwirkung des Federelements derart aufeinander abgestimmt, dass eine Kraft auf die zweite Kontaktstelle geringer als 1 .000 N (beispielsweise geringer als 500 N) ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass auch, wenn das Befestigungselement (zunächst) eine hohe Kraft auf die Basisplatte ausübt, die Kraft an der zweiten Kontaktstelle vordefiniert ist. Die Basisplatte bleibt in gutem thermischen Kontakt mit dem Kühlkörper, die Gefahr von Reibschweißen wird reduziert. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Abstandselement derart plastisch verformbar, dass eine Kraft auf die erste Kontaktstelle nach dem Befestigen des Befestigungselements auf unter 50% (beispielsweise unter 25% oder unter 10%) der ursprünglichen Kraft absinkt. Zusätzlich zu der geringeren Kraft auf die zweite Kontaktstelle kann auf diese die Kraft auf die erste Kontaktstelle vermindert werden, auch wenn beispielsweise eine Schraube als Befestigungselement fest (bzw. zu fest) angezogen wird. According to one embodiment of the invention, a thickness of the spacer element and a spring action of the spring element are coordinated such that a force on the second contact point is less than 1 .000 N (for example less than 500 N). In this way it can be achieved that even when the fastener (initially) exerts a high force on the base plate, the force is predefined at the second contact point. The base plate remains in good thermal contact with the heat sink, reducing the risk of friction welding. According to one embodiment of the invention, the spacer element is plastically deformable such that a force on the first contact point after fastening of the fastening element drops below 50% (for example below 25% or below 10%) of the original force. In addition to the lower force on the second contact point can be reduced to this, the force on the first contact point, even if, for example, a screw as a fastener firmly (or too tight) is tightened.

Die plastische Verformung braucht in der Regel einige Zeit. Nach dem Befestigen wird ein Abstandselement aus Kunststoff die ursprüngliche Kraft immer noch einige Zeit lang übertragen. Erst mit der Zeit lässt die Spannung im Abstandselement nach, weil dessen Kunststoffmaterial durch plastische Verformung ausweicht und/oder wegfließt. Beispielsweise kann die Kraft nach einer Woche bei kleiner gleich 100 °C auf unter 50% abgesunken sein.  The plastic deformation usually takes some time. After fixing, a plastic spacer will still transfer the original force for some time. Only with time, the tension in the spacer element decreases, because the plastic material softens by plastic deformation and / or flows away. For example, the force may have dropped below 50% after one week at less than or equal to 100 ° C.

Auf diese Weise kann das Befestigungselement die Basisplatte zunächst beliebig stark gegen den Kühlkörper pressen. Durch die Dicke des Abstandselements wird die Kraft auf die zweite Kontaktstelle reduziert und durch die plastische Verformung wird die Kraft an der ersten Kontaktstelle reduziert. Dies führt zu definierten Federkräften auf alle Kontaktstellen, ohne dass die Anpresskraft des Befestigungselements genau eingestellt bzw. nachgestellt werden müsste. Insbesondere muss das Drehmoment beim Befestigen einer Schraube nicht exakt kontrolliert werden.  In this way, the fastener can first press the base plate arbitrarily strong against the heat sink. Due to the thickness of the spacer element, the force is reduced to the second contact point and the plastic deformation reduces the force at the first contact point. This leads to defined spring forces on all contact points, without the contact force of the fastener would have to be adjusted or adjusted exactly. In particular, the torque does not need to be precisely controlled when fastening a screw.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst bzw. ist das Federelement eine Blattfeder umfasst. Das Federelement kann ein gekrümmter und/oder rechteckiger Metallstreifen sein, der beispielsweise beim Deformieren in eine ebene Form eine Federwirkung entwickelt.  According to one embodiment of the invention, the spring element comprises or is a leaf spring. The spring element may be a curved and / or rectangular metal strip, which develops a spring action, for example, when deformed into a planar shape.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Federelement bei einer ersten, mittleren Kontaktstelle gegen die Basisplatte gedrückt und drückt an zwei Enden an zwei weiteren, zweiten Kontaktstellen gegen die Basisplatte, so dass die Basisplatte an der mittleren Kontaktstelle und den beiden weiteren Kontaktstellen (34) gegen den Kühlkörper gedrückt wird. Durch das Befestigungselement (beispielsweise eine Schraube) wird das Federelement in der Mitte und an seinen Enden gegen die Basisplatte gedrückt. Somit kann mit lediglich einem Befestigungselement die Basisplatte und der darunter angeordnete Kühlkörper an drei Kontaktstellen mit Kraft beaufschlagt werden.  According to one embodiment of the invention, the spring element is pressed against the base plate at a first, middle contact point and presses at two ends against two further, second contact points against the base plate, so that the base plate against the central contact point and the two further contact points (34) against the heat sink is pressed. By the fastener (for example, a screw), the spring element is pressed in the middle and at its ends against the base plate. Thus, with only one fastener, the base plate and the heat sink disposed thereunder can be acted upon by three contact points with force.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Halbleitermodul weiter ein Gehäuse, das auf der Basisplatte befestigt ist und das Substrat überdeckt. Ein derartiges Gehäuse kann auch die elektrischen Kontakte des Halbleitermoduls tragen.  According to an embodiment of the invention, the semiconductor module further comprises a housing which is fixed on the base plate and covers the substrate. Such a housing may also carry the electrical contacts of the semiconductor module.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Abstandselement zwischen dem Federelement und der Basisplatte von dem Gehäuse bereitgestellt. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Kunststoff gegossen sein und/oder das Abstandselement einstückig zusammen mit dem Gehäuse gefertigt sein. Ein solches Abstandselement kann ohne Mehraufwand und Mehrkosten bereitgestellt werden. According to one embodiment of the invention, a spacer element between the spring element and the base plate is provided by the housing. The housing can for example, be cast from plastic and / or the spacer be made in one piece with the housing. Such a spacer can be provided without additional effort and additional costs.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse eine (rechteckige) Aufnahme auf, in der das Federelement aufgenommen ist. Beispielsweise kann das Gehäuse eine kastenförmige Grundform aufweisen, die in der Mitte das Substrat überdeckt und an einer Seite eine (beispielsweise rechteckige) Aufnahme aufweist, in die das Federelement eingesteckt ist.  According to one embodiment of the invention, the housing has a (rectangular) receptacle in which the spring element is accommodated. For example, the housing may have a box-shaped basic shape, which covers the substrate in the middle and has on one side a (for example rectangular) receptacle, in which the spring element is inserted.

Zusätzlich kann das Federelement durch das Abstandselement des Gehäuses vor einem Herausfallen aus der Aufnahme gesichert ist. Auf diese Weise kann das Gehäuse mit dem Federelement bestückt und zusammen mit ihm transportiert werden, bevor es zusammen mit dem Substrat und der Basisplatte am Kühlkörper befestigt wird.  In addition, the spring element is secured by the spacer element of the housing from falling out of the receptacle. In this way, the housing can be equipped with the spring element and transported together with it, before it is fastened together with the substrate and the base plate on the heat sink.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Federelement eine Öffnung (in etwa eine Bohrung oder einen Schlitz) auf, durch die das Befestigungselement führt. Wenn das Federelement in der Aufnahme im Gehäuse gesichert ist, kann das Federelement das Befestigungselement sichern, bevor es mit dem Kühlkörper verschraubt wird.  According to one embodiment of the invention, the spring element has an opening (approximately a hole or a slot) through which the fastener leads. When the spring element is secured in the receptacle in the housing, the spring element can secure the fastener before it is screwed to the heat sink.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Kontaktstelle zwischen zwei Ecken der Basisplatte angeordnet und/oder ist die zweite Kontaktstelle an einer dieser Ecken angeordnet. Die Basisplatte kann beispielsweise rechteckig sein und an ihren beiden Eckpaaren von jeweils einem Federelement nach unten gedrückt werden. Auf diese Weise kann die Basisplatte mit lediglich zwei Befestigungselementen und beispielsweise zwei Blattfedern flächig an den Kühlkörper gedrückt werden.  According to one embodiment of the invention, the first contact point is arranged between two corners of the base plate and / or the second contact point is arranged at one of these corners. The base plate may for example be rectangular and be pressed at its two corner pairs of one spring element down. In this way, the base plate with only two fasteners and, for example, two leaf springs can be pressed flat against the heat sink.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Halbleitermodul zwei Anordnungen aus einem Befestigungselement und einer Blattfeder, die die Basisplatte an gegenüberliegenden Seiten gegen den Kühlkörper drücken. Jede dieser Anordnungen kann an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses in dem Gehäuse aufgenommen sein. According to one embodiment of the invention, the semiconductor module comprises two arrangements of a fastening element and a leaf spring, which press the base plate on opposite sides against the heat sink. Each of these assemblies may be received on opposite sides of the housing in the housing.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst oder ist das Befestigungselement eine Schraube, die einen Schraubenkopf und ein darin befestigtes Gewinde aufweist. According to one embodiment of the invention, the fastening element comprises or is a screw which has a screw head and a thread fastened therein.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schraube an einem Schraubenkopf eine Riffelung auf, die dazu ausgeführt ist, zu verhindern, dass sich die Schraube selbstständig löst. Diese Riffelung an der Unterseite des Schraubenkopfs kann eine höhere Reibung zwischen Schraubenkopf und Federelement erzeugen, was verhindert, dass sich die Schraube trotz geringerer Andruckkraft selbstständig drehen kann. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Schraube und/oder das Federelement einen Ratschenmechanismus auf, der ausgeführt ist, zu verhindern, dass sich die Schraube selbstständig löst. Die Riffelung am Schraubenkopf kann in Drehrichtung mit asymmetrischen Rampen versehen sein, die in entsprechende Rampen auf dem Federelement eingreifen können. Das Federelement kann somit als Sperrmechanismus für die Schraube dienen. According to one embodiment of the invention, the screw on a screw head on a corrugation, which is designed to prevent the screw solves independently. This corrugation on the underside of the screw head can produce a higher friction between the screw head and spring element, which prevents the screw can turn independently despite lower pressure force. According to one embodiment of the invention, the screw and / or the spring element have a ratchet mechanism which is designed to prevent the screw from coming loose on its own. The corrugation on the screw head can be provided with asymmetrical ramps in the direction of rotation, which can engage in corresponding ramps on the spring element. The spring element can thus serve as a locking mechanism for the screw.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben.  Embodiments of the invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vor der Montage.  Fig. 1 shows a cross section through a semiconductor module according to an embodiment of the invention prior to assembly.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Halbleitermodul aus der Fig. 1 direkt nach dem Festschrauben.  Fig. 2 shows a cross section through the semiconductor module of FIG. 1 directly after tightening.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Halbleitermodul aus der Fig. 1 nach einiger Zeit, wenn sich die Spannung im Abstandshalter größtenteils abgebaut hat.  Fig. 3 shows a cross section through the semiconductor module of FIG. 1 after some time, when the voltage in the spacer has largely degraded.

Fig. 4 zeigt einen perspektivischen Querschnitt durch ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.  4 shows a perspective cross section through a semiconductor module according to an embodiment of the invention.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des Halbleitermoduls aus der Fig. 4.  FIG. 5 shows a perspective view of the semiconductor module from FIG. 4.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gehäuses des Halbleitermoduls aus der Fig. 4.  6 shows a perspective view of the housing of the semiconductor module from FIG. 4.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Sperrmechanismus für ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.  7 shows a perspective view of a blocking mechanism for a semiconductor module according to an embodiment of the invention.

Die in den Figuren verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutung sind in zusammenfassender Form in der Liste der Bezugszeichen aufgeführt. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.  The reference numerals used in the figures and their meaning are listed in summary form in the list of reference numerals. Basically, identical or similar parts are provided with the same reference numerals.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Fig. 1 bis 3 zeigen ein Halbleitermodul 10 mit einer Basisplatte 12, die mittels einem Befestigungselement 14 in der Form einer Schraube an einem Kühlkörper 16 gesichert ist. Die Basisplatte 12 ist ein ebener flacher (beispielsweise quaderförmiger) Körper, der flächig auf dem Kühlkörper 16 aufliegt. Die Schraube 14 führt dabei durch eine Öffnung 13 in der Basisplatte 12.  FIGS. 1 to 3 show a semiconductor module 10 having a base plate 12 secured to a heat sink 16 by a fastener 14 in the form of a screw. The base plate 12 is a flat flat (for example, cuboid) body which rests flat on the heat sink 16. The screw 14 leads through an opening 13 in the base plate 12th

Die Schraube 14 ist mit einem Gewinde in ein entsprechendes Innengewinde in einer Öffnung 18 im Kühlkörper 16 geschraubt. Zwischen einem Kopf 20 der Schraube 14 und der Basisplatte 12 befindet sich ein Federelement 22, das eine Öffnung 24 aufweist, durch die der Körper 26 der Schraube 14 mit dem Gewinde führt. Der Kopf 20 der Schraube 14 drückt dabei das Federelement 22 gegen die Basisplatte 12. The screw 14 is screwed with a thread into a corresponding internal thread in an opening 18 in the heat sink 16. Between a head 20 of the screw 14 and the base plate 12 is a spring element 22 having an opening 24 through which guides the body 26 of the screw 14 with the thread. The head 20 of the screw 14 presses the spring element 22 against the base plate 12th

Das Federelement 22 kann eine Blattfeder sein, d.h. ein länglicher, rechteckiger Streifen aus einem elastischen Material, wie etwa Metall. In seinem entspannten 5 Grundzustand ist das Federelement 22 gebogen.  The spring element 22 may be a leaf spring, i. an elongated, rectangular strip of elastic material, such as metal. In its relaxed 5 ground state, the spring element 22 is bent.

Zwischen dem Federelement 22 und der Basisplatte 12 befindet sich ein Abstandselement 28, beispielsweise eine Beilagscheibe aus Kunststoff, das den Schraubenkörper 26 umgibt.  Between the spring element 22 and the base plate 12 is a spacer element 28, for example a plastic washer, which surrounds the screw body 26.

Fig. 1 zeigt das Federelement 22 im unbelasteten Zustand und zwischen dem o Abstandselement 28 und dem Federelement 22 ist ein Spalt sichtbar.  Fig. 1 shows the spring element 22 in the unloaded state and between the o spacer 28 and the spring element 22 is a gap visible.

In der Fig. 2 ist der Zustand des Halbleitermoduls nach dem vollständigen Einschrauben der Schraube 14 (mit beispielsweise 5 Nm Drehmoment) gezeigt. Der Schraubenkopf 20 drückt das Federelement 22 in seiner Mitte gegen das Abstandselement 28 und das Abstandselement drückt die Basisplatte 12 an einer ersten,5 mittleren Kontaktstelle 30 gegen den Kühlkörper 16. Dabei entsteht beispielsweise eine Kraft von etwa 5.000 N zwischen dem Federelement 22 und der Basisplatte 12 bzw. dem Kühlkörper 16.  In Fig. 2, the state of the semiconductor module after the complete screwing of the screw 14 (with, for example, 5 Nm torque) is shown. The screw head 20 presses the spring element 22 in its center against the spacer 28 and the spacer presses the base plate 12 at a first, 5 middle contact point 30 against the heat sink 16. This creates, for example, a force of about 5,000 N between the spring element 22 and the base plate 12 and the heat sink 16.

Durch die Federwirkung des Federelements 22 werden auch die beiden Enden 32, die sich entfernt von dem Abstandselement 28 befinden und die Basisplatte 12 direkt0 berühren, an zwei weiteren, zweiten Kontaktstellen 34 gegen die Basisplatte 12 gedrückt.  Due to the spring action of the spring element 22, the two ends 32, which are located remote from the spacer element 28 and contact the base plate 12 directly, are pressed against the base plate 12 at two further, second contact points 34.

Die Federwirkung des Federelements 22 und die Dicke des Abstandselements 28 sind dabei beispielsweise so aufeinander abgestimmt, dass die Enden 32 mit etwa 500 N bei den Kontaktstellen 34 auf die Basisplatte 12 drücken. Die verbleibenden etwa 4.000 N wirken dabei an der mittleren Kontaktstelle 30 über das Abstandselement 28. The spring action of the spring element 22 and the thickness of the spacer 28 are, for example, coordinated so that the ends 32 press at about 500 N at the contact points 34 on the base plate 12. The remaining approximately 4,000 N act on the central contact point 30 via the spacer 28th

5 Da das Abstandselement 28 plastisch verformbar ist, beginnt es, sich durch die Kraftwirkung zu verformen, wodurch die Kraftwirkung an der mittleren Kontaktstelle 30 zwischen dem Federelement 22 und der Basisplatte 12 bzw. dem Kühlkörper 16 abnimmt.Since the spacer 28 is plastically deformable, it begins to deform by the force effect, whereby the force effect at the central contact point 30 between the spring element 22 and the base plate 12 and the heat sink 16 decreases.

Dies ist in der Fig. 3 gezeigt, wo beispielsweise nach etwa 15 min die Kraft an der mittleren Kontaktstelle 30 auf etwa 200 N abgesunken ist (für ein Abstandselement 28 aus0 Kunststoff auf etwa 20 N/mm2). Die Kraft an der mittleren Kontaktstelle 30 ist auf einen geringen Wert abgesunken, während die Kraft an den Kontaktstellen 34 einen durch das Abstandselement und das Federelement 22 definierten Wert angenommen hat. Auf diese Weise wird die Basisplatte 22 an drei Kontaktstellen 30, 34 mit einer definierten Kraft gegen die Basisplatte 12 gedrückt.This is shown in Fig. 3, where, for example, after about 15 minutes, the force at the central contact point 30 has dropped to about 200 N (for a spacer element 28 made of plastic to about 20 N / mm 2 ). The force at the middle contact point 30 has dropped to a low value, while the force at the contact points 34 has assumed a value defined by the spacer element and the spring element 22. In this way, the base plate 22 is pressed against three contact points 30, 34 with a defined force against the base plate 12.

5 In der Fig. 3 ist der Vollständigkeit halber noch dargestellt, dass auf der Basisplatte 12 ein Substrat 36 befestigt ist, das Halbleiterchips 38 trägt. Die Halbleiterchips 38 können beispielsweise IGBTs tragen. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Halbleitermodul 10, bei dem ein Gehäuse 40 das Substrat 36 mit den Chips 38 kastenartig überdeckt. Auf dem Gehäuse sind elektrische Kontakte 42 bereitgestellt. For the sake of completeness, FIG. 3 shows that a substrate 36 which carries semiconductor chips 38 is fastened on the base plate 12. The semiconductor chips 38 may carry, for example, IGBTs. 4 shows a cross section through a semiconductor module 10, in which a housing 40 covers the substrate 36 with the chips 38 in the manner of a box. On the housing electrical contacts 42 are provided.

Das Halbleitermodul 10 aus der Fig. 4 weist den gleichen Anpressmechanismus wie das der Fig. 1 bis 3 auf, wobei das Abstandselement 28 von dem Gehäuse 40 bereitgestellt wird.  The semiconductor module 10 of FIG. 4 has the same pressing mechanism as that of FIGS. 1 to 3, wherein the spacer 28 is provided by the housing 40.

Bei dem Halbleitermodul 10 befinden sich zwei Blattfedern 22 mit zwei Schrauben 14 an gegenüberliegenden Seiten der Basisplatte 12. Die Schrauben 14 bzw. die mittigen Kontaktstellen 30 befinden sich dabei in der Mitte der jeweiligen Seite, die Enden 32 des Federelements 22 bzw. die äußeren Kontaktstellen befinden sich an den Ecken der jeweiligen Seite.  In the semiconductor module 10 are two leaf springs 22 with two screws 14 on opposite sides of the base plate 12. The screws 14 and the central contact points 30 are located in the middle of the respective side, the ends 32 of the spring element 22 and the outer contact points are located at the corners of each page.

Das Gehäuse 40 weist Aufnahmen 44 auf, die zur Aufnahme der Blattfedern 22 dienen. Jede Aufnahme 44 weist den gleichen Querschnitt wie die Außenform des Federelements 22 auf (beispielsweise rechteckig), um das Federelement 22 zu führen. Die Aufnahmen 44 sind an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 40 angebracht. The housing 40 has receptacles 44 which serve to receive the leaf springs 22. Each receptacle 44 has the same cross section as the outer shape of the spring element 22 (for example, rectangular) to guide the spring element 22. The receptacles 44 are attached to opposite sides of the housing 40.

Weiter weist das Gehäuse 40 eine Führung bzw. Öffnung 46 für die Schraube 14 auf, durch die die Schraube 14 beispielsweise festgeschraubt werden kann. Next, the housing 40 has a guide or opening 46 for the screw 14, through which the screw 14 can be screwed for example.

Wie aus der Fig. 5 und aus der Fig. 6, die das Gehäuse 40 von unten zeigt, hervorgeht, ist das Abstandselement 28 als eine Lasche mit Öffnungen ausgebildet, die von einer Wand des Gehäuses 40 in die Aufnahme 44 hineinragt. Die Lasche verhindert auch, dass das Federelement 22 während des Transports des Gehäuses 40 aus dem Gehäuse 40 herausfällt.  As is apparent from Fig. 5 and from Fig. 6, which shows the housing 40 from below, it can be seen, the spacer 28 is formed as a tab with openings, which projects from a wall of the housing 40 in the receptacle 44. The tab also prevents the spring element 22 from falling out of the housing 40 during transportation of the housing 40.

Die Fig. 7 zeigt einen Ratschenmechanismus, der verhindert, dass sich die Schraube 14 selbständig wieder löst. Der Schraubenkopf 20 weist auf der dem Federelement 22 zugewandten Seite asymmetrische Rampen 48 auf, die auf entsprechenden Rampen 48 an dem Federelement 22 gleiten können, wenn die Schraube 14 festgedreht wird, aber sich gegeneinander sperren, wenn die Schraube 14 in die Gegenrichtung gedreht wird. FIG. 7 shows a ratchet mechanism which prevents the screw 14 from automatically loosening again. The screw head 20 has on the spring element 22 side facing asymmetrical ramps 48 which can slide on corresponding ramps 48 on the spring element 22 when the screw 14 is tightened, but lock against each other when the screw 14 is rotated in the opposite direction.

Die Struktur mit den Rampen in dem Federelement 22 kann beispielsweise eingeprägt werden. The structure with the ramps in the spring element 22 can be embossed, for example.

Alternativ ist es auch möglich, dass auf dem Schraubenkopf 20 lediglich eine (symmetrische) Riffelung 48 vorgesehen ist. Hierbei kann das Federelement 22 auch die Rampen 48 aufweisen, gegen die sich die Riffelung sperren kann, wenn die Schraube in Löserichtung gedreht wird.  Alternatively, it is also possible that only one (symmetrical) corrugation 48 is provided on the screw head 20. Here, the spring element 22 may also have the ramps 48, against which the corrugation can lock when the screw is rotated in the release direction.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass„umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. In addition, it should be understood that "comprising" does not exclude other elements or steps and "a" or "an" does not exclude a plurality. "Further, it should be noted that features or steps described with reference to one of the above embodiments also in combination with others Features or steps of other embodiments described above can be used. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

LISTE DER BEZUGSZEICHENLIST OF REFERENCE SIGNS

10 Halbleitermodul 10 semiconductor module

12 Basisplatte  12 base plate

13 Öffnung in Basisplatte  13 opening in base plate

14 Befestigungselement (Schraube) 14 fastening element (screw)

16 Kühlkörper 16 heat sinks

18 Öffnung im Kühlkörper  18 opening in the heat sink

20 Schraubenkopf  20 screw head

22 Blattfeder  22 leaf spring

24 Öffnung in der Blattfeder 24 opening in the leaf spring

26 Schraubenkörper 26 screw body

28 Abstandselement  28 spacer element

30 erste, mittlere Kontaktstelle 30 first, middle contact point

32 Ende der Blattfeder 32 end of the leaf spring

34 zweite, äußere Kontaktstelle 34 second, outer contact point

36 Substrat 36 substrate

38 Halbleiterchip  38 semiconductor chip

40 Gehäuse  40 housing

42 elektrischer Kontakt  42 electrical contact

44 Aufnahme  44 recording

46 Führung  46 leadership

48 Riffelung/Rampen  48 ribbing / ramps

Claims

PATENTANSPRÜCHE Halbleitermodul (10), umfassend: A semiconductor module (10) comprising: wenigstens ein Substrat (36), das wenigstens einen Halbleiterchip (38) trägt;  at least one substrate (36) carrying at least one semiconductor chip (38); eine Basisplatte (12), auf der das wenigstens eine Substrat (36) derart befestigt ist, dass Wärme aus dem Substrat (36) in die Basisplatte (12) abführbar ist;  a base plate (12) on which the at least one substrate (36) is mounted so that heat from the substrate (36) into the base plate (12) can be dissipated; wenigstens ein Befestigungselement (14) zum Befestigen der Basisplatte (12) an einem Kühlkörper (16), wobei das Befestigungselement (14) durch die Basisplatte (12) geführt ist;  at least one fastener (14) for securing the base plate (12) to a heat sink (16), the fastener (14) being passed through the base plate (12); ein Federelement (22), das von dem Befestigungselement (14) gegen die Basisplatte (12) gedrückt wird, wenn das Befestigungselement (14) am Kühlkörper (16) befestigt wird; und  a spring member (22) urged by the fastener (14) against the base plate (12) when the fastener (14) is attached to the heat sink (16); and ein plastisch verformbares Abstandselement (28), das zwischen dem Federelement (22) und der Basisplatte (12) aufgenommen ist und das dazu ausgeführt ist einen Teil der Kraft, die beim Befestigen des Befestigungselement (14) am Kühlkörper (16) zwischen dem Federelement (22) und der Basisplatte (12) entsteht, aufzunehmen;  a plastically deformable spacer member (28) received between the spring member (22) and the base plate (12) and adapted to carry a portion of the force applied when securing the fastener (14) to the heat sink (16) between the spring member (16); 22) and the base plate (12) is formed to receive; wobei das Federelement (22) bei einer ersten Kontaktstelle (30) über das Abstandselement (28) auf die Basisplatte (12) drückt und das Federelement (22) an einer zweiten Kontaktstelle (34) gegen die Basisplatte (12) drückt, wenn das Befestigungselement (14) am Kühlkörper (16) befestigt wird.  wherein the spring element (22) presses on the base plate (12) at a first contact point (30) via the spacer element (28) and pushes the spring element (22) against the base plate (12) at a second contact point (34) when the fastening element (14) is attached to the heat sink (16). Halbleitermodul (10) nach Anspruch 1 , A semiconductor module (10) according to claim 1, wobei eine Dicke des Abstandselements (28) und eine Federwirkung des Federelements (22) derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine Kraft auf die zweite Kontaktstelle (34) geringer als 1 .000 N ist; und/oder,  wherein a thickness of the spacer element (28) and a spring action of the spring element (22) are coordinated with one another such that a force on the second contact point (34) is less than 1 000 N; and or, wobei das Abstandselement (28) derart plastisch verformbar ist, dass eine Kraft auf die erste Kontaktstelle (30) nach dem Befestigen des Befestigungselements (28) auf unter 50% der ursprünglichen Kraft absinkt.  wherein the spacer element (28) is plastically deformable such that a force on the first contact point (30) after fastening of the fastening element (28) falls below 50% of the original force. 3. Halbleitermodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, 3. The semiconductor module (10) according to claim 1 or 2, wobei das Abstandselement (28) das Befestigungselement (14) ringförmig umgibt. 4. Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,  wherein the spacer element (28) surrounds the fastening element (14) in an annular manner. 4. Semiconductor module according to one of the preceding claims, wobei das Abstandselement (28) aus Kunststoff gefertigt ist. wherein the spacer element (28) is made of plastic. 5. Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Federelement (22) eine Blattfeder umfasst. 5. Semiconductor module according to one of the preceding claims, wherein the spring element (22) comprises a leaf spring. Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Semiconductor module according to one of the preceding claims, wobei das Federelement (22) bei einer mittleren Kontaktstelle (30) gegen die Basisplatte (12) gedrückt wird und an zwei Enden an zwei weiteren Kontaktstellen (34) gegen die Basisplatte (12) drückt, so dass die Basisplatte (12) an der mittleren Kontaktstelle (30) und den beiden weiteren Kontaktstellen (34) gegen den Kühlkörper gedrückt wird.  wherein the spring element (22) is pressed against the base plate (12) at a middle contact point (30) and presses against the base plate (12) at two ends at two further contact points (34), so that the base plate (12) is pressed against the middle plate Contact point (30) and the other two contact points (34) is pressed against the heat sink. Halbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Semiconductor module (10) according to one of the preceding claims, further comprising: ein Gehäuse (40), das auf der Basisplatte (12) befestigt ist und das Substrat (36) überdeckt.  a housing (40) mounted on the base plate (12) and covering the substrate (36). Halbleitermodul (10) nach Anspruch 7, A semiconductor module (10) according to claim 7, wobei ein Abstandselement (28) zwischen dem Federelement (22) und der Basisplatte (12) von dem Gehäuse (40) bereitgestellt wird.  wherein a spacer (28) is provided between the spring member (22) and the base plate (12) from the housing (40). Halbleitermodul (10) nach Anspruch 8, A semiconductor module (10) according to claim 8, wobei das Gehäuse (40) eine Aufnahme (44) aufweist, in der das Federelement (22) aufgenommen ist;  wherein the housing (40) has a receptacle (44) in which the spring element (22) is received; wobei das Federelement (22) durch das Abstandselement (28) vor einem Herausfallen aus der Aufnahme (44) gesichert ist.  wherein the spring element (22) is secured by the spacer element (28) from falling out of the receptacle (44). Halbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Semiconductor module (10) according to one of the preceding claims, wobei das Federelement (22) eine Öffnung aufweist, durch die das wherein the spring element (22) has an opening through which the Befestigungselement (28) führt. Fixing element (28) leads. Halbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Semiconductor module (10) according to one of the preceding claims, wobei die erste Kontaktstelle (30) zwischen zwei Ecken der Basisplatte (12) angeordnet ist und die zweite Kontaktstelle (34) an einer dieser Ecken angeordnet ist. 12. Halbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleitermodul (10) zwei Anordnungen aus einem Befestigungselement (14) und einem Federelement (22) umfasst, die die Basisplatte (12) an gegenüberliegenden Seiten gegen den Kühlkörper (16) drücken. 13. Halbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wherein the first contact point (30) is arranged between two corners of the base plate (12) and the second contact point (34) is arranged at one of these corners. 12. The semiconductor module (10) according to one of the preceding claims, wherein the semiconductor module (10) comprises two arrangements of a fastening element (14) and a spring element (22) which press the base plate (12) on opposite sides against the heat sink (16). 13. The semiconductor module (10) according to one of the preceding claims, wobei das Befestigungselement (14) eine Schraube umfasst.  wherein the fastener (14) comprises a screw. 14. Halbleitermodul (10) nach Anspruch 13, 14. The semiconductor module (10) according to claim 13, wobei die Schraube (14) an einem Schraubenkopf (20) eine Riffelung (48) aufweist, die dazu ausgeführt ist, zu verhindern, dass sich die Schraube (14) selbstständig löst; und/oder  the screw (14) on a screw head (20) having a corrugation (48) designed to prevent the screw (14) from coming loose on its own; and or wobei die Schraube (14) und/oder das Federelement (22) einen Ratschenmechanismus aufweisen, der ausgeführt ist, zu verhindern, dass sich die Schraube (14) selbstständig löst.  wherein the screw (14) and / or the spring element (22) comprise a ratchet mechanism designed to prevent the screw (14) from coming loose on its own. 15. Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 15. Semiconductor module according to one of the preceding claims, wobei das Halbleitermodul ein IGBT-Modul ist.  wherein the semiconductor module is an IGBT module.
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