EP4173039A1 - Leistungshalbleitermodul und herstellungsverfahren für ein leistungshalbleitermodul - Google Patents

Leistungshalbleitermodul und herstellungsverfahren für ein leistungshalbleitermodul

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EP4173039A1
EP4173039A1 EP21754750.4A EP21754750A EP4173039A1 EP 4173039 A1 EP4173039 A1 EP 4173039A1 EP 21754750 A EP21754750 A EP 21754750A EP 4173039 A1 EP4173039 A1 EP 4173039A1
Authority
EP
European Patent Office
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power semiconductor
housing
contact
contact electrode
semiconductor module
Prior art date
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Pending
Application number
EP21754750.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Lorz
Philipp Kneißl
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP4173039A1 publication Critical patent/EP4173039A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H10W76/12—Containers or parts thereof characterised by their shape
    • H10W76/15—Containers comprising an insulating or insulated base

Definitions

  • the invention relates to a power semiconductor module having the features of the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a housing for a power semiconductor module, a power semiconductor module system with a large number of power semiconductor modules and a method for producing a power semiconductor module.
  • Power semiconductors are usually packaged in housings. Several semiconductors are integrated in one housing, especially for higher outputs, in order to achieve higher currents.
  • the semiconductors of a "half-bridge" are often integrated together in one housing to ensure low-inductance wiring.
  • Such a half-bridge housing can have three terminals (DC+, DC- and AC). Because the AC connection experiences a higher current load this is often double or reinforced.In addition, the DC- and DC+ terminals are close together and can therefore be designed with low inductance.
  • the module housing has to fulfill many different tasks, which is why the development and production costs (injection moulds, bending tools, automation, etc.) are very high and are therefore only profitable for large quantities.
  • pins solder or press-fit
  • the pins can be positioned relatively flexibly.
  • the main disadvantages here are the low current-carrying capacity of these pins and, with higher currents, the current flow via the circuit board.
  • Half-bridge modules are very often used for higher power. These very often have three or four power connection terminals, usually screw terminals, in order to implement a 2-level half-bridge as effectively as possible (complexity, costs). The arrangement or the number of power terminals is not suitable for a 3L half bridge. In order to nevertheless implement a 3L half-bridge, either a separate, new module housing must be constructed (high expenditure, high investment costs, small quantities).
  • the 3L half bridge can be implemented in 2 module housings.
  • a module with midpoint switches is connected in addition to a 2L module.
  • a major disadvantage of this is that this arrangement does not lend itself to fast switching since each switching event occurs between the two modules and not within a module.
  • EP 1467 607 B1 discloses a power switch module with contact electrodes attached to a housing of a power semiconductor.
  • WO 2017/216228 A1 discloses a power semiconductor circuit with a power semiconductor intended for switching a load.
  • the invention is based on the object of specifying a power semiconductor module that can be used variably for different configuration scenarios.
  • This object is achieved by a power semiconductor module according to claim 1.
  • the object is also achieved by a housing for a power semiconductor module according to claim 10.
  • the object is also achieved by a method for producing a power semiconductor module according to claim 12.
  • a power semiconductor module has a power semiconductor circuit and a housing, the housing at least partially surrounding the power semiconductor circuit, and the power semiconductor circuit having a first contact electrode and a second contact electrode, each of which is electrically conductively connected to the power semiconductor circuit. and each of which is guided outwards through the housing through a recess formed here for the housing.
  • the power semiconductor module is characterized in that the housing has a first, a second and a third contact area, wherein the first contact electrode is rich in the first contact area and the second contact electrode is contactable in the second contact area, and that in the third contact area Rich the first contact electrode and the second contact electrode can be contacted together.
  • the power semiconductor circuit can be used to control and switch electric currents that have a comparatively large current, for example more than 50 amperes.
  • the power semiconductor circuit can be arranged on a substrate power semiconductor components, such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), thyristors, diodes and the like, which are connected by means of a conductor layer of the substrate and bonding wires and/or or a composite foil can be connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the power semiconductor components arranged on the substrate can be electrically interconnected to form one or more so-called half-bridge circuits, which are used, for example, for rectifying and inverting electrical voltages and currents.
  • a housing for a power semiconductor module can include mechanical relief, guiding and insulation of the individual contact electrodes.
  • any housing can be used which at least partially surrounds the power semiconductor circuit, in order to fulfill the above-mentioned functions, among other things.
  • the contact electrodes have the task of transferring electrical power to the semiconductor circuit.
  • the contact electrodes are designed in such a way that they can be electrically conductively connected to an external voltage/current source (eg by soldering, welding or a mechanical connection such as squeezing or screwing).
  • the contact electrodes must have electrical conductivity that is not negligible, at least in some areas, in order to be able to conduct the power to the power semiconductor circuit.
  • the contact electrodes can be made of copper, iron-nickel or electrically conductive silicon, for example.
  • the power semiconductor module according to the invention has a housing with at least three contacting areas. These are provided so that one of the two contact electrodes or both contact electrodes together can be contacted in one of the contacting areas on the housing with a current/voltage source via, for example, a busbar.
  • the housing has a recess for receiving a screw in order to contact the contact electrodes in the contacting area, preferably on an outside of the housing, with a current/voltage source via a busbar, for example.
  • the contact electrodes preferably also have a corresponding recess for receiving the screw.
  • the screw connection is a common and well-suited method for connecting or contacting materials such as the contact electrodes.
  • the corresponding threaded part (arranged on an inside of the housing) can be used to secure the screw connection.
  • the threaded part can be a nut, for example.
  • the recesses in the contact electrodes can each be designed as an elongated hole (a so-called elongated hole).
  • a single contact electrode results with a cross section that corresponds to a sum of the cross sections of the first and the second contact electrode. High electrical currents can be conducted at this now more massive contact electrode.
  • the two contact electrodes in the first or second contacting area are connected to a current/voltage source via a busbar, for example contacted, there are two individual contact electrodes with a smaller cross-section than previously described. Lower currents, for example with DC voltages DC+ and DC-, can be conducted at these less massive contact electrodes.
  • the invention makes it possible to reduce the housing costs because the contact electrodes do not have to be integrated into the actual housing when the housing is manufactured.
  • the quantities that can be achieved for the actual housing can be larger as this can be used flexibly for different applications.
  • the power semiconductor module is by no means limited to two contact electrodes and three contact areas. Rather, it is a minimal configuration. Power semiconductor modules are also possible which have an integer multiple of first and second contact electrodes and an integer multiple of three contacting areas. Accordingly, for example, there can be four contact electrodes and six contacting areas, or six contact electrodes and nine contacting areas. Likewise, further contact electrodes and/or contacting areas (in addition to those mentioned up to now) can be present.
  • the first and second contact electrodes can each be bent around two edges of the housing.
  • the edges are advantageously in the area formed of the recesses through which the contact electrodes rode are each guided through the housing to the outside.
  • the contact electrodes which are formed, for example, perpendicular to an outside of the housing after being passed through the recesses in the housing, can be bent into a "horizontal" position on the outside of the housing. In the contacting areas, they can be bent there Bent contact electrodes are then contacted with a current/voltage source via, for example, a busbar.
  • the edges are rounded to facilitate bending of the contact electrodes around the edges. In addition, this can prevent damage to the respective contact electrode caused by bending around the respective edge.
  • the contact electrodes In the area of the recesses in which the contact electrodes are led out through the housing, they can be surrounded by an electrically insulating material. This material can, for example, be injected into the recesses.
  • the housing preferably has a smaller thickness in the third contacting area, in which the first and the second contact electrode can be contacted, than in the first and the second contacting area.
  • the housing is preferably designed in such a way that the thickness of the housing in the third contact area, in which both contact electrodes can be contacted, is designed such that when the two contact electrodes are arranged in the third contact area, a new (effective) thickness of the housing (including contact electrodes), which corresponds to a thickness of the housing in the first or second contacting area (in the event that the first or contact electrode is contacted there).
  • the cross sections of the first and second contact electrodes can differ from one another.
  • the housing can also have a thickness in the first contacting area that differs from a thickness in the second contacting area.
  • the difference in the thickness of the housing (without contact electrodes) is equal to the difference in the cross section of the two contact electrodes, so that the two thicknesses of the housing in the first and second contact areas do not differ significantly from each other when the two contact electrodes are contacted there.
  • the housing is particularly preferably essentially cuboid with four longitudinal sides with a larger area and two end faces with a smaller area, with the contacting areas being located in a central area of one of the four longitudinal sides.
  • the contacting areas are arranged centrally in the housing.
  • a housing for a power semiconductor module the latter being designed as explained above.
  • the object is also achieved by a method for producing a power semiconductor module with the following method steps: a) producing a power semiconductor circuit; b) connecting a first contact electrode and a second contact electrode to the power semiconductor circuit , preferably by soldering or ultrasonic welding; c) At least partially surrounding the power semiconductor circuit with a housing, the first contact electrode and the second contact electrode each being guided to the outside through the housing through a recess designed for this purpose in the housing, the housing having a first, a second and a third Having contacting area, and wherein in the first contacting area the first contact electrode and in the second contacting area the second contact electrodes can be contacted, and wherein in the third contacting area the first contact electrode and the second contact electrode can be contacted together.
  • the first contact electrode is bent and contacted with an external voltage/current source in the first contacting area or in the third contacting area
  • the second contact electrode is bent and contacted in the second contacting area or in the third contacting area
  • the contact is preferably made depending Weil using a screw.
  • FIG. 1 shows a power semiconductor module according to the invention in a first configuration mode in a perspective view
  • 2 shows the power semiconductor module according to FIG. 1 in a second configuration mode in a perspective view
  • FIG. 3 shows the power semiconductor module according to FIG. 1 in a third configuration mode in a plan view
  • FIG. 4 shows a power semiconductor module according to the invention in a sectional view.
  • the power semiconductor module 1 shows a power semiconductor module 1 according to the invention in a perspective view.
  • the power semiconductor module 1 has a housing 2 which surrounds a power semiconductor circuit which cannot be seen in FIG. 1 in its interior.
  • the power semiconductor circuit inside the housing 2 has a first contact electrode 3, a second contact electrode 4, a third contact electrode 5, a fourth contact electrode 6, a fifth contact electrode 7 and a sixth contact electrode 8, which are electrically conductively connected to the power semiconductor circuit.
  • the contact electrodes 3, 4, 5, 6, 7, 8 are guided through correspondingly designed recesses 9, 10, 11, 12, 13, 14 through the housing 2 to the outside. After being passed through the housing 2, the contact electrodes 3, 4, 5, 6, 7, 8 have been bent over in such a way that they rest essentially flat on the outside of the housing 2. In the contact electrodes 3, 4, 5, 6, 7, 8 there is in each case a circular recess ge through which a screw can be guided to the contact electrodes 3, 4, 5, 6, 7, 8 with an external voltage -/Contact power source.
  • the housing 2 has a first contact area 15, a second contact area 16, a third contact area 17, a fourth contact area 18, a fifth contact area 19, a sixth contact clocking area 20, a seventh contact area
  • the housing 2 each has a recess in the form of a circular hole, into which a threaded part in the form of a nut can be or is inserted (not shown in FIG. 1).
  • the power semiconductor module 1 is designed according to a first configuration mode.
  • the first contact electrode 3 is bent (upward in FIG. 1) around an edge in the housing 2 into the first contacting region 15 (cf. FIG. 4) and can be connected to an external voltage/voltage connector by a screw (not shown).
  • Current source (not shown) are contacted in the first contact area 15.
  • the second contact electrode 4 is bent downwards in FIG. 1 and can be contacted in the second contacting area 16 by a screw (not shown) with an external voltage/current source (not shown). There is no contact electrode in the third contacting region 17 .
  • the third contact electrode 5 is bent upwards in FIG. 1 and can be contacted with an external voltage/current source (not shown) in the fourth contacting region 18 by a screw (not shown).
  • the fourth contact electrode 6 is bent downwards in FIG. 1 and can be contacted in the fifth contacting region 19 by a screw (not shown) with an external voltage/current source (not shown). There is no contact electrode in the sixth contacting region 20 .
  • the fifth contact electrode 7 is bent upwards in FIG. 1 and can be connected by a screw (not shown) to an external voltage/current source (not shown) in the seventh contact area 21 are contacted.
  • the sixth contact electrode 8 is bent downwards in FIG. 1 and can be contacted with an external voltage/current source (not shown) in the eighth contacting area 22 by a screw (not shown). There is no contact electrode in the ninth contact area 23 .
  • the first contact electrode 3 is bent (downward in FIG. 2) around an edge in the housing 2 into the third contacting region 17 (cf. FIG. 4) and can be connected to an external voltage/voltage connector by a screw (not shown).
  • Current source (not shown) are contacted in the third contact area 17.
  • the second contact electrode 4 is bent upwards in FIG. 2 and can be contacted together with the first contact electrode 3 with an external voltage/current source (not shown) in the third contacting area 17 by a screw (not shown).
  • first contacting area 15 and in the second contacting area 16 there are no contact electrodes.
  • the superimposition of the first and second contact electrodes 3, 4 in the third contact area 17 results in a new contact electrode whose cross section corresponds to a sum of the respective cross section of the first and second contact electrodes 3, 4.
  • This more massive contact electrode can transport the higher powers or currents required in the second configuration mode to the power semiconductor circuit.
  • the third contact electrode 5 is bent (downward in FIG. 2) around an edge in the housing 2 into the sixth contact area 20 (cf. FIG. 4) and can be screwed (not shown) to an external chip - Voltage / current source in the sixth contact area 20 are contacted.
  • the fourth contact electrode 6 is bent upwards in FIG. 2 and can be connected together with the third contact electrode 5 by a screw (not shown). be contacted by an external voltage/current source in the sixth contacting area 20 . No contact electrodes are contacted in the fourth contact area 18 and in the fifth contact area 21 .
  • the fifth contact electrode 7 is also bent (downward in FIG. 2) around an edge in the housing 2 into the ninth contacting region 23 (cf. FIG. 4 in this regard) and can be connected to an external voltage supply by a screw (not shown). / Power source in the ninth contact area 23 are contacted.
  • the fifth contact electrode 7 is bent upwards in FIG. 2 and can be contacted together with the sixth contact electrode 8 with an external voltage/current source in the ninth contacting area 23 by a screw (not shown). No contact electrodes are contacted in the seventh contacting area 21 and in the eighth contacting area 22 .
  • the housing 2 in FIG. 2 has a recess in the form of an elongated hole (rectangular), which acts as an "elongated hole” to drive a screw through the respective contact electrode 3, 4, 5, 6, 7, 8 to be able to lead through the housing 2 with a certain tolerance.
  • FIG. 3 shows a power semiconductor module 1 according to the invention in a third configuration mode in a plan view.
  • the first contact electrode 3 is bent (upward in FIG. 3) around an edge in the housing 2 into the first contact area 15 (cf. FIG. 4) and can be connected to an external voltage supply by a screw (not shown).
  • / Power source in the first contact area 15 are contacted.
  • the second contact electrode 4 is bent downwards in FIG. 2 and can be screwed in (not shown) are contacted with an external voltage/current source in the second contact area 16 .
  • In the third contact area 17 no contact electrodes are contacted.
  • the third contact electrode 5 is bent (downward in FIG. 3) around an edge in the housing 2 into the sixth contact area 20 (cf. FIG. 4) and can be connected to an external voltage/current source by a screw (not shown).
  • the sixth contact area 20 can be contacted.
  • the fourth contact electrode 6 is bent upwards in FIG. 2 and can be contacted with an external voltage/current source in the sixth contacting area 20 together with the third contact electrode 5 by a screw (not illustrated). No contact electrodes are contacted in the fourth contacting area 18 and in the fifth contacting area 19 .
  • the fifth contact electrode 7 is bent (downward in FIG. 3) around an edge in the housing 2 into the ninth contact area 23 (cf. FIG. 4) and can be connected to an external voltage/current source by a screw (not shown).
  • the ninth contact area 23 are contacted benefits.
  • the sixth contact electrode 8 is bent upwards in FIG. 2 and can be contacted with an external voltage/current source in the ninth contacting area 23 together with the fifth contact electrode 7 by a screw (not illustrated). No contact electrodes are contacted in the seventh contacting area 21 and in the eighth contacting area 22 .
  • the housing 2 in FIG. 3 each has a pre-designated but not yet pierced recess in the form of a circular hole in order to drive a screw through the respective contact electrode 3, 4, 5, 6, 7, 8 with a certain tolerance to be able to lead the housing 2 (whereby the housing 2 is pierced). It is essential that the same housing 2 can be used in the third configuration mode as in the first and in the second configuration mode (cf. FIG. 1 and FIG. 2).
  • the power semiconductor module 1 can be used, for example, for a 3L power semiconductor circuit.
  • the first contact electrode can be used for a direct voltage connection "DC+”
  • the second contact electrode 16 can be used for a direct voltage connection "DC-”.
  • the third contact electrode 3 with the fourth contact electrode 4 as a DC voltage midpoint connection "DCM" who used the.
  • a superimposition of the fifth contact electrode 5 with the sixth contact electrode 6 in the ninth contact area 23 can be used as an AC voltage connection "AC".
  • FIG. 4 shows a cross section of a housing 2 of a power semiconductor module 1 according to the invention.
  • a first contact electrode 3 and a second contact electrode 4 can be seen.
  • the two contact electrodes 3, 4 are passed through the housing 2 to the outside and are each bent around an edge 24, 25.
  • the edges 24, 25 each have a rounding in order to facilitate the bending of the contact electrodes 3, 4 around the edges 24, 25.
  • the two contact electrodes 3, 4 are thus guided in the recesses 9, 10, as a result of which the forces arising during bending can be absorbed well without damaging the connection between the contact electrodes 3, 4 and the power semiconductor circuit.
  • a thickness D1 of the housing 2 is designed in such a way that it corresponds to a desired thickness Dsoll of the housing 2 minus the sum of the cross sections of the two contact electrodes 3, 4.
  • the housing 2 is recessed in the third contacting area 17 such that when the contact electrodes 3, 4 are arranged in this area, the housing 2 has an effective thickness that it should have uniformly towards the outside.
  • the first contacting area 15 and the second contacting area 16 are each recessed by a cross section of the first contact electrode 3 or the second contact electrode 4 compared to the target thickness DSoll (not shown in FIG. 4).

Landscapes

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Leistungshalbleitermodul (1), das eine Leistungshalbleiterschaltung und ein Gehäuse (2) aufweist, wobei das Gehäuse (2) die Leistungshalbleiterschaltung wenigstens teilweise umgibt, und wobei die Leistungshalbleiterschaltung eine erste Kontaktelektrode (3) und eine zweite Kontaktelektrode (4) aufweist, die jeweils mit der Leistungshalbleiterschaltung elektrisch leitend verbunden sind, und die jeweils durch eine hierfür ausgebildete Ausnehmung (9, 10) in dem Gehäuse (2) durch das Gehäuse (2) nach außen geführt sind. Das Leistungshalbleitermodul (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen ersten Kontaktierungsbereich (15), einen zweiten Kontaktierungsbereich (16) und einen dritten Kontaktierungsbereich (17) aufweist, wobei in dem ersten Kontaktierungsbereich (15) die erste Kontaktelektrode (3) kontaktierbar ist, und in dem zweiten Kontaktierungsbereich (16) die zweite Kontaktelektrode (4) kontaktierbar ist, und dass in dem dritten Kontaktierungsbereich (17) die erste Kontaktelektrode (3) und die zweite Kontaktelektrode (4) zusammen kontaktierbar sind, wobei das Gehäuse (2) in den Kontaktierungsbereichen (15, 16, 17) jeweils eine Ausnehmung aufweist, in wel- cher vorzugsweise ein Gewindeteil eingesetzt ist, wobei die Ausnehmung, und vorzugsweise das Gewindeteil, zur Aufnahme einer Schraube ausgebildet sind, um die Kontaktelektroden (3, 4) jeweils in dem Kontaktierungsbereich (15, 16, 17) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle zu kontaktieren, vorzugsweise an einer Außenseite des Gehäuses (2), wobei die Kontaktelektroden (3, 4) vorzugsweise ebenfalls eine Ausnehmung zur Aufnahme der Schraube aufweisen.

Description

Beschreibung
Leistungshalbleitermodul und Herstellungsverfahren für ein Leistungshalbleitermodul
Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Gehäuse für ein Leistungs halbleitermodul, ein Leistungshalbleitermodulsystem mit einer Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen und ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungshalbleitermo duls.
Leistungshalbleiter werden zumeist in Gehäusen verpackt. Vor allem für höhere Leistungen werden mehrere Halblei ter in einem Gehäuse integriert, um höhere Ströme zu er reichen. Oftmals werden die Halbleiter einer „Halbbrü cke" zusammen in ein Gehäuse integriert, um eine nieder induktive Verschaltung zu gewährleisten. Ein solches Halbbrückengehäuse kann drei Terminals (DC+, DC- und AC) aufweisen. Weil der AC-Anschluss eine höhere Strombelas tung erfährt wird dieser oftmals doppelt bzw. verstärkt ausgeführt. Des Weiteren sind die DC- und DC+ Terminals nahe beieinanderliegend und können somit niederinduktiv ausgeführt werden.
Das Modulgehäuse hat viele unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen, aus diesem Grunde ist der Entwicklungsaufwand und der Herstellungsaufwand (Spritzguss formen, Biege wergzeuge, Automatisierung etc.) sehr hoch und ist somit nur für hohe Stückzahlen profitabel.
Der Trend in der Leistungselektronik geht im Allgemeinen hin zu höheren Schaltfrequenzen und gleichzeitig gerin geren Netzrückwirkungen. Hier werden zunehmend 3L- Topologien auch für höhere Leistungen eingesetzt. „3L" steht hierbei für „Three Level" und bedeutet, dass die Schaltung drei unterschiedliche Spannungspotentiale am AC-Ausgang aufweisen kann (z.B. DC+, DC- und DCM).
Für kleine Leistungen werden Pins (Löt oder Pressfit) zumeist am Rand des Gehäuses platziert. Falls die Modul konstruktion auf Flexibilität ausgerichtet ist, können die Pins relativ flexibel positioniert werden. Haupt nachteile sind hierbei die geringe Stromtragfähigkeit dieser Pins und, bei höheren Strömen, der Stromfluss über die Leiterplatte.
Für höhere Leistungen werden sehr häufig Halbbrückenmo- dule eingesetzt. Diese haben sehr oft drei oder vier Leistungsanschlussterminals, in der Regel Schraubtermi nals, um darin möglichst effektiv (Komplexität, Kosten) eine 2-Level Halbbrücke zu realisieren. Für eine 3L Halbbrücke ist die Anordnung bzw. die Anzahl der Leis tungsterminals nicht geeignet. Um dennoch eine 3L- Halbbrücke zu realisieren muss entweder ein eigenes, neues Modulgehäuse konstruiert werden (hoher Aufwand, hohe Investitionskosten, geringe Stückzahlen) .
Alternativ kann die 3L-Halbbrücke in 2 Modulgehäusen re alisiert werden. Zumeist wird hier zusätzlich zu einem 2L- Modul ein Modul mit Mittelpunkt Schaltern hinzuge schaltet. Ein großer Nachteil hiervon ist, dass diese Anordnung nicht für ein schnelles Schalten geeignet ist, da jeder Umschaltvorgang zwischen den beiden Modulen auftritt und nicht innerhalb eines Moduls abläuft.
Viele der derzeitig verfügbaren Modulgehäuse sind auf grund ihrer Leistungsanschlüsse nur sehr bedingt für 3L- Topologieen geeignet. Andererseits sind die verfügbaren Stückzahlen für 3L-Module oftmals nicht hoch genug, um eine eigene Gehäuseneuentwicklung zu rechtfertigen. In der EP 1467 607 Bl ist ein Leistungsschaltermodul mit an einem Gehäuse eines Leistungshalbleiters ange brachten Kontaktelektroden offenbart.
Die WO 2017/216228 Al offenbart eine Leistungshalb leiterschaltung mit einem zum Schalten einer Last be stimmten Leistungshalbleiter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungs halbleitermodul anzugeben, das variabel für verschiedene Konfigurationsszenarien eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Leistungshalbleiter modul nach Anspruch 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch ein Gehäuse für ein Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 10. Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungshalbleitermoduls nach Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß Anspruch 1 weist ein erfindungsgemäßes Leistungs halbleitermodul eine Leistungshalbleiterschaltung und ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse die Leistungshalb leiterschaltung wenigstens teilweise umgibt, und wobei die Leistungshalbleiterschaltung eine erste Kontaktelek trode und eine zweite Kontaktelektrode aufweist, die je weils mit der Leistungshalbleiterschaltung elektrisch leitend verbunden sind, und die jeweils durch eine hier für ausgebildete Ausnehmung in dem Gehäuse durch das Ge häuse nach außen geführt sind. Das Leistungshalbleiter modul ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen ersten, einen zweiten und einen dritten Kontaktierungs bereich aufweist, wobei in dem ersten Kontaktierungsbe reich die erste Kontaktelektrode und in dem zweiten Kon taktierungsbereich die zweite Kontaktelektroden kontak tierbar ist, und dass in dem dritten Kontaktierungsbe reich die erste Kontaktelektrode und die zweite Kontakt elektrode zusammen kontaktierbar sind. Die Leistungshalbleiterschaltung kann zum Steuern und Schalten von elektrischen Strömen eingesetzt werden, die eine vergleichsweise große Stromstärke aufweisen, bei spielsweise mehr als 50 Ampere. Die Leistungshalbleiter schaltung kann auf einem Substrat angeordnete Leistungs halbleiterbauelemente, wie z.B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), Thyristoren, Dioden und der gleichen umfassen, die mittels einer Leiterschicht des Substrats, sowie Bonddrähten und/oder einem Folienver bund miteinander elektrisch leitend verbunden sein kön nen. Die auf dem Substrat angeordneten Leistungshalblei terbauelemente können elektrisch zu einer einzelnen oder mehreren sogenannten Halbbrückenschaltungen verschalten sein, die z.B. zum Gleich- und Wechselrichten von elektrischen Spannungen und Strömen verwendet werden.
Zu den Aufgaben eines Gehäuses für ein Leistungshalb leitermodul können die mechanische Entlastung, das Füh ren und die Isolation der einzelnen Kontaktelektroden zählen. Im Rahmen der Erfindung kann ein beliebiges Ge häuse eingesetzt werden, welches die Leistungshalb leiterschaltung wenigstens teilweise umgibt, um u.a. die oben genannten Funktionen zu erfüllen.
Die Kontaktelektroden haben die Aufgabe, eine elektri sche Leistung auf die Halbleiterschaltung zu übertragen. Hierzu sind die Kontaktelektroden derart ausgebildet, dass sie mit einer externen Spannungs-/Stromquelle elektrisch leitend verbunden werden können (z.B. durch Löten, Schweißen oder eine mechanische Verbindung wie Quetschen oder Schrauben) . Die Kontaktelektroden müssen zu diesem Zweck wenigstens in Teilbereichen eine nicht zu vernachlässigende elektrische Leitfähigkeit aufwei sen, um die Leistung an die Leistungshalbleiterschaltung leiten zu können. Die Kontaktelektroden können bei spielsweise aus Kupfer, Eisennickel oder elektrisch lei tendem Silizium sein. Das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul weist ein Gehäuse mit wenigstens drei Kontaktierungsbereichen auf. Diese sind dafür vorgesehen, dass eine der beiden Kon taktelektroden oder beide Kontaktelektroden zusammen in jeweils einem der Kontaktierungsbereiche an dem Gehäuse mit einer Strom-/Spannungsquelle über beispielsweise ei ne Stromschiene kontaktierbar sind.
Das Gehäuse weist in den Kontaktierungsbereichen jeweils eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Schraube auf, um die Kontaktelektroden jeweils in dem Kontaktierungsbereich, vorzugsweise an einer Außenseite des Gehäuses, mit einer Strom-/Spannungsquelle über beispielsweise eine Strom schiene zu kontaktieren. Dabei weisen die Kontaktelekt- roden vorzugsweise auch eine entsprechende Ausnehmung zur Aufnahme der Schraube auf. Es gibt vergleichbare Be festigungsmöglichkeiten, aber die Schraubverbindung stellt eine gängige und gut geeignete Methode dar, um Materialien wie die Kontaktelektroden zu verbinden bzw. zu kontaktieren. Zur Sicherung der Schraubverbindung kann das entsprechende Gewindeteil (an einer Innenseite des Gehäuses angeordnet) verwendet werden. Das Gewinde teil kann beispielsweise eine Mutter sein. Um eine Tole ranz auszugleichen, können die Ausnehmungen in den Kon taktelektroden jeweils als ein länglich ausgedehntes Loch ausgebildet sein (ein sogenanntes Langloch).
Werden die beiden Kontaktelektroden beide in dem dritten Kontaktierungsbereich gemeinsam kontaktiert, ergibt sich eine einzige Kontaktelektrode mit einem Querschnitt, der einer Summe der Querschnitte der ersten und der zweiten Kontaktelektrode entspricht. An dieser nun massiveren Kontaktelektrode können hohe elektrische Ströme geleitet werden .
Werden die beiden Kontaktelektroden in dem ersten bzw. zweiten Kontaktierungsbereich mit einer Strom- /Spannungsquelle über beispielsweise eine Stromschiene kontaktiert, ergeben sich zwei einzelne Kontaktelektro den mit einem geringeren Querschnitt als zuvor beschrie ben. An diesen weniger massiven Kontaktelektroden können niedrigere Ströme beispielsweise mit Gleichspannungen DC+ und DC- geleitet werden.
Ohne die Konfiguration des Gehäuses des Leistungshalb leitermoduls verändern zu müssen, können mit der Erfin dung verschiedene Leistungshalbleiterschaltungen reali siert werden, die unterschiedliche Anforderungen an die Anzahl an Kontaktelektroden und an deren wirksamen Quer schnitt haben.
Durch die Erfindung ist eine Reduktion der Gehäusekosten möglich, weil die Kontaktelektroden bei der Herstellung des Gehäuses nicht mit in das eigentliche Gehäuse inte griert werden müssen. Die erzielbaren Stückzahlen für das eigentliche Gehäuse können dadurch größer sein, da dieses flexibel für verschiedene Anwendungen einsetzbar ist .
Das Leistungshalbleitermodul ist keineswegs auf zwei Kontakt elektroden und drei Kontaktierungsbereiche beschränkt. Es handelt sich vielmehr um eine Minimalkonfiguration. Es sind auch Leistungshalbleitermodule möglich, die ein ganzzahliges Vielfaches von ersten und zweiten Kontaktelektroden und ein ganzzahliges Vielfaches von drei Kontaktierungsbe reichen aufweist. Es können demnach beispielsweise vier Kontaktelektroden und sechs Kontaktierungsbereiche, oder sechs Kontaktelektroden und neun Kontaktierungsbereiche sein. Gleichfalls können weitere Kontaktelektroden und/oder Kontaktierungsbereiche (zusätzlich zu den bis lang erwähnten) vorhanden sein.
Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die erste und zweite Kontaktelektrode (sowie ggf. weitere vorhandene Kontaktelektroden) um jeweils zwei Kanten des Ge häuses biegbar. Die Kanten sind vorteilhafterweise im Bereich der Ausnehmungen ausgebildet, durch welche die Kontaktelekt roden jeweils durch das Gehäuse nach außen geführt sind. Mit anderen Worten können die Kontaktelektroden, die nach dem Durchführen durch die Ausnehmungen in dem Gehäuse beispiels weise lotrecht zu einer Außenseite des Gehäuses ausgebildet sind, in eine „waagrechte" Position an die Außenseite des Ge häuses gebogen werden. In den Kontaktierungsbereichen kön nen die dorthin gebogenen Kontaktelektroden dann mit einer Strom-/Spannungsquelle über beispielsweise eine Strom schiene kontaktiert werden.
Vorteilhafterweise weisen die Kanten eine Abrundung auf, um das Biegen der Kontaktelektroden um die Kanten herum zu er leichtern. Zudem kann dadurch einer Beschädigung der jeweili gen Kontaktelektrode durch das Biegen um die jeweilige Kante vorgebeugt werden.
In dem Bereich der Ausnehmungen, in dem die Kontaktelektro- den durch das Gehäuse nach außen geführt sind, können diese von einem elektrisch isolierenden Material umgeben sein. Dieses Material kann beispielsweise in die Ausneh mungen hineingespritzt sein.
Bevorzugt weist das Gehäuse in dem dritten Kontaktie rungsbereich, in dem die erste und die zweite Kontakte lektrode kontaktierbar sind, eine geringere Dicke auf als in dem ersten und dem zweiten Kontaktierungsbereich. Vorzugsweise ist das Gehäuse derart ausgebildet, dass eine Dicke des Gehäuses in dem dritten Kontaktierungsbe reich, in dem beide Kontaktelektroden kontaktierbar sind, so gestaltet ist, dass sich bei einer Anordnung beider Kontaktelektroden in dem dritten Kontaktierungs bereich eine neue (effektive) Dicke des Gehäuses (inkl. Kontaktelektroden) ergibt, der einer Dicke des Gehäuses in dem ersten bzw. zweiten Kontaktierungsbereich ent spricht (für den Fall, dass dort die erste bzw. Kontakt elektrode kontaktiert wird) . Die Querschnitte der ersten und zweiten Kontaktelektrode können sich voneinander unterscheiden. Entsprechend kann auch das Gehäuse in dem ersten Kontaktierungsbereich ei ne Dicke aufweisen, die von einer Dicke in dem zweiten Kontaktierungsbereich verschieden ist. Bevorzugt ist der Unterschied in der Dicke des Gehäuses (ohne Kontaktelek troden) gleich dem Unterschied des Querschnitts der bei den Kontaktelektroden, so dass die beiden Dicken des Ge häuses in dem ersten und dem zweiten Kontaktierungsbe reich sich nicht signifikant voneinander unterscheiden, wenn die beiden Kontaktelektroden dort kontaktiert sind.
Besonders bevorzugt ist das das Gehäuse im Wesentlichen quaderförmig mit vier Längsseiten mit einer größeren Fläche und zwei Stirnseiten mit einer kleineren Fläche ausgebildet, wobei sich die Kontaktierungsbereiche in einem mittigen Bereich einer der vier Längsseiten befin den. Mit anderen Worten sind die Kontaktierungsbereiche mittig in dem Gehäuse angeordnet. Hierdurch ergeben sich die folgenden Vorteile:
- Ein symmetrisches Layout innerhalb des Leistungshalb leitermoduls ist möglich - dieses eignet sich besonders für Parallelschaltungen von Halbleiterchips;
- Innerhalb des Leistungshalbleitermoduls bilden sich keine langen Leiterstrukturen aus, so dass sich mehrere parallel geschaltete Leis tungshalblei termodule weniger gegenseitig beeinflussen.
Die zuvor gestellte Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Gehäuse für ein Leistungshalbleitermodul, wobei letzte res wie zuvor erläutert ausgebildet ist.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungshalbleitermoduls mit den fol genden Verfahrensschritten: a) Herstellen einer Leistungshalbl eiter schaltung ; b) Verbinden einer ersten Kontaktelektrode und einer zweiten Kontaktelektrode mit der Leistungshalbleiter- Schaltung, vorzugsweise mittels Löten oder Ultraschall schweißen; c) Wenigstens teilweises Umgeben der Leistungshalb leiterschaltung mit einem Gehäuse, wobei die erste Kon taktelektrode und die zweite Kontaktelektrode jeweils durch eine hierfür ausgebildete Ausnehmung in dem Gehäu se durch das Gehäuse nach außen geführt werden, wobei das Gehäuse eine erste, eine zweite und einen dritten Kontaktierungsbereich aufweist, und wobei in dem ersten Kontaktierungsbereich die erste Kontaktelektrode und in dem zweiten Kontaktierungsbereich die zweite Kontakte lektroden kontaktierbar ist, und wobei in dem dritten Kontaktierungsbereich die erste Kontaktelektrode und die zweite Kontaktelektrode zusam men kontaktierbar sind.
In einem zusätzlichen Schritt wird die erste Kontakte lektrode gebogen und in dem ersten Kontaktierungsbereich oder in dem dritten Kontaktierungsbereich mit einer ex ternen Spannungs-/Stromquelle kontaktiert, und es wird die zweite Kontaktelektrode gebogen und in dem zweiten Kontaktierungsbereich oder in dem dritten Kontaktie rungsbereich kontaktiert, wobei die Kontaktierung je weils vorzugsweise mit Hilfe einer Schraube erfolgt.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vor teile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie die se erreicht werden, werden klarer und deutlicher ver ständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
FIG 1 ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul in einem ersten Konfigurationsmodus in einer perspek tivischen Ansicht; FIG 2 das Leistungshalbleitermodul gemäß Fig. 1 in einem zweiten Konfigurationsmodus in einer perspektivi schen Ansicht;
FIG 3 das Leistungshalbleitermodul gemäß Fig. 1 in einem dritten Konfigurationsmodus in einer Draufsicht; und
FIG 4 ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul in einem Schnittbild.
FIG 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul 1 in einer perspektivischen Ansicht. Das Leistungshalbleitermo dul 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches eine in FIG 1 nicht zu erkennende Leistungshalbleiterschaltung in dessen Innerem umgibt. Die Leistungshalbleiterschaltung im Inneren des Ge häuses 2 weist eine erste Kontaktelektrode 3, eine zweite Kontaktelektrode 4, eine dritte Kontaktelektrode 5, eine vierte Kontaktelektrode 6, eine fünfte Kontaktelektrode 7 und eine sechste Kontaktelektrode 8 auf, die elektrische leitend mit der Leistungshalbleiterschaltung verbunden sind.
Die Kontaktelektroden 3, 4, 5, 6, 7, 8 sind durch entspre chend ausgebildete Ausnehmungen 9, 10, 11, 12, 13, 14 durch das Gehäuse 2 nach außen geführt. Nach dem Durchführen durch das Gehäuse 2 sind die Kontaktelektroden 3, 4, 5, 6, 7, 8 derart umgebogen worden, dass sie im Wesentlichen plan an ei ner Außenseite des Gehäuses 2 anliegen. In den Kontaktelekt roden 3, 4, 5, 6, 7, 8 befindet sich jeweils eine kreisförmi ge Ausnehmung, durch die eine Schraube führbar ist, um die Kontaktelektroden 3, 4, 5, 6, 7, 8 mit einer externen Span- nungs-/Stromquelle zu kontaktieren.
Das Gehäuse 2 weist einen ersten Kontaktierungsbereich 15, einen zweiten Kontaktierungsbereich 16, einen dritten Kontak tierungsbereich 17, einen vierten Kontaktierungsbereich 18, einen fünften Kontaktierungsbereich 19, einen sechsten Kon- taktierungsbereich 20, einen siebten Kontaktierungsbereich
21, einen achten Kontaktierungsbereich 22 und einen neunten Kontaktierungsbereich 23 auf.
In den Kontaktierungsbereichen 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21,
22, 23 weist das Gehäuse 2 jeweils eine Ausnehmung in Form eines kreisförmigen Lochs auf, in die ein Gewindeteil in Form einer Mutter einlegbar oder eingelegt ist (in FIG 1 nicht dargestellt).
In FIG 1 ist das Leistungshalbleitermodul 1 gemäß einem ers ten Konfigurationsmodus ausgebildet. In diesem ist die erste Kontaktelektrode 3 (in FIG 1 nach oben) um eine Kante in dem Gehäuse 2 in den ersten Kontaktierungsbereich 15 gebogen (vgl. hierzu FIG 4) und kann durch eine Schraube (nicht dar gestellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle (nicht dargestellt) in dem ersten Kontaktierungsbereich 15 kontaktiert werden. Die zweite Kontaktelektrode 4 ist in FIG 1 nach unten gebogen und kann durch eine Schraube (nicht dar gestellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle (nicht dargestellt) in dem zweiten Kontaktierungsbereich 16 kontaktiert werden. In dem dritten Kontaktierungsbereich 17 ist keine Kontaktelektrode vorhanden.
Die dritte Kontaktelektrode 5 ist in FIG 1 nach oben gebogen und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle (nicht dargestellt) in dem vierten Kontaktierungsbereich 18 kontaktiert werden. Die vierte Kontaktelektrode 6 ist in FIG 1 nach unten gebogen und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) mit einer ex ternen Spannungs-/Stromquelle (nicht dargestellt) in dem fünften Kontaktierungsbereich 19 kontaktiert werden. In dem sechsten Kontaktierungsbereich 20 ist keine Kontaktelektrode vorhanden.
Die fünfte Kontaktelektrode 7 ist in FIG 1 nach oben gebogen und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle (nicht dargestellt) in dem siebten Kontaktierungsbereich 21 kontaktiert werden. Die sechste Kontaktelektrode 8 ist in FIG 1 nach unten gebogen und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle (nicht dargestellt) in dem achten Kontaktierungsbereich 22 kontaktiert werden. In dem neunten Kontaktierungsbereich 23 ist keine Kontaktelektrode vorhanden.
FIG 2 zeigt das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul 1 in einem zweiten Konfigurationsmodus. In diesem ist die erste Kontaktelektrode 3 (in FIG 2 nach unten) um eine Kante in dem Gehäuse 2 in den dritten Kontaktierungsbereich 17 gebogen (vgl. hierzu FIG 4) und kann durch eine Schraube (nicht dar gestellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle (nicht dargestellt) in dem dritten Kontaktierungsbereich 17 kontaktiert werden. Die zweite Kontaktelektrode 4 ist in FIG 2 nach oben gebogen und kann durch eine Schraube (nicht dar gestellt) gemeinsam mit der ersten Kontaktelektrode 3 mit einer externen Spannungs-/Stromquelle (nicht dargestellt) in dem dritten Kontaktierungsbereich 17 kontaktiert werden.
In dem ersten Kontaktierungsbereich 15 und in dem zweiten Kontaktierungsbereich 16 sind keine Kontaktelektroden vorhan den. Durch die Überlagerung der ersten und zweiten Kontakte lektroden 3, 4 in dem dritten Kontaktierungsbereich 17 ergibt sich eine neue Kontaktelektrode, deren Querschnitt einer Sum me des jeweiligen Querschnitts der ersten und zweiten Kontak telektroden 3, 4 entspricht. Diese massivere Kontaktelektrode kann die in dem zweiten Konfigurationsmodus benötigten, höhe ren Leistungen bzw. Ströme zu der Leistungshalbleiterschal tung transportieren.
In FIG 2 ist die dritte Kontaktelektrode 5 (in FIG 2 nach un ten) um eine Kante in dem Gehäuse 2 in den sechsten Kontak tierungsbereich 20 gebogen (vgl. hierzu FIG 4) und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) mit einer externen Span- nungs-/Stromquelle in dem sechsten Kontaktierungsbereich 20 kontaktiert werden. Die vierte Kontaktelektrode 6 ist in FIG 2 nach oben gebogen und kann durch eine Schraube (nicht dar gestellt) gemeinsam mit der dritten Kontaktelektrode 5 mit einer externen Spannungs-/Stromquelle in dem sechsten Kontaktierungsbereich 20 kontaktiert werden. In dem vierten Kontaktierungsbereich 18 und in dem fünften Kontaktierungsbe reich 21 sind keine Kontaktelektroden kontaktiert.
In FIG 2 ist zudem die fünfte Kontaktelektrode 7 (in FIG 2 nach unten) um eine Kante in dem Gehäuse 2 in den neunten Kontaktierungsbereich 23 gebogen (vgl. hierzu FIG 4) und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle in dem neunten Kontaktierungsbereich 23 kontaktiert werden. Die fünfte Kontaktelektrode 7 ist in FIG 2 nach oben gebogen und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) gemeinsam mit der sechsten Kontaktelektrode 8 mit einer externen Spannungs-/Stromquelle in dem neunten Kontaktierungsbereich 23 kontaktiert werden. In dem siebten Kontaktierungsbereich 21 und in dem achten Kontaktierungsbe reich 22 sind keine Kontaktelektroden kontaktiert.
In den Kontaktierungsbereichen 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21,
22, 23 weist das Gehäuse 2 in FIG 2 jeweils eine Ausnehmung in Form eines länglich ausgedehnten Lochs (rechteckförmig) auf, die als ein „Langloch" fungiert, um eine Schraube durch die jeweilige Kontaktelektrode 3, 4, 5, 6, 7, 8 mit einer ge wissen Toleranz durch das Gehäuse 2 führen zu können.
Wesentlich ist, dass in dem zweiten Konfigurationsmodus das selbe Gehäuse 2 verwendet werden kann wie im ersten Konfigu rationsmodus (vgl. FIG 1).
In FIG 3 ist ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul 1 in einem dritten Konfigurationsmodus in einer Draufsicht dar gestellt. In FIG 3 ist die erste Kontaktelektrode 3 (in FIG 3 nach oben) um eine Kante in dem Gehäuse 2 in den ersten Kon taktierungsbereich 15 gebogen (vgl. hierzu FIG 4) und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle in dem ersten Kontaktierungsbereich 15 kontaktiert werden. Die zweite Kontaktelektrode 4 ist in FIG 2 nach unten gebogen und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle in dem zweiten Kontaktierungsbereich 16 kontaktiert werden. In dem dritten Kontaktierungsbereich 17 sind keine Kontaktelekt roden kontaktiert.
Die dritte Kontaktelektrode 5 ist (in FIG 3 nach unten) um eine Kante in dem Gehäuse 2 in den sechsten Kontaktierungsbe reich 20 gebogen (vgl. hierzu FIG 4) und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) mit einer externen Spannungs- /Stromquelle in dem sechsten Kontaktierungsbereich 20 kon taktiert werden. Die vierte Kontaktelektrode 6 ist in FIG 2 nach oben gebogen und kann durch eine Schraube (nicht darge stellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle in dem sechsten Kontaktierungsbereich 20 gemeinsam mit der dritten Kontaktelektrode 5 kontaktiert werden. In dem vierten Kontak tierungsbereich 18 und in dem fünften Kontaktierungsbereich 19 sind keine Kontaktelektroden kontaktiert.
Die fünfte Kontaktelektrode 7 ist (in FIG 3 nach unten) um eine Kante in dem Gehäuse 2 in den neunten Kontaktierungsbe reich 23 gebogen (vgl. hierzu FIG 4) und kann durch eine Schraube (nicht dargestellt) mit einer externen Spannungs- /Stromquelle in dem neunten Kontaktierungsbereich 23 kontak tiert werden. Die sechste Kontaktelektrode 8 ist in FIG 2 nach oben gebogen und kann durch eine Schraube (nicht darge stellt) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle in dem neunten Kontaktierungsbereich 23 gemeinsam mit der fünften Kontaktelektrode 7 kontaktiert werden. In dem siebten Kontak tierungsbereich 21 und in dem achten Kontaktierungsbereich 22 sind keine Kontaktelektroden kontaktiert.
In den Kontaktierungsbereichen 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21,
22, 23 weist das Gehäuse 2 in FIG 3 jeweils eine vorgezeich nete, aber noch nicht durchstoßene Ausnehmung in Form eines kreisförmigen Lochs auf, um eine Schraube durch die jeweilige Kontaktelektrode 3, 4, 5, 6, 7, 8 mit einer gewissen Toleranz durch das Gehäuse 2 führen zu können (wobei dabei das Gehäuse 2 durchstoßen wird). Wesentlich ist, dass in dem dritten Konfigurationsmodus das selbe Gehäuse 2 verwendet werden kann wie im ersten und im zweiten Konfigurationsmodus (vgl. FIG 1 und FIG 2).
In dem dritten Konfigurationsmodus kann das Leistungshalb leitermodul 1 beispielsweise für eine 3L-Leistungs- halbleiterschaltung verwendet werden. In dem ersten Kontak tierungsbereich 15 kann die erste Kontaktelektrode für einen Gleichspannungsanschluss „DC+", in dem zweiten Kontaktie rungsbereich 16 kann die zweite Kontaktelektrode 16 für einen Gleichspannungsanschluss „DC-„ verwendet werden. In dem sechsten Kontaktierungsbereich 20 kann eine Überlagerung der dritten Kontaktelektrode 3 mit der vierten Kontaktelektrode 4 als Gleichspannungsmittelpunktsanschluss „DCM" verwendet wer den. Eine Überlagerung der fünften Kontaktelektrode 5 mit der sechsten Kontaktelektrode 6 in dem neunten Kontaktierungsbe reich 23 kann als Wechselspannungsanschluss „AC" verwendet werden.
In FIG 4 ist ein Querschnitt eines Gehäuses 2 eines erfin dungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls 1 dargestellt. Es sind eine erste Kontaktelektrode 3 und eine zweite Kontaktelektro de 4 zu erkennen. Die beiden Kontaktelektroden 3, 4 sind durch das Gehäuse 2 nach außen hindurchgeführt und jeweils um eine Kante 24, 25 gebogen. Die Kanten 24, 25 weisen jeweils eine Abrundung auf, um das Biegen der Kontaktelektroden 3, 4 um die Kanten 24, 25 zu erleichtern. In einem Bereich der Ausnehmungen 9, 10, durch welche die Kontaktelektroden 3,
4 durch das Gehäuse 2 nach außen geführt sind, sind die se von einem elektrisch isolierenden Material umgeben.
In den Ausnehmungen 9, 10 sind die beiden Kontaktelekt- roden 3, 4 damit geführt, wodurch die beim Biegen ent stehenden Kräfte gut aufgenommen werden können, ohne ei ne Verbindung der Kontaktelektroden 3, 4 zu der Leis tungshalbleiterschaltung zu beschädigen.
In dem dritten Kontaktierungsbereich 17, in dem die ers te und zweite Kontaktelektroden 3, 4 übereinander an dem Gehäuse 2 kontaktierbar sind, ist eine Dicke Dl des Ge häuses 2 so ausgebildet, dass er einer Solldicke DSoll des Gehäuses 2 abzüglich der Summe der Querschnitte der beiden Kontaktelektroden 3, 4 entspricht. Mit anderen Worten ist das Gehäuse 2 in dem dritten Kontaktierungs bereich 17 so vertieft, dass es bei einer Anordnung bei der Kontaktelektroden 3, 4 in diesem Bereich zu einer effektiven Dicke des Gehäuses 2 kommt, welches dieses einheitlich nach außen aufweisen soll. Entsprechend sind der erste Kontaktierungsbereich 15 und der zweite Kon taktierungsbereich 16 jeweils um einen Querschnitt der ersten Kontaktelektrode 3 bzw. der zweiten Kontaktelekt rode 4 gegenüber der Solldicke DSoll vertieft (in FIG 4 nicht dargestellt) .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wur de, so ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Bei spiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzum fang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Leistungshalbleitermodul (1), das eine Leistungs halbleiterschaltung und ein Gehäuse (2) aufweist, wobei das Gehäuse (2) die Leistungshalbleiterschaltung wenigstens teilweise umgibt, und wobei die Leistungshalbleiterschaltung eine erste Kontaktelektrode (3) und eine zweite Kontaktelektrode (4) aufweist, die jeweils mit der Leistungshalbleiter schaltung elektrisch leitend verbunden sind, und die je weils durch eine hierfür ausgebildete Ausnehmung (9, 10) in dem Gehäuse (2) durch das Gehäuse (2) nach außen ge führt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen ersten Kontaktierungsbereich (15), einen zweiten Kontaktierungsbereich (16) und einen drit ten Kontaktierungsbereich (17) aufweist, wobei in dem ersten Kontaktierungsbereich (15) die erste Kontaktelek trode (3) kontaktierbar ist, und in dem zweiten Kontak tierungsbereich (16) die zweite Kontaktelektrode (4) kontaktierbar ist, und dass in dem dritten Kontaktie rungsbereich (17) die erste Kontaktelektrode (3) und die zweite Kontaktelektrode (4) zusammen kontaktierbar sind, wobei das Gehäuse (2) in den Kontaktierungsbereichen (15, 16, 17) jeweils eine Ausnehmung aufweist, in wel cher vorzugsweise ein Gewindeteil eingesetzt ist, wobei die Ausnehmungen, und vorzugsweise das Gewindeteil, zur Aufnahme einer Schraube ausgebildet sind, um die Kontak telektroden (3, 4) jeweils in dem Kontaktierungsbereich
(15, 16, 17) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle zu kontaktieren, vorzugsweise an einer Außenseite des Gehäuses (2), wobei die Kontaktelektroden (3, 4) eben falls eine Ausnehmung zur Aufnahme der Schraube aufwei- sen .
2. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 1, das ein ganzzahliges Vielfaches von ersten und zweiten Kon taktelektroden (3, 4, 5, 6, 7, 8) und ein ganzzahliges
Vielfaches von drei Kontaktierungsbereichen (15, 16, 17,
18, 19, 20, 21, 22, 23) aufweist, wobei die Kontaktelek troden (3, 4, 5, 6, 7, 8) und die Kontaktierungsbereiche
(15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23) an dem Gehäuse (2) jeweils gemäß Anspruch 1 ausgebildet sind.
3. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Kontaktelektrode (3) und die zweite Kontaktelektrode (4) jeweils um wenigstens zwei Kanten (24, 25) des Gehäuses (2) biegbar sind.
4. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 3, bei dem die Kanten (24, 25) eine Abrundung aufweisen, um das
Biegen der Kontaktelektroden (3, 4, 5, 6, 7, 8) zu er leichtern .
5. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorange gangenen Ansprüche, bei dem die Kontaktelektroden (3, 4,
5, 6, 7, 8) in einem Bereich der Ausnehmungen (9, 10,
11, 12, 13, 14), durch welche die Kontaktelektroden (3,
4, 5, 6, 7, 8) durch das Gehäuse (2) nach außen geführt sind, von einem elektrisch isolierenden Material umgeben sind .
6. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 5, bei dem die Ausnehmungen in den Kontaktelektroden (3, 4, 5,
6, 7, 8) jeweils als ein länglich ausgedehntes Loch aus gebildet sind.
7. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorange gangenen Ansprüche, bei dem das Gehäuse (2) in dem drit ten Kontaktierungsbereich (17), in dem die erste Kontak telektrode (3) und die zweite Kontaktelektrode (4) kon taktierbar sind, eine geringere Dicke (Dl) aufweist als in dem ersten Kontaktierungsbereich (15) und in dem zweiten Kontaktierungsbereich (16) .
8. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorange gangenen Ansprüche, bei dem das Gehäuse (2) in dem ers ten Kontaktierungsbereich (15) eine Dicke aufweist, die von einer Dicke dem zweiten Kontaktierungsbereich (16) verschieden ist.
9. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorange gangenen Ansprüche, bei dem das Gehäuse (2) im Wesentli chen quaderförmig mit vier Längsseiten mit einer größe ren Fläche und zwei Stirnseiten mit einer kleineren Flä che ausgebildet ist, wobei sich die Kontaktierungsberei che (15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23) in einem mitti gen Bereich einer der vier Längsseiten befinden.
10. Gehäuse (2) für ein Leistungshalbleitermodul (1), wobei das Leistungshalbleitermodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
11. Leistungshalbleitermodulsystem mit einer Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen (1), die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet sind.
12. Verfahren zum Herstellen eines Leistungshalbleiter moduls (1), umfassend: a) Herstellen einer Leistungshalbl eiter schaltung ; b) Verbinden einer ersten Kontaktelektrode (3) und ei ner zweiten Kontaktelektrode (4) mit der Leistungshalb leiterschaltung, vorzugsweise mittels Löten oder Ultra schalls chweißen ; c) Wenigstens teilweises Umgeben der Leistungshalb leiterschaltung mit einem Gehäuse (2), wobei die erste Kontaktelektrode (3) und die zweite Kontaktelektrode (4) jeweils durch eine hierfür ausgebildete Ausnehmung (9, 10) in dem Gehäuse (2) durch das Gehäuse (2) nach außen geführt werden, wobei das Gehäuse (2) einen ersten Kon- taktierungsbereich (15), einen zweiten Kontaktierungsbe reich (16) und einen dritten Kontaktierungsbereich (17) aufwe ist, wobei die erste Kontaktelektrode (3) gebogen und in dem ersten Kontaktierungsbereich (15) oder in dem dritten
Kontaktierungsbereich (17) mit einer externen Spannungs- /Stromquelle kontaktiert wird, und bei dem die zweite Kontaktelektrode (4) gebogen und in dem zweiten Kontak tierungsbereich (16) oder in dem dritten Kontaktierungs- bereich (17) mit einer externen Spannungs-/Stromquelle kontaktiert wird, wobei die Kontaktierung jeweils mit Hilfe einer Schraube erfolgt.
EP21754750.4A 2020-07-30 2021-07-27 Leistungshalbleitermodul und herstellungsverfahren für ein leistungshalbleitermodul Pending EP4173039A1 (de)

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