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DE102020115831B4 - Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Druckeinrichtung - Google Patents

Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Druckeinrichtung Download PDF

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DE102020115831B4
DE102020115831B4 DE102020115831.9A DE102020115831A DE102020115831B4 DE 102020115831 B4 DE102020115831 B4 DE 102020115831B4 DE 102020115831 A DE102020115831 A DE 102020115831A DE 102020115831 B4 DE102020115831 B4 DE 102020115831B4
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Alexander Wehner
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Semikron Elektronik GmbH and Co KG
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Abstract

Leistungselektronische Schalteinrichtung (1) mit einem eine Mehrzahl von Leiterbahnen (22) aufweisenden Substrat (2), mit einem auf einer dieser Leiterbahnen (22) angeordneten Leistungshalbleiterbauelement (26), dessen dem Substrat (2) abgewandte Kontaktfläche eine Normalenrichtung (N) definiert, mit einer Verbindungseinrichtung (3) mit einer Metallfolie, die die Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements (26) mit einer weiteren Kontaktfläche eines weiteren Leistungshalbleiterbauelements oder einer Leiterbahn (22) elektrisch leitend verbindet und mit einer Druckeinrichtung (5), wobeidie Verbindungseinrichtung (3) jeweils einen Kontaktabschnitt (32) zur Verbindung mit einer zugeordneten Kontaktfläche und einen Verbindungsabschnitt (34) aufweist, der zwischen den beiden Kontaktabschnitten (32) angeordnet ist, wobeidie Druckeinrichtung (5) ein flächiges elastisches Druckelement (50) aufweist,das Druckelementabschnitte (52,54) aufweist, wobei die ersten Druckelementabschnitte (52) mit einem jeweiligen ersten Druckflächenabschnitt (520) auf einen zugeordneten Kontaktabschnitt (32) drücken und der zweite Druckelementabschnitt (54) mit einem zweiten Druckflächenabschnitt (540) auf einen Unterabschnitt (36) oder den gesamten Verbindungsabschnitt (34) drückt, wobei das Druckelement (50) einen ersten Materialabschnitt (56) aus einem ersten elastischen Material und einen zweiten Materialabschnitt (58) aus einem zweiten elastischen Material aufweist.

Description

  • Die Erfindung beschreibt eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit einem eine Mehrzahl von Leiterbahnen aufweisenden Substrat, mit einem auf einer dieser Leiterbahnen angeordneten Leistungshalbleiterbauelement, dessen dem Substrat abgewandte Kontaktfläche eine Normalenrichtung definiert, mit einer Verbindungseinrichtung mit einer Metallfolie, die die Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements mit einer weiteren Kontaktfläche eines weiteren Leistungshalbleiterbauelements oder einer Leiterbahn elektrisch leitend verbindet und mit einer Druckeinrichtung.
  • Die DE 101 21 970 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul, bestehend aus einem Gehäuse, einem keramischen Substrat, schaltungsgerecht darauf angeordneten strukturierten und elektrisch leitenden Kontaktflächen, darauf angeordneten Bauelementen, einer Druckkontaktierung, bestehend aus einem flexiblen Druckspeicher sowie einer den Druck erzeugenden Druckplatte, sowie Leistungs- und Steueranschlüssen. Bei der Erhöhung der Leistungsfähigkeit, der Zuverlässigkeit sowie der Lebensdauer bei gleichzeitig verringerten Herstellungskosten sind veränderte Methoden der Aufbautechnologien für die einzelnen Bestandteile eine zwingende Voraussetzung. Dies wird erreicht durch eine flexible Leiterplatte, die die Bauelemente schaltungsgerecht miteinander und/oder mit den Kontaktflächen des Subtrates verbindet, wobei zur Isolation der Bauelemente gegeneinander ein flexibler Isolationsstoff eingebracht ist.
  • Die DE 10 2016 123 697 A1 offenbart eine Druckeinrichtung für eine leistungselektronische Schalteinrichtung, die ausgebildet ist mit einem flächig ausgedehnten starren Grundkörper und einem elastisch verformbaren Elastomerkörper, wobei der Grundkörper und der Elastomerkörper kraft- oder formschlüssig und reversibel miteinander verbunden sind und wobei der Elastomerkörper eine Mehrzahl von Druckkörpern aufweist. Weiterhin werden zwei leistungselektronische Schalteinrichtungen und eine Anordnung mit einer derartigen Druckeinrichtung vorgestellt.
  • Die DE 10 2017 126 716 A1 offenbart, wie auch im Grund in 7 dargestellt, eine Anordnung und ein Leistungshalbleitermodul hierfür, das ausgebildet ist mit einer Schalteinrichtung, die ein Substrat, eine Verbindungseinrichtung und Anschlusseinrichtungen, wie vorzugsweise Last- und Hilfsanschlusseinrichtungen, aufweist und mit einer in Normalenrichtung des Substrats beweglich angeordneten Druckeinrichtung, wobei das Substrat gegeneinander elektrisch isolierte Leiterbahnen aufweist, wobei auf einer Leiterbahn ein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet und elektrisch leitend damit verbunden ist, wobei die Schalteinrichtung mittels der Verbindungseinrichtung intern schaltungsgerecht verbunden ist, wobei die Druckeinrichtung einen starren Grundkörper, einen elastischen Druckkörper und einen Federkörper oder eine Mehrzahl von Federkörpern aufweist, wobei der elastische Druckkörper in Normalenrichtung des Substrats auf das Substrat hin aus dem Grundkörper hervorragt und wobei der Federkörper sich gegen ein gegenüber dem Substrat unbewegliches Widerlager abstützt und den Druckkörper in Normalenrichtung des Substrats in Richtung auf das Substrat hin und somit mittelbar oder unmittelbar gegen das Substrat und somit auch auf die Schalteinrichtung drückt.
  • In Kenntnis des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Druckeinrichtung weiter zu verbessern und insbesondere den Druck gezielter auf das Substrat samt Leistungshalbleiterbauelementen einzuleiten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit einem eine Mehrzahl von Leiterbahnen aufweisendem Substrat, mit einem auf einer dieser Leiterbahnen angeordneten Leistungshalbleiterbauelement, dessen dem Substrat abgewandte Kontaktfläche eine Normalenrichtung definiert, mit einer Verbindungseinrichtung mit einer Metallfolie, die die Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements mit einer weiteren Kontaktfläche eines weiteren Leistungshalbleiterbauelements oder einer Leiterbahn elektrisch leitend verbindet und mit einer Druckeinrichtung, wobei die Verbindungseinrichtung jeweils einen Kontaktabschnitt zur Verbindung mit einer zugeordneten Kontaktfläche und einen Verbindungsabschnitt aufweist, der zwischen den beiden Kontaktabschnitten angeordnet ist, wobei die Druckeinrichtung ein flächiges elastisches Druckelement aufweist, das Druckelementabschnitte aufweist, wobei die ersten Druckelementabschnitte mit einem jeweiligen ersten Druckflächenabschnitt auf einen zugeordneten Kontaktabschnitt drücken und der zweite Druckelementabschnitt mit einem zweiten Druckflächenabschnitt auf einen Unterabschnitt oder den gesamten Verbindungsabschnitt drückt, wobei das Druckelement einen ersten Materialabschnitt aus einem ersten elastischen Material und einen zweiten Materialabschnitt aus einem zweiten elastischen Material aufweist.
  • Hierbei kann der Verbindungsabschnitt einen, vorzugsweise bogenförmigen, Verlauf aufweisen und dabei vorzugsweise einen in Normalenrichtung gelegenen höchsten Punkt aufweisen, dessen Niveau oberhalb beider benachbarter Kontaktabschnitte liegt.
  • Es ist besonders bevorzugt, wenn die Verbindungseinrichtung als Folienstapel mit abwechselnd einer Metallfolie und einer Isolationsfolie ausgebildet ist.
  • Es ist vorteilhaft, wenn einer der ersten Druckelementabschnitte, vorzugsweise alle, ein Dicke von 0,5 mm bis 15 mm und bevorzugt zwischen 2 mm und 8 mm aufweist.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn der jeweilige erste Druckflächenabschnitt plan ausgebildet ist und der zweite Druckflächenabschnitt eine gebogene, vorzugsweise dem Verbindungsabschnitt angepasste, Oberflächenkontur aufweist. Somit können die jeweiligen Druckflächenabschnitte plan auf den zugeordneten Abschnitten der Verbindungseinrichtung aufliegen und dort Druck ausüben.
  • Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Druckelement einen ersten Materialabschnitt aus einem ersten elastischen Material und einen zweiten Materialabschnitt aus einem zweiten elastischen Material aufweist. Hierbei kann das erste elastische Material aus der Materialgruppe der Elastomere, insbesondere der der Silikonkautschuke, mit einer ersten Shore-A Härte zwischen 30 und 90 und insbesondere zwischen 60 und 70 ausgebildet sein und das zweite elastische Material ebenfalls aus dieser Materialgruppe, jeweils mit einer zweiten Shore-A Härte ausgebildet sein, die 5%, insbesondere 10%, geringer ist als die erste Shore-A Härte oder das zweite elastische Material kann aus der Materialgruppe der Kunststoffschäume, insbesondere aus Silikonschaum mit einer Kompressionskraft gemäß ASTM D1056 zwischen 25 kPa und 250 kPa und insbesondere zwischen 100 kPa und 150 kPa, ausgebildet sein.
  • Es kann in bestimmten Anwendungsfällen auch vorteilhaft sein, wenn der erste Druckelementabschnittidentisch dem ersten Materialabschnitt ist und der zweite Druckelementabschnittidentisch dem zweiten Materialabschnitt ist. Alternativ kann der erste Materialabschnitt innerhalb des ersten Druckelementabschnitts angeordnet sein und vorzugsweise ein um maximal 30% geringeres Volumen als dieser aufweisen. Alternativ kann der zweite Materialabschnitt innerhalb des zweiten Druckelementabschnitts angeordnet sein und vorzugsweise ein um maximal 30% geringeres Volumen als dieser aufweisen. Alternativ kann der erste Materialabschnitt im Bereich des zweiten Druckelementabschnitts erste Vertiefungen aufweisen, in denen der zweite Materialabschnitt angeordnet ist. Weiterhin alternativ kann der zweite Materialabschnitt im Bereich des ersten Druckelementabschnitts zweite Vertiefungen aufweisen, in denen der erste Materialabschnitt angeordnet ist.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Druckelement in einer Vertiefung eines Druckrahmens, der vorzugsweise ein metallisches Stabilisierungselement aufweist, angeordnet ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der leistungselektronischen Schalteinrichtung und hierbei insbesondere der Druckeinrichtung kann Druck flexibler auf das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement und gleichzeitig auch auf Bereiche der Verbindungseinrichtung neben der Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements und auch neben dem Leistungshalbleiterbauelement selbst in definierter Weise ausgeübt werden.
  • Selbstverständlich können, sofern dies nicht explizit oder per se ausgeschlossen ist oder dem Gedanken der Erfindung widerspricht, die jeweils im Singular genannten Merkmale, insbesondere das Leistungshalbleiterbauelement, mehrfach in der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung vorhanden sein.
  • Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 7 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.
    • 1 zeigt in seitlicher Explosionsdarstellung eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtung.
    • 2 zeigt die Kontakt- und Verbindungsabschnitte verschiedener Ausgestaltungen von Druckelementen.
    • 3 zeigt erste und zweite Materialabschnitte verschiedener Anordnungen und Ausgestaltungen von Druckelementen.
    • 4 zeigt weitere erste und zweite Materialabschnitte verschiedener Anordnungen und Ausgestaltungen von Druckelementen.
    • 5 zeigt eine dreidimensionale Explosionsdarstellung einer Druckeinrichtung.
    • 6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines einzelnen Druckelements.
    • 7 zeigt, wie oben bereits beschrieben eine leistungselektronischen Schalteinrichtung nach dem Stand der Technik.
  • 1 zeigt in seitlicher Explosionsdarstellung eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtung 1 als Teil eines Leistungshalbleitermoduls 10 angeordnet auf einer Kühleinrichtung 8, die hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit als Luftkühleinrichtung ausgebildet ist.
  • Die leistungselektronische Schalteinrichtung 1 weist ein fachübliches leistungselektronisches Substrat 2 auf. Dieses weist einen Isolierstoffkörper 20 und hierauf angeordnet eine Mehrzahl von Leiterbahnen 22 auf. Auf einer dieser Leiterbahnen 22 sind hier zwei Leistungshalbleiterbauelemente 26 angeordnet. Diese Leistungshalbleiterbauelemente 26 weisen auf ihrer dem Substrat 2 abgewandten Oberfläche eine Kontaktfläche zur elektrischen Kontaktierung auf. Dieser Kontaktfläche ist eine Normalenrichtung N zugeordnet. Das leistungselektronische Substrat 2 ist auf einer Oberfläche der Kühleinrichtung 8 angeordnet, wobei zwischen dem Substrat 2 und der Oberfläche noch eine wärmeleitende Paste 800 angeordnet ist.
  • Weiterhin dargestellt ist eine Verbindungseinrichtung 3, die hier als einfache Metallfolie ausgebildet ist, ebenso aber auch als Metallformkörper oder insbesondere als fachüblicher Folienstapel mit abwechselnd einer Metallfolie und einer Isolationsfolie ausgebildet sein kein. Diese Verbindungseinrichtung 3 weist Kontaktabschnitte 32 mit einer Breite 302 auf, die in elektrisch leitendem Kontakt mit zugeordneten Kontaktflächen des jeweiligen Leistungshalbleiterbauelements 26 stehen. An diese Kontaktabschnitte 32 schließt sich jeweils mindestens ein Verbindungsabschnitt 34 mit einer Breite 304 an, der die weitere elektrische Verbindung des Leistungshalbleiterbauelements 26 mit einem weiteren Leistungshalbleiterbauelement 26 oder mit einer Leiterbahn 22 des Substrats 2 ausbildet.
  • Der Verbindungsabschnitt 34 weist hier jeweils einen bogenförmigen Verlauf auf, der in Normalenrichtung N betrachtet einen höchsten Punkt aufweist, dessen Niveau höher liegt als das Niveau des benachbarten Kontaktabschnitts 32. Beispielhaft weist die Verbindungseinrichtung 3 eine maximale Dicke von 700 µm auf. Hierbei liegt dann der höchste Punkt an der dem Substrat 2 abgewandten Oberfläche der Verbindungseinrichtung 500 µm höher als die dem Substrat 2 abgewandte Oberfläche des benachbarten Kontaktabschnitts 32.
  • Fachüblich ist unterhalb des Verbindungsabschnitts 34 und das dort entstehende Volumen auffüllend eine Isolierstoffmasse 28, beispielhaft ein Silikonkautschuk, angeordnet. Weiterhin dargestellt sind Kontaktelemente 4 zur externen elektrischen Verbindung der Schalteinrichtung 1.
  • Eine Druckeinrichtung 5 weist hier drei Komponenten auf, einen Druckkörper 500, der auf seiner dem Substrat 2 zugewandten Hauptseite eine Ausnehmung aufweist, in der ein Druckelement 50 angeordnet ist. Auf seiner gegenüber liegenden Hauptseite weist der Druckkörper 500 eine weitere Ausnehmung auf, in der ein flächiger Metallkörper 502, vgl. auch 5, zur Versteifung und Stabilisierung angeordnet ist.
  • Der Druckkörper 500 weist im Folgenden genauer erläuterte erste Druckelementabschnitte 52 auf, die auf Kontaktabschnitte 32 der Verbindungseinrichtung 3 drücken und zweite Druckelementabschnitte 54, die auf Verbindungsabschnitte 34 der Verbindungseinrichtung 3 drücken.
  • Zur hierzu notwendigen Druckbeaufschlagung auf die Druckeinrichtung 5 weist das Leistungshalbleitermodul 10 ein Gehäuse 6, das auch als Teilgehäuse ausgebildet sein kann, auf. Dieses Gehäuse 6 wird mittels Befestigungseinrichtungen 80,82, hier mittels einer Schraubverbindung, auf der Kühleinrichtung 8 angeordnet. Die Kühleinrichtung 8 wirkt hierbei als Gegenlager, durch das die Druckeinleitung auf die Druckeinrichtung ermöglicht wird. Der Druck des Gehäuses 6 wird über ein Federelement -5, hier ein Stapel aus Tellerfedern, auf die Druckeinrichtung 5 eingeleitet. Die Druckelementabschnitte 52,54 des Druckelements 50 leiten den Druck weiter auf die Verbindungseinrichtung 3, wodurch schließlich das Substrat 2 auf die Oberfläche der Kühleinrichtung 8 gedrückt wird. Die Pfeile 60,61,62,64,65,66 repräsentieren den jeweils eingeleiteten Druck.
  • 2 zeigt die ersten und zweiten Druckelementabschnitte 52,54 verschiedener Ausgestaltungen von Druckelementen 50, jeweils ohne Druckbeaufschlagung. 2a und in dreidimensionaler Ansicht auch 6 zeigen hierbei ein Druckelement 50, das als Einzeldruckelement ausgebildet ist, und das dazu ausgebildet und vorgesehen ist mit seinem ersten Druckelementabschnitt 52 auf einen Kontaktabschnitt 32 einer Verbindungseinrichtung 3 zu drücken. Der um den ersten Druckelementabschnitt 52 umlaufend angeordnete zweite Druckelementabschnitt 54 ist dazu ausgebildet und vorgesehen, auf einen unmittelbar an den Kontaktabschnitt 32 angrenzenden, hier ebenfalls umlaufenden Teilabschnitt eines Verbindungsabschnitts 34 der Verbindungseinrichtung 3 zu drücken.
  • Der der Verbindungseinrichtung zugewandte erste Druckflächenabschnitt 520 des ersten Druckelementabschnitts 52 ist hier plan ausgebildet, da auch der zugeordnete Kontaktabschnitt 32 der Verbindungseinrichtung 3 plan ausgebildet ist. Der zweite Druckelementabschnitt 54 weist eine Kontur seines zweiten Druckflächenabschnitts 540 auf, die sich stetig an den ersten Druckflächenabschnitt 520 des ersten Druckelementabschnitts 52 anschließt und dem Verlauf der Verbindungseinrichtung 3 im Wesentlichen folgt.
  • 2b zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Einzeldruckelements 50 mit flacherem Verlauf der Oberflächenkontur des zweiten Druckelementabschnitts 54.
  • 2c zeigte ein Druckelement 50, das als Mehrfachdruckelement ausgebildet ist und im Zustand ohne Druckbeaufschlagung zwei zueinander parallele Oberflächen aufweist. Dieses Druckelement 50 weist somit eine Mehrzahl von ersten und zweiten Druckelementabschnitten 52,54 auf. Die Grenzen 524,542 zwischen den ersten und zweiten Druckelementabschnitten 52,54 sind virtuelle, funktionale Grenzen, die durch die Funktion aber nicht notwendigerweise durch strukturelle Eigenschaften des Druckelements 50 definiert sind.
  • 2d zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Mehrfachdruckelements, bei dem der der Verbindungseinrichtung 3 zugewandte Druckflächenabschnitts 540 des zweiten Druckelementabschnitts 54 einen bogenförmigen Verlauf aufweisen, der im Grund demjenigen der Verbindungsabschnitte 34 der Verbindungseinrichtung 3, vgl. 1, folgt. Im Übrigen sind die Grenzen 524,542 zwischen den Druckelementabschnitten virtuell.
  • 3 zeigt, mit Ausnahme der 3a, verschiedene Anordnungen und Ausgestaltungen von Druckelementen 50 mit ersten und zweiten Materialabschnitten 56,58. Bei diesen ersten und zweiten Materialabschnitten 56,58 handelt es sich um strukturell unterschiedliche Abschnitte, bevorzugt ausgebildet durch unterschiedliche Eigenschaften, insbesondere Kompressions- bzw. Elastizitätseigenschaften. Die ersten und zweiten Materialabschnitte 56,58 können sich zudem durch unterschiedliche stoffliche Eigenschaften unterscheiden.
  • 3a zeigt ein Einzeldruckelement 50 aus nur einem ersten Materialabschnitt 56, allerdings mit einem ersten und einem zweiten Druckelementabschnitt 52,54, wie in 2a dargestellt.
  • 3b zeigt ein Einzeldruckelement 50 mit einem ersten und einem zweiten Druckelementabschnitt 52,54, wobei hier im ersten Druckelementabschnitt 52 ein erster Materialabschnitt 56 wannenförmig und ausgehend von einer Oberfläche innerhalb eines zweiten Materialabschnitts angeordnet ist. Dieser erste Materialabschnitt kann alternativ von der der Verbindungseinrichtung zu- oder abgewandten Oberfläche ausgehend ausgebildet sein. Er kann, hier nicht dargestellt, auch als vergrabener zweiter Materialabschnitt ausgebildet sein.
  • 3c zeigt ein Mehrfachdruckelement, wie unter 2c bereits beschrieben, mit einer Mehrzahl von ersten und zweiten Druckelementabschnitten 52,54, wobei hier im ersten Druckelementabschnitt 52 und seitlich über ihn hinausragend ein erster Materialabschnitt 56 wannenförmig und ausgehend von einer Oberfläche innerhalb eines zweiten Materialabschnitts angeordnet ist. Die zu 2b beschriebenen Varianten sind hier selbstverständlich ebenfalls möglich.
  • 3d zeigt ein Mehrfachdruckelement, wie unter 2d bereits beschrieben und auch in 5 dargestellt, wobei hier der erste Druckelementabschnitt 52 räumlich mit dem ersten Materialabschnitt 56 zusammenfällt. Gleiches gilt selbstverständlich auch für den zweiten Druckelementabschnitt 54 und den zweiten Materialabschnitt 58.
  • 4 zeigt weitere erste und zweite Materialabschnitte 56,58 verschiedener Anordnungen und Ausgestaltungen von Druckelementen 50, die jeweils eine geometrische Form wie unter 2d beschrieben aufweisen.
  • 4a zeigt ein Mehrfachdruckelement ähnlich demjenigen gemäß 3d, allerdings sind hier die Grenzen zwischen dem ersten und zweiten Materialabschnitt 56,58 senkrecht zur Normalenrichtung N vom ersten Druckelementabschnitt 52 in den zweiten Druckelementabschnitt 54 verschoben. Somit ist der Bereich des ersten Materialabschnitts 56 größer als der des zweiten Druckelementabschnitts 54.
  • 4b zeigt ein Mehrfachdruckelement, bei dem die Breite des zweiten Materialabschnitts 58 von der der Verbindungseinrichtung zugewandten Oberfläche zur abgewandten Oberfläche stetig zunimmt.
  • 4c zeigt ein Mehrfachdruckelement mit wannenförmigen vollständig innerhalb des ersten Druckelementabschnitts 52 angeordneten Gebieten des zweiten Materialabschnitts 58. Diese zweiten Materialabschnitte 58 sind auf der der Verbindungseinrichtung 3 zugewandten Seite des Druckelements 50 angeordnet.
  • Für alle im Rahmen der 3 und 4 beschriebenen Materialabschnitte 56,58 gilt, dass es besonders bevorzugt ist, wenn der erste Materialabschnitt 56 aus einem ersten elastischen Material und ein zweiter Materialabschnitt 58 aus einem zweiten elastischen Material ausgebildet ist. Im Rahmen dieser Beispiele sind, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, beide elastische Materialien Silikonkautschuke.
  • Hierbei weist das erste elastische Material eine erste Shore-A Härte von 65 auf, während das zweite elastische Material eine zweite Shore-A Härte von 60 aufweist.
  • 5 zeigt, vgl. auch 1, eine dreidimensionale Explosionsdarstellung einer Druckeinrichtung 5 mit einem Druckkörper 500, der an beiden Hauptseiten Ausnehmungen aufweist. An der der Verbindungseinrichtung 3 abgewandten Hauptseite ist in der dortigen Ausnehmung ein metallisches Stabilisierungselement 502 angeordnet, das zudem der homogenen Druckverteilung dient. In zwei Ausnehmungen der der Verbindungseinrichtung 3 zugewandten Hauptseite sind jeweils Mehrfachdruckelemente angeordnet, die im Grunde denjenigen gemäß 3d entsprechen.
  • 6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines einzelnen Druckelements 50. Ein derartiges Druckelement 50 weist beispielhaft eine Dicke von 3 mm und eine Kantenlänge von 6 mm auf.
  • 7 zeigt, wie oben bereits beschrieben, eine leistungselektronische Schalteinrichtung nach dem Stand der Technik, angeordnet in einem Leistungshalbleitermodul 10 mit einer Grundplatte 24, das auf einer Kühleinrichtung 8 montiert ist.

Claims (12)

  1. Leistungselektronische Schalteinrichtung (1) mit einem eine Mehrzahl von Leiterbahnen (22) aufweisenden Substrat (2), mit einem auf einer dieser Leiterbahnen (22) angeordneten Leistungshalbleiterbauelement (26), dessen dem Substrat (2) abgewandte Kontaktfläche eine Normalenrichtung (N) definiert, mit einer Verbindungseinrichtung (3) mit einer Metallfolie, die die Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements (26) mit einer weiteren Kontaktfläche eines weiteren Leistungshalbleiterbauelements oder einer Leiterbahn (22) elektrisch leitend verbindet und mit einer Druckeinrichtung (5), wobei die Verbindungseinrichtung (3) jeweils einen Kontaktabschnitt (32) zur Verbindung mit einer zugeordneten Kontaktfläche und einen Verbindungsabschnitt (34) aufweist, der zwischen den beiden Kontaktabschnitten (32) angeordnet ist, wobei die Druckeinrichtung (5) ein flächiges elastisches Druckelement (50) aufweist, das Druckelementabschnitte (52,54) aufweist, wobei die ersten Druckelementabschnitte (52) mit einem jeweiligen ersten Druckflächenabschnitt (520) auf einen zugeordneten Kontaktabschnitt (32) drücken und der zweite Druckelementabschnitt (54) mit einem zweiten Druckflächenabschnitt (540) auf einen Unterabschnitt (36) oder den gesamten Verbindungsabschnitt (34) drückt, wobei das Druckelement (50) einen ersten Materialabschnitt (56) aus einem ersten elastischen Material und einen zweiten Materialabschnitt (58) aus einem zweiten elastischen Material aufweist.
  2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsabschnitt (34) einen bogenförmigen Verlauf aufweist und dabei vorzugsweise einen in Normalenrichtung (N) gelegenen höchsten Punkt aufweist, dessen Niveau oberhalb beider benachbarter Kontaktabschnitte (32) liegt.
  3. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungseinrichtung (3) als Folienstapel mit abwechselnd einer Metallfolie und einer Isolationsfolie ausgebildet ist.
  4. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer der ersten Druckelementabschnitte (52), vorzugsweise alle, ein Dicke von 0,5 mm bis 15 mm und bevorzugt zwischen 2 mm und 8 mm aufweist.
  5. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der jeweilige erste Druckflächenabschnitt (520) plan ausgebildet ist und wobei der zweite Druckflächenabschnitt (540) eine gebogene, vorzugsweise dem Verbindungsabschnitt (34) angepasste, Oberflächenkontur aufweist.
  6. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste elastische Material aus der Materialgruppe der Elastomere, insbesondere der der Silikonkautschuke, mit einer ersten Shore-A Härte zwischen 30 und 90 und insbesondere zwischen 60 und 70 ausgebildet ist und wobei das zweite elastische Material ebenfalls aus dieser Materialgruppe, jeweils mit einer zweiten Shore-A Härte ausgebildet ist, die 5%, insbesondere 10%, geringer ist als die erste Shore-A Härte oder wobei das zweite elastische Material aus der Materialgruppe der Kunststoffschäume, insbesondere aus Silikonschaum mit einer Kompressionskraft gemäß ASTM D1056 zwischen 25 kPa und 250 kPa und insbesondere zwischen 100 kPa und 150 kPa ausgebildet ist.
  7. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Druckelementabschnitt (52) identisch dem ersten Materialabschnitt (56) ist und der zweite Druckelementabschnitt (54) identisch dem zweiten Materialabschnitt (58) ist.
  8. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Materialabschnitt (56) innerhalb des ersten Druckelementabschnitts (52) angeordnet ist und vorzugsweise ein um maximal 30% geringeres Volumen als dieser aufweist.
  9. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der zweite Materialabschnitt (58) innerhalb des zweiten Druckelementabschnitts (54) angeordnet ist und vorzugsweise ein um maximal 30% geringeres Volumen als dieser aufweist.
  10. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Materialabschnitt (56) im Bereich des zweiten Druckelementabschnitts (54) erste Vertiefungen aufweist, in denen der zweite Materialabschnitt (58) angeordnet ist.
  11. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der zweite Materialabschnitt (58) im Bereich des ersten Druckelementabschnitts (52) zweite Vertiefungen aufweist, in denen der erste Materialabschnitt (56) angeordnet ist.
  12. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Druckelement in einer Vertiefung eines Druckrahmens, der vorzugsweise ein metallisches Stabilisierungselement aufweist, angeordnet ist.
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