DE202010017397U1

DE202010017397U1 - Power semiconductor circuitry with a power module

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Publication number: DE202010017397U1
Application number: DE202010017397U
Authority: DE
Original assignee: Semikron GmbH and Co KG; Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron GmbH and Co KG; Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2012-11-09
Anticipated expiration: 2020-06-19

Abstract

Leistungshalbleiterschaltungsanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul (1), mit moduleigenen Lastanschlusselementen (20), mit externen Lastanschlusselementen (30), wobei diese externen Lastanschlusselemente (30) mit den zugeordneten moduleigenen Lastanschlusselementen (20) elektrisch leitend verbunden und im Kontakt zueinander angeordnet sind und weiterhin jeweils mindestens eine dritte und vierte Ausnehmung (25, 35) aufweisen, mit einer ersten Leiterplatte (60), die oberhalb des Leistungshalbleitermoduls und beabstandet zu den externen Lastanschlusselementen (30) angeordnet ist, mit mindestens einem Kontaktelement (50), das mindestens eine fünfte Ausnehmung (53) aufweist, wobei das Kontaktelement (50) und die Leiterplatte (60) miteinander verbunden sind, wobei diese Leiterplatte (60) mindestens eine erste Ausnehmung (45) aufweist, wobei die erste Ausnehmung (45) der Leiterplatte, die fünfte Ausnehmung (53) des Kontaktelements (50), und die dritten und vierten Ausnehmungen (25, 35) der moduleigenen (20) und externen Lastanschlusselemente (30) fluchtend zueinander angeordnet sind, mit mindestens einem Verbindungselement (40), das das Kontaktelement (50) und die Lastanschlusselemente...Power semiconductor circuit arrangement with a power semiconductor module (1), with module-specific load connection elements (20), with external load connection elements (30), these external load connection elements (30) being electrically conductively connected to the assigned module-specific load connection elements (20) and arranged in contact with one another, and in each case at least in each case have a third and fourth recess (25, 35), with a first printed circuit board (60), which is arranged above the power semiconductor module and at a distance from the external load connection elements (30), with at least one contact element (50) which has at least a fifth recess ( 53), the contact element (50) and the printed circuit board (60) being connected to one another, this printed circuit board (60) having at least one first recess (45), the first recess (45) of the printed circuit board, the fifth recess (53 ) of the contact element (50), and the third and fourth recesses (25, 35) the module-specific (20) and external load connection elements (30) are arranged in alignment with one another, with at least one connection element (40) which connects the contact element (50) and the load connection elements ...

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Leistungshalbleiterschaltungsanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul und einer Leiterplatte mit Kontaktelementen zur elektrischen und mechanischen Verbindung von moduleigenen und externen Lastanschlusselementen.The present invention describes a power semiconductor circuit arrangement having a power semiconductor module and a printed circuit board with contact elements for the electrical and mechanical connection of module-specific and external load connection elements.

Einen Ausgangspunkt der Erfindung bilden Leistungshalbleiterschaltungsanordnungen, wie sie beispielhaft aus der DE 10 2004 025 609 A1 bekannt sind. Diese offenbart ein Leistungshalbleitermodul mit einem Substrat mit Leiterbahnen und hierzu schaltungsgerecht angeordneten moduleigenen Hilfs- und Lastanschlusselementen. Ein rahmenförmiges, isolierendes Gehäuse weist Ausnehmungen für eine Durchführung der moduleigenen Hilfsanschlusselemente auf, die eine Leiterplatte elektrisch leitend kontaktieren. Die moduleigenen Lastanschlusselemente weisen einen ersten Kontaktabschnitt auf, der an einer Leiterbahn des Substrats befestigt ist sowie einen zweiten Kontaktabschnitt, auf dem die Leiterplatte und die externen Lastanschlusselemente angeordnet sind, so dass eine direkte Verbindungseinrichtung der Leiterplatte zu den Lastanschlusselementen vorliegt. Die Leiterplatte wird hierbei mittels einer Schraubverbindung befestigt. Es erfolgt mittels der Schraubverbindung eine Druckbeaufschlagung auf die Leiterplatte, um einen sicheren elektrisch leitenden Kontakt von den Hilfsanschlusselementen zu der Leiterplatte zu gewährleisten. Hierfür weisen die moduleigenen Lastanschlusselemente, die Leiterplatte sowie die externen Lastanschlusselemente fluchtend zueinander jeweils eine Ausnehmung auf, durch die die Schraubverbindung hindurch reicht und im Gehäuse fixiert wird.A starting point of the invention form power semiconductor circuit arrangements, as exemplified by DE 10 2004 025 609 A1 are known. This discloses a power semiconductor module with a substrate with interconnects and this circuitally arranged module-specific auxiliary and load connection elements. A frame-shaped, insulating housing has recesses for a passage of the module's auxiliary connection elements, which electrically conductively contact a printed circuit board. The module-own load connection elements have a first contact section, which is fastened to a conductor track of the substrate and a second contact section, on which the circuit board and the external load connection elements are arranged, so that there is a direct connection device of the circuit board to the load connection elements. The circuit board is fastened here by means of a screw connection. By means of the screw connection, pressure is applied to the printed circuit board in order to ensure reliable electrically conductive contact from the auxiliary connection elements to the printed circuit board. For this purpose, the module-own load connection elements, the circuit board and the external load connection elements in alignment with one another each have a recess through which extends the screw through and is fixed in the housing.

Nachteilig am Stand der Technik ist die direkte Krafteinleitung auf die Leiterplatte. Da diese druckempfindlich ausgestaltet ist, kann eine Druckbeaufschlagung zu einer starken mechanischen Belastung und möglicherweise zu einem Bruch der Leiterplatte führen.A disadvantage of the prior art is the direct application of force to the circuit board. Since this is designed to be pressure-sensitive, pressurization can lead to a heavy mechanical load and possibly to a breakage of the printed circuit board.

Ein weiterer Nachteil ist die beim Betrieb der Leistungshalbleitermodule verursachte Wärmeentwicklung. Aufgrund des spezifischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Leiterplattenwerkstoffes können die vorherrschenden Temperaturänderungen zu einer temporären Ausdehnung der Leiterplatte führen, so dass eine Lockerung der Schraubverbindungen eine Folge sein kann. Aufgrund dessen kann die Kontaktsicherheit beeinträchtigt sein.Another disadvantage is the heat generated during operation of the power semiconductor modules. Due to the specific thermal expansion coefficient of the circuit board material, the prevailing temperature changes can lead to a temporary expansion of the circuit board, so that a loosening of the screw connections can be a consequence. As a result, contact safety may be impaired.

Des Weiteren kann sich die direkte Verbindungseinrichtung der Leiterplatte mit den Lastanschlusselementen als problematisch erweisen, da die auf der einen Seite des Leistungshalbleitermoduls vorliegenden Lastanschlusselemente – beispielsweise ausgebildet als Gleichstromanschlüsse – auf einer anderen Höhenebene angeordnet sein können als die auf der anderen Seite des Leistungshalbleitermoduls vorliegenden Lastanschlusselemente – beispielsweise ausgebildet als Wechselstromanschlüsse. Nicht korrekt anliegende Befestigungseinrichtungen wie beispielsweise Schraubverbindungen für die Leiterplatte können zu einem mechanischen Stress und wiederum zu einem Bruch der Leiterplatte führen. Des Weiteren ist eine gleiche Höhenebene der Lastanschlusselemente nötig, da die Leiterplatte für eine elektrisch leitende Verbindung flächig zu den Lastanschlusselementen angeordnet sein muss. Um dies zu realisieren, sind aufwendige Konstruktionen am Gehäuse oder ein Beifügen von Beilagscheiben die Folge, das zu einer aufwendigen Montage und zu einem Mehrkostenaufwand führt.Furthermore, the direct connection device of the circuit board with the load connection elements can prove problematic, since the load connection elements present on one side of the power semiconductor module-for example configured as direct current connections-can be arranged on a different level than the load connection elements present on the other side of the power semiconductor module. For example, designed as AC power connections. Incorrectly applied fasteners, such as screw connections for the printed circuit board, can lead to mechanical stress and, in turn, breakage of the printed circuit board. Furthermore, a same height level of the load connection elements is necessary because the circuit board for an electrically conductive connection must be arranged flat to the load connection elements. In order to realize this, complex constructions on the housing or the addition of washers are the result, which leads to a complex assembly and an additional cost.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Leistungshalbleiterschaltungsanordnung vorzustellen, die eine einfache, kompakte, kosteneinsparende und schaltungsgerechte Anordnung der Leiterplatte zu moduleigenen und externen Lastanschlusselementen ermöglicht.It is therefore the object of the present invention to present a power semiconductor circuit arrangement which enables a simple, compact, cost-saving and circuit-compatible arrangement of the printed circuit board to module-specific and external load connection elements.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Maßnahmen der Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved by the measures of the features of claim 1. Preferred embodiments are described in the subclaims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die Leiterplatte nicht direkt mit den Lastanschlusselementen verbunden wird. Angeordnet ist ein Kontaktelement, welches eine Verbindungseinrichtung zwischen den Lastanschlusselementen und der Leiterplatte bildet. Der mechanische Stress auf die Leiterplatte selbst kann somit minimiert werden.The invention is based on the idea that in contrast to the prior art, the circuit board is not directly connected to the load connection elements. Arranged is a contact element which forms a connection device between the load connection elements and the printed circuit board. The mechanical stress on the circuit board itself can thus be minimized.

Weiter liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, dass durch die Anordnung der vorzugsweise als Schraubverbindung ausgebildeten Verbindungseinrichtung eine Vereinfachung der Fixierung der externen- und moduleigenen Lastanschlusselemente zu dem Kontaktelement erfolgt.Furthermore, the invention is based on the idea that the arrangement of the connecting device, which is preferably designed as a screw connection, simplifies the fixing of the external and module-specific load connection elements to the contact element.

Der erfinderische Gedanke geht aus von einem Leistungshalbleitermodul mit einer metallischen Grundplatte mit hierauf mindestens einem angeordneten Substrat, wobei auch Leistungshalbleitermodule ohne Grundplatte denkbar sind. Das Substrat besteht aus einem Isolierstoffkörper mit an deren ersten und zweiten Hauptfläche metallischen Kaschierungen, wobei die metallische Kaschierung auf der dem Inneren des Leistungshalbleitermoduls zugewandten Hauptfläche in sich strukturiert und somit voneinander isolierte Leiterbahnen bildet. Auf diesen Leiterbahnen des Substrats ist mindestens ein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet. Ein rahmenartiges und isolierendes Gehäuse schließt das Leistungshalbleitermodul ab und weist Ausnehmungen für Hilfsanschlusselemente auf. Die Hilfsanschlusselemente, vorzugsweise als Kontaktfedern ausgebildet, weisen einen ersten Kontaktabschnitt und einen zweiten Kontaktabschnitt auf, wobei der erste Kontaktabschnitt eine Leiterbahn kontaktiert und der zweite Kontaktabschnitt durch die Ausnehmungen des Gehäuses führt. Alternativ ist es möglich, dass das Gehäuse lediglich Seitenwände aufweist und die Hilfsanschlusselemente direkt zu mindestens einer Leiterplatte führen. Moduleigene Lastanschlusselemente weisen ebenfalls einen ersten und einen zweiten Kontaktabschnitt auf, wobei der erste Kontaktabschnitt eine Leiterbahn des Substrats kontaktiert und der zweite Kontaktabschnitt vorzugsweise an einem Randbereich des Gehäuses angeordnet ist.The inventive idea is based on a power semiconductor module having a metallic base plate with at least one substrate arranged thereon, wherein power semiconductor modules without a base plate are also conceivable. The substrate consists of an insulating body with metallic laminations on the first and second main surfaces thereof, wherein the metallic lamination is structured on the main surface facing the interior of the power semiconductor module and thus forms insulated conductor tracks. At least one power semiconductor component is arranged on these conductor tracks of the substrate. One Frame-like and insulating housing terminates the power semiconductor module and has recesses for auxiliary connection elements. The auxiliary connection elements, preferably designed as contact springs, have a first contact section and a second contact section, wherein the first contact section contacts a conductor track and the second contact section leads through the recesses of the housing. Alternatively, it is possible that the housing has only side walls and the auxiliary connection elements lead directly to at least one printed circuit board. Module own load connection elements also have a first and a second contact portion, wherein the first contact portion contacts a conductor track of the substrate and the second contact portion is preferably arranged at an edge region of the housing.

Weiterhin liegt mindestens eine Leiterplatte vor, die vorzugsweise durch die zweiten Kontaktabschnitte der Hilfsanschlusselemente schaltungsgerecht kontaktiert wird. Ebenso ist die Leiterplatte mechanisch und elektrisch leitend mit den externen und moduleigenen Lastanschlusselementen verbunden.Furthermore, at least one printed circuit board is present, which is preferably contacted by the second contact sections of the auxiliary connection elements in accordance with the circuit. Likewise, the circuit board is mechanically and electrically connected to the external and module load connection elements.

Alternativ ist es möglich, dass eine erste und eine zweite Leiterplatte vorliegen, wobei es sich bei der ersten Leiterplatte vorzugsweise um einer Filterplatine handelt. Die Filterplatine filtert Störungen, die auf Seiten der Gleichstrom- und Wechselstromanschlüsse auftreten können. Hierzu sind auf der Filterplatine vorzugsweise Widerstände und Kondensatoren angeordnet. Ebenfalls handelt es sich bei der Filterplatine vorzugsweise um einen Hochpassfilter. Hierbei ist die Filterplatine mechanisch und/oder elektrisch leitend mit den externen und moduleigenen Lastanschlusselementen verbunden. Die zweiten Kontaktabschnitte der Hilfskontaktanschlüsse reichen vorzugsweise in dafür vorgesehene Ausnehmungen in der Filterplatine hindurch und kontaktieren schaltungsgerecht und elektrisch leitend die zweite Leiterplatte.Alternatively, it is possible for a first and a second printed circuit board to be present, wherein the first printed circuit board is preferably a filter board. The filter board filters noise that may be present on the DC and AC power ports. For this purpose, preferably resistors and capacitors are arranged on the filter board. Also, the filter board is preferably a high pass filter. Here, the filter board is mechanically and / or electrically connected to the external and module-specific load connection elements. The second contact sections of the auxiliary contact terminals preferably pass into recesses provided in the filter board for this purpose and contact the second circuit board in a circuit-oriented and electrically conductive manner.

Weiterhin weist die Leiterplatte mindestens eine erste und vorzugsweise eine zweite Ausnehmung auf, wobei die erste Ausnehmung als Durchführungsmöglichkeit für die Verbindungseinrichtung vorliegt und die mindestens zweite Ausnehmung der Befestigung des Kontaktelements mit der Leiterplatte dient.Furthermore, the circuit board has at least a first and preferably a second recess, wherein the first recess is present as a possible implementation of the connection means and the at least second recess of the attachment of the contact element with the circuit board is used.

Für eine elektrisch leitende Verbindung der externen Lastanschlusselemente mit den moduleigenen Lastanschlusselementen werden diese im Kontakt zueinander angeordnet, indem das externe Lastanschlusselement vorzugsweise direkt auf dem moduleigenen Lastanschlusselement angeordnet ist. Vorzugsweise liegen jeweils sechs moduleigene und externe Lastanschlusselemente für eine 3-Phasen Brückenschaltung vor, jeweils drei auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Leistungshalbleitermoduls. Auf der ersten Seite bilden die Lastanschlusselemente vorzugsweise Gleichstromanschlüsse, auf der zweiten Seite Wechselstromanschlüsse aus.For an electrically conductive connection of the external load connection elements with the module-specific load connection elements, these are arranged in contact with each other by the external load connection element preferably being arranged directly on the module-specific load connection element. Preferably, there are six module-specific and external load connection elements for a 3-phase bridge circuit, in each case three on two opposite sides of the power semiconductor module. On the first side, the load connection elements preferably form DC connections, on the second side AC connections.

Ebenso bevorzugt ist es, dass jedes moduleigene Lastanschlusselement zumindest eine dritte Ausnehmungen für die Durchführung zweier Verbindungseinrichtungen aufweist, wobei zu der jeweiligen Ausnehmung eine jeweils hierzu vierte fluchtende Ausnehmung in dem externen Lastanschlusselement angeordnet ist.It is likewise preferred that each module-specific load connection element has at least one third recesses for the passage of two connection devices, wherein a respective respective fourth aligned recess in the external load connection element is arranged for the respective recess.

Weiterhin ist auf dem jeweiligen externen Lastanschlusselement mindestens ein Kontaktelement angeordnet. Das erfindungsgemäße Kontaktelement weist vorzugsweise einen flächigen Grundkörper auf mit mindestens einem hierzu orthogonalen Seitenkörper, der am Randbereich des Grundkörpers angeordnet und mit diesem einstückig verbunden ist. Dieser mindestens eine Seitenkörper weist mindestens einen stiftartigen Fortsatz auf, der vorzugsweise von dem Grundkörper fort gerichtet sind. Ebenfalls denkbar ist es den stiftartigen Fortsatz orthogonal zu dem Seitenkörper anzuordnen. Weiterhin weist der flächige Grundkörper mindestens eine fünfte Ausnehmung auf, die fluchtend zu den jeweiligen dritten und vierten Ausnehmungen der moduleigenen und externen Lastanschlusselemente angeordnet ist. Weiterhin ist es möglich den Grundkörper je Anzahl der orthogonalen Seitenkörper als Polygon auszubilden, beispielsweise bei fünf orthogonalen Seitenkörpern den Grundkörper als Pentagon zu gestalten. Vorzugsweise ist das Kontaktelement in einem Stanz-Biege-Verfahren hergestellt.Furthermore, at least one contact element is arranged on the respective external load connection element. The contact element according to the invention preferably has a planar basic body with at least one orthogonal thereto side body, which is arranged at the edge region of the base body and connected in one piece with this. This at least one side body has at least one pin-like extension, which are preferably directed away from the base body. It is also conceivable to arrange the pin-like extension orthogonal to the side body. Furthermore, the planar base body has at least one fifth recess, which is arranged in alignment with the respective third and fourth recesses of the module-specific and external load connection elements. Furthermore, it is possible to form the base body per number of orthogonal side bodies as a polygon, for example, to design the base body as a pentagon in the case of five orthogonal side bodies. Preferably, the contact element is produced in a punch-bending process.

Zur mechanischen Fixierung und zugleichen Druckbeaufschlagung auf die externen und moduleigenen Lastanschlusselemente sowie auf die Kontaktelemente, die auf den jeweiligen moduleigenen Lastanschlusselementen vorliegen, liegt mindestens ein Verbindungselement vor. Das Verbindungselement wird durch die jeweiligen zueinander fluchtenden ersten, dritten, vierten und fünften Ausnehmungen hindurchgeführt und in ein in dem Gehäuse angebrachten Innengewinde oder in einem Gewindeeinsatz, das im Gehäuse angeordnet ist, aufgenommen. Vorzugsweise handelt es sich beim Verbindungselement um eine Schraubverbindung, jedoch sind auch andere Verbindungen wie beispielsweise eine Steck- oder Klemmverbindung denkbar. Die Anordnung der Ausnehmungen wurde so gewählt, dass sich die Druckkraft der Verbindungselemente gleichmäßig auf die Leistungshalbleiterschaltungsanordnung verteilt.At least one connecting element is provided for mechanical fixing and equal pressurization to the external and module-specific load connection elements and to the contact elements which are present on the respective module-specific load connection elements. The connecting element is passed through the respective mutually aligned first, third, fourth and fifth recesses and accommodated in an inner thread mounted in the housing or in a threaded insert which is arranged in the housing. The connecting element is preferably a screw connection, but other connections such as, for example, a plug connection or clamping connection are also conceivable. The arrangement of the recesses has been chosen so that the pressure force of the connecting elements is distributed uniformly over the power semiconductor circuit arrangement.

Erfindungsgemäß ist das Kontaktelement ebenfalls mit der Leiterplatte verbunden, indem der mindestens eine stiftartige Fortsatz des orthogonalen Seitenkörpers vorzugsweise in die hierzu fluchtenden zweiten Ausnehmungen der Leiterplatte angeordnet wird. Denkbar ist es ebenfalls, dass der orthogonale stiftartige Fortsatz flächig auf der Leiterplatte aufliegt und beispielsweise durch ein Lötverfahren an die Leiterplatte angeordnet wird. Eine mechanische Fixierung des Verbindungselementes führt zu einer Druckbeaufschlagung über das Kontaktelement und die Lastanschlusselemente, so dass eine Krafteinleitung auf die Leiterplatte und ein möglicher Bruch vermieden werden kann.According to the invention the contact element is also connected to the circuit board by the at least one pin-like extension of the orthogonal side body preferably arranged in the second recesses of the circuit board aligned therewith becomes. It is also conceivable that the orthogonal pin-like projection rests flat on the circuit board and is arranged for example by a soldering process to the circuit board. A mechanical fixation of the connecting element leads to a pressurization via the contact element and the load connection elements, so that a force on the circuit board and a possible breakage can be avoided.

Vorteilhafterweise wird der mindestens eine stiftartige Fortsatz des Kontaktelementes mit der Leiterplatte kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise handelt es sich bei den zweiten Ausnehmungen um eine Übergangspassung, bei der die stiftartigen Fortsätze nach der Durchführung durch die zugehörigen zweiten Ausnehmungen an die Leiterplatte gelötet werden. Jedoch sind auch Presspassungen mit oder ohne einer zusätzlichen Lotschicht denkbar.Advantageously, the at least one pin-like extension of the contact element with the circuit board is non-positively and / or materially connected. Preferably, the second recesses are a transitional fit in which the pin-like extensions are soldered to the printed circuit board after being passed through the associated second recesses. However, press fits with or without an additional solder layer are also conceivable.

Weisen das Kontaktelement zwei orthogonale Seitenkörper auf, muss gewährleistet sein, dass die Leiterplatte in einer Ebene parallel zum Gehäuse des Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist. Hierzu kann der orthogonale Seitenkörper des Kontaktelements auf der Seite der Gleichstromanschlusselemente eine andere Höhe aufweisen als der orthogonale Seitenkörper des Kontaktelements auf der Seite der Wechselstromanschlusselemente.If the contact element has two orthogonal side bodies, it must be ensured that the printed circuit board is arranged in a plane parallel to the housing of the power semiconductor module. For this purpose, the orthogonal side body of the contact element on the side of the DC connection elements may have a different height than the orthogonal side body of the contact element on the side of the AC connection elements.

Weiterhin weist das Verbindungselement, bevorzugt als Schraubenelement, einen Schraubenkopf auf, der vorzugsweise in seinem Durchmesser größer gestaltet ist als die fünfte Ausnehmung im Kontaktelement. Somit ist eine Druckbeaufschlagung auf das Kontaktelement und die Lastanschlusselemente möglich. Weiterhin ist der Schraubenkopf des Schraubenelementes in seinem Durchmesser kleiner gestaltet als die erste Ausnehmung in der Leiterplatte, so dass eine Durchführung des Verbindungselements durch die Leiterplatte ermöglicht wird.Furthermore, the connecting element, preferably as a screw element, a screw head, which is preferably designed to be larger in diameter than the fifth recess in the contact element. Thus, a pressurization of the contact element and the load connection elements is possible. Furthermore, the screw head of the screw element is made smaller in diameter than the first recess in the printed circuit board, so that a passage of the connecting element is made possible by the printed circuit board.

Die erfinderische Lösung wird anhand der Ausführungsbeispiele der 1 bis 3 weiter erläutert.The inventive solution is based on the embodiments of the 1 to 3 further explained.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Leistungshalbleiterschaltungsanordnung in dreidimensionaler Ansicht. 1 shows a power semiconductor circuit arrangement according to the invention in three-dimensional view.

2 zeigt einen Ausschnitt einer Leistungshalbleiterschaltungsanordnung gemäß 1 in dreidimensionaler Ansicht. 2 shows a section of a power semiconductor circuit arrangement according to 1 in three-dimensional view.

3 zeigt einige Komponenten der erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterschaltungsanordnung gemäß 2 in weiteren Details. 3 shows some components of the power semiconductor circuit according to the invention according to 2 in more details.

4a zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform des Kontaktelements in dreidimensionaler Ansicht. 4a shows a first embodiment of the invention the contact element in three-dimensional view.

4b zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform des Kontaktelements in dreidimensionaler Ansicht. 4b shows a second embodiment according to the invention of the contact element in three-dimensional view.

1 zeigt die erfindungsgemäße Leistungshalbleiterschaltungsanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul (1), das auf einem Kühlkörper angeordnet ist sowie eine angeordnete Kondensatoreinrichtung. Auf dem Leistungshalbleitermodul (1) ist die erste Leiterplatte (60) angeordnet, die hier als Filterplatine ausgebildet ist. Die erste Leiterplatte (60) weist sechste Ausnehmungen auf, durch die Hilfsanschlusselemente (80) elektrisch von der ersten Leiterplatte (60) isoliert durchreichen. Die Hilfsanschlusselemente (80) dienen der schaltungsgerechten elektrischen Kontaktierung zu einer zweiten Leiterplatte (90), die hier nicht dargestellt ist. Alternativ ist es möglich, dass die Hilfsanschlusselemente (80) die erste Leiterplatte (60) schaltungsgerecht kontaktieren. 1 shows the power semiconductor circuit arrangement according to the invention with a power semiconductor module ( 1 ), which is arranged on a heat sink and a capacitor device arranged. On the power semiconductor module ( 1 ) is the first circuit board ( 60 ), which is designed here as a filter board. The first circuit board ( 60 ) has sixth recesses, through the auxiliary connection elements ( 80 ) electrically from the first circuit board ( 60 ) pass through in isolation. The auxiliary connection elements ( 80 ) serve the circuit-compatible electrical contacting to a second circuit board ( 90 ), which is not shown here. Alternatively, it is possible that the auxiliary connection elements ( 80 ) the first circuit board ( 60 ) contact in accordance with the circuit.

Für eine Befestigung der Leiterplatte (60) werden Kontaktelemente (50) vorgesehen, die mittels stiftartigen Fortsätzen (56) (s. auch 4) mit der Leiterplatte (60) verbunden und auf den externen Lastanschlusselementen (30) angeordnet sind. Insgesamt liegen für eine 3-Phasen Brückenschaltung sechs externe (30) und moduleigene Lastanschlusselemente (20) vor, wobei auf einer Seite die drei Lastanschlusselemente (20, 30) vorzugsweise als Gleichstromanschlüsse und die drei Lastanschlusselemente (20, 30) auf der gegenüberliegenden Seite als Wechselstromanschlüsse ausgebildet sind.For mounting the circuit board ( 60 ) contact elements ( 50 ) provided by means of pin-like extensions ( 56 ) (see also 4 ) with the printed circuit board ( 60 ) and on the external load connection elements ( 30 ) are arranged. In total, for a 3-phase bridge circuit, six external ( 30 ) and module load connection elements ( 20 ), wherein on one side the three load connection elements ( 20 . 30 ) preferably as direct current connections and the three load connection elements ( 20 . 30 ) are formed on the opposite side as AC power connections.

Vorzugsweise sind die externen Lastanschlusselemente (30) auf den moduleigenen Lastanschlusselementen (20) angeordnet. Zu jedem Kontaktabschnitt der Lastanschlusselemente (20, 30) sind vorzugsweise ein Kontaktelement (50) und ein Verbindungselement (40), vorzugsweise am Randbereich der Leiterplatte (60) und des Leistungshalbleitermoduls (1), angeordnet.Preferably, the external load connection elements ( 30 ) on the module-specific load connection elements ( 20 ) arranged. For each contact section of the load connection elements ( 20 . 30 ) are preferably a contact element ( 50 ) and a connecting element ( 40 ), preferably at the edge region of the printed circuit board ( 60 ) and the power semiconductor module ( 1 ).

2 zeigt in vergrößerter Darstellung eine dreidimensionale Ansicht des Kontaktelements (50) mit Verbindungseinrichtung (40), während 3 dieselbe Anordnung in Schnittansicht zeigt. Die erste Leiterplatte (60) weist sechste Ausnehmungen auf, durch die Hilfsanschlusselemente (80) elektrisch von der ersten Leiterplatte (60) isoliert durchreichen. Die Hilfsanschlusselemente (80) dienen der schaltungsgerechten elektrischen Kontaktierung zu einer zweiten Leiterplatte (90). Die erste Leiterplatte (60) weist eine erste Ausnehmung (45) auf, die eine Durchführung des Verbindungselementes (40) ermöglicht. Die erste Ausnehmung (45) ist hierbei größer gestaltet als der Durchmesser des Verbindungselementes (40). Hier ist die Verbindungseinrichtung (40) vorzugsweise als Schraubenelement ausgebildet. Fluchtend zu der ersten Ausnehmung (45) der Leiterplatte sind eine dritte Ausnehmung (25) im moduleigenen Lastanschlusselement (20), eine vierte Ausnehmung (35) im externen Lastanschlusselement (30) und eine fünfte Ausnehmung (53) im Kontaktelement (50) angeordnet. Ebenfalls fluchtend zu diesen ersten, dritten, vierten und fünften Ausnehmungen (45, 53, 35, 25) ist im Gehäuse (70) eine siebte Ausnehmung (75), vorzugsweise ein Innengewinde, angeordnet. Eine weitere Ausführungsform ist anstatt eines Innengewindes eine bloße Durchführung für die Verbindungseinrichtung, die mittels einer Mutter, die in einer weiteren Ausnehmung im Gehäuse (70) angeordnet ist, fixiert wird. Auch ist eine Steck- oder Klemmverbindung denkbar. In die siebte Ausnehmung (75) im Gehäuse wird das Verbindungselement (40) eingebracht, so dass es zu einer Druckbeaufschlagung auf den moduleigenen (20) und den externen Lastanschlusselementen (30) sowie auf das Kontaktelement (50) kommt. Ebenfalls erfolgt eine mechanische Fixierung der Leiterplatte (60), ohne dass ein mechanischer Stress auf diese ausgeübt wird. 2 shows an enlarged view of a three-dimensional view of the contact element ( 50 ) with connecting device ( 40 ), while 3 the same arrangement in sectional view shows. The first circuit board ( 60 ) has sixth recesses, through the auxiliary connection elements ( 80 ) electrically from the first circuit board ( 60 ) pass through in isolation. The auxiliary connection elements ( 80 ) serve the circuit-compatible electrical contacting to a second circuit board ( 90 ). The first circuit board ( 60 ) has a first recess ( 45 ), which is a passage of the connecting element ( 40 ). The first recess ( 45 ) is designed larger than the diameter of the connecting element ( 40 ). Here is the connection device ( 40 ) is preferably designed as a screw element. Escaping to the first recess ( 45 ) of the printed circuit board are a third recess ( 25 ) in the module-specific load connection element ( 20 ), a fourth recess ( 35 ) in the external load connection element ( 30 ) and a fifth recess ( 53 ) in the contact element ( 50 ) arranged. Also aligned with these first, third, fourth and fifth recesses ( 45 . 53 . 35 . 25 ) is in the housing ( 70 ) a seventh recess ( 75 ), preferably an internal thread, arranged. A further embodiment is, instead of an internal thread, a mere passage for the connecting device, which by means of a nut, which in a further recess in the housing ( 70 ), is fixed. Also, a plug or clamp connection is conceivable. In the seventh recess ( 75 ) in the housing, the connecting element ( 40 ) so that it can be pressurized on the module ( 20 ) and the external load connection elements ( 30 ) as well as on the contact element ( 50 ) comes. Likewise, a mechanical fixation of the printed circuit board ( 60 ) without any mechanical stress being exerted on them.

Weiter weist die erste Leiterplatte (60) zweite Ausnehmungen (55) auf, um die stiftartigen Fortsätze (56) des Kontaktelements (50) durchzuführen. Somit wird eine mechanische Fixierung der Leiterplatte (60) gewährleistet. Vorzugsweise handelt es sich um eine Übergangspassung. Die stiftartigen Fortsätze (56) reichen vorzugsweise über die Leiterplatte (60) hinaus, können jedoch auch beispielsweise mit der Leiterplatte (60) abschließen. Nach der Durchführung der stiftartigen Fortsätze (56) wird vorzugsweise eine Lotschicht zur Befestigung der Leiterplatte mit den stiftartigen Fortsätzen (56) aufgebracht.Next, the first circuit board ( 60 ) second recesses ( 55 ) to the pin-like extensions ( 56 ) of the contact element ( 50 ). Thus, a mechanical fixation of the circuit board ( 60 ) guaranteed. Preferably, it is a transitional fit. The pin-like extensions ( 56 ) preferably extend over the printed circuit board ( 60 ), but also, for example, with the circuit board ( 60 ) to lock. After performing the pin-like extensions ( 56 ) is preferably a solder layer for attaching the circuit board with the pin-like projections ( 56 ) applied.

Die 4a zeigt ein Kontaktelement (50), das einen zur Leiterplatte (60) parallelen Grundkörper (52) und einen hierzu orthogonalen Seitenkörper (54) aufweist, der am Randbereich des flächigen Grundkörpers (52) angeordnet ist und einstückig mit diesem verbunden ist. Vorzugsweise ist eine fünfte Ausnehmung (53) mittig in dem flächigen Grundkörper (52) angeordnet. Der orthogonale Seitenkörper (54) weist vorzugsweise eine Mehrzahl stiftartiger Fortsätze (56) in Reihe auf, die von dem flächigen Grundkörper (52) fort gerichtet sind. Jedoch sind auch stiftartige Fortsätze (56) möglich, die orthogonal zu dem Seitenkörper (54) angeordnet sind.The 4a shows a contact element ( 50 ), one to the circuit board ( 60 ) parallel body ( 52 ) and an orthogonal side body ( 54 ), which at the edge region of the flat body ( 52 ) is arranged and is integrally connected thereto. Preferably, a fifth recess ( 53 ) in the middle of the flat body ( 52 ) arranged. The orthogonal side body ( 54 ) preferably has a plurality of pin-like extensions ( 56 ) in series, which of the flat body ( 52 ) are directed away. However, there are also pen-like extensions ( 56 ) which are orthogonal to the side body ( 54 ) are arranged.

Die 4b zeigt eine zweite Ausführungsform des Kontaktelements (50). Das Kontaktelement (50) weist einen zur Leiterplatte (60) parallelen Grundkörper (52) und zwei hierzu orthogonale Seitenkörper (54) auf. Die Seitenkörper (54) sind symmetrisch zu dem Grundkörper (52) angeordnet, jedoch können sie auch unterschiedliche Höhen zueinander aufweisen. Ebenfalls sind weitere orthogonale Seitenkörper (54) an dem flächigen Grundkörper (52) denkbar. Möglich ist es den Grundkörper (52) je Anzahl der orthogonalen Seitenkörper (54) als Polygon auszubilden, beispielsweise bei fünf orthogonalen Seitenkörpern (54) den Grundkörper (52) als Pentagon zu gestalten.The 4b shows a second embodiment of the contact element ( 50 ). The contact element ( 50 ) points to the PCB ( 60 ) parallel body ( 52 ) and two orthogonal side bodies ( 54 ) on. The side bodies ( 54 ) are symmetrical to the main body ( 52 ), but they may also have different heights from each other. Likewise, further orthogonal side bodies ( 54 ) on the flat body ( 52 ) conceivable. It is possible the basic body ( 52 ) per number of orthogonal side bodies ( 54 ) as a polygon, for example, at five orthogonal page bodies ( 54 ) the basic body ( 52 ) as a Pentagon.

Die orthogonalen Seitenkörper (54) weisen jeweils vorzugsweise eine Mehrzahl stiftartiger Fortsätze (56) in Reihe auf, die von dem flächigen Grundkörper (52) fort gerichtet sind. Somit bilden die stiftartigen Fortsätze mit der Leiterplatte (60) einen mechanischen und elektrisch leitenden Kontakt.The orthogonal side bodies ( 54 ) each preferably have a plurality of pin-like extensions ( 56 ) in series, which of the flat body ( 52 ) are directed away. Thus, the pin-like extensions with the circuit board ( 60 ) a mechanical and electrically conductive contact.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004025609 A1 [0002]

Claims

Power semiconductor circuit arrangement with a power semiconductor module ( 1 ), with module-specific load connection elements ( 20 ), with external load connection elements ( 30 ), these external load connection elements ( 30 ) with the associated module load connection elements ( 20 ) are electrically conductively connected and arranged in contact with each other and furthermore in each case at least one third and fourth recess ( 25 . 35 ), with a first printed circuit board ( 60 ) located above the power semiconductor module and spaced from the external load connection elements ( 30 ) is arranged, with at least one contact element ( 50 ), the at least one fifth recess ( 53 ), wherein the contact element ( 50 ) and the printed circuit board ( 60 ), whereby this circuit board ( 60 ) at least one first recess ( 45 ), wherein the first recess ( 45 ) of the circuit board, the fifth recess ( 53 ) of the contact element ( 50 ), and the third and fourth recesses ( 25 . 35 ) of the module's own ( 20 ) and external load connection elements ( 30 ) are arranged in alignment with each other, with at least one connecting element ( 40 ), which is the contact element ( 50 ) and the load connection elements ( 20 . 30 ) electrically and mechanically interconnects.

Arrangement according to claim 1, wherein the contact element ( 50 ) one to the circuit board ( 60 ) planar body ( 52 ) and at least one orthogonal side body ( 54 ), which at the edge region of the flat body ( 52 ) is arranged, wherein the flat body ( 52 ) with the at least one orthogonal side body ( 54 ) is integrally connected, wherein the at least one recess ( 53 ) in the flat body ( 52 ), wherein the at least one orthogonal side body ( 54 ) at least one pin-like extension ( 56 ), which of the flat body ( 52 ) is directed away.

Arrangement according to claim 1, wherein a first main surface ( 58 ) of the flat body ( 52 ) of the contact element ( 50 ) on the external load connection element ( 30 ), the fourth recess ( 35 ) of the external load connection element ( 30 ) to the fifth recess ( 53 ) of the contact element ( 50 ) is arranged in alignment, and wherein the at least one pin-like extension ( 56 ) in a second associated recess ( 55 ) of the printed circuit board ( 60 ) is arranged.

Arrangement according to claim 1, wherein the at least one extension ( 56 ) of the contact element ( 50 ) with the printed circuit board ( 60 ) are positively connected and / or materially connected.

Arrangement according to claim 1, wherein the connecting element ( 40 ) through the third, fourth and fifth recesses ( 53 . 35 . 25 ) of the contact element ( 50 ), the external load connection elements ( 30 ) and the module's own load connection elements ( 20 ) and in a seventh recess ( 75 ) in the housing ( 70 ) is mechanically fixed.

Arrangement according to claim 1, wherein the contact element ( 50 ) by means of the connecting element ( 40 ) is mechanically fixed.

Arrangement according to claim 1, wherein the connecting element ( 40 ) is designed as a screw element.

Arrangement according to claim 7, wherein the screw element ( 40 ) has a screw head which is made larger in diameter than the fifth recess ( 53 ) in the contact element ( 50 ) and wherein the diameter of the screw head of the screw element ( 40 ) is smaller than the diameter of the first recess ( 45 ) in the printed circuit board ( 60 ).

Arrangement according to claim 1, wherein the power semiconductor module ( 1 ) Auxiliary connection elements ( 80 ) having a first contact portion, which from the power semiconductor module ( 1 protrudes) and this contact portion with the first circuit board ( 60 ) is electrically connected.

Arrangement according to claim 1, wherein the power semiconductor module ( 1 ) Auxiliary connection elements ( 80 ) having a first contact portion which protrudes from the power semiconductor module and this contact portion by an associated sixth recess in the first circuit board ( 60 ) and electrically connected to a second circuit board.