DE102008005547A1 - Kontaktelement, Leistungshalbleitermodul und Schaltungsanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch leitendes, sich in einer Längsrichtung erstreckendes Kontaktelement (100) mit einem ersten Ende (101) und einem dem ersten Ende (101) gegenüberliegenden zweiten Ende (102). An seinem ersten Ende (101) weist das Kontaktelement (100) eine erste Umbördelung (111) auf, die so ausgebildet ist, dass sie beim Auflegen des Kontaktelementes (100) mit der ersten Umbördelung (111) voran auf eine zu der Längsrichtung (z) senkrechte Ebene (E1) mit dieser Ebene (E1) eine Anzahl N1 >= 2 voneinander beabstandete erste Kontaktflächen (11', 12', 13'; 11'', 12'', 13'') aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Leistungshalbleitermodul mit einem Kontaktelement und eine Schaltungsanordnung mit einem solchen Leistungshalbleitermodul.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement, wie es beispielsweise in einem Leistungshalbleitermodul eingesetzt werden kann.
  • Leistungshalbleitermodule weisen einen metallisierten Schaltungsträger auf, der elektrisch leitend mit weiteren Komponenten, beispielsweise mit einer Ansteuereinheit, oder mit einem Flachleiter wie z. B. einer Stripline, verbunden werden muss. Die hierzu verwendete Verbindungstechnik soll einfach und preisgünstig herzustellen sein und außerdem eine ausreichende Langzeitstabilität bei auftretenden mechanischen Spannungen und Vibrationen aufweisen. Die Verbindungstechnik kann hierzu Kontaktelemente aufweisen, die auf eine Metallisierung des Schaltungsträgers gelötet werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kontaktelement bereitzustellen, das die vorgenannten Eigenschaften erfüllt und das eine zuverlässige und einfache Lötung ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Leistungshalbleitermodul sowie eine Schaltungsanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul bereitzustellen, das auf einfache Weise mittels eines Kontaktelements elektrisch kontaktiert werden kann. Diese Aufgaben werden durch ein Kontaktelement gemäß Patentanspruch 1, durch ein Leistungshalbleitermodul gemäß Patentanspruch 34 sowie durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 38 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Das Kontaktelement erstreckt sich in einer Längsrichtung und weist ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende auf. An dem ersten Ende ist eine erste Umbördelung vorgesehen, die so ausgebildet ist, dass sie beim Auflegen des Kontaktelementes mit der ersten Umbördelung voran auf eine zu der Längsrichtung senkrechte Ebene mit dieser Ebene eine Anzahl N1 ≥ 2 voneinander beabstandete erste Kontaktflächen aufweist. Da die erste Umbördelung somit nicht vollflächig auf der Ebene aufliegt, verbleiben freie Bereiche zwischen der ersten Umbördelung und der Ebene. Wenn diese Ebene beispielsweise durch eine Leiterfläche gebildet wird, auf die das Kontaktelement aufgelötet werden soll, kann das beim Löten flüssige Lot zwischen die erste Umbördelung und die Leiterfläche eindringen und so eine sichere, feste und dauerhafte Verbindung zwischen dem Kontaktelement und der Leiterfläche bewirken.
  • Ein solches Kontaktelement lässt sich beispielsweise dadurch realisieren, dass die Umbördelung mit zwei, drei oder mehr Stegen versehen wird. Über die Höhe und/oder die Form dieser Stege lässt sich zumindest an einigen Stellen der herzustellenden Lötverbindung ein definierter Abstand zwischen dem Kontaktelement und der Leiterfläche einstellen.
  • Bei der Leiterfläche kann es sich beispielsweise um die Metallisierung eines Schaltungsträgers eines Leistungshalbleitermoduls handeln. Das Kontaktelement kann z. B. rohrartig ausgebildet sein, so dass ein elektrisch leitender Kontaktstift in das aufgelötete Kontaktelement eingesteckt werden kann. Der aus dem Kontaktelement herausragende Teil des Kontaktstiftes kann dazu verwendet werden, das Leistungshalbleitermodul elektrisch leitend mit einer externen Komponente, beispielsweise einer Ansteuerplatine oder einem Flachleiter, zu verbinden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Foto eines rohrförmigen Kontaktelements, das sich in einer in einer vertikalen Richtung z ver laufenden Längsrichtung erstreckt und das an seinen zwei einander gegenüberliegenden Enden jeweils eine mit Stegen versehene Umbördelung aufweist,
  • 2 eine graphische Darstellung des Kontaktelements gemäß 1 in perspektivischer Ansicht,
  • 3 ein Foto eines Abschnitts eines Schaltungsträgers, der eine Anzahl voneinander beabstandeter Metallisierungsabschnitte aufweist, wobei auf einige Metallisierungsabschnitte jeweils ein Kontaktelement gemäß den 1 und 2 aufgelötet ist,
  • 4 einen Vertikalschnitt durch das Kontaktelement gemäß den 1 und 2,
  • 5 eine Draufsicht auf das Kontaktelement gemäß den 1 und 2 entgegen der vertikalen Richtung z,
  • 6 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung, bei der das Kontaktelement gemäß 4 mit einer Umbördelung voran auf eine Metallisierung eines Schaltungsträgers aufgelötet ist, wobei diese Umbördelung Stege aufweist, die die Metallisierung unmittelbar kontaktieren,
  • 7 eine Ansicht entsprechend der Anordnung gemäß 6, mit dem Unterschied, dass zwischen den Stegen und der Metallisierung eine Lotschicht angeordnet ist,
  • 8 die Kontaktflächen, die das Kontaktelement gemäß 4 mit einer zur Längsrichtung senkrechten Ebene aufweist, auf die es mit einer Umbördelung aufgelegt ist, wobei die Kontaktflächen einen segmentierten Ring bilden,
  • 9 eine Anordnung entsprechend 8, wobei die Kontaktflächen speichenartig zueinander angeordnet sind,
  • 10 einen Horizontalschnitt durch das Kontaktelement gemäß 4 in einer zur Längsrichtung senkrechten Ebene E4,
  • 11 einen Horizontalschnitt durch einen Kontaktstift,
  • 12 einen Horizontalschnitt durch das Kontaktelement gemäß 4 entsprechend dem Horizontalschnitt gemäß 10, wobei der ein Übermaß aufweisende Kontaktstift in das Kontaktelement eingeschoben ist,
  • 13 ein Leistungshalbleitermodul, das einen gemäß 6 mit Kontaktelementen versehenen Schaltungsträger aufweist, wobei in die Kontaktelemente Kontaktstifte eingesteckt sind, die aus einem Gehäuse des Leistungshalbleitermoduls herausragen, um dessen elektrischen Anschluss an eine Leiterplatte zu ermöglichen, und
  • 14 das Leistungshalbleitermodul gemäß 13 bei aufgesetzter Leiterplatte.
  • Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente mit gleicher Funktion.
  • 1 zeigt ein Foto und 2 eine zeichnerische Darstellung eines Kontaktelements 100. Das Kontaktelement 100 umfasst einen Schaft 103, der als Zylinderohr ausgebildet ist und eine Zylinderachse A aufweist. An einem ersten Ende 101 weist das Kontaktelement 100 eine erste Umbördelung 111 auf. Außerdem ist an seinem dem ersten Ende 101 gegenüberliegenden zweiten Ende 102 eine optionale zweite Umbördelung 112 vorge sehen. Auf ihrer dem zweiten Ende 102 abgewandten Seite besitzt die erste Umbördelung 111 drei voneinander beabstandete Stege, von denen in 2 nur der erste und der zweite Steg 11 bzw. 12 erkennbar sind, während ein dritter Steg verdeckt ist. Die erste Umbördelung 111 besitzt außerdem auf ihrer dem zweiten Ende abgewandten Seite einen optionalen, zur Längsrichtung senkrechten ebenen Oberflächenabschnitt 19, über den sich die Stege 11, 12 hinaus erstrecken.
  • Entsprechend kann die zweite Umbördelung 112 auf ihrer dem ersten Ende 101 abgewandten Seite einen optionalen ebenen Oberflächenabschnitt 29 aufweisen, über den sich voneinander beabstandete Stege 21, 22, 23 der zweiten Umbördelung 112 hinaus erstrecken.
  • 3 zeigt einen Schaltungsträger mit einem isolierenden Träger 53, auf den voneinander beanstandete Leiterflächen 51 aufgebracht sind. Auf einige dieser Leiterflächen 51 ist jeweils ein Kontaktelement gemäß den 1 und 2 mit seiner ersten Umbördelung 111 und damit mit seinem ersten Ende 101 voran aufgelötet. An seinem dem ersten Ende 101 in Längsrichtung gegenüberliegenden zweiten Ende 102 weist das Kontaktelement 100 eine optionale zweite Umbördelung 112 auf, die beispielsweise identisch zu der ersten Umbördelung 111 ausgebildet sein kann. In 3 ist erkennbar, dass die oberen Enden 102 jeweils einen trichterförmigen Abschnitt aufweisen können, der das Einstecken eines Kontaktstiftes in das betreffende Kontaktelement 100 erleichtert.
  • 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch das Kontaktelement gemäß 2. In dieser Ansicht sind die jeweils optionalen ebenen Oberflächenabschnitte 19 der ersten Umbördelung 111 bzw. 29 der zweiten Umbördelung 112 deutlich erkennbar. Der ebene Oberflächenabschnitt 19 ist in einer zur Längsrichtung z senkrechten Ebene E1 angeordnet. Entsprechend ist der ebene Oberflächenabschnitt 29 in einer zur Längsrichtung z senkrechten Ebene E2 angeordnet. Die Stege 11, 12 der ersten Um bördelung 111 erstrecken sich um eine Höhe h1 über den ersten ebenen Oberflächenabschnitt 19 hinaus. Entsprechend erstrecken sich die Stege 21, 22 der zweiten Umbördelung 112 um eine Höhe h2 über den zweiten ebenen Oberflächenabschnitt 29 hinaus. Die Höhen h1 und/oder h2 können, unabhängig voneinander, jeweils weniger als 1 mm, beispielsweise 10 μm bis 200 μm, betragen. Das Kontaktelement 100 insgesamt erstreckt sich in der Längsrichtung z des Schaftes 103 über eine Länge l. Diese Länge l ist grundsätzlich frei wählbar und kann beispielsweise 2 mm bis 4 mm betragen.
  • Weiterhin sind 4 noch der Außenradius R103 und der Innenradius r103 des Schaftes 103 sowie die Radien R111 der ersten Umbördelung 111 und R112 der zweiten Umbördelung 112 zu entnehmen. Wie nachfolgend in 5 näher erläutert wird, können die Stege 11, 12, 13 der ersten Umbördelung 111 einen segmentierten Ring mit einem Außenradius R1 und einem Innenradius r1 bilden. Entsprechend können auch die Stege 21, 22, 23 der zweiten Umbördelung 112 einen segmentierten Ring mit einem Außenradius R2 und einem Innenradius r2 bilden. Diese Außenradien R1, R2 und Innenradien r1, r2 sind ebenfalls in 4 eingetragen. Die Außenradien R1 und/oder R2 können z. B. jeweils im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm liegen und unabhängig voneinander, aber auch identisch gewählt werden. Der Außenradius R103 des Schaftes 103 kann beispielsweise 1 mm bis 2 mm, sein Innenradius r103 beispielsweise 0,5 mm bis 1 mm betragen.
  • 5 zeigt eine Draufsicht auf die erste Umbördelung 111 des Kontaktelements 100 gemäß 4 in der vertikalen Richtung z. In dieser Ansicht ist zu erkennen, dass die Stege 11, 12, 13 voneinander beabstandet und entlang des Umfangs der ersten Umbördelung 111 angeordnet sind. Die ersten Stege 11, 12, 13 bilden einen segmentierten Ring mit einem Außenradius R1 und einem Innenradius r1. Der Außenradius R1 kann wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 ebenso groß gewählt werden wie der Außenradius R111 der ersten Umbördelung 111.
  • Alternativ zu der vorliegenden Darstellung kann der Außenradius R1 des segmentierten Rings jedoch auch kleiner gewählt werden als der Außenradius R111 der ersten Umbördelung 111.
  • Wie 5 weiterhin zu entnehmen ist, kann der Innenradius r1 des segmentierten Ringes größer gewählt werden als der Innenradius r103 des Schaftes 103. Alternativ dazu können der Innenradius r1 des segmentierten Ringes und der Innenradius r103 des Schaftes 103 auch identisch gewählt werden.
  • Das zweite Ende des in 4 dargestellten Kontaktelements 100 kann optional ebenso ausgebildet sein wie dessen erstes Ende 101. Beispielsweise können das erste Ende 101 und das zweite Ende 102 spiegelsymmetrisch zu einer zur Längsrichtung z senkrechten Ebene E4 ausgebildet sein. Eine solche Spiegelsymmetrie ist jedoch nicht zwingend, beispielsweise können die Enden 101 und 102 mit ihren Umbördelungen 111 bzw. 112 zwar identisch aufgebaut, jedoch gegeneinander verdreht sein.
  • Für das in 4 gezeigte, spiegelsymmetrische Kontaktelement 100 entspricht die 5 außerdem der Ansicht des Kontaktelementes 100 entgegen der vertikalen Richtung z. Die für diese Ansicht geltenden Angaben und Bezugszeichen sind in Klammern gesetzt.
  • 6 zeigt das Kontaktelement 100 gemäß 4, aufgelötet auf eine Metallisierung 51 eines Schaltungsträgers 50. Die Metallisierung 51 ist insgesamt oder zumindest in dem Abschnitt, in dem das Kontaktelement 100 aufgelötet ist, eben ausgebildet. Die Längsachse A verläuft dabei im Idealfall senkrecht zu der ebenen Metallisierung 51 bzw. zu deren ebenem Abschnitt. Da das Kontaktelement 100 auf der Metallisierung 51 aufliegt und diese somit kontaktiert, weist das verwendete Lot 40 zumindest im Bereich des ebenen Oberflächenabschnitts 19 die Dicke h1 auf, welche der Höhe entspricht, um die die Stege 11 sowie die aus 5 ersichtlichen Stege 12, 13 der ersten Umbördelung 111 die Ebene E1 der ebenen Abschnitte 19 überragen.
  • Abweichend von der Darstellung gemäß 6 muss das Kontaktelement 100 die Metallisierung 51 nicht unmittelbar kontaktieren. Wie in 7 dargestellt ist, kann beispielsweise zwischen den Stegen 11 der ersten Umbördelung 111 und der Metallisierung 51 noch ein Abschnitt des Lotes 40 der Dicke d40 verbleiben. Die Dicke d40 kann z. B. von größer 0 mm bis 100 mm betragen. Eine Anordnung gemäß 7 kann beispielsweise daraus resultieren, dass die Lötverbindung zwischen dem Kontaktelement 100 und der Metallisierung 51 dadurch hergestellt wird, dass auf die Metallisierung 51 zunächst ein Lot 40 in Form einer Lotpaste aufgetragen wird. Auf diese Lotpaste wird das Kontaktelement 100 aufgesetzt. Danach wird die Lotpaste aufgeschmolzen und dann unter ihren Schmelzpunkt abgekühlt. Aufgrund des Benetzungsverhaltens des flüssigen Lotes 40 während der Aufschmelzphase nimmt das Lot 40 eine Form an, wie sie in 7 dargestellt ist. Zwischen dem Steg 11 der ersten Umbördelung 111 und der Metallisierung 51 verbleibt dabei eine Teilschicht des Lotes 40 der Dicke d40.
  • 8 zeigt Kontaktflächen 11', 12' und 13', die das Kontaktelement 100 gemäß 4 bei dessen Aufsetzen mit der ersten Umbördelung 111 voran auf eine ebene Fläche, beispielsweise die Metallisierung 51, mit dieser Ebene aufweist. Die Kontaktflächen 11', 12' und 13' korrespondieren – in der genannten Reihenfolge – mit den Stegen 11, 12, 13 der ersten Umbördelung 111.
  • Aufgrund der im Vertikalschnitt rechteckigen Ausgestaltung der Stege der ersten Umbördelung 111, wie sie aus 4 am Beispiel des Steges 11 ersichtlich ist, sind die Konturen der Kontaktflächen 11', 12', 13' identisch mit den Konturen der Stege 11, 12, 13, wie sie sich aus der Ansicht gemäß 5 ergeben. Die Stege 11, 12, 13 müssen jedoch nicht notwendigerweise rechteckige Vertikalschnitte aufweisen. Beispiels weise könnte sich der Steg 11 gemäß 4 in der dort dargestellten Querschnittsansicht von einer dem zweiten Ende 102 zugewandten Seite zu seiner dem zweiten Ende 102 abgewandten Seite konisch verjüngen. In diesem Fall wären die in 8 dargestellten Kontaktflächen 11', 12', 13' in radialer Richtung schmäler als abgebildet.
  • Die ersten Stege 11, 12, 13 des Kontaktelements 100 gemäß den 4 und 5 bilden wie erläutert einen segmentierten Ring. Alternativ oder zusätzlich können die voneinander beabstandeten Stege 11, 12, 13 radial zueinander verlaufen, so dass sich Kontaktflächen 11'', 12'', 13'' ergeben, wie sie beispielhaft in 9 dargestellt sind.
  • 10 zeigt eine Querschnittsansicht durch das Kontaktelement 100 gemäß 4 in einer zur Längsrichtung z senkrechten Ebene E4. In dieser Ansicht ist die zylinderringförmige Struktur des Schaftes 103 deutlich zu erkennen. Der Schaft 103 weist einen Innendurchmesser auf, der dem Doppelten des Innenradius r103 entspricht. Um die Metallisierung 51 in den 6 bzw. 7 mit Hilfe des Kontaktelementes 100 zu kontaktieren, ist es vorgesehen, in den Schaft 103 des Kontaktelements 100 einen Kontaktstift einzustecken, der mit anderen elektrischen Komponenten elektrisch leitend verbunden ist oder verbunden werden kann.
  • 11 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines einen hierfür geeigneten Kontaktstiftes 200. Der Kontaktstift 200 weist abgesehen von abgerundeten Ecken einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt auf. In der dargestellten Schnittebene besitzt der Kontaktstift 200 in der Querschnittsebene eine maximale Abmessung D200. Diese maximale Abmessung D200 ist größer gewählt als der doppelte Innenradius r103 des Schaftes 103 des Kontaktelements gemäß den 6, 7 und 10. Hierdurch entsteht beim Einstecken des Kontaktstiftes 200 gemäß 11 in das Kontaktelement 100 gemäß den 6, 7 und 10 eine feste, elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Kontaktelement 100 und dem Kontaktstift 200, wobei der Schaft 103 beim Einstecken des Kontaktstiftes 200 aufgrund von dessen Übermaß geringfügig verformt wird, was anhand von 12 in einer zu den Querschnittsansichten gemäß den 10 und 11 korrespondierenden Querschnittsansicht beispielhaft erläutert ist.
  • 13 zeigt ein Leistungshalbleitermodul 300 mit einem Schaltungsträger 50, der unter anderem eine strukturierte Metallisierung 51 mit voneinander beabstandeten, ebenen Abschnitten 51a, 51b und 51c aufweist. Jeweils ein Kontaktelement 100, das beispielsweise gemäß einem der vorangehend erläuterten Kontaktelemente 100 ausgebildet sein kann, ist auf einem der ebenen Abschnitte der Metallisierung 51, wie anhand der 6 und 7 erläutert, aufgelötet. Bei diesem Leistungshalbleitermodul ist der Schaltungsträger 50 als Keramiksubstrat 53 ausgebildet, das auf einander gegenüberliegenden Seiten mit Metallisierungen 51, 52 versehen ist. Bei der verwendeten Keramik 53 kann es sich beispielsweise um Aluminiumoxid oder um Aluminiumnitrid handeln. Als Material für die Metallisierungen 51, 52 kann beispielsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung gewählt werden. Auf die Metallisierungsabschnitte 51a und 51c ist jeweils ein Leistungshalbleiterchip 1 aufgebracht und durch Bonddrähte 30 mit dem Metallisierungsabschnitt 51b elektrisch leitend verbunden.
  • Um die Metallisierungsabschnitte 51a, 51b, 51c elektrisch an eine grundsätzlich beliebige andere elektronische Komponente anzuschließen, ist in jedes der Kontaktelemente 100 ein Kontaktstift 200 eingesteckt. Die oberen Enden 202 der Kontaktstifte 200 können mit der anderen Komponente verbunden werden oder bereits einen Bestandteil derselben darstellen.
  • Die andere elektronische Komponente kann innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 70 angeordnet sein. Für den Anschluss einer außerhalb des Gehäuses 70 angeordneten, externen elektronischen Komponente sind die obere Enden 202 der Kontakt stifte 200 durch Öffnungen des Gehäuses 70 hindurchgeführt sind und ragen aus diesem heraus.
  • Um das Leistungshalbleitermodul 300 mit einer weiteren Komponente elektrisch leitend zu verbinden, kann diese Komponente mit Öffnungen versehen sein, die in der Komponente korrespondierend zur Anordnung der Kontaktstifte 200 zueinander angeordnet sind.
  • In 13 ist als weitere Komponente eine Leiterplatte 400 vorgesehen, die außerhalb des Gehäuses 70 angeordnet ist. Die Leiterplatte 400 weist eine strukturierte Metallisierung 451 auf, sowie Durchkontaktierungen 401, mit denen die Leiterplatte 400 auf die Enden 202 der Kontaktstifte 200 aufgesteckt wird, so dass die Enden 202 in die Durchkontaktierungen 401 zumindest eintauchen und optional durch die Durchkontaktierungen 401 hindurch ragen.
  • Um eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen den Kontaktstiften 200 und den Durchkontaktierungen 401 sowie den jeweils damit verbundenen Metallisierungsabschnitten der Metallisierung 451 herzustellen, kann die Verbindung als Einpressverbindung (”Press-Fit-Kontakt”) ausgestaltet sein, wenn das obere Ende 202 des betreffenden Kontaktstiftes gegenüber der korrespondierenden Öffnung 401 ein Übermaß aufweist. Alternativ zu einer Einpressverbindung kann ein in eine Öffnung 401 eingeführter Kontaktstift 200 jedoch auch mit dem korrespondierenden Abschnitt der Metallisierung 451 der Leiterplatte 400 verlötet werden. 14 zeigt die durch das Aufsetzen der Leiterplatte 400 auf das Leistungshalbleitermodul 300 erzeugte Schaltungsanordnung.
  • Anstelle einer Einpressverbindung kann bei einem oder mehreren der Kontaktstifte 200 das obere Ende 202 federartig ausgestaltet sein, um einen sicheren und dauerhaften elektrischen Kontakt mit einer externen Komponente zu ermöglichen.
  • Ebenso kann das obere Ende eines solchen Kontaktstiftes eine Anschraub-Öse, eine Schraubklemme oder ein Gewinde aufweisen.
  • Um den Gedanken der Erfindung zu veranschaulichen, wurden vorangehend verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert. Die Erfindung richtet sich jedoch auch auf andere als die erläuterten Ausgestaltungen. So können beispielsweise anstelle der gezeigten drei voneinander beabstandeten Stegen 11, 12, 13 bzw. 21, 22, 23 einer Umbördelung 111 bzw. 112 auch zwei, vier oder mehr Stege vorgesehen sein. Die Form des Schaftes 103 muss auch nicht notwendigerweise zylinderringförmig ausgebildet sein. Andere Formen sind ebenfalls denkbar, solange sichergestellt bleibt, dass sich durch Einstecken eines Kontaktstiftes in den Schaft 103 des Kontaktelementes 100 eine sichere und dauerhafte elektrisch leitende Verbindung ergibt. Beispielsweise kann es ausreichend sein, wenn der Schaft 103 nur abschnittweise zylinderringförmig ausgebildet ist, und/oder wenn er eine Verengung aufweist, in die ein Kontaktstift mit geeignetem Querschnitt eingepresst werden kann.
  • Ein Kontaktelement 100 muss außerdem nicht notwendigerweise symmetrisch aufgebaut sein. Allerdings ist es von Vorteil, wenn die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Schaftes 103 angeordneten Enden 101, 102 jeweils eine mit Stegen versehene Umbördelung 111 bzw. 112 aufweisen, weil dann die Kontaktelemente mittels eines Pick-and-Place Verfahrens zusammen mit Halbleiterchips und/oder anderen Bauelementen auf einen mit einer Lötpaste versehenen Schaltungsträger aufgesetzt und in einem gemeinsamen Aufschmelzschritt der Lötpaste mit dem Schaltungsträger verlötet werden können, ohne dass beim Bestücken darauf geachtet werden muss, ob das Kontaktelement 100 richtig orientiert ist oder ”auf dem Kopf steht”.
  • Anstelle der in den 13 und 14 gezeigten Leiterplatte 400 können auch andere externe Komponenten auf die aus dem Leistungshalbleitermodul 300 herausragenden Enden 202 der Kontaktstifte 200 aufgepresst und/oder aufgelötet werden. Bei solchen anderen Komponenten kann es sich beispielsweise um Flachbandleiter, beispielsweise um Striplins handeln. Ebenso ist es natürlich möglich, verschiedene Kontaktstifte 200 bzw. Kontaktstiftgruppen des Leistungshalbleitermoduls 300 mit unterschiedlichen externen Komponenten auf diese Weise zu verbinden.

Claims (38)

  1. Elektrisch leitendes, sich in einer Längsrichtung erstreckendes Kontaktelement (100) mit einem ersten Ende (101) und einem dem ersten Ende (101) gegenüber liegenden zweiten Ende (102), wobei das Kontaktelement (100) an dem ersten Ende (101) eine erste Umbördelung (111) aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie beim Auflegen des Kontaktelementes (100) mit der ersten Umbördelung (111) voran auf eine zu der Längsrichtung (z) senkrechte Ebene (E1) mit dieser Ebene (E1) eine Anzahl N1 ≥ 2 voneinander beabstandete erste Kontaktflächen (11', 12', 13'; 11'', 12'', 13'') aufweist.
  2. Kontaktelement nach Anspruch 1, bei dem die erste Umbördelung (111) eine Anzahl N1 ≥ 2 voneinander beabstandete erste Stege (11, 12, 13) aufweist.
  3. Kontaktelement nach Anspruch 2, bei dem die ersten Stege (11, 12, 13) und die erste Umbördelung (111) einstückig ausgebildet sind.
  4. Kontaktelement nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die erste Umbördelung (111) auf ihrer dem zweiten Ende (102) abgewandten Seite einen ebenen, zur Längsrichtung senkrechten ersten Oberflächenabschnitt (19) aufweist, auf dem die ersten Stege (11, 12, 13) angeordnet sind.
  5. Kontaktelement nach Anspruch 4, bei dem die ersten Stege (11, 12, 13) bezogen auf den ersten Oberflächenabschnitt (19) eine Höhe (h1) von 10 μm bis 200 μm aufweisen.
  6. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem zwei, drei oder mehr der ersten Stege (11, 12, 13) einen segmentierten ersten Ring bilden.
  7. Kontaktelement nach Anspruch 6, bei dem der segmentierte erste Ring und die erste Umbördelung (111) denselben Außenradius aufweisen.
  8. Kontaktelement nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der segmentierte erste Ring einen Außenradius (R1) von 0,5 mm bis 2 mm aufweist.
  9. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die den segmentierten ersten Ring bildenden ersten Stege (11, 12, 13) speichenartig zueinander angeordnet sind.
  10. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 6 bis 9, das zwischen dem ersten Ende (101) und dem zweiten Ende (102) als Rohr (103) ausgebildet ist, das einen Innenradius (r103) aufweist, welcher kleiner ist als der Innenradius (r1) des segmentierten ersten Ringes.
  11. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem das Rohr (103) zylinderringförmig ausgebildet ist und einen Innenradius (r103) von 0,5 mm bis 1 mm aufweist.
  12. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem das Rohr (103) zylinderringförmig ausgebildet ist und einen Außenradius (R103) von 1 mm bis 2 mm aufweist.
  13. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 6 bis 12, bei dem der segmentierte erste Ring einen Außenradius (R1) von 0,5 mm bis 2 mm aufweist.
  14. Kontaktelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Umbördelung (111) einen Außenradius (R111) von 1 mm bis 3 mm aufweist.
  15. Kontaktelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem N1 = 3 ist.
  16. Kontaktelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das an dem zweiten Ende (102) eine zweite Umbördelung (112) aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie beim Auflegen des Kontaktelementes (100) mit der zweiten Umbördelung (112) voran auf eine zu der Längsrichtung (z) senkrechte Ebene (E2) mit dieser Ebene (E2) eine Anzahl N2 ≥ 2 voneinander beabstandete zweite Kontaktflächen aufweist.
  17. Kontaktelement nach Anspruch 16, bei dem die zweite Umbördelung (112) eine Anzahl N2 ≥ 2 voneinander beabstandete zweite Stege (21, 22, 23) aufweist.
  18. Kontaktelement nach Anspruch 17, bei dem die zweiten Stege (21, 22, 23) und die zweite Umbördelung (112) einstückig ausgebildet sind.
  19. Kontaktelement nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die zweite Umbördelung (112) auf ihrer dem ersten Ende (101) abgewandten Seite einen ebenen, zur Längsrichtung (z) senkrechten zweiten Oberflächenabschnitt (29) aufweist, auf dem die zweiten Stege (21, 22, 23) angeordnet sind.
  20. Kontaktelement nach Anspruch 19, bei dem die zweiten Stege (21, 22, 23) bezogen auf den zweiten Oberflächenabschnitt (29) eine Höhe (h2) von 10 μm bis 200 μm aufweisen.
  21. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem zwei, drei oder mehr der zweiten Stege (21, 22, 23) einen segmentierten zweiten Ring bilden.
  22. Kontaktelement nach Anspruch 21, bei dem der segmentierte zweite Ring und die zweite Umbördelung (112) denselben Außenradius (R112) aufweisen.
  23. Kontaktelement nach Anspruch 21 oder 22, bei dem der segmentierte zweite Ring einen Außenradius (R2) von 0,5 mm bis 2 mm aufweist.
  24. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei dem die den segmentierten zweiten Ring bildenden zweiten Stege (21, 22, 23) speichenartig zueinander angeordnet sind.
  25. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 22 bis 24, das zwischen dem ersten Ende (101) und dem zweiten Ende (102) als Rohr ausgebildet ist, das einen Innenradius (r103) aufweist, welcher kleiner ist als der Innenradius (r2) des segmentierten zweiten Ringes.
  26. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 16 bis 25, bei dem die zweite Umbördelung (112) einen Außenradius (R112) von 1 mm bis 3 mm aufweist.
  27. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 16 bis 26, bei dem N2 = 3 ist.
  28. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 16 bis 27, bei dem die erste Umbördelung (111) und die zweite Umbördelung (112) identisch aufgebaut sind.
  29. Kontaktelement nach Anspruch 28, bei dem die erste Umbördelung (111) und die zweite Umbördelung (112) bezüglich einer zur Längsrichtung (z) senkrechten Symmetrieebene (E4) spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
  30. Kontaktelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das Kupfer aufweist oder aus Kupfer gebildet ist.
  31. Kontaktelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das Kupfer, eine Kupferlegierung oder Stahl oder das aus einem dieser Materialien gebildet ist.
  32. Kontaktelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das eine Beschichtung aus Zinn oder Gold oder Nickel aufweist.
  33. Kontaktelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das eine Länge (l) von 2 mm bis 4 mm aufweist.
  34. Leistungshalbleitermodul, das einen Schaltungsträger (50) mit wenigstens einer ebenen Leiterfläche (51) aufweist, sowie wenigstens ein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28 ausgebildetes Kontaktelement (100), wobei jedes der Kontaktelemente (100) mit seiner ersten Umbördelung (101) voran so auf eine der ebenen Leiterflächen (51) aufgelötet ist, dass die Längsrichtung (z) dieses Kontaktelementes (100) senkrecht zu der betreffenden ebenen Leiterfläche (51) verläuft.
  35. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 34, bei dem zwischen der ersten Umbördelung (111) und der ebenen Leiterfläche (51) ein Lot (40) angeordnet ist.
  36. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 34 oder 35, bei dem für jedes der Kontaktelemente (100) ein elektrisch leitender Kontaktstift (200) vorgesehen ist, der in ein zugehöriges Kontaktelement (100) eingesteckt ist.
  37. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 36 mit einem Gehäuse (70), in dem der Schaltungsträger (50) und das wenigstens eine Kontaktelement (100) angeordnet sind, wobei jeder der Kontaktstifte (200) ein aus dem Gehäuse heraus ragendes Ende (202) aufweist.
  38. Schaltungsanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul (300) gemäß Anspruch 32, sowie mit einer Leiterplatte (400), in die zumindest eines der aus dem Gehäuse heraus ragenden Enden eingepresst oder eingelötet ist.
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