DE102016112777B4 - Leistungshalbleitereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Substrat (2) und mit auf dem Substrat (2) angeordneten und mit dem Substrat (2) elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen (3), mit einer elektrisch leitenden Gleichspannungsverschienung (4) und mit einem Kondensator (44), der mit der Gleichspannungsverschienung (4) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung (1) zur Befestigung des Kondensators (44) eine Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) mit einer Aufnahmeeinrichtung (30) zur Aufnahme des Kondensators (44) aufweist, in der zumindest ein Teil des Kondensators (44) angeordnet ist, wobei von der Gleichspannungsverschienung (4), mit dieser elektrisch leitend verbundene, elektrisch leitende Verschienungsanschlusselemente (5,5') in Richtung auf das Substrat (2) verlaufen, wobei auf der der Gleichspannungsverschienung (4) zugewandten Seite (9) der Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) mindestens ein stoffschlüssig mit der Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, elastisches erstes Verformungselement (12) angeordnet ist, wobei das mindestens eine erste Verformungselement (12) eine mechanische Kontaktfläche (50) mit der Gleichspannungsverschienung (4) aufweist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass die Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) über das mindestens eine erste Verformungselement (12) die Gleichspannungsverschienung (4) in Richtung auf das Substrat (2) drückt und hierdurch die Verschienungsanschlusselemente (5,5') gegen elektrisch leitende Kontaktflächen (11) des Substrats (2) drückt, so dass die Verschienungsanschlusselemente (5,5') mit diesen Kontaktflächen (11) des Substrats (2) elektrisch leitend druckkontaktiert sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung.
  • Aus der DE 10 2009 046 403 B4 ist eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Substrat und mit auf dem Substrat angeordneten und mit dem Substrat elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen und mit einer elektrisch leitenden Gleichspannungsverschienung und mit Kondensatoren, die mit der Gleichspannungsverschienung elektrisch leitend verbunden sind, bekannt, wobei die Leostungshalbleitereinrichtung zur Befestigung der Kondensatoren eine Kondensatorbefestigungsvorrichtung mit Aufnahmeeinrichtungen zur Aufnahme der Kondensatoren aufweist in denen die Kondensatoren angeordnet sind, wobei von der Gleichspannungsverschienung, mit der Gleichspannungsverschienung elektrisch leitend verbundene, elektrisch leitende Verschienungsanschlusselemente in Richtung auf das Substrat verlaufen, die mittels, zwischen Blockierungselementen der Kondensatorbefestigungsvorrichtung und den Kondensatoren angeordneten, mit der Kondensatorbefestigungsvorrichtung nicht stoffschlüssig verbundenen Schaumstoffelementen über die Kondensatoren die Verschienungsanschlusselemente gegen elektrisch leitende Kontaktflächen des Substrats drücken, so dass die Verschienungsanschlusselemente mit diesen Kontaktflächen des Substrats elektrisch leitend druckkontaktiert sind.
  • Aus der DE 10 2014 106 570 A1 ist ein Leistungshalbleitermodul mit einem Gehäuse, einer Schalteinrichtung, einem mit dem Gehäuse verbundenen Substrat, einem hierauf angeordneten Leistungshalbleiterbauelement, einer Verbindungseinrichtung, Lastanschlusseinrichtungen und einer gegen das Gehäuse in Normalenrichtung des Substrats beweglich ausgebildeten Druckeinrichtung, wobei die Druckeinrichtung einen Druckkörper mit einer zweiten zur ersten fluchtenden Durchgangsöffnung und mit einer ersten Ausnehmung aufweist aus der ein Druckelement hervorstehend angeordnet ist, wobei das Druckelement auf einen Abschnitt der zweiten Hauptfläche der Verbindungseinrichtung drückt, bekannt.
  • Da die Druckeinleitung auf die Verschienungsanschlusselemente über die Kondensatoren erfolgt, werden diese mechanisch stark belastet, was zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Kondensatoren führen kann. Weiterhin müssen bei der Herstellung der Leistungshalbleitereinrichtung die Schaumstoffelemente zwischen die Blockierungselemente und die Kondensatoren gelegt werden, was zeitaufwändig und fehleranfällig ist, da die Gefahr besteht, dass das Einlegen zumindest eines der Schaumstoffelemente vergessen wird.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine rationell herstellbare zuverlässige Leistungshalbleitereinrichtung zu schaffen, bei der die Kondensatoren der Leistungshalbleitereinrichtung mechanisch wenig belastet werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Substrat und mit auf dem Substrat angeordneten und mit dem Substrat elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen, mit einer elektrisch leitenden Gleichspannungsverschienung und mit einem Kondensator, der mit der Gleichspannungsverschienung elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung zur Befestigung des Kondensators eine Kondensatorbefestigungsvorrichtung mit einer Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme des Kondensators aufweist, in der zumindest ein Teil des Kondensators angeordnet ist, wobei von der Gleichspannungsverschienung, mit dieser elektrisch leitend verbundene, elektrisch leitende Verschienungsanschlusselemente in Richtung auf das Substrat verlaufen, wobei auf der der Gleichspannungsverschienung zugewandten Seite der Kondensatorbefestigungsvorrichtung mindestens ein stoffschlüssig mit der Kondensatorbefestigungsvorrichtung verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, elastisches erstes Verformungselement angeordnet ist, wobei das mindestens eine erste Verformungselement eine mechanische Kontaktfläche mit der Gleichspannungsverschienung aufweist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Kondensatorbefestigungsvorrichtung über das mindestens eine erste Verformungselement die Gleichspannungsverschienung in Richtung auf das Substrat drückt und hierdurch die Verschienungsanschlusselemente gegen elektrisch leitende Kontaktflächen des Substrats drückt, so dass die Verschienungsanschlusselemente mit diesen Kontaktflächen des Substrats elektrisch leitend druckkontaktiert sind.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn ein Teil des mindestens einen ersten Verformungselements in einer dem jeweiligen ersten Verformungselement zugeordneten Ausnehmung der Kondensatorbefestigungsvorrichtung angeordnet ist, da dann das mindestens eine erste Verformungselement mechanisch sehr belastbar mit der Kondensatorbefestigungsvorrichtung verbunden ist.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Leistungshalbleitereinrichtung ein Wechsellaststromleitungselement aufweist, wobei die Kondensatorbefestigungsvorrichtung ein Druckelement aufweist, wobei auf einer dem Wechsellaststromleitungselement zugewandten Seite des Druckelements, ein stoffschlüssig mit dem Druckelement verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, elastisches zweites Verformungselement angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Kondensatorbefestigungsvorrichtung über das zweite Verformungselement das Wechsellaststromleitungselement gegen eine elektrisch leitende weitere Kontaktfläche des Substrats drückt, so dass das Wechsellaststromleitungselement mit dem Substrat elektrisch leitend druckkontaktiert ist. Hierdurch ist das Wechsellaststromleitungselement sehr zuverlässig mit dem Substrat elektrisch leitend druckkontaktiert.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein Teil des zweiten Verformungselements in einer dem zweiten Verformungselement zugeordneten Ausnehmung des Druckelements angeordnet ist, da dann das zweite Verformungselement mechanisch sehr belastbar mit dem Druckelement verbunden ist.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Leistungshalbleitereinrichtung eine Leiterplatte aufweist, wobei die Kondensatorbefestigungsvorrichtung ein Blockierungselement aufweist, wobei auf der der Leiterplatte zugewandten Seite des Blockierungselements, ein stoffschlüssig mit dem Blockierungselement verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, mit der Leiterplatte einen mechanischen Kontakt aufweisendes, elastisches drittes Verformungselement angeordnet ist. Hierdurch werden auf die Leiterplatte einwirkende mechanische Belastungen, insbesondere mechanische Schwingungsbelastungen, reduziert.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein Teil des dritten Verformungselements in einer dem dritten Verformungselement zugeordneten Ausnehmung des Blockierungselements angeordnet ist, da dann das dritte Verformungselement mechanisch sehr belastbar mit dem Blockierungselement verbunden ist.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Aufnahmeeinrichtung ein Aufnahmeelement aufweist, wobei der Kondensator zwischen dem Aufnahmeelement und der Gleichspannungsverschienung angeordnet ist, wobei auf der dem Kondensator zugewandten Seite des Aufnahmeelements ein stoffschlüssig mit dem Aufnahmeelement verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, mit dem Kondensator einen mechanischen Kontakt aufweisendes, elastisches viertes Verformungselement angeordnet ist. Hierdurch werden auf den jeweiligen Kondensator einwirkende mechanische Belastungen, insbesondere mechanische Schwingungsbelastungen, reduziert.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Elastomer als vernetzter Silikonkautschuk, insbesondere als vernetzter Liquid Silicone Rubber oder als vernetzter Solid Silicone Rubber, ausgebildet ist, da ein Silikonkautschuk besonderes gute elastische Eigenschaften aufweist.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Gleichspannungsverschienung eine elektrisch leitende Positivpotentialschiene und eine elektrisch leitende Negativpotentialschiene, die durch eine zwischen der Positivpotentialschiene und der Negativpotentialschiene angeordnete elektrisch nicht leitende Isolationsschicht voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind, aufweist, da dann die Positivpotentialschiene und die Negativpotentialschiene zuverlässig voneinander elektrisch isoliert sind.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das jeweilige Verschienungsanschlusselement mit der Positivpotentialschiene oder mit der Negativpotentialschiene einstückig ausgebildet ist, da dann die Verschienungsanschlusselemente besonderes einfach herstellbar sind.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die mechanische Kontaktfläche, die das mindestens eine erste Verformungselement mit der Gleichspannungsverschienung aufweist, maximal 70%, insbesondere maximal 40%, insbesondere maximal 20% der der Kondensatorbefestigungsvorrichtung zugewandten Fläche der Gleichspannungsverschienung beträgt, wobei das mindestens eine erste Verformungselement mit den in unmittelbarer Nähe zu den Verschienungsanschlusselementen angeordneten Bereichen der Gleichspannungsverschienung einen mechanischen Kontakt aufweist. Hierdurch erfolgt die Krafteinleitung von der Kondensatorbefestigungsvorrichtung auf die Gleichspannungsverschienung zur Realisierung der Druckkontaktierung der Verschienungsanschlusselemente mit den elektrisch leitenden Kontaktflächen des Substrats mechanisch günstig im Wesentlichen gezielt an den Stellen an denen die Verschienungsanschlusselemente angeordnet sind.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Leistungshalbleitereinrichtung einen metallischen Grundkörper und ein Druckerzeugungsmittel aufweist, wobei das Substrat auf dem Grundkörper angeordnet ist, wobei das Druckerzeugungsmittel Druck auf die Kondensatorbefestigungsvorrichtung in Richtung auf das Substrat ausübt und hierdurch die Kondensatorbefestigungsvorrichtung die Gleichspannungsverschienung, über das mindestens eine erste Verformungselement, in Richtung auf das Substrat drückt. Hierdurch wird zuverlässig und langzeitstabil Druck auf die Kondensatorbefestigungsvorrichtung in Richtung auf das Substrat ausgeübt.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Druckerzeugungsmittel als mindestens eine Schraube ausgebildet ist, da dann das Druckerzeugungsmittel besonders einfach ausgebildet ist.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Substrat als Direct Copper Bonded Substrat oder als Insulated Metal Substrat ausgebildet ist, da diese besonders zuverlässig ausgebildete Substrate darstellen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
    • 1 eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshal bleiterei nrichtu ng,
    • 2 eine Detailansicht von 1 in einer Perspektive von der Seite,
    • 3 eine perspektivische Ansicht auf eine auf einem Substrat angeordnete Gleichspannungsverschienung der Leistungshalbleitereinrichtung,
    • 4 eine perspektivische Ansicht von unten auf eine Kondensatorbefestigungsvorrichtung und auf erste Verformungselemente der Leistungshalbleitereinrichtung und
    • 5 eine Schnittansicht einer Kondensatorbefestigungsvorrichtung und erster Verformungselemente der Leistungshalbleitereinrichtung.
  • In 1 ist eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 und in 2 eine Detailansicht von 1 in einer Perspektive von der Seite dargestellt. In 3 bis 5 sind verschiedene Ansichten von Elementen der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 dargestellt.
  • Die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist ein Substrat 2 auf dem mit dem Substrat 2 elektrisch leitend verbundene Leistungshalbleiterbauelemente 3 angeordnet sind, auf. Das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement 3 liegt vorzugsweise in Form eines Leistungshalbleiterschalters oder einer Diode vor. Die Leistungshalbleiterschalter liegen dabei im Allgemeinen in Form von Transistoren, wie z.B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), oder in Form von Thyristoren vor. Das Substrat 2 weist einen Isolierstoffkörper 32 (z.B. Keramikkörper) und eine auf einer ersten Seite des Isolierstoffkörpers 32 angeordnete und mit dem Isolierstoffkörper 32 verbundene elektrisch leitende strukturierte erste Leitungsschicht 31 auf, die infolge ihrer Struktur elektrisch leitende Kontaktflächen 11 ausbildet. Vorzugsweise weist das Substrat 2 eine elektrisch leitende, vorzugsweise unstrukturierte zweite Leitungsschicht 33 auf, wobei der Isolierstoffkörper 32 zwischen der strukturierten ersten Leitungsschicht 31 und der zweiten Leitungsschicht 33 angeordnet ist. Das Substrat 2 kann, wie beim Ausführungsbeispiel, z.B. in Form eines Direct Copper Bonded Substrats (DCB-Substrat) oder in Form eines Insulated Metal Substrats (IMS) vorliegen. Die Leistungshalbleiterbauelemente 3 sind vorzugsweise stoffschlüssig (z.B. mittels einer Löt- oder Sinterschicht) mit zugeordneten Kontaktflächen 11 des Substrats 2 verbunden.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin eine elektrisch leitende Gleichspannungsverschienung 4 und Kondensatoren 44 , die über ihre elektrischen Anschlusselemente 56 mit der Gleichspannungsverschienung 4 elektrisch leitend verbunden sind, auf. Die Gleichspannungsverschienung 4 weist eine elektrisch leitende Positivpotentialschiene 7 und eine elektrisch leitende Negativpotentialschiene 8, die vorzugsweise durch eine zwischen der Positivpotentialschiene 7 und der Negativpotentialschiene 8 angeordnete elektrisch nicht leitende Isolationsschicht 55 (z.B. Kunststofffolie) voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind, auf.
  • Im Rahmen des Ausführungsbeispiels sind die Leistungshalbleiterbauelemente 3 elektrisch zu Halbbrückenschaltungen verschalten, die z.B. zum Gleich- und Wechselrichten von elektrischen Spannungen und Strömen verwendet werden können. Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist als elektrischen Energiespeicher die Kondensatoren 44 auf, die eine an der Leistungshalbleitereinrichtung 1 auftretende Gleichspannung puffern. Die Kondensatoren 44 dienen beim Ausführungsbeispiel solchermaßen als Zwischenkreiskondensatoren, sie können jedoch auch einem anderen Zweck dienen. Im einfachsten Fall kann auch nur ein einziger Kondensator 44 vorhanden sein.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist zur Befestigung der Kondensatoren 44 eine Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 auf, die Aufnahmeeinrichtungen 30 zur Aufnahme der Kondensatoren 44 aufweist. In der jeweiligen Aufnahmeeinrichtung 30 ist zumindest ein Teil des jeweiligen Kondensators 44 angeordnet. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 eine mit Öffnungen für die Kondensatoren 44 versehene Kondensatorbefestigungsplatte 13 auf, von der sich um deren Öffnungen angeordnete Stege 17, die die Kondensatoren 44 einrahmen und solchermaßen die Aufnahmeeinrichtungen 30 ausbilden, in Richtung weg vom Substrat 2 erstrecken. Die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet. Die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 ist vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet.
  • Von der Gleichspannungsverschienung 4 verlaufen, mit der Gleichspannungsverschienung 4 elektrisch leitend verbundene, elektrisch leitende Verschienungsanschlusselemente 5 und 5' in Richtung auf das Substrat 2. Die elektrischen Anschlusselemente 56 der Kondensatoren 44 sind mit den Verschienungsanschlusselementen 5 und 5' stoffschlüssig (z.B. über eine Lot-, Sinter- oder Schweißverbindung) elektrisch leitend kontaktiert. Das jeweilige Verschienungsanschlusselement 5 und 5' ist mit der Positivpotentialschiene 7 oder mit der Negativpotentialschiene 8 einstückig ausgebildet.
  • Auf der der Gleichspannungsverschienung 4 zugewandten Seite 9 der Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6, ist mindestens ein stoffschlüssig mit der Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, elastisches erstes Verformungselement 12 angeordnet, wobei vorzugsweise mehrere erste Verformungselemente 12 auf der der Gleichspannungsverschienung 4 zugewandten Seite 9 der Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 angeordnet sind. Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 ist derart ausgebildet, dass die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 über das mindestens eine erste Verformungselement 12 die Gleichspannungsverschienung 4 in Richtung auf das Substrat 2 drückt und hierdurch die Verschienungsanschlusselemente 5 und 5' gegen die elektrisch leitenden Kontaktflächen 11 des Substrats 2 drückt, so dass die Verschienungsanschlusselemente 5 und 5' mit diesen Kontaktflächen 11 des Substrats 2 elektrisch leitend druckkontaktiert sind.
  • Da die Druckeinleitung auf die Verschienungsanschlusselemente 5 und 5' bei der Erfindung nicht oder nur in einem sehr geringen Maße über die Kondensatoren 44 erfolgt, sondern über die der Gleichspannungsverschienung 4 zugewandte Seite 9 der Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6, werden diese bei der Erfindung mechanisch nur sehr gering belastet und sind somit sehr langlebig. Da das mindestens eine erste Verformungselement 12 stoffschlüssig mit der Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 verbunden ist und somit die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 und das mindestens eine erste Verformungselement 12 eine bauliche Einheit 42 bilden, kann das technikübliche Einlegen z.B. eines Schaumstoffelementes bei der Herstellung der Leistungshalbleitereinrichtung 1 nicht vergessen werden, so dass die Leistungshalbleitereinrichtung 1 rationell zuverlässig herstellbar ist.
  • Die mechanische Kontaktfläche 50, die das mindestens eine erste Verformungselement 12 mit der Gleichspannungsverschienung 4 aufweist, beträgt vorzugsweise maximal 70%, insbesondere maximal 40%, insbesondere maximal 20% der der Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 zugewandten Fläche 51 der Gleichspannungsverschienung 4 (siehe 3), wobei das mindestens eine erste Verformungselement 12 mit den in unmittelbarer Nähe zu den Verschienungsanschlusselementen 5 und 5' angeordneten Bereichen 53 der Gleichspannungsverschienung 4 einen mechanischen Kontakt aufweist. Hierdurch erfolgt die Krafteinleitung von der Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 auf die Gleichspannungsverschienung 4 zur Realisierung der Druckkontaktierung der Verschienungsanschlusselemente 5 und 5' mit den elektrisch leitenden Kontaktflächen 11 des Substrats 2 im Wesentlichen gezielt und somit mechanisch günstig an den Stellen an denen die Verschienungsanschlusselemente 5 und 5' angeordnet sind.
  • Ein Teil des mindestens einen ersten Verformungselements 12 ist in einer diesem zugeordneten Ausnehmung 43 (siehe 5) der Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 angeordnet.
  • Die ersten Verformungselemente 12 können über aus dem Elastomer, aus dem die Verformungselemente 12 ausgebildet sind, ausgebildete Verbindungsabschnitte 57 miteinander verbunden sein.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist vorzugsweise ein Wechsellaststromleitungselement 16 und ein Druckelement 19 auf, wobei auf einer dem Wechsellaststromleitungselement 16 zugewandten Seite 22 des Druckelements 19, ein stoffschlüssig mit dem Druckelement 19 verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, elastisches zweites Verformungselement 20 angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung 1 derart ausgebildet ist, dass die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 über das zweite Verformungselement 20 das Wechsellaststromleitungselement 16 gegen eine elektrisch leitende weitere Kontaktfläche 11 des Substrats 2 drückt, so dass das Wechsellaststromleitungselement 16 mit dem Substrat 2 elektrisch leitend druckkontaktiert ist.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist weiterhin vorzugsweise eine Leiterplatte 27 und die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 ein Blockierungselement 23 auf. Auf der der Leiterplatte 27 zugewandten Seite 25 des Blockierungselements 23 ist ein stoffschlüssig mit dem Blockierungselement 23 verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, mit der Leiterplatte 27 einen mechanischen Kontakt aufweisendes, elastisches drittes Verformungselement 24 angeordnet. Die Leiterplatte 27 ist über das elastische dritte Verformungselement 24 schwingungsresistent mit der übrigen Leistungshalbleitereinrichtung 1 verbunden. Durch das elastische dritte Verformungselement 24 werden auf die Leiterplatte 27 einwirkende mechanische Belastungen, insbesondere mechanische Schwingungsbelastungen, reduziert. Ein Teil des dritten Verformungselements 24 ist vorzugsweise in einer dem dritten Verformungselement 24 zugeordneten Ausnehmung 26 des Blockierungselements 23 angeordnet. Auf der Leiterplatte 27 können z.B. Treiberschaltungen zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterbauelemente 3 angeordnet sein.
  • Die Aufnahmeeinrichtung 30 weist vorzugsweise ein Aufnahmeelement 28 auf, wobei der Kondensator 44 zwischen dem Aufnahmeelement 28 und der Gleichspannungsverschienung 4 angeordnet ist. Auf der dem Kondensator 44 zugewandten Seite 61 des Aufnahmeelements 28 ist ein stoffschlüssig mit dem Aufnahmeelement 28 verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, mit dem Kondensator 44 einen mechanischen Kontakt aufweisendes, elastisches viertes Verformungselement 29 angeordnet. Durch das elastische vierte Verformungselement 29 werden auf den jeweiligen Kondensator 44 einwirkende mechanische Belastungen, insbesondere Schwingungsbelastungen, reduziert.
  • Das Elastomer ist vorzugsweise als vernetzter Silikonkautschuk, insbesondere als vernetzter Liquid Silicone Rubber oder als vernetzter Solid Silicone Rubber, ausgebildet.
  • Die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 bildet zusammen mit den Verformungselementen 12, 20, 24, 29 eine bauliche Einheit 42, so dass die Leistungshalbleitereinrichtung 1 besonders rationell herstellbar ist. Die Herstellung der baulichen Einheit 42 erfolgt vorzugsweise derart, dass die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 als Kunststoffspritzgussteil gefertigt wird, anschließend in einer Gegenform, die zur spritztechnischen Ausbildung der elastischen Verformungselemente ausgebildet ist, angeordnet wird, und anschließend das Elastomer in seiner unvernetzten chemischen Vorform (z.B. unvernetzter Silikonkautschuk) zur Ausbildung der elastischen Verformungselemente in die Gegenform eingespritzt wird und sich dort vernetzt.
  • Die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 kann im einfachsten Falle über das mindestens eine erste Verformungselement 12 die Gleichspannungsverschienung 4 in Richtung auf das Substrat 2 drücken, indem die hierzu notwendige Druckkraft von der Schwerkraft erzeugt wird, die die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 gegen die Gleichspannungsverschienung 4 drückt, wenn die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6, bezogen auf den Erdmittelpunkt, über der Gleichspannungsverschienung 4 angeordnet ist.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist vorzugsweise einen metallischen Grundkörper 63 und ein Druckerzeugungsmittel 62 auf. Das Substrat 2 ist auf dem Grundkörper 63 angeordnet. Das Substrat 2 kann dabei über eine zwischen dem Grundkörper 63 und dem Substrat 2 angeordnete Lot- oder Sinterschicht mit dem Grundkörper 63 stoffschlüssig verbunden sein. Alternativ kann zwischen Substrat 2 und dem Grundkörper 63 eine Wärmeleitpaste angeordnet sein. Das Druckerzeugungsmittel 62 übt Druck auf die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 in Richtung auf das Substrat 2 aus. Infolge drückt die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 die Gleichspannungsverschienung 4, über das mindestens eine erste Verformungselement 12, in Richtung auf das Substrat 2, so dass die Verschienungsanschlusselemente 5 und 5' gegen die elektrisch leitenden Kontaktflächen 11 des Substrats 2 drücken. Das Druckerzeugungsmittel 62 ist vorzugsweise als mindestens eine Schraube 62 ausgebildet. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist die Kondensatorbefestigungsvorrichtung 6 Durchgangslöcher 41 auf durch die ein Abschnitt der Schrauben 62 hindurchgeführt wird und die Schrauben 62 in mit einem Innengewinde versehene Löcher 40 des Grundkörpers 63 eingedreht werden. Alternativ können die Löcher 40 des Grundkörpers 63 auch kein Innengewinde aufweisen und die Schrauben 62 verlaufen durch die Löcher 40 hindurch und werden auf der dem Substrat 2 abgewandten Seite des Grundkörpers 63 mit Schraubenmuttern verschraubt.
  • Die Grundkörper 63 kann, wie z.B. beim Ausführungsbeispiel, als Kühlköper 63 ausgebildet sein. Der Kühlkörper 63 kann Kühlfinnen 15 oder Kühlpins aufweisen, die sich vorzugsweise von einer Grundplatte 14 des Kühlkörper 63 erstrecken. Das Substrat 2 ist auf der Grundplatte 14 des Kühlkörper 63 angeordnet. Der Kühlkörper 63 kann als Luftkühlkörper oder Wasserkühlkörper ausgebildet sein. Alternativ kann der Grundkörper auch als Grundplatte 14 (ohne Kühlfinnen 15 oder Kühlpins) ausgebildet sein, die zur Montage an einen Kühlkörper (z.B. Luftkühlkörper oder Wasserkühlkörper) vorgesehen ist.
  • Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale, insbesondere das zweite, dritte und vierte Verformungselement, auch mehrfach in der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung vorhanden sein.

Claims (13)

  1. Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Substrat (2) und mit auf dem Substrat (2) angeordneten und mit dem Substrat (2) elektrisch leitend verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen (3), mit einer elektrisch leitenden Gleichspannungsverschienung (4) und mit einem Kondensator (44), der mit der Gleichspannungsverschienung (4) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung (1) zur Befestigung des Kondensators (44) eine Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) mit einer Aufnahmeeinrichtung (30) zur Aufnahme des Kondensators (44) aufweist, in der zumindest ein Teil des Kondensators (44) angeordnet ist, wobei von der Gleichspannungsverschienung (4), mit dieser elektrisch leitend verbundene, elektrisch leitende Verschienungsanschlusselemente (5,5') in Richtung auf das Substrat (2) verlaufen, wobei auf der der Gleichspannungsverschienung (4) zugewandten Seite (9) der Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) mindestens ein stoffschlüssig mit der Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, elastisches erstes Verformungselement (12) angeordnet ist, wobei das mindestens eine erste Verformungselement (12) eine mechanische Kontaktfläche (50) mit der Gleichspannungsverschienung (4) aufweist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass die Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) über das mindestens eine erste Verformungselement (12) die Gleichspannungsverschienung (4) in Richtung auf das Substrat (2) drückt und hierdurch die Verschienungsanschlusselemente (5,5') gegen elektrisch leitende Kontaktflächen (11) des Substrats (2) drückt, so dass die Verschienungsanschlusselemente (5,5') mit diesen Kontaktflächen (11) des Substrats (2) elektrisch leitend druckkontaktiert sind.
  2. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des mindestens einen ersten Verformungselements (12) in einer dem jeweiligen ersten Verformungselement (12) zugeordneten Ausnehmung (43) der Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) angeordnet ist.
  3. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleitereinrichtung (1) ein Wechsellaststromleitungselement (16) aufweist, wobei die Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) ein Druckelement (19) aufweist, wobei auf einer dem Wechsellaststromleitungselement (16) zugewandten Seite (22) des Druckelements (19), ein stoffschlüssig mit dem Druckelement (19) verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, elastisches zweites Verformungselement (20) angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass die Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) über das zweite Verformungselement (20) das Wechsellaststromleitungselement (16) gegen eine elektrisch leitende weitere Kontaktfläche (11) des Substrats (2) drückt, so dass das Wechsellaststromleitungselement (16) mit dem Substrat (2) elektrisch leitend druckkontaktiert ist.
  4. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des zweiten Verformungselements (20) in einer dem zweiten Verformungselement (20) zugeordneten Ausnehmung (21) des Druckelements (19) angeordnet ist.
  5. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleitereinrichtung (1) eine Leiterplatte (27) aufweist, wobei die Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) ein Blockierungselement (23) aufweist, wobei auf der der Leiterplatte (27) zugewandten Seite (25) des Blockierungselements (23), ein stoffschlüssig mit dem Blockierungselement (23) verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, mit der Leiterplatte (27) einen mechanischen Kontakt aufweisendes, elastisches drittes Verformungselement (24) angeordnet ist.
  6. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des dritten Verformungselements (24) in einer dem dritten Verformungselement (24) zugeordneten Ausnehmung (26) des Blockierungselements (23) angeordnet ist.
  7. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (30) ein Aufnahmeelement (28) aufweist, wobei der Kondensator (44) zwischen dem Aufnahmeelement (28) und der Gleichspannungsverschienung (4) angeordnet ist, wobei auf der dem Kondensator (44) zugewandten Seite (61) des Aufnahmeelements (28) ein stoffschlüssig mit dem Aufnahmeelement (28) verbundenes, aus einem Elastomer ausgebildetes, mit dem Kondensator (44) einen mechanischen Kontakt aufweisendes, elastisches viertes Verformungselement (29) angeordnet ist.
  8. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer als vernetzter Silikonkautschuk, insbesondere als vernetzter Liquid Silicone Rubber oder als vernetzter Solid Silicone Rubber, ausgebildet ist.
  9. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsverschienung (4) eine elektrisch leitende Positivpotentialschiene (7) und eine elektrisch leitende Negativpotentialschiene (8), die durch eine zwischen der Positivpotentialschiene (7) und der Negativpotentialschiene (8) angeordnete elektrisch nicht leitende Isolationsschicht (55) voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind, aufweist.
  10. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Verschienungsanschlusselement (5,5') mit der Positivpotentialschiene (7) oder mit der Negativpotentialschiene (8) einstückig ausgebildet ist.
  11. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kontaktfläche (50), die das mindestens eine erste Verformungselement (12) mit der Gleichspannungsverschienung (4) aufweist, maximal 70%, insbesondere maximal 40%, insbesondere maximal 20% der der Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) zugewandten Fläche (51) der Gleichspannungsverschienung (4) beträgt, wobei das mindestens eine erste Verformungselement (12) mit den in unmittelbarer Nähe zu den Verschienungsanschlusselementen (5,5') angeordneten Bereichen (53) der Gleichspannungsverschienung (4) einen mechanischen Kontakt aufweist.
  12. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleitereinrichtung (1) einen metallischen Grundkörper (63) und ein Druckerzeugungsmittel (62) aufweist, wobei das Substrat (2) auf dem Grundkörper (63) angeordnet ist, wobei das Druckerzeugungsmittel (62) Druck auf die Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) in Richtung auf das Substrat (2) ausübt und hierdurch die Kondensatorbefestigungsvorrichtung (6) die Gleichspannungsverschienung (4), über das mindestens eine erste Verformungselement (12), in Richtung auf das Substrat (2) drückt.
  13. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckerzeugungsmittel (62) als mindestens eine Schraube ausgebildet ist.
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