DE102017107763A1

DE102017107763A1 - Leistungshalbleitereinrichtung, Leistungshalbleiteranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiteranordnung

Info

Publication number: DE102017107763A1
Application number: DE102017107763.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Walter
Original assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2037-04-12
Also published as: DE102017107763B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleiterbauelement, mit einem eine Gehäuseöffnung aufweisenden Gehäuse, mit einem innerhalb des Gehäuses angeordneten und mit dem Leistungshalbleiterbauelement elektrisch leitend verbundenen elektrisch leitenden Verbindungselement, mit einem durch die Gehäuseöffnung hindurchlaufendem Stiftelement, das zumindest außerhalb des Gehäuses ein Gewinde aufweist, mit einem zwischen einer, die Gehäuseöffnung begrenzenden, um das Stiftelement umlaufenden, Gehäuseöffnungswand des Gehäuses und dem Stiftelement angeordneten elastischen Dichtelement, mit einer über dem Verbindungselement angeordneten elektrisch leitenden Hülse, wobei das Stiftelement durch die Hülse und durch eine Dichtelementöffnung des Dichtelements hindurchverläuft und die Hülse eine Schneide aufweist, wobei das Verbindungselement mittels der Hülse mit einem Lastanschlusselement elektrisch leitend verbindbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Leistungshalbleiteranordnung bei der das Verbindungselement mittels der Hülse mit einem Lastanschlusselement elektrisch leitend verbunden ist und ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiteranordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung, eine Leistungshalbleiteranordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiteranordnung.
Aus der DE 10 2012 219 791 A1 ist eine Leistungshalbleitereinrichtung mit Leistungshalbleiterbauelementen, einem Gehäuse und elektrisch leitenden Leistungsanschlüssen bekannt. Die Leistungsanschlüsse dienen zum elektrischen Anschluss von elektrisch leitenden Lastromstromanschlusselementen. Die Leistungsanschlüsse verlaufen dabei durch eine Gehäusewand hindurch von der Innenseite zur Außenseite des Gehäuses. Um das Eindringen von Schmutzpartikeln und Feuchtigkeit in das Innere des Gehäuses zu verhindern, sind die Leistungsanschlüsse gegen die Gehäusewand zuverlässig abgedichtet.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Leistungshalbleitereinrichtung und eine Leistungshalbleiteranordnung mit einem Gehäuse zu schaffen, bei das Eindringen von Schmutzpartikeln und Feuchtigkeit in das Innere des Gehäuses zuverlässig vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleiterbauelement, mit einem eine Gehäuseöffnung aufweisenden Gehäuse, mit einem innerhalb des Gehäuses angeordneten und mit dem Leistungshalbleiterbauelement elektrisch leitend verbundenen elektrisch leitenden Verbindungselement, mit einem durch die Gehäuseöffnung hindurchlaufendem Stiftelement, das zumindest außerhalb des Gehäuses ein Gewinde aufweist, mit einem zwischen einer, die Gehäuseöffnung begrenzenden, um das Stiftelement umlaufenden, Gehäuseöffnungswand des Gehäuses und dem Stiftelement angeordneten elastischen Dichtelement, mit einer über dem Verbindungselement angeordneten elektrisch leitenden Hülse, wobei das Stiftelement durch die Hülse und durch eine Dichtelementöffnung des Dichtelements hindurchverläuft und die Hülse eine Schneide aufweist, wobei die Hülse derart durch einen Teil des Dichtelements verläuft, dass zwischen der Schneide und einer dem Verbindungselement abgewandten Seite des Dichtelements ein zur Durchtrennung mit der Schneide vorgesehener Verbindungsabschnitt des Dichtelements angeordnet ist, wobei der Verbindungsabschnitt ein zwischen der Gehäuseöffnungswand und der Hülse angeordnetes erstes Dichtelementteil des Dichtelements und ein zwischen der Hülse und dem Stiftelement angeordnetes zweites Dichtelementteil des Dichtelements verbindet.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiteranordnung mit folgenden Verfahrensschritten:

a) Bereitstellen einer erfindungsgemäß ausgebildeten Leistungshalbleitereinrichtung,
b) Anordnen eines eine erste Ausnehmung aufweisenden elektrisch leitenden Laststromanschlusselements außerhalb des Gehäuses der Leistungshalbleitereinrichtung auf dem Dichtelement derart, dass das Stiftelement durch die erste Ausnehmung hindurch verläuft,
c) Anordnen und Drehen eines ein Gewinde aufweisenden Krafterzeugungselements auf das Gewinde des Stiftelements, so dass das Krafterzeugungselement eine in Richtung auf die Hülse wirkende Kraft auf das Laststromanschlusselement erzeugt, wodurch das Laststromanschlusselement gegen die Hülse gedrückt wird und von der Schneide der Hülse der Verbindungsabschnitt des Dichtelements durchtrennt wird und ein elektrisch leitender Druckkontakt der Hülse mit dem Laststromanschlusselement ausgebildet wird.

Weiterhin wird diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungshalbleiteranordnung mit einem Leistungshalbleiterbauelement, mit einem eine Gehäuseöffnung aufweisenden Gehäuse, mit einem innerhalb des Gehäuses angeordneten und mit dem Leistungshalbleiterbauelement elektrisch leitend verbundenen elektrisch leitenden Verbindungselement, mit einem durch die Gehäuseöffnung hindurchlaufendem Stiftelement, das zumindest außerhalb des Gehäuses eine Gewinde aufweist, mit einem zwischen einer die Gehäuseöffnung begrenzenden, um das Stiftelement umlaufenden Gehäuseöffnungswand des Gehäuses und dem Stiftelement angeordneten elastischen Dichtelement, mit einer auf dem Verbindungselement angeordneten und mit dem Verbindungelement elektrisch leitend kontaktierten elektrisch leitenden Hülse, wobei das Stiftelement durch die Hülse und durch eine Dichtelementöffnung des Dichtelements hindurchverläuft und die Hülse eine Schneide aufweist, wobei die Hülse durch das Dichtelement verläuft und das Dichtelement mittels der Schneide in ein zwischen der Gehäuseöffnungswand und der Hülse angeordnetes erstes Dichtelementteil des Dichtelements und ein zwischen der Hülse und dem Stiftelement angeordnetes zweites Dichtelementteil des Dichtelements durchtrennt ist, wobei eine erste Ausnehmung aufweisendes elektrisch leitendes Laststromanschlusselement außerhalb des Gehäuses auf dem Dichtelement derart angeordnet ist, dass das Stiftelement durch die erste Ausnehmung hindurch verläuft, wobei ein auf das Gewinde des Stiftelements gedrehtes, ein Gewinde aufweisendes Krafterzeugungselement eine in Richtung auf die Hülse wirkende Kraft auf das Laststromanschlusselement erzeugt, wodurch das Laststromanschlusselement gegen die Hülse gedrückt angeordnet ist und ein elektrisch leitender Druckkontakt der Hülse mit dem Laststromanschlusselement ausgebildet ist.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Vorteilhafte Ausbildungen der Leistungshalbleiteranordnung und vorteilhafte Ausbildungen des Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiteranordnung ergeben sich analog zu vorteilhaften Ausbildungen der Leistungshalbleitereinrichtung und umgekehrt.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Dichtelement in die Gehäuseöffnung eingespritzt ist, da dann das Dichtelement zuverlässig mit dem Gehäuse verbunden ist.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die dem Verbindungselement abgewandte Seite des Dichtelements eine Kontur aufweist. Hierdurch kann, wenn das Laststromanschlusselement gegen das Dichtelement gedrückt wird, das Material des Dichtelements in die infolge der Kontur vorhandenen Vertiefungen des Dichtelements hineingedrückt werden, so dass das Dichtelement keine unerwünschte Auswölbungen ausbildet.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Dichtelement und die Hülse hohlzylinderförmig ausgebildet sind und das Stiftelement eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweist, da runde Konturen besonders zuverlässig abgedichtet werden können.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Dichtelement an einer dem Verbindungselement zugewandten Seite des Dichtelements eine Sacknut aufweist, in der ein Teil der Hülse angeordnet ist, wobei die Sacknut nicht durch einen Schneidvorgang mittels der Schneide ausgebildet ist. Hierdurch wird eine besonders einfache Herstellung der Leistungshalbleiteranordnung ermöglicht, da die Schneide nicht das komplette Dichtelement durchtrennen muss. Weiterhin wird hierdurch auch eine besonders einfache Herstellung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung ermöglicht, da ein Teil der Hülse, insbesondere die Schneide, bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung auf einfache Art und Weise in der Nut angeordnet werden kann.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das zweite Dichtelementteil eine, dem Stiftelement zugewandte und das Stiftelement umlaufende, Auswölbung aufweist. Hierdurch wird eine sehr zuverlässige Abdichtung erzielt.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Stiftelement eine umlaufende Nut aufweist, wobei zumindest ein Teil der Auswölbung innerhalb der Nut angeordnet ist. Hierdurch wird eine besonders zuverlässige Abdichtung erzielt.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn dass das Dichtelement aus einem Elastomer besteht, da dann eine sehr zuverlässige Abdichtung erzielt wird.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Elastomer aus Silikon besteht, insbesondere aus einem vernetzten Silikonkautschuk besteht, da dann eine besonders zuverlässige Abdichtung erzielt wird.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Hülse eine Silberbeschichtung aufweist, da Silber gut auf einem Elastomer, insbesondere auf Silikon, gleitet.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die das Stiftelement eine Außenkante aufweist, auf dem das zweite Dichtelementteil aufliegt. Die Außenkante stützt das zweites Dichtelementteil nach dem Durchtrennen des Dichtelements zuverlässig ab.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das die Leistungshalbleitereinrichtung einen Haltekörper aufweist, wobei das Stiftelement mit dem Haltekörper verdrehsicher verbunden ist, insbesondere in den Haltekörper eingespritzt ist. Hierdurch ist das Stiftelement mechanisch sehr zuverlässig mit der übrigen Leistungshalbleitereinrichtung verbunden.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Hülse auf dem Verbindungselement angeordnet ist. Hierdurch wird eine Bewegung der Hülse in Richtung auf das Verbindungselement, wenn das Krafterzeugungselement eine in Richtung auf die Hülse wirkende Kraft auf das Laststromanschlusselement erzeugt, zuverlässig vermieden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleiteranordnung,
2 eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleiteranordnung,
3 eine Detailansicht von 2 und
4 eine Detailansicht in Form einer Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung.

In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleiteranordnung 1, in 2 eine perspektivische Schnittansicht der Leistungshalbleiteranordnung 1 und in 3 eine Detailansicht gemäß einem Ausschnitt A von 2 dargestellt. Die Leistungshalbleiteranordnung 1 weist eine Leistungshalbleitereinrichtung 30 und Lastanschlusselemente 4 auf, die mittels eines jeweiligen eine Gewinde aufweisendes Krafterzeugungselements 9, das vorzugsweise als Schraubenmutter ausgebildet ist, an einen jeweiligen elektrischen Anschluss der Leistungshalbleitereinrichtung 30 montiert sind. Die Lastanschlusselemente 4 können z.B. mit einem Elektromotor zur Energieversorgung des Elektromotors elektrisch leitend verbunden sein. Die Lastanschlusselemente 4 können z.B. als Stromschienen oder Kabelschuhe ausgebildet sein. Die Leistungshalbleitereinrichtung 30 weist in der Regel zu einem Stromrichter elektrisch verschaltete Leistungshalbleiterbauelemente auf und kann z.B. die zur Energieversorgung eines Elektromotors benötigten elektrischen Ströme erzeugen. Die in den 1 bis 3 dargestellte Leistungshalbleitereinrichtung 30 unterscheidet sich von der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung nur darin, dass bei der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung, wie in 4 dargestellt, die Schneide 5a der Hülse 5 den Verbindungsabschnitt 6c des Dichtelements 6 noch nicht durchtrennt hat und somit das Dichtelement 6 bei der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung noch einstückig ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung ist somit gegenüber der Leistungshalbleitereinrichtung 30 in einem Zustand bei dem noch kein Lastanschlusselement 4 an die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung elektrisch angeschlossen wurde. Ansonsten entspricht die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung, der in den 1 bis 3 dargestellten Leistungshalbleitereinrichtung 30. Bei Anschluss der Lastanschlusselemente 4 an die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung wird bei Durchtrennung des Dichtelements 6 mittels der Schneide 5a aus der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung die Leistungshalbleitereinrichtung 30 ausgebildet, so dass die nachfolgend bezüglich der Leistungshalbleitereinrichtung 30 beschriebenen Merkmale mit Ausnahme der oben genannten Ausnahme in identischer Weise auch für die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung gültig sind. Es sei weiterhin angemerkt, dass der Übersichtlichkeit halber in den Figuren eventuell vorhandene Löt-, Sinter- oder Schweißmetallschichten nicht dargestellt sind.
Die Leistungshalbleitereinrichtung 30 weist mindestens ein Leistungshalbleiterbauelement 11, in der Regel aber mehrere Leistungshalbleiterbauelemente 11 auf, die mit elektrisch leitenden Verbindungselementen 3 elektrisch leitend verbundenen sind, auf. Die Leistungshalbleiterbauelemente 11 sind vorzugsweise auf mindestens einer elektrischen leitenden Leiterbahn 3 eines Substrats 11 der Leistungshalbleitereinrichtung 30 angeordnet. Die Leistungshalbleiterbauelemente 11 sind dabei mit der mindestens einen Leiterbahnen, vorzugsweise über eine zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen 11 und den Leiterbahnen 3 angeordnete Löt- oder Sintermetallschicht, elektrisch leitend verbunden. Die Leiterbahnen 3 werden durch eine elektrisch leitende strukturierte erste Leitungsschicht ausgebildet. Das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement 11 liegt vorzugweise in Form eines Leistungshalbleiterschalters oder einer Diode vor. Die Leistungshalbleiterschalter liegen dabei vorzugsweise in Form von Transistoren, wie z.B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor. Die Leistungshalbleiterbauelemente 11 sind vorzugsweise zu einen Stromrichter elektrisch verschalten.
Weiterhin weist das Leistungshalbleitermodul 30 vorzugsweise eine Grundplatte 14 auf, auf der das Substrat 10, das im Rahmen des Ausführungsbeispiels als ein Direct Copper Bonded Substrat (DCB-Substrat) ausgebildet, angeordnet ist.
Es sei angemerkt, dass die nachfolgend zur Realisierung eines elektrischen Anschlusses der Leistungshalbleitereinrichtung 30 notwenigen Elemente pro elektrischem Anschluss der Leistungshalbleitereinrichtung 30 vorhanden sind, so dass diese hier im Singular beschriebenen Elemente, falls die Leistungshalbleitereinrichtung 30 mehrere erfindungsgemäß ausgebildete elektrische Anschlüsse aufweist, gegebenfalls mehrfach vorhanden sein können.
Das Verbindungselement 3 ist mit dem Leistungshalbleiterbauelement 11 elektrisch leitend verbunden. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist das Verbindungselement 3 hierzu mit dem Substrat 10, z.B. mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, wie z.B. eine Löt-, Sinter- oder Schweißverbindung, elektrisch leitend kontaktiert. Das Verbindungselement 3 besteht vorzugsweise zumindest im Wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Die Leistungshalbleitereinrichtung 30 weist ein Gehäuse 2 auf, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht. Das Gehäuse 2 ist vorzugsweise auf der Grundplatte 4 angeordnet und vorzugsweise, z.B. mittels Schrauben 19, mit dieser verbunden. Das Gehäuse 2 bedeckt die Leistungshalbleiterbauelemente 11.
Das Gehäuse 2, weist eine Gehäuseöffnung 2a auf durch ein Stiftelement 7 der Leistungshalbleitereinrichtung 30 hindurchläuft, das zumindest außerhalb des Gehäuses 2 ein Gewinde aufweist, wobei das Gewinde der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht dargestellt ist.
Die Leistungshalbleitereinrichtung 30 weist weiterhin ein zwischen einer, die Gehäuseöffnung 12 begrenzenden, um das Stiftelement 7 umlaufenden, Gehäuseöffnungswand 2a des Gehäuses 2 und dem Stiftelement 7 angeordnetes elastisches Dichtelement 6 auf, das vorzugsweise aus einem Elastomer besteht. Das Elastomer besteht vorzugsweise aus Silikon, insbesondere aus einem vernetzten Silikonkautschuk, der vorzugsweise als vernetzter Liquid Silicone Rubber oder als vernetzter Solid Silicone Rubber, ausgebildet ist. Das Dichtelement 6 ist vorzugsweise in die Gehäuseöffnung 12 eingespritzt. Das Dichtelement 6 weist vorzugsweise, wie beispielhaft in 4 dargestellt, auf seiner dem Verbindungselement 3 abgewandten Seite 6d eine Kontur 6e auf.
Die Leistungshalbleitereinrichtung 30 weist weiterhin eine über dem Verbindungselement 3 angeordnete elektrisch leitende Hülse 5 auf, wobei das Stiftelement 7 durch die Hülse 5 und durch eine Dichtelementöffnung 6g des Dichtelements 6 hindurchverläuft. Die Hülse 5 ist vorzugsweise, wie in den Figuren dargestellt, auf dem Verbindungselement 3 angeordnet und weist einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem Verbindungselement 3 auf. Beim Ausführungsbeispiel ist die Hülse 5 auf dem Verbindungselement 3 angeordnet, indem sie auf dem Verbindungselement 3 aufliegt. Die Hülse 5 kann mit dem Verbindungselement 3 stoffschlüssig, z.B. mittels einer Löt-, Sinter- oder Schweißverbindung verbunden sein. Beim Ausführungsbeispiel weist die Hülse 5 mit dem Verbindungselement 3 keine stoffschlüssige Verbindung auf. Die Hülse 5 kann auch auf dem Verbindungselement 3 angeordnet und einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem Verbindungselement 3 aufweisen, indem zwischen Hülse 5 und dem Verbindungselement 3 eine Löt-, Sinter- oder Schweißschicht angeordnet ist. Wenn die Hülse 5 nicht auf dem Verbindungselement 3 angeordnet ist, dann kann zwischen der Hülse 5 und dem Verbindungselement 3 ein Luftspalt angeordnet sein.
Die Hülse 5 besteht vorzugsweise zumindest im Wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die Hülse 5 kann eine Silberbeschichtung aufweisen. Das Dichtelement 6 und die Hülse 5 sind im Rahmen des Ausführungsbeispiels hohlzylinderförmig ausgebildet, wobei das Stiftelement 7 vorzugsweise eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweist. Das Verbindungselement 3 weist vorzugsweise eine Verbindungselementausnehmung 18 auf, durch dass das Stiftelement 7 hindurchverläuft. Die Leistungshalbleitereinrichtung 30 weist vorzugsweise einen Haltekörper 17 auf, wobei das Stiftelement 7 mit dem Haltekörper 17 verdrehsicher verbunden ist, insbesondere in den Haltekörper 17 eingespritzt ist. Der Haltekörper 17 ist vorzugsweise auf der Grundplatte 14 angeordnet und vorzugsweise mit der Grundplatte 14, z.B. mittels einer Schraubverbindung, verbunden.
Die Hülse 5 weist eine Schneide 5a auf. Die Schneide 5a ist an einem dem Verbindungselement 3 abgewandten Ende der Hülse 5 angeordnet.
Bei der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung verläuft, wie beispielhaft in 4 dargestellt, die Hülse 5 derart durch einen Teil des Dichtelements 6, dass zwischen der Schneide 5a und der dem Verbindungselement 3 abgewandten Seite 6d des Dichtelements 6 ein zur Durchtrennung mit der Schneide 5a vorgesehener Verbindungsabschnitt 6c des Dichtelements 6 angeordnet ist, wobei der Verbindungsabschnitt 6c ein zwischen der Gehäuseöffnungswand 2a und der Hülse 5 angeordnetes erstes Dichtelementteil 6a des Dichtelements 6 und ein zwischen der Hülse 5 und dem Stiftelement 7 angeordnetes zweites Dichtelementteil 6b des Dichtelements 6 verbindet. Die Hülse 5 ist zwischen dem Verbindungsabschnitt 6c des Dichtelements 6 und dem Verbindungselement 3 angeordnet.
Wie beispielhaft in 4 dargestellt, liegt eine die Dichtelementöffnung 6g begrenzende Innenwand 6b' des Dichtelements 6 an dem Stiftelement 7 an und verhindert somit das Eindringen von Schmutzpartikeln und Feuchtigkeit in das Innere des Gehäuses 2. Das zweite Dichtelementteil 6b weist vorzugsweise eine, dem Stiftelement 7 zugewandte und das Stiftelement 7 umlaufende, Auswölbung 6f auf. Hierdurch wird die Dichtwirkung des Dichtelements 6 bezüglich des Stiftelements 7 verstärkt. Das Stiftelement 7 weist vorzugsweise eine umlaufende Nut 7a auf, wobei zumindest ein Teil der Auswölbung 6f innerhalb der Nut 7a angeordnet ist. Hierdurch wird die Dichtwirkung des Dichtelements 6 bezüglich des Stiftelements 7 weiter verstärkt.
Das Dichtelement 6 weist vorzugsweise an einer dem Verbindungselement 3 zugewandten Seite 6h des Dichtelements 6 eine Sacknut 14 auf, in der ein Teil der Hülse 5 angeordnet ist, wobei die Sacknut 14 nicht durch einen Schneidvorgang mittels der Schneide 5a ausgebildet ist.
Das Stiftelement 7 weist vorzugsweise eine Außenkante 7c auf, auf dem das zweite Dichtelementteil 6b aufliegt. Der Übersichtlichkeit halber ist die Außenkante 7c nur in 4 gestrichelt gezeichnet dargestellt. Das Stiftelement 7 kann z.B. eine Auswölbung 7d aufweisen, die die Außenkante 7c ausbildet.
Die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung wird beim Ausführungsbeispiel derart hergestellt, dass die Hülse 5 mit ihrer Schneide 5a voran in die Nut 14 des Dichtelements gedrückt wird und anschließend das Gehäuse 2 derart angeordnet wird, dass die Hülse auf dem Verbindungselement 3 angeordnet ist und das Stiftelement 7 durch die Dichtelementöffnung 6g des Dichtelements 6 hindurchverläuft. Beim Ausführungsbeispiel wird das Gehäuse 2 mittels Schrauben 19 mit der Grundplatte 4 der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung verbunden. Dabei kann sich gegebenfalls beim Zudrehen der Schrauben 19 das Gehäuse 2 noch geringfügig in Richtung auf die Grundplatte 4 bewegen, wodurch die Schneide 5a geringfügig in das Dichtelement 6 einschneidet, wobei der zur Durchtrennung mit der Schneide 5a vorgesehener Verbindungsabschnitt 6c des Dichtelements 6 verbleibt und nicht von der Schneide 5a durchtrennt wird.
Die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung kann z.B. in ein Fahrzeug, wie z.B. einem Gabelstapler, oder z.B. in einen Schaltschrank eingebaut werden. Das Fahrzeug, der Schaltschrank, bzw. allgemein eine externe elektrische Komponente, die mit der die erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung elektrisch leitend verbunden werden soll, weist elektrisch leitende Laststromanschlusselemente auf, die dazu vorgesehen sind mit der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung elektrisch leitend verbunden zu werden. Beim elektrischen Anschluss der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung wird die Leistungshalbleiteranordnung 1 hergestellt und aus der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung wird die Leistungshalbleitereinrichtung 30 ausgebildet.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer beispielhaft in den 1 bis 3 dargestellten Leistungshalbleiteranordnung 1 beschrieben.
In einem ersten Verfahrensschritt a) erfolgt ein Bereitstellen einer erfindungsgemäß ausgebildeten Leistungshalbleitereinrichtung. Der zur Durchtrennung mit der Schneide 5a vorgesehener Verbindungsabschnitt 6c des Dichtelements 6 ist somit noch nicht mittels der Schneide 5a durchtrennt.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt b) erfolgt ein Anordnen eines eine erste Ausnehmung 4b aufweisenden elektrisch leitenden Laststromanschlusselements 4 außerhalb des Gehäuses 2 der Leistungshalbleitereinrichtung auf dem Dichtelement 6 derart, dass das Stiftelement 7 durch die erste Ausnehmung 4b hindurch verläuft. Das Laststromanschlusselement 4 besteht vorzugsweise zumindest im Wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt c) erfolgt ein Anordnen und Drehen eines ein Gewinde aufweisenden Krafterzeugungselements (9) auf das Gewinde des Stiftelements 7, so dass das Krafterzeugungselement 9 eine in Richtung auf die Hülse 5 wirkende Kraft F auf das Laststromanschlusselement 4 erzeugt, wodurch das Laststromanschlusselement 4 gegen die Hülse 5 gedrückt wird und von der Schneide 5a der Hülse 5 der Verbindungsabschnitt 6c des Dichtelements 6 durchtrennt wird und ein elektrisch leitender Druckkontakt 24 der Hülse 5 mit dem Laststromanschlusselement 4 ausgebildet wird. Die Schneide 5a kann dabei gegebenfalls geringfügig in das Laststromanschlusselement eindringen und sich dabei gegebenenfalls verformen. Die Hülse 5 ist elektrisch leitend mit dem Verbindungselement 3 kontaktiert. Der elektrisch leitende Kontakt zwischen Hülse 5 und dem Verbindungselement 3 kann entweder in Form eines elektrisch elektrischen leitenden stoffschlüssigen Kontakts (z.B. Löt-, Schweiß- oder Sinterverbindung) oder wie beim Ausführungsbeispiel als Druckkontakt realisiert sein. Die Hülse 5 drückt dabei gegen das Verbindungselement 3. Falls zwischen der Hülse 5 und dem Verbindungselement 3 ein Luftspalt angeordnet ist, dann wird der Luftspalt geschlossen, indem sich die Hülse 5 durch die Kraft F auf das Verbindungselement 3 zu bewegt, bis sie einen mechanischen Kontakt und somit auch einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem Verbindungselement 3 aufweist. Das Verbindungelement 3 bildet ein Widerlager für die Hülse 5. Der Haltekörper 17 bildet ein Widerlager für das Verbindungelement 3. Das Laststromanschlusselement 4 ist über die Hülse 7 mit dem Verbindungselement 3 elektrisch leitend verbunden. Das Krafterzeugungselement 9 ist vorzugsweise als Schraubenmutter ausgebildet.
Die Leistungshalbleiteranordnung 1 weist somit ein Leistungshalbleiterbauelement 11, eine Gehäuseöffnung 12 aufweisendes Gehäuse 2, ein innerhalb des Gehäuses 2 angeordnetes und mit dem Leistungshalbleiterbauelement 11 elektrisch leitend verbundenen elektrisch leitendes Verbindungselement 3, ein durch die Gehäuseöffnung 12 hindurchlaufendes Stiftelement 7, das zumindest außerhalb des Gehäuses 2 eine Gewinde aufweist, ein zwischen einer die Gehäuseöffnung 12 begrenzenden, um das Stiftelement 7 umlaufenden Gehäuseöffnungswand 2a des Gehäuses 2 und dem Stiftelement 7 angeordnetes elastisches Dichtelement 6, und eine auf dem Verbindungselement 3 angeordnete und mit dem Verbindungelement 3 elektrisch leitend kontaktierte elektrisch leitende Hülse 5 auf. Das Stiftelement 7 verläuft durch die Hülse 5 und durch eine Dichtelementöffnung 6g des Dichtelements 6 hindurch. Die Hülse 5 weist eine Schneide 5a auf, wobei die Hülse 5 durch das Dichtelement 6 verläuft und das Dichtelement 6 mittels der Schneide 5a in ein zwischen der Gehäuseöffnungswand 2a und der Hülse 5 angeordnetes erstes Dichtelementteil 6a des Dichtelements 6 und ein zwischen der Hülse 5 und dem Stiftelement 7 angeordnetes zweites Dichtelementteil 6b des Dichtelements 6 durchtrennt ist. Die Leistungshalbleiteranordnung 1 weist weiterhin eine erste Ausnehmung 4b aufweisendes elektrisch leitendes Laststromanschlusselement 4 auf, das außerhalb des Gehäuses 2 auf dem Dichtelement 6 derart angeordnet ist, dass das Stiftelement 7 durch die erste Ausnehmung 4b hindurch verläuft, wobei ein auf das Gewinde des Stiftelements 7 gedrehtes, ein Gewinde aufweisendes Krafterzeugungselement 9 der Leistungshalbleiteranordnung 1 eine in Richtung auf die Hülse 5 wirkende Kraft F auf das Laststromanschlusselement 4 erzeugt, wodurch das Laststromanschlusselement 4 gegen die Hülse 5 gedrückt angeordnet ist und ein elektrisch leitender Druckkontakt der Hülse 5 mit dem Laststromanschlusselement 4 ausgebildet ist.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, sofern sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen, beliebig miteinander kombiniert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012219791 A1 [0002]

Claims

Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleiterbauelement (11), mit einem eine Gehäuseöffnung (12) aufweisenden Gehäuse (2), mit einem innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten und mit dem Leistungshalbleiterbauelement (11) elektrisch leitend verbundenen elektrisch leitenden Verbindungselement (3), mit einem durch die Gehäuseöffnung (12) hindurchlaufendem Stiftelement (7), das zumindest außerhalb des Gehäuses (2) ein Gewinde aufweist, mit einem zwischen einer, die Gehäuseöffnung (12) begrenzenden, um das Stiftelement (7) umlaufenden, Gehäuseöffnungswand (2a) des Gehäuses (2) und dem Stiftelement (7) angeordneten elastischen Dichtelement (6), mit einer über dem Verbindungselement (3) angeordneten elektrisch leitenden Hülse (5), wobei das Stiftelement (7) durch die Hülse (5) und durch eine Dichtelementöffnung (6g) des Dichtelements (6) hindurchverläuft und die Hülse (5) eine Schneide (5a) aufweist, wobei die Hülse (5) derart durch einen Teil des Dichtelements (6) verläuft, dass zwischen der Schneide (5a) und einer dem Verbindungselement (3) abgewandten Seite (6d) des Dichtelements (6) ein zur Durchtrennung mit der Schneide (5a) vorgesehener Verbindungsabschnitt (6c) des Dichtelements (6) angeordnet ist, wobei der Verbindungsabschnitt (6c) ein zwischen der Gehäuseöffnungswand (2a) und der Hülse (5) angeordnetes erstes Dichtelementteil (6a) des Dichtelements (6) und ein zwischen der Hülse (5) und dem Stiftelement (7) angeordnetes zweites Dichtelementteil (6b) des Dichtelements (6) verbindet.
Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (6) in die Gehäuseöffnung (6g) eingespritzt ist.
Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Verbindungselement (3) abgewandte Seite (6d) des Dichtelements (6) eine Kontur (6e) aufweist.
Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (6) und die Hülse (5) hohlzylinderförmig ausgebildet sind und das Stiftelement (7) eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweist.
Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (6) an einer dem Verbindungselement (3) zugewandten Seite (6h) des Dichtelements (6) eine Sacknut (14) aufweist, in der ein Teil der Hülse (5) angeordnet ist, wobei die Sacknut (14) nicht durch einen Schneidvorgang mittels der Schneide (5a) ausgebildet ist.
Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Dichtelementteil (6b) eine, dem Stiftelement (7) zugewandte und das Stiftelement (7) umlaufende, Auswölbung (6f) aufweist.
Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stiftelement (7) eine umlaufende Nut (7a) aufweist, wobei zumindest ein Teil der Auswölbung (6f) innerhalb der Nut (7a) angeordnet ist.
Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (6) aus einem Elastomer besteht.
Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet dass das Elastomer aus Silikon besteht, insbesondere aus einem vernetzten Silikonkautschuk besteht.
Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stiftelement (7) eine Außenkante (7c) aufweist, auf dem das zweite Dichtelementteil (6b) aufliegt.
Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleitereinrichtung (30) einen Haltekörper (17) aufweist, wobei das Stiftelement (7) mit dem Haltekörper (17) verdrehsicher verbunden ist, insbesondere in den Haltekörper (17) eingespritzt ist.
Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) auf dem Verbindungselement (3) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiteranordnung (1) mit folgenden Verfahrensschritten: d) Bereitstellen einer nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildeten Leistungshalbleitereinrichtung, e) Anordnen eines eine erste Ausnehmung (4b) aufweisenden elektrisch leitenden Laststromanschlusselements (4) außerhalb des Gehäuses (2) der Leistungshalbleitereinrichtung auf dem Dichtelement (6) derart, dass das Stiftelement (7) durch die erste Ausnehmung (4b) hindurch verläuft, f) Anordnen und Drehen eines ein Gewinde aufweisenden Krafterzeugungselements (9) auf das Gewinde des Stiftelements (7), so dass das Krafterzeugungselement (9) eine in Richtung auf die Hülse (5) wirkende Kraft (F) auf das Laststromanschlusselement (4) erzeugt, wodurch das Laststromanschlusselement (4) gegen die Hülse (5) gedrückt wird und von der Schneide (5a) der Hülse (5) der Verbindungsabschnitt (6c) des Dichtelements (6) durchtrennt wird und ein elektrisch leitender Druckkontakt (24) der Hülse (5) mit dem Laststromanschlusselement (4) ausgebildet wird.
Leistungshalbleiteranordnung mit einem Leistungshalbleiterbauelement (11), mit einem eine Gehäuseöffnung (12) aufweisenden Gehäuse (2), mit einem innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten und mit dem Leistungshalbleiterbauelement (11) elektrisch leitend verbundenen elektrisch leitenden Verbindungselement (3), mit einem durch die Gehäuseöffnung (12) hindurchlaufendem Stiftelement (7), das zumindest außerhalb des Gehäuses (2) eine Gewinde aufweist, mit einem zwischen einer die Gehäuseöffnung (12) begrenzenden, um das Stiftelement (7) umlaufenden Gehäuseöffnungswand (2a) des Gehäuses (2) und dem Stiftelement (7) angeordneten elastischen Dichtelement (6), mit einer auf dem Verbindungselement (3) angeordneten und mit dem Verbindungelement (3) elektrisch leitend kontaktierten elektrisch leitenden Hülse (5), wobei das Stiftelement (7) durch die Hülse (5) und durch eine Dichtelementöffnung (6g) des Dichtelements (6) hindurchverläuft und die Hülse (5) eine Schneide (5a) aufweist, wobei die Hülse (5) durch das Dichtelement (6) verläuft und das Dichtelement (6) mittels der Schneide (5a) in ein zwischen der Gehäuseöffnungswand (2a) und der Hülse (5) angeordnetes erstes Dichtelementteil (6a) des Dichtelements (6) und ein zwischen der Hülse (5) und dem Stiftelement (7) angeordnetes zweites Dichtelementteil (6b) des Dichtelements (6) durchtrennt ist, wobei eine erste Ausnehmung (4b) aufweisendes elektrisch leitendes Laststromanschlusselement (4) außerhalb des Gehäuses (2) auf dem Dichtelement (6) derart angeordnet ist, dass das Stiftelement (7) durch die erste Ausnehmung (4b) hindurch verläuft, wobei ein auf das Gewinde des Stiftelements (7) gedrehtes, ein Gewinde aufweisendes Krafterzeugungselement (9) eine in Richtung auf die Hülse (5) wirkende Kraft (F) auf das Laststromanschlusselement (4) erzeugt, wodurch das Laststromanschlusselement (4) gegen die Hülse (5) gedrückt angeordnet ist und ein elektrisch leitender Druckkontakt der Hülse (5) mit dem Laststromanschlusselement (4) ausgebildet ist.