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WO2017032356A1 - Power semiconductor device module having a pressure plate that forms a basin - Google Patents

Power semiconductor device module having a pressure plate that forms a basin Download PDF

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WO2017032356A1
WO2017032356A1 PCT/DE2016/000328 DE2016000328W WO2017032356A1 WO 2017032356 A1 WO2017032356 A1 WO 2017032356A1 DE 2016000328 W DE2016000328 W DE 2016000328W WO 2017032356 A1 WO2017032356 A1 WO 2017032356A1
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WO
WIPO (PCT)
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power semiconductor
pressure plate
thermally conductive
semiconductor device
heat
Prior art date
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Ceased
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PCT/DE2016/000328
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Harald Nübel
Elmar Krause
Reiner Barthelmess
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies Bipolar GmbH and Co KG
Original Assignee
Infineon Technologies Bipolar GmbH and Co KG
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Publication date
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Priority to DE112016003856.9T priority patent/DE112016003856A5/en
Priority to RU2018110060A priority patent/RU2693521C1/en
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    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Definitions

  • the present invention relates to a power semiconductor device module for attachment to a heat sink and to an arrangement of both.
  • This comprises means for so-called pressure contacting of the power semiconductor component.
  • pressure contacts have been developed for contacting high-voltage-resistant and high-current resistant components.
  • high-voltage-resistant semiconductor components are high-voltage thyristors, which are the central components in high-voltage converters for the distribution of electrical energy. Especially for such systems, high demands are placed on the reliability of the components.
  • the power semiconductor devices or the like are contacted on a carrier receiving the electronic components by spring-biased pressure contacts or the like.
  • the production and maintenance of a mechanical and thus electrical contact between a contact region of an electronic component and a current-carrying contact is essentially carried out by the mechanically applied forces.
  • This has the advantage that by a corresponding adjustment of the mechanical forces - for example, by means of tensioning devices or spring devices - the thermal exchange loads due to the associated with this mechanical fixation mechanical tolerances can be sufficiently taken into account.
  • the semiconductor device is also in thermally conductive contact with a heat sink to avoid possible damage due to overheating.
  • a heat sink By means of the heat sink, the size of the heat-emitting surface is increased and thus the heat transfer from the semiconductor device to the surrounding medium, such as air, is improved.
  • a solid metallic pressure-receiving plate is present, which is on the one hand in thermal contact with the semiconductor device and on the other hand with the heat sink.
  • the pressure-receiving plate also called pressure plate, not only serves the heat transfer between the power semiconductor device
  • the present invention has the object to provide a power semiconductor device module for attachment to a heat sink and a respective arrangement of both, by means of which the heat transfer between the power semiconductor device and heat sink is improved or ensured and in particular the power semiconductor module easily shed with a potting compound can be.
  • This object is achieved by a module with the features of claim 1.
  • particularly advantageous embodiments of the invention disclose the dependent claims. An equally advantageous use and a mounting method are each the subject of the independent claims. It should be noted that the features listed individually in the claims can be combined with each other in any technically meaningful manner and show further embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.
  • the present invention relates to a power semiconductor device module, hereinafter also referred to as module for short, for attachment to a heat sink, so couple the waste heat of at least one power semiconductor device in the heat sink.
  • the invention is not limited.
  • it is a silicon controlled rectifier (SCR), power regulator, power transistor, insulated gate bipolar transistor (IGBT), metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), power rectifier, a diode such as a Schottky diode, a J-FET, a thyristor, for example Gate turn-off thyristor, a gate-communicated thyristor, a TRIAC, a DIAC or a Fotothyristor is.
  • SCR silicon controlled rectifier
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the at least one power semiconductor component has a disc-shaped form, wherein one of the flat main sides should face the heat sink.
  • the power semiconductor components are interconnected, for example, as a half bridge, full bridge or three-phase bridge.
  • further contacting means are provided for electrically contacting the at least one power semiconductor component.
  • the contacting means are at least partially disposed between the biasing means described below and the power semiconductor device.
  • the contacting means have at least one areal contact area for contacting the component and are formed at the other end in accordance with the desired connection technology, for example as a male plug contact and / or screw connection.
  • a pressure plate which is at least partially thermally conductive is also provided.
  • the pressure plate is formed only in one or more areas thermally conductive or completely thermally conductive.
  • the plate is at least partially or completely made of a metal and / or a metallic alloy and / or a ceramic.
  • the pressure plate preferably has at least one or more heat-conducting regions, aluminum or copper or an aluminum nitride ceramic.
  • the plate is made of a plastic material, such as a thermoplastic, which has metallic particles in or in the heat-conducting regions.
  • the printing plate is made of a ductile, thermally conductive material, such as copper.
  • the comparatively high ductility of the printing plate compared to the materials which are adjacent to the printing plate.
  • zenden elements such as heatsink or the later-described electrically insulating intermediate plate can be used, improves the heat transfer between the heat sink and power semiconductor device, since the ductile material is able to compensate for unevenness in the contact area due to its higher plasticity.
  • biasing means are provided which are designed to bias the contacting means against the power semiconductor component for electrical contacting and the power semiconductor component against the at least one heat-conducting region of the pressure plate, preferably in the direction of the heat sink, for thermal contacting.
  • the biasing means both the function of the electrical pressure contact and the thermal contact between the power semiconductor device and the pressure plate, or the heat sink by these are arranged, for example, that after mounting the power semiconductor device clamped the contacting between the heat sink and the biasing means are.
  • fastening means for fixing the biasing means are provided on the heat sink, wherein the fastening means include the at least partially thermally conductive pressure plate.
  • the at least partially thermally conductive pressure plate forms at least one basin surrounding the power semiconductor component or optionally all power semiconductor components.
  • the pool is understood to mean a receptacle with a bottom and a circumferential wall, wherein the power semiconductor component is arranged in the receptacle.
  • the circumferential wall leads to a mechanical stabilization of the pressure plate, so that in particular the material thickness of the pressure plate in the area provided for the arrangement between the power semiconductor component and the heat sink for better heat dissipation. mensübergang can be reduced without the mechanical stability of the printing plate is jeopardized especially when used as an abutment for the biasing means.
  • the components in particular the power semiconductor components in the housing are coated by a soft potting compound (eg a silicone gel belonging to the group of cold-vulcanizing two-component silicone elastomers) and protected with it. It may also be provided a coating of epoxy resin.
  • a soft potting compound eg a silicone gel belonging to the group of cold-vulcanizing two-component silicone elastomers
  • the circumferential wall and the resulting stabilization, in particular also with respect to a bending stress by the biasing means thus prevents bending at a comparatively small dimensions and good thermal conductivity in the coupling to the heat sink, so that it ultimately not due to mechanical deformation to affect the thermal Coupling to the heat sink comes.
  • the high mechanical stability of the pressure plate furthermore ensures, in one embodiment, reliable attachment of the biasing means to the heat sink via the pressure plate.
  • the pressure plate in turn is fastened for example with screws to the heat sink.
  • the pressure plate has a seat on its side facing the power semiconductor component, for example for the power semiconductor component and / or an electrically insulating intermediate plate and / or the contacting means provided between the power semiconductor component and the pressure plate.
  • the seat coincides with one of the heat-conducting regions.
  • the heat-conducting region is preferably designed such that it has a cross-section which is almost identical to the surface of the power semiconductor component provided for the heat coupling.
  • the heat-conducting region is circular.
  • the seat is preferably designed as a play or press fit for the power semiconductor component and / or the electrically insulating intermediate plate and / or the contacting means.
  • the seat is provided, for example, by a plurality of webs formed by the pressure plate. More preferably, the seat is formed by a countersunk, for example, a sunken against the surrounding surface of the printing plate in the range of 0.5 to 2 mm contact surface. In one embodiment, combinations of webs and countersunk contact surface are provided.
  • the biasing means comprise a plate spring or a flat spring.
  • the module further comprises the aforementioned thermally conductive, electrically insulating intermediate plate for the arrangement between the power semiconductor component and the heat sink.
  • the plate is made substantially or entirely of an aluminum nitride ceramic.
  • the bias voltage is adjustable.
  • the biasing means comprise, for example, at least one screw connection.
  • the pressure for thermal and electrical contacting with the line semiconductor component to the heat sink or the Kunststofftechniksmit- tel on the device abut by the biasing means, for example by means of the screw, on and / or readjusted.
  • the invention further relates to an arrangement of a module in one of the previously described advantageous embodiments and a heat sink, for example a fin heat sink.
  • a heat sink for example a fin heat sink.
  • This consists for example of aluminum.
  • the invention further relates to the use of the module for switching, regulating and / or rectifying electrical current, in particular currents up to 800 A and voltages up to 3600 V.
  • Fig. 1 is a side perspective view of the printing plate 1 according to the invention in one embodiment
  • FIG. 2 shows a perspective side view of a further embodiment of the printing plate 1 according to the invention, with lower contact means inserted therein;
  • FIG. 3 shows a perspective side view of the embodiment of the printing plate 1 according to the invention shown in FIG. 1, with power semiconductor components and completed contacting means inserted therein;
  • FIG. 4 shows a perspective side view of the embodiment of the printing plate 1 according to the invention shown in FIG. 1, with power semiconductor components inserted therein and completed biasing means;
  • Fig. 5 is a perspective view of a module 10 according to the invention, which was completed by placing a hood on the pressure plate 1 shown in Fig. 4 and fixed on a heat sink.
  • FIG. 1 shows in detail a pressure plate 1 of the module 11 according to the invention shown in FIG. 6, which is a part of the fastening means with which the module 11 shown in FIG. 6 is fastened to a heat sink, not shown, by a surface 8, namely the side facing away from the viewer in Figure 1, is applied to the heat sink.
  • the surface 8 is generally planar.
  • the pressure plate 1 is made of aluminum and in a molding casting process and has, in addition to a bottom 10, a circumferential, integrally connected to the bottom wall 10 3.
  • the Pressure plate 1 is made of aluminum, it is completely thermally conductive. Consequently, the pressure plate 1 in the present case is not only partially thermally conductive.
  • This wall 3 represents a mechanical stiffening of the pressure plate 1, so that the bottom 10 can be comparatively thin.
  • the wall 3 defines a basin-shaped recess 9, which is separated in the present case by a, not the height of the wall reaching gutter 5 in two, respectively provided for a single power semiconductor device chambers.
  • the basin 9 also serves to receive a potting compound, not shown.
  • holes 4 are introduced, which serve for the attachment of biasing means, which are explained in more detail with reference to FIG 4.
  • a seat 2, 6 is formed in the pressure plate 1.
  • the seat is formed on the one hand by a round depression 2 in the surface defined by the bottom 10 and by pairs of diametrically opposed webs 6 and serve in total the determination and positioning of an adjacent to the pressure plate 1 insulating and a part 11 of the contacting means, as shown in FIG 2 shown.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a pressure plate 1 according to the invention, in which the design of the webs 6 from FIG. 1 has been dispensed with.
  • FIG. 3 shows an assembly state in which two power semiconductor components 12 are inserted into the basin 9 and the load 11 and control connection elements 16 are completed with contacting means 11, 16.
  • the biasing means 13, 14 are mounted.
  • one power element 12 is provided with this element 12 and an overlying plate spring 19 cross-plate 14 which bias by means of screws 13 which engage in the holes 4 of the pressure plate 1, the power semiconductor 12 against the pressure plate 1 in the direction of the heat sink, not shown, to To ensure both electrical and thermal contact by means of pressure contact. Due to the screws 13, the bias is adjustable.
  • FIG. 5 shows the module 20 finished after encapsulation with a potting compound, not shown, and after covering the pressure plate 1 with a hood 15.
  • the hood 15 has openings, so that the load connections 11 and the control connections 16 remain electrically contactable from the outside.

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Abstract

The invention relates to a power semiconductor device module (20) for fastening a cooling body (18), comprising: - at least one power semiconductor device (12); - contacting means (11, 16) for electrically interconnecting the at least one power semiconductor device (12); - a pressure plate (1) which is thermoconducting at least in portions thereof; - pretensioning means (13, 14, 19) which are designed to pretension the contacting means (11, 16) against the power semiconductor device (12) for the purpose of electrical interconnection, and the power semiconductor device (12) against the at least one thermoconducting portion of the pressure plate (2) which is thermoconducting at least in portions thereof, preferably in the direction of the cooling body (18), for the purpose of thermal contacting; - fastening means (1, 7, 17) for fastening the pretensioning means to the cooling body (18), said fastening means (1, 7, 17) encircling the pressure plate (1) which is thermoconducting at least in portions thereof; characterized in that the pressure plate (1) which is thermoconducting at least in portions thereof forms at least one basin (9) that surrounds the power semiconductor (12).

Description

Bezeichnung: Leistungshalbleiterbauelementmodul mit einer ein Becken ausbildenden Druckplatte  Designation: Power semiconductor module with a pressure plate forming a basin

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelementmodul zur Befestigung an einem Kühlkörper sowie eine Anordnung aus beidem. Dieses um- fasst Mittel zur sogenannten Druckkontaktierung des Leistungshalbleiterbauelements. Im Hinblick auf die gerade in der Leistungshalbleiterelektronik auftretenden Probleme bei thermischen Wechsellasten wurden zur Kontaktierung hochspannungsfester und hochstromfester Bauelemente derartige Druckkontakte entwickelt. Beispiele für solche hochspannungsfesten Halbleiterbauelemente sind Hochvolt-Thyristoren, die die zentralen Bauelemente in Hochspannungsumrichtern zur Verteilung elektrischer Energie sind. Insbesondere für solche Anlagen gelten hohe Anforderungen an die Bauelemente-Zuverlässigkeit. The present invention relates to a power semiconductor device module for attachment to a heat sink and to an arrangement of both. This comprises means for so-called pressure contacting of the power semiconductor component. In view of the problems occurring in power semiconductor electronics in the case of thermal alternating loads, such pressure contacts have been developed for contacting high-voltage-resistant and high-current resistant components. Examples of such high-voltage-resistant semiconductor components are high-voltage thyristors, which are the central components in high-voltage converters for the distribution of electrical energy. Especially for such systems, high demands are placed on the reliability of the components.

Die Leistungshalbleiterbauelemente oder dergleichen werden auf einem die elektronischen Bauelemente aufnehmenden Träger durch federvorgespannte Druckkontakte oder dergleichen kontaktiert. Dabei erfolgt auch die Herstellung und Aufrechterhaltung eines mechanischen und somit elektrischen Kontakts zwischen einem Kontaktbereich eines elektronischen Bauelements und einem den Strom führenden Kontakt im Wesentlichen durch die mechanisch aufgebrachten Kräfte. Dies hat den Vorteil, dass durch eine entsprechende Einstellung der mechanischen Kräfte - zum Beispiel über Spannvorrichtungen oder über Federeinrichtungen - den thermischen Wechsellasten wegen der mit dieser mechanischen Fixierung verbundenen mechanischen Toleranzen ausreichend Rechnung getragen werden kann. The power semiconductor devices or the like are contacted on a carrier receiving the electronic components by spring-biased pressure contacts or the like. In this case, the production and maintenance of a mechanical and thus electrical contact between a contact region of an electronic component and a current-carrying contact is essentially carried out by the mechanically applied forces. This has the advantage that by a corresponding adjustment of the mechanical forces - for example, by means of tensioning devices or spring devices - the thermal exchange loads due to the associated with this mechanical fixation mechanical tolerances can be sufficiently taken into account.

Das Halbleiterbauelement steht zur Vermeidung möglicher Schäden durch Überhitzen ferner in wärmeleitendem Kontakt mit einem Kühlkörper. Mittels des Kühlkörpers wird die Größe der wärmeabgebenden Fläche erhöht und damit der Wärmeübergang von dem Halbleiterbauelement auf das umgebende Medium, wie Luft, verbessert. Bei den bekannten Modulen ist eine massive metallische druckaufnehmende Platte vorhanden, die einerseits in thermischem Kontakt mit dem Halbleiterbauelement und andererseits mit dem Kühlkörper steht. Bei den vorhandenen Gehäusen dient die druckaufnehmende Platte, auch Druckplatte genannt, nicht nur dem Wärmeübergang zwischen dem Leistungshalbleiterbauele- The semiconductor device is also in thermally conductive contact with a heat sink to avoid possible damage due to overheating. By means of the heat sink, the size of the heat-emitting surface is increased and thus the heat transfer from the semiconductor device to the surrounding medium, such as air, is improved. In the known modules, a solid metallic pressure-receiving plate is present, which is on the one hand in thermal contact with the semiconductor device and on the other hand with the heat sink. In the existing housings, the pressure-receiving plate, also called pressure plate, not only serves the heat transfer between the power semiconductor device

Bestätigungskopie| ment und dem Kühlkörper sondern in erster Linie als Widerlager für die Druck- kontaktierungsmittel. Sie wird zur Sicherstellung einer elektrischen Kontaktie- rung des Bauelements mit einem Anpressdruck von beispielsweise 10 bis 20 MPa beaufschlagt. Da die Wärme über und durch diese Platte abgeführt werden muss, beeinträchtigt deren Wärmeleitwiderstand prinzipiell die Wärmeabfuhr. Aber in der Praxis stellt sich zudem das Problem eines unzureichenden thermischen Kontakts zwischen dieser Platte und dem Kühlkörper. Zur Vermeidung von Verlegungen aufgrund der Spannkräfte und den somit anliegenden Biegemomenten ist die druckaufnehmende Platte beim Stand der Technik nämlich vergleichsweise massiv ausgelegt, mit dem Nachteil, dass diese Platte nicht mal geringe Abweichungen von der vorgegebenen Form des Berührbereichs, wie Rauigkeiten oder durch die vorgenannten Verbiegungen entstehende Abweichungen, zwischen dem Kühlkörper und dieser Platte auszugleichen vermag. Somit besteht die Gefahr, dass der Wärmeübergang von dem Leistungshalbleiterbauelement auf den Kühlkörper beeinträchtigt ist. Aufgrund des thermischen Widerstands besteht die Gefahr der Zerstörung und Ausfalls des Leistungshalbleiterbauelements. Confirmation copy | ment and the heat sink but primarily as an abutment for the pressure-contacting. It is acted upon to ensure electrical contacting of the component with a contact pressure of, for example, 10 to 20 MPa. Since the heat has to be dissipated through and through this plate, its thermal conductivity in principle affects the heat dissipation. But in practice, there is also the problem of insufficient thermal contact between this plate and the heat sink. To avoid misalignments due to the clamping forces and the bending moments thus applied, the pressure-absorbing plate is comparatively solid in the prior art, with the disadvantage that this plate not even slight deviations from the predetermined shape of the contact area, such as roughness or by the aforementioned bending resulting deviations, between the heat sink and this plate can compensate. Thus, there is the danger that the heat transfer from the power semiconductor component to the heat sink is impaired. Due to the thermal resistance, there is a risk of destruction and failure of the power semiconductor device.

Vor diesem Hintergrund dieser Nachteile hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Leistungshalbleiterbauelementmodul zur Befestigung an einem Kühlkörper sowie eine betreffende Anordnung aus beidem bereitzustellen, mittels derer der Wärmeübergang zwischen Leistungshalbleiterbauelement und Kühlkörper verbessert oder sichergestellt wird und insbesondere das Leistungshalbleitermodul leichter mit einer Vergussmasse vergossen werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Modul mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung und ein Montageverfahren sind jeweils Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich. Against this background of these disadvantages, the present invention has the object to provide a power semiconductor device module for attachment to a heat sink and a respective arrangement of both, by means of which the heat transfer between the power semiconductor device and heat sink is improved or ensured and in particular the power semiconductor module easily shed with a potting compound can be. This object is achieved by a module with the features of claim 1. Further, particularly advantageous embodiments of the invention disclose the dependent claims. An equally advantageous use and a mounting method are each the subject of the independent claims. It should be noted that the features listed individually in the claims can be combined with each other in any technically meaningful manner and show further embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.

Der vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelementmodul, nachfolgend auch kurz Modul genannt, zur Befestigung an einem Kühlkörper, um so die Abwärme des wenigstens einen Leistungshalbleiterbauelements in den Kühlkörper einzukoppeln. Hinsichtlich des Leistungshalbleiterbauelements und deren Anzahl ist die Erfindung nicht beschränkt. Bevorzugt ist es ein siliziumgesteuerter Gleichrichter (SCR), Leistungsregler, Leistungstransistor, Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), Leistungsgleichrichter, eine Diode, beispielsweise eine Schottky-Diode, ein J-FET, ein Thyristor, beispielsweise ein Gate-Turn-Off-Thyristor, ein Gate-Communicated- Thyristor, ein TRIAC, ein DIAC oder ein Fotothyristor ist. Bei mehreren Leistungshalbleiterbauelementen ist jede Kombination daraus erfindungsgemäß um- fasst. Beispielsweise weist das wenigstens eine Leistungshalbleiterbauelement eine scheibenförmige Gestalt auf, wobei eine der flachen Hauptseiten dem Kühlkörper zugewandt sein soll. Die Leistungshalbleiterbauelemente sind beispielsweise als Halbbrücke, Vollbrücke oder Drehstrombrücke verschaltet. The present invention relates to a power semiconductor device module, hereinafter also referred to as module for short, for attachment to a heat sink, so couple the waste heat of at least one power semiconductor device in the heat sink. With respect to the power semiconductor device and the number thereof, the invention is not limited. Preferably, it is a silicon controlled rectifier (SCR), power regulator, power transistor, insulated gate bipolar transistor (IGBT), metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), power rectifier, a diode such as a Schottky diode, a J-FET, a thyristor, for example Gate turn-off thyristor, a gate-communicated thyristor, a TRIAC, a DIAC or a Fotothyristor is. In the case of several power semiconductor components, each combination thereof is encompassed by the invention. For example, the at least one power semiconductor component has a disc-shaped form, wherein one of the flat main sides should face the heat sink. The power semiconductor components are interconnected, for example, as a half bridge, full bridge or three-phase bridge.

Erfindungsgemäß sind ferner Kontaktierungsmittel vorgesehen, um das wenigstens eine Leistungshalbleiterbauelement elektrisch zu kontaktieren. Beispielsweise sind die Kontaktierungsmittel wenigstens teilweise zwischen den nachfolgend beschriebenen Vorspannmittel und dem Leistungshalbleiterbauelement angeordnet. Beispielsweise weisen die Kontaktierungsmittel wenigstens einen flächigen Kontaktbereich zur Berührkontaktierung des Bauelements auf und sind an ihrem anderen Ende entsprechend der gewünschten Verbindungstechnik, beispielsweise als männlicher Steckkontakt und/oder Schraubverbindung, ausgebildet. According to the invention, further contacting means are provided for electrically contacting the at least one power semiconductor component. For example, the contacting means are at least partially disposed between the biasing means described below and the power semiconductor device. For example, the contacting means have at least one areal contact area for contacting the component and are formed at the other end in accordance with the desired connection technology, for example as a male plug contact and / or screw connection.

Erfindungsgemäß ist ferner eine wenigstens bereichsweise wärmeleitend ausgebildete Druckplatte vorgesehen. Beispielsweise ist die Druckplatte lediglich in einem oder mehreren Bereichen wärmeleitend oder vollständig wärmeleitend ausgebildet. Beispielsweise ist die Platte wenigstens bereichsweise oder vollständig aus einem Metall und/oder einer metallischen Legierung und/oder einer Keramik. Bevorzugt weist die Druckplatte wenigstens in dem oder den wärmeleitenden Bereichen, Aluminium oder Kupfer oder eine Aluminiumnitridkeramik auf. In einer anderen Ausgestaltung ist die Platte aus einem Kunststoffmaterial, wie einem Thermoplast, das im oder in den wärmeleitenden Bereichen metallische Partikel aufweist. Beispielsweise ist die Druckplatte aus einem duktilen, thermisch leitfähigen Material, wie Kupfer, hergestellt. Die vergleichsweise hohe Duktilität der Druckplatte gegenüber den Materialien, die bei den an die Druckplatte angren- zenden Elementen, wie Kühlkörper oder der später beschriebenen elektrisch isolierenden Zwischenplatte, verwendet werden, verbessert den Wärmeübergang zwischen Kühlkörper und Leistungshalbleiterbauelement, da das duktile Material aufgrund seiner höheren Plastizität Unebenheiten im Berührbereich auszugeichen vermag. According to the invention, a pressure plate which is at least partially thermally conductive is also provided. For example, the pressure plate is formed only in one or more areas thermally conductive or completely thermally conductive. For example, the plate is at least partially or completely made of a metal and / or a metallic alloy and / or a ceramic. The pressure plate preferably has at least one or more heat-conducting regions, aluminum or copper or an aluminum nitride ceramic. In another embodiment, the plate is made of a plastic material, such as a thermoplastic, which has metallic particles in or in the heat-conducting regions. For example, the printing plate is made of a ductile, thermally conductive material, such as copper. The comparatively high ductility of the printing plate compared to the materials which are adjacent to the printing plate. zenden elements, such as heatsink or the later-described electrically insulating intermediate plate can be used, improves the heat transfer between the heat sink and power semiconductor device, since the ductile material is able to compensate for unevenness in the contact area due to its higher plasticity.

Ferner sind erfindungsgemäß Vorspannmittel vorgesehen, die ausgelegt sind, die Kontaktierungsmittel gegen das Leistungshalbleiterbauelement zur elektrischen Kontaktierung und das Leistungshalbleiterbauelement gegen den wenigstens einen wärmeleitenden Bereich der Druckplatte, bevorzugt in Richtung des Kühlkörpers, zur thermischen Kontaktierung vorzuspannen. Erfindungsgemäß übernehmen die Vorspannmittel sowohl die Funktion der elektrischen Druckkontaktierung als auch die der thermischen Kontaktierung zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement und der Druckplatte, bzw. dem Kühlkörper, indem diese beispielsweise so angeordnet sind, dass nach der Montage das Leistungshalbleiterbauelement die Kontaktierungsmittel zwischen dem Kühlkörper und dem Vorspannmittel eingespannt sind. Es bestehen die prinzipiellen Vorteile der erfindungsgemäß vorgesehenen Druckkontaktierung, nämlich dass auf eine Lotkontaktierung verzichtet werden kann, die den Nachteil hat, dass sie weniger thermisch stabil ist. Die Druckkontaktierung stellt ferner sicher, dass im Fehlerfall beim sogenannten Durchlegieren des Leistungshalbleiterbauelements sich ein zu detektie- render Kurzschluss ausbildet. Furthermore, according to the invention, biasing means are provided which are designed to bias the contacting means against the power semiconductor component for electrical contacting and the power semiconductor component against the at least one heat-conducting region of the pressure plate, preferably in the direction of the heat sink, for thermal contacting. According to the invention take over the biasing means both the function of the electrical pressure contact and the thermal contact between the power semiconductor device and the pressure plate, or the heat sink by these are arranged, for example, that after mounting the power semiconductor device clamped the contacting between the heat sink and the biasing means are. There are the principal advantages of the inventively provided pressure contact, namely that can be dispensed with a Lotkontaktierung, which has the disadvantage that it is less thermally stable. The pressure contact also ensures that in the event of a fault during so-called alloying of the power semiconductor component, a short circuit to be detected is formed.

Ferner sind Befestigungsmittel zur Befestigung der Vorspann mittel an dem Kühlkörper vorgesehen, wobei die Befestigungsmittel die wenigstens bereichsweise wärmeleitende Druckplatte beinhalten. Furthermore, fastening means for fixing the biasing means are provided on the heat sink, wherein the fastening means include the at least partially thermally conductive pressure plate.

Erfindungsgemäß bildet die wenigstens bereichsweise wärmeleitende Druckplatte wenigstens eine das Leistungshalbleiterbauelement oder gegebenenfalls alle Leistungshalbleiterbauelemente umgebendes Becken aus. Als Becken wird eine Aufnahme mit Boden und umlaufender Wandung verstanden, wobei das Leistungshalbleiterbauelement in der Aufnahme angeordnet ist. Die umlaufende Wandung führt zu einer mechanischen Stabilisierung der Druckplatte, so dass insbesondere die Materialstärke der Druckplatte in dem für die Anordnung zwischen Leistungshalbleiterbauelement und Kühlkörper vorgesehenen Bereich zum besseren Wär- meübergang reduziert werden kann, ohne dass die mechanische Stabilität der Druckplatte insbesondere bei deren Verwendung als Widerlager für die Vorspannmittel gefährdet wird. Es besteht ferner somit die Möglichkeit, auf vergleichsweise günstigere oder leichtere Materialien, wie Aluminium, für die Druckplatte zu wechseln, ohne die Stabilität der Druckplatte zu gefährden. Gleichzeitig besteht aufgrund der Beckenform die Möglichkeit eine das Becken ganz oder teilweise ausfüllende Vergussmasse zu verwenden, um das wenigstens eine Leistungshalbleiterbauelement vor Schmutz und Feuchtigkeit zu schützen. Um die im Modul angeordneten Leistungshalbleiterbauelemente zu schützen, und zur Gewährleistung einer ausreichenden elektrischen Isolierung sind die Komponenten, insbesondere die Leistungshalbleiterbauelemente im Gehäuse durch eine Weichvergussmasse (z. B. ein Silikongel, die zur Gruppe der kaltvulkanisierenden Zwei-Komponenten-Silikonelastomere gehören) überzogen und damit geschützt. Es kann ferner ein Überzug aus Epoxidharz vorgesehen sein. According to the invention, the at least partially thermally conductive pressure plate forms at least one basin surrounding the power semiconductor component or optionally all power semiconductor components. The pool is understood to mean a receptacle with a bottom and a circumferential wall, wherein the power semiconductor component is arranged in the receptacle. The circumferential wall leads to a mechanical stabilization of the pressure plate, so that in particular the material thickness of the pressure plate in the area provided for the arrangement between the power semiconductor component and the heat sink for better heat dissipation. mensübergang can be reduced without the mechanical stability of the printing plate is jeopardized especially when used as an abutment for the biasing means. There is thus also the possibility of switching to relatively cheaper or lighter materials, such as aluminum, for the printing plate, without jeopardizing the stability of the printing plate. At the same time, due to the shape of the basin, it is possible to use a potting compound which completely or partially fills the pelvis in order to protect the at least one power semiconductor component from dirt and moisture. In order to protect the power semiconductor devices arranged in the module, and to ensure sufficient electrical insulation, the components, in particular the power semiconductor components in the housing are coated by a soft potting compound (eg a silicone gel belonging to the group of cold-vulcanizing two-component silicone elastomers) and protected with it. It may also be provided a coating of epoxy resin.

Die umlaufende Wandung und die dadurch bewirkte Stabilisierung, insbesondere auch hinsichtlich einer Biegebeanspruchung durch die Vorspannmittel, verhindert somit bei vergleichsweise geringer Dimensionierung und gleichzeitig guter Wärmeleitfähigkeit eine Durchbiegen im Bereich der Ankopplung an den Kühlkörper, so dass es letztlich nicht aufgrund mechanischer Verformung zur Beeinträchtigung der thermischen Kopplung an den Kühlkörper kommt. Die hohe mechanische Stabilität der Druckplatte sorgt femer in einer Ausgestaltung für eine zuverlässige Befestigung der Vorspannmittel an dem Kühlkörper über die Druckplatte. Die Druckplatte ihrerseits wird beispielsweise mit Schrauben an dem Kühlkörper befestigt. The circumferential wall and the resulting stabilization, in particular also with respect to a bending stress by the biasing means thus prevents bending at a comparatively small dimensions and good thermal conductivity in the coupling to the heat sink, so that it ultimately not due to mechanical deformation to affect the thermal Coupling to the heat sink comes. The high mechanical stability of the pressure plate furthermore ensures, in one embodiment, reliable attachment of the biasing means to the heat sink via the pressure plate. The pressure plate in turn is fastened for example with screws to the heat sink.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Druckplatte auf ihrer dem Leistungshalbleiterbauelement zugewandten Seite einen Sitz auf, beispielsweise für das Leistungshalbleiterbauelement und/oder eine optional zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement und der Druckplatte vorgesehene elektrisch isolierende Zwischenplatte und/oder die Kontaktierungsmittel auf. Bevorzugt fällt der Sitz mit jeweils einem der wärmeleitenden Bereiche zusammen. Damit besteht die Möglichkeit das Leistungshalbleiterbauelement mittels der Vorspannmittel gegen die Druckplatte, d.h. in den Sitz der Druckplatte, auch bei nicht vorhandenem Kühlkörper vorzuspannen. Somit ist das Leistungshalbleiterbauelement unver- lierbar. Es besteht ferner die Möglichkeit, das Modul vorzukonfektionieren und im montierten Zustand zu lagern und zu transportieren. According to a preferred embodiment, the pressure plate has a seat on its side facing the power semiconductor component, for example for the power semiconductor component and / or an electrically insulating intermediate plate and / or the contacting means provided between the power semiconductor component and the pressure plate. Preferably, the seat coincides with one of the heat-conducting regions. This makes it possible to bias the power semiconductor component by means of the biasing means against the pressure plate, ie in the seat of the pressure plate, even when not present heat sink. Thus, the power semiconductor device is captively. It is also possible to prefabricate the module and stored in the assembled state and transport.

Der wärmeleitende Bereich ist bevorzugt so ausgestaltet, dass er einen nahezu mit der für die Wärmekopplung vorgesehenen Fläche des Leistungshalbleiterbauelements deckungsgleichen Querschnitt aufweist. Bevorzugt ist der wärmeleitende Bereich kreisrund ausgebildet. The heat-conducting region is preferably designed such that it has a cross-section which is almost identical to the surface of the power semiconductor component provided for the heat coupling. Preferably, the heat-conducting region is circular.

Bevorzugt ist der Sitz als Spiel- oder Presspassung für das Leistungshalbleiterbauelement und/oder die elektrisch isolierende Zwischenplatte und/oder die Kon- taktierungsmittel ausgebildet. Der Sitz wird beispielsweise durch mehrere durch die Druckplatte ausgebildete Stege bereitgestellt. Noch bevorzugter wird der Sitz durch eine versenkte, beispielsweise eine gegenüber der umgebenden Oberfläche der Druckplatte im Bereich von 0,5 bis 2 mm versenkte Anlagefläche ausgebildet. In einer Ausgestaltung sind Kombinationen aus Stegen und versenkter Anlagefläche vorgesehen. The seat is preferably designed as a play or press fit for the power semiconductor component and / or the electrically insulating intermediate plate and / or the contacting means. The seat is provided, for example, by a plurality of webs formed by the pressure plate. More preferably, the seat is formed by a countersunk, for example, a sunken against the surrounding surface of the printing plate in the range of 0.5 to 2 mm contact surface. In one embodiment, combinations of webs and countersunk contact surface are provided.

Bevorzugt umfassen die Vorspannmittel eine Tellerfeder oder eine Flachfeder. Preferably, the biasing means comprise a plate spring or a flat spring.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Modul ferner die zuvor erwähnte thermisch leitfähige, elektrisch isolierende Zwischenplatte zur Anordnung zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement und dem Kühlkörper. Beispielsweise ist die Platte im Wesentlichen oder ganz aus einer Aluminiumnitridkeramik hergestellt. According to a further advantageous embodiment, the module further comprises the aforementioned thermally conductive, electrically insulating intermediate plate for the arrangement between the power semiconductor component and the heat sink. For example, the plate is made substantially or entirely of an aluminum nitride ceramic.

Bevorzugt ist mittels der Vorspannmittel die Vorspannung einstellbar ist. Hierzu umfassen die Vorspannmittel beispielsweise wenigstens eine Schraubverbindung. Somit kann der Druck zur thermischen und elektrischen Kontaktierung mit dem das Leitungshalbleiterbauelement an den Kühlkörper bzw. die Kontaktierungsmit- tel an dem Bauelement anliegen durch die Vorspannmittel, beispielsweise mittels der Schraubverbindung, ein- und/oder nachgestellt werden. Preferably, by means of the biasing means, the bias voltage is adjustable. For this purpose, the biasing means comprise, for example, at least one screw connection. Thus, the pressure for thermal and electrical contacting with the line semiconductor component to the heat sink or the Kontaktierungsmit- tel on the device abut by the biasing means, for example by means of the screw, on and / or readjusted.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung aus einem Modul in einer der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und einem Kühlkörper, beispielsweise einem Rippenkühlkörper. Dieser besteht beispielsweise aus Aluminium. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Moduls zum Schalten, Regeln und/oder Gleichrichten von elektrischem Strom, insbesondere von Strömen bis 800 A und Spannungen bis 3600 V. The invention further relates to an arrangement of a module in one of the previously described advantageous embodiments and a heat sink, for example a fin heat sink. This consists for example of aluminum. The invention further relates to the use of the module for switching, regulating and / or rectifying electrical current, in particular currents up to 800 A and voltages up to 3600 V.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen Zeichnungen zeigen schematisch:  Further features and advantages of the invention will become apparent from the other claims and the following description of non-limiting embodiments of the invention, which are explained in more detail below with reference to the drawings. In these drawings show schematically:

Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Druckplatte 1 in einer Ausgestaltung; Fig. 1 is a side perspective view of the printing plate 1 according to the invention in one embodiment;

Fig. 2 eine perspektivische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckplatte 1, mit darin eingesetzten unteren Kontak- tierungsmitteln; FIG. 2 shows a perspective side view of a further embodiment of the printing plate 1 according to the invention, with lower contact means inserted therein; FIG.

Fig. 3 eine perspektivische Seitenansicht der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckplatte 1, mit darin eingesetzten Leistungshalbleiterbauelementen und komplettierten Kontaktierungsmitteln; 3 shows a perspective side view of the embodiment of the printing plate 1 according to the invention shown in FIG. 1, with power semiconductor components and completed contacting means inserted therein;

Fig. 4 eine perspektivische Seitenansicht der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckplatte 1, mit darin eingesetzten Leistungshalbleiterbauelementen und komplettierten Vorspannmitteln; 4 shows a perspective side view of the embodiment of the printing plate 1 according to the invention shown in FIG. 1, with power semiconductor components inserted therein and completed biasing means;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Moduls 10, welches durch Aufsetzen einer Haube auf die in Fig. 4 gezeigte Druckplatte 1 komplettiert und auf einem Kühlkörper befestigt wurde.  Fig. 5 is a perspective view of a module 10 according to the invention, which was completed by placing a hood on the pressure plate 1 shown in Fig. 4 and fixed on a heat sink.

In Figur 1 ist im Detail eine Druckplatte 1 des erfindungsgemäßen, in Figur 6 gezeigten Moduls 11 gezeigt, welches ein Teil der Befestigungsmittel ist, mit denen das in Figur 6 gezeigte Modul 11 an einem nicht dargestellten Kühlkörper befestigt wird, indem eine Oberfläche 8, nämlich die dem Betrachter abgewandte Seite in Figur 1, an dem Kühlkörper anliegt. Die Oberfläche 8 ist im Allgemeinen eben ausgestaltet. Zur Befestigung der Druckplatte 1 weist diese vier Bohrungen 7 auf. Mittels die Bohrungen 7 durchgreifender, nicht dargestellter Schrauben erfolgt die lösbare Befestigung der Druckplatte 1 und damit des Moduls 11 aus Figur 6 an dem Kühlkörper. Die Druckplatte 1 ist aus Aluminium und in einem formgebenden Gussverfahren hergestellt und weist neben einem Boden 10 eine umlaufende, mit dem Boden 10 einstückig verbundene Wandung 3 aus. Da die Druckplatte 1 aus Aluminium ist, ist sie vollständig wärmeleitend. Folglich ist die Druckplatte 1 im vorliegenden Fall nicht lediglich bereichsweise wärmeleitend. Diese Wandung 3 stellt eine mechanische Versteifung der Druckplatte 1 dar, so dass der Boden 10 vergleichsweise dünn ausfallen kann. Die Wandung 3 definiert eine beckenförmige Ausnehmung 9, die im vorliegenden Falle durch einen, nicht die Höhe der Wandung erreichenden Zwischensteg 5 in zwei, jeweils für ein einzelnes Leistungshalbleiterbauelement vorgesehene Kammern separiert ist. Das Becken 9 dient ferner der Aufnahme einer nicht dargestellten Vergussmasse. In der Wandung 3 sind Bohrungen 4 eingebracht, die der Befestigung von Vorspannmitteln dienen, die anhand der Figur 4 näher erläutert werden. In der Druckplatte 1 ist ein Sitz 2, 6 ausgebildet. Der Sitz wird einerseits durch eine runde Absenkung 2 in der durch den Boden 10 definierten Oberfläche und durch Paare diametral gegenüberliegender Stege 6 ausgebildet und dienen insgesamt der Festlegung und Positionierung einer an die Druckplatte 1 angrenzend angeordneten Isolierscheibe und eines Teils 11 der Kontaktierungsmittel, wie in Figur 2 gezeigt. In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Druckplatte 1 gezeigt, bei der auf die Ausbildung der Stege 6 aus Figur 1 verzichtet wurde. FIG. 1 shows in detail a pressure plate 1 of the module 11 according to the invention shown in FIG. 6, which is a part of the fastening means with which the module 11 shown in FIG. 6 is fastened to a heat sink, not shown, by a surface 8, namely the side facing away from the viewer in Figure 1, is applied to the heat sink. The surface 8 is generally planar. To attach the pressure plate 1, these four holes 7. By means of the holes 7 by cross, not shown screws, the releasable attachment of the pressure plate 1 and thus of the module 11 of Figure 6 to the heat sink. The pressure plate 1 is made of aluminum and in a molding casting process and has, in addition to a bottom 10, a circumferential, integrally connected to the bottom wall 10 3. Because the Pressure plate 1 is made of aluminum, it is completely thermally conductive. Consequently, the pressure plate 1 in the present case is not only partially thermally conductive. This wall 3 represents a mechanical stiffening of the pressure plate 1, so that the bottom 10 can be comparatively thin. The wall 3 defines a basin-shaped recess 9, which is separated in the present case by a, not the height of the wall reaching gutter 5 in two, respectively provided for a single power semiconductor device chambers. The basin 9 also serves to receive a potting compound, not shown. In the wall 3 holes 4 are introduced, which serve for the attachment of biasing means, which are explained in more detail with reference to FIG 4. In the pressure plate 1, a seat 2, 6 is formed. The seat is formed on the one hand by a round depression 2 in the surface defined by the bottom 10 and by pairs of diametrically opposed webs 6 and serve in total the determination and positioning of an adjacent to the pressure plate 1 insulating and a part 11 of the contacting means, as shown in FIG 2 shown. FIG. 2 shows a further embodiment of a pressure plate 1 according to the invention, in which the design of the webs 6 from FIG. 1 has been dispensed with.

In Figur 3 ist eine Montagezustand gezeigt, in dem zwei Leistungshalbleiterbauelemente 12 in das Becken 9 eingesetzt sind und die Last- 11 und Steueranschlusselemente 16 umfassenden Kontaktierungsmittel 11, 16 komplettiert sind. In Figur 4 sind die Vorspannmittel 13, 14 montiert. Dazu ist pro Leistungshalbleiterbauelement 12 eine diese Element 12 und eine darüber angeordnete Tellerfeder 19 übergreifende Platte 14 vorgesehen, die mittels Schrauben 13, die in die Bohrungen 4 der Druckplatte 1 eingreifen die Leistungshalbleiter 12 gegen die Druckplatte 1 in Richtung des nicht dargestellten Kühlkörpers vorspannen, um mittels Druckkontaktierung sowohl eine elektrische als auch thermische Kontak- tierung zu gewährleisten. Aufgrund der Schrauben 13 ist die Vorspannung einstellbar. FIG. 3 shows an assembly state in which two power semiconductor components 12 are inserted into the basin 9 and the load 11 and control connection elements 16 are completed with contacting means 11, 16. In Figure 4, the biasing means 13, 14 are mounted. For this purpose, one power element 12 is provided with this element 12 and an overlying plate spring 19 cross-plate 14 which bias by means of screws 13 which engage in the holes 4 of the pressure plate 1, the power semiconductor 12 against the pressure plate 1 in the direction of the heat sink, not shown, to To ensure both electrical and thermal contact by means of pressure contact. Due to the screws 13, the bias is adjustable.

Figur 5 zeigt das nach Verguss mit einer nicht dargestellten Vergussmasse und nach Abdecken der Druckplatte 1 mit einer Haube 15 fertiggestellte Modul 20. Die Haube 15 weist Durchbrüche auf, so dass die Lastanschlüsse 11 und die Steueranschlüsse 16 von außen elektrisch kontaktierbar bleiben. Es sind ferner die zu den Befestigungsmitteln gehörige Schrauben 17 gezeigt, die die Bohrungen 7 der Druckplatte 1 durchgreifen, um diese mit der Oberfläche 8 an einem Kühlkörper 18 anliegend mit diesem zu verschrauben. FIG. 5 shows the module 20 finished after encapsulation with a potting compound, not shown, and after covering the pressure plate 1 with a hood 15. The hood 15 has openings, so that the load connections 11 and the control connections 16 remain electrically contactable from the outside. There are also shown belonging to the fasteners screws 17 which pass through the holes 7 of the pressure plate 1 in order to screw these with the surface 8 to a heat sink 18 fitting with this.

Claims

Bezeichnung: Leistungshalbleiterbauelementmodul mit einer ein Becken ausbildenden Druckplatte Patentansprüche Designation: Power semiconductor module with a pressure plate forming a basin. Claims 1. Leistungshalbleiterbauelementmodul (20) zur Befestigung an einem Kühlkörper (18), aufweisend: A power semiconductor device module (20) for attachment to a heat sink (18), comprising: - wenigstens ein Leistungshalbleiterbauelement (12);  - At least one power semiconductor device (12); - Kontaktierungsmittel (11, 16), um das wenigstens eine Leistungshalbleiterbauelement (12) elektrisch zu kontaktieren;  - contacting means (11, 16) for electrically contacting the at least one power semiconductor device (12); - eine wenigstens bereichsweise wärmeleitend ausgebildete Druckplatte - An at least partially thermally conductive formed pressure plate ( i) ; (i); - Vorspannmittel (13, 14, 19), die ausgelegt sind, die Kontaktierungsmittel (11, 16) gegen das Leistungshalbleiterbauelement (12) zur elektrischen Kontaktierung und das Leistungshalbleiterbauelement (12) gegen den wenigstens einen wärmeleitenden Bereich der wenigstens bereichsweise wärmeleitend ausgebildeten Druckplatte (2), bevorzugt in Richtung des Kühlkörpers (18), zur thermischen Kontaktierung vorzuspannen;  - Biasing means (13, 14, 19) which are designed, the contacting means (11, 16) against the power semiconductor component (12) for electrical contacting and the power semiconductor component (12) against the at least one heat-conducting region of the at least partially thermally conductive pressure plate (2 ), preferably in the direction of the heat sink (18) to bias for thermal bonding; - Befestigungsmittel (1, 7, 17) zur Befestigung der Vorspannmittel an dem Kühlkörper (18), wobei die Befestigungsmittel (1, 7, 17) die wenigstens bereichsweise wärmeleitend ausgebildete Druckplatte (1) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens bereichsweise wärmeleitende Druckplatte (1) wenigstens ein den Leistungshalbleiter (12) umgebendes Becken (9) ausbildet.  - Fastening means (1, 7, 17) for fixing the biasing means to the heat sink (18), wherein the fastening means (1, 7, 17) comprise the at least partially thermally conductive pressure plate (1), characterized in that the at least partially thermally conductive pressure plate (1) at least one surrounding the power semiconductor (12) surrounding basin (9). 2. Leistungshalbleitermodul (20) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die wenigstens bereichsweise wärmeleitend ausgebildete Druckplatte (1) auf ihrer dem Leistungshalbleiterbauelement (12) zugewandten Seite einen, bevorzugt mit dem wärmeleitenden Bereich zusammenfallenden, Sitz (2, 6) ausbildet. 2. power semiconductor module (20) according to the preceding claim, wherein the at least partially thermally conductive formed pressure plate (1) on its the power semiconductor component (12) side facing, preferably coincident with the heat-conducting region, seat (2, 6) is formed. 3. Leistungshalbleitermodul (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Druckplatte (1) oder zumindest der wärmeleitende Bereich aus wärmeleitendem Material oder durch eine wärmeleitende Zugabe im Material der Druckplatte (1) oder des wärmeleitenden Bereichs definiert ist. 3. power semiconductor module (20) according to any one of the preceding claims, wherein the pressure plate (1) or at least the heat-conducting region of thermally conductive material or by a heat-conductive addition in the material of the pressure plate (1) or the heat-conducting region is defined. 4. Leistungshalbleitermodul (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wärmeleitende Bereich durch eine stoffschlüssig mit einem verbleibenden Rest der wenigstens bereichsweise wärmeleitend ausgebildete Druckplatte verbundene Einlage ausgebildet ist. 4. power semiconductor module (20) according to any one of the preceding claims, wherein the heat-conducting region is formed by a cohesively connected to a remaining portion of the at least partially thermally conductive pressure plate formed insert. 5. Leistungshalbleitermodul (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorspannmittel (13, 14, 19) eine Tellerfeder (19) oder eine Flachfeder umfassen. 5. power semiconductor module (20) according to any one of the preceding claims, wherein the biasing means (13, 14, 19) comprise a plate spring (19) or a flat spring. 6. Leistungshalbleitermodul (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine thermisch leitfähige, elektrisch isolierende Zwischenplatte zur Anordnung zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement (12) und dem Kühlkörper (18), bevorzugt zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement (12) und der wenigstens bereichsweise wärmeleitenden Druckplatte (1). 6. power semiconductor module (20) according to any one of the preceding claims, further comprising a thermally conductive, electrically insulating intermediate plate for arrangement between the power semiconductor device (12) and the heat sink (18), preferably between the power semiconductor device (12) and the at least partially thermally conductive pressure plate ( 1). 7. Leistungshalbleitermodul (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Becken (9) eine Vergussmasse aufgenommen ist. 7. power semiconductor module (20) according to any one of the preceding claims, wherein in the basin (9) a potting compound is added. 8. Leistungshalbleitermodul (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Haube (15) oder einem Deckel, um mit dem Becken (9) ein Hohlvolumen zur Aufnahme des wenigstens einen Leistungshalbleiterbauelements (12) zu definieren. 8. power semiconductor module (20) according to any one of the preceding claims, with a hood (15) or a lid in order to define with the pelvis (9) a hollow volume for receiving the at least one power semiconductor component (12). 9. Leistungshalbleitermodul (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels der Vorspannmittel (13, 14, 17) die Vorspannung einstellbar ist. 9. power semiconductor module (20) according to any one of the preceding claims, wherein by means of the biasing means (13, 14, 17), the bias voltage is adjustable. 10. Leistungshalbleitermodul (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Leistungshalbleiterbauelement (12) ein siliziumgesteuerter Gleichrichter (SCR), Leistungsregler, Leistungstransistor, Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), Leistungsgleichrichter, eine Diode, beispielsweise eine Schottky- Diode, ein J-FET, ein Thyristor, beispielsweise ein Gate-Turn-Off-Thyristor, ein Gate-Communicated-Thyristor, ein TRIAC, ein DIAC oder ein Fotothyristor ist oder die mehreren Leistungshalbleiterbauelemente Kombinationen daraus sind. 10. The power semiconductor module according to claim 1, wherein the at least one power semiconductor component comprises a silicon-controlled rectifier (SCR), power regulator, power transistor, insulated gate bipolar transistor (IGBT), metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), power rectifier, a diode For example, a Schottky diode, a J-FET, a thyristor, such as a gate turn-off thyristor, a gate-communicated thyristor, a TRIAC, a DIAC, or a photothyristor, or the plurality of power semiconductor devices are combinations thereof. 11. Anordnung aus einem Leistungshalbleitermodul (20) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Kühlkörper (18). 11. Arrangement of a power semiconductor module (20) according to one of the preceding claims and a heat sink (18). 12. Verwendung des Leistungshalbleitermoduls (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Schalten, Regeln und/oder Gleichrichten von elektrischem Strom, insbesondere von Strömen bis 800 A und Spannungen bis 3600 V. 12. Use of the power semiconductor module (20) according to one of claims 1 to 10 for switching, regulating and / or rectifying electrical current, in particular of currents up to 800 A and voltages up to 3600 V.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11063495B2 (en) 2019-07-01 2021-07-13 Nidec Motor Corporation Heatsink clamp for multiple electronic components

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4068368A (en) * 1975-10-14 1978-01-17 The Bendix Corporation Closure for semiconductor device and method of construction
DE2728564A1 (en) * 1977-06-24 1979-01-11 Siemens Ag SEMICONDUCTOR COMPONENT
EP0027629A1 (en) * 1979-10-19 1981-04-29 Siemens Aktiengesellschaft Semiconductor component with at least one or several semiconductor bodies
JPS6074461A (en) * 1983-09-29 1985-04-26 Toshiba Corp Semiconductor device
JPS6074462A (en) * 1983-09-29 1985-04-26 Toshiba Corp Semiconductor device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2942409A1 (en) * 1979-10-19 1981-04-23 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München SEMICONDUCTOR COMPONENT WITH SEVERAL SEMICONDUCTOR BODIES
DE3005313C2 (en) * 1980-02-13 1986-05-28 SEMIKRON Gesellschaft für Gleichrichterbau u. Elektronik mbH, 8500 Nürnberg Semiconductor device
DE3486256T2 (en) * 1983-09-29 1994-05-11 Toshiba Kawasaki Kk Semiconductor device in a pressure pack.
WO2013145619A1 (en) * 2012-03-28 2013-10-03 富士電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4068368A (en) * 1975-10-14 1978-01-17 The Bendix Corporation Closure for semiconductor device and method of construction
DE2728564A1 (en) * 1977-06-24 1979-01-11 Siemens Ag SEMICONDUCTOR COMPONENT
EP0027629A1 (en) * 1979-10-19 1981-04-29 Siemens Aktiengesellschaft Semiconductor component with at least one or several semiconductor bodies
JPS6074461A (en) * 1983-09-29 1985-04-26 Toshiba Corp Semiconductor device
JPS6074462A (en) * 1983-09-29 1985-04-26 Toshiba Corp Semiconductor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11063495B2 (en) 2019-07-01 2021-07-13 Nidec Motor Corporation Heatsink clamp for multiple electronic components

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