Leistungselektronisches Schaltmodul Die Erfindung betrifft ein leistungselektronisches Schaltmo ^¬ dul .

In der Leistungselektronik sind bei zahlreichen Anwendungen Energiewandlung und Energietransport sicherzustellen. Her- kömmliche Leistungsmodule allerdings sind im Fehlerfall bzw. im Abschaltversagen nicht sicher elektrisch leitfähig oder nur mit sehr hohem Aufwand dauerhaft (externe Schutzschalter) elektrisch schaltbar. Es sind Leistungsmodule bekannt, bei welchen im thermischen Fehlerfall (Ausdehnung, Explosion) ein sicherer dauerhafter Kontakt zwischen Emitter und Kollektor eines Leistungshalb ^¬ leiters des Leistungsmoduls sichergestellt ist. Dies wird mittels mechanischer Vorrichtungen mit Federvorspannung ge- währleistet, welche einen elektrischen Kontakt herstellen.

Solche mechanischen Vorrichtungen benötigen jedoch viel Zeit. Ein sicherer und insbesondere schneller Conduct-On-Fail-Fall jedoch erfordert ein sehr schnelles Auslösen, vorzugsweise innerhalb weniger Millisekunden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes leis ^¬ tungselektronisches Schaltmodul zu schaffen, mittels welchem der Fehlerfall rasch und sicher gehandhabt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem leistungselektronischen Schaltmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.

Das erfindungsgemäße leistungselektronische Schaltmodul um- fasst mindestens einen Leistungshalbleiter und einen an den Leistungshalbleiter elektrisch anbindbaren oder an diesem angebundenen ersten Schaltkontakt und einen an dem Leistungs ^¬ halbleiter elektrisch anbindbaren oder an diesem angebundenen zweiten Schaltkontakt, wobei erster und zweiter Schaltkontakt zumindest in einem Bereich zueinander kraftbeaufschlagt und mittels einer elektrischen Isolation voneinander beabstandet sind, wobei die Isolation derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sie infolge Bestromung des Leistungshalbleiters mit einem Fehlerstrom entfernbar ist.

Erfindungsgemäß kann also der Fehlerfall und die damit ein ^¬ hergehende Bestromung des Leistungshalbleiters mit einem Feh ^¬ lerstrom die Entfernung der den ersten und den zweiten

Schaltkontakt beanstandenden Isolation auslösen. Folglich werden erster und zweiter Schaltkontakt im Fehlerfall nicht weiter durch die Isolation beabstandet und können aufgrund der Kraftbeaufschlagung aufeinander zu miteinander elektrisch leitend in Kontakt treten und einen alternativen Fehlerstrompfad ausbilden.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen leistungselektro ^¬ nischen Schaltmodul die Isolation infolge Bestromung des Leistungshalbleiters jedenfalls dort entfernbar, wo die Iso ^¬ lation bei ausbleibender Bestromung den ersten und den zwei- ten Schaltkontakt voneinander beabstandet. Es ist in dieser

Weiterbildung der Erfindung also völlig ausreichend, wenn die Isolation so weit entfernt wird, dass der erste und der zwei ^¬ te Schaltkontakt aufgrund der Entfernung der Isolation nicht weiter beabstandet werden sondern zur Ausbildung eines alter- nativen Fehlerstrompfades miteinander elektrisch leitend in Kontakt treten können.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen leistungselektronisches Schaltmoduls ist die Isolation mit einem Thermoplast und/oder einem Duroplast gebildet. Die Iso ^¬ lation ist in dieser Weiterbildung also derart entfernbar, dass die Isolation infolge des thermischen Fehlerfalls in ein Schmelzprodukt (Schmelztropfen) oder ein Gas oder ein Aerosol oder ein Pulver überführt wird, welches vorzugsweise aufgrund des sich vom Leistungshalbleiters ausbildenden Drucks in Richtung vom Leistungshalbleiter weg fortgetragen wird, sodass zumindest temporär die Isolation entfernbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltmodul ist vorzugsweise die Isolation aus oder mit Polyamid und/oder Polyimid und/oder PEEK ( Polyetheretherketon) und/oder PE (Polyethylen) und/oder PP (Polypropylen) und/oder einem oder mehreren weiteren Materialien gebildet.

Geeigneterweise erstreckt sich bei dem erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltmodul die Isolation von einem am ersten und/oder zweiten Schaltkontakt befindlichen Oberflächenabschnitt des Leistungshalbleiters bis zu dem Bereich. In dieser Weiterbildung der Erfindung kann der am Leistungshalbleiter auftretende thermische Fehlerfall die Entfernung der Isolation am Oberflächenabschnitt des Leistungshalblei ^¬ ters auslösen, also gewissermaßen „zünden". In weiteren Verlauf kann sich dann die Isolation mit einer sich weiter vom Leistungshalbleiter entfernenden Entfernungsfront entfernen, bis sich die Isolation in dem Bereich, an/in welchem erster und zweiter Schaltkontakt zueinander kraftbeaufschlagt sind, entfernt. Besonders vorteilhaft ist die Isolation an dem Oberflächenabschnitt des Leistungshalbleiters auf den Fehler- fall besonders sensitiv, sodass in dieser Weiterbildung der Erfindung der Fehlerfall besonders rasch und zuverlässig ge ^¬ handhabt werden kann.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen leistungselektro- nischen Schaltmodul der Bereich, in zumindest diesem der erste und der zweite Schaltkontakt zueinander kraftbeaufschlagt sind, von dem Leistungshalbleiter beabstandet.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltmoduls umfasst dieses einen ersten und einen zweiten Teil, bei welchem der erste Schaltkontakt mittels des ersten Teils kraftbeaufschlagt ist und/oder der zweite Schaltkontakt mittels des zweiten Teils kraftbeaufschlagt ist. Zweckmäßig bilden der erste Teil einen Boden und der zweite Teil einen Deckel oder der erste Teil einen Deckel und der zweite Teil einen Boden des erfindungs ^¬ gemäßen leistungselektronischen Schaltmoduls.

Bei dem leistungselektronischen Schaltmodul gemäß der Erfindung wird/werden vorzugsweise der erste und/oder der zweite Schaltkontakt mittels eines Abstandshalters kraftbeauf ^¬ schlagt .

Bei dem erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltmodul ist vorteilhaft der Abstandshalter relativ zum Leistungshalb ^¬ leiter betrachtet an einem Randbereich des Schaltmoduls ange ^¬ ordnet und/oder der Abstandshalter umgibt den zumindest einen Leistungshalbleiter umfänglich, zumindest teilumfänglich, vorzugsweise zumindest halbumfänglich, insbesondere vollum ^¬ fänglich .

Geeigneterweise ist bei dem leistungselektronischen Schaltmo- dul der Leistungshalbleiter mit einem Leiter elektrisch kontaktiert und die Isolation bildet einen Träger für den Leiter. Auf diese Weise kann bei einem Fehlerfall des Leistungs ^¬ halbleiters der Fehlerstrom über den Leiter fließen, wobei der Stromfluss über den Leiter das Fortschreiten einer Ent- fernungsfront der Entfernung der Isolation unterstützt und der Leiter das Fortschreiten der Entfernungsfront gewisserma ^¬ ßen führt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches

Schaltmodul mit einem Leistungshalbleiter und einem ersten und einem zweiten je daran angebundenen elektrischen Schaltkontakt, welche mittels einer

Isolation voneinander getrennt sind, beim Auftreten des Fehlerfalls schematisch im Längsschnitt, das erfindungsgemäße leistungselektronische Schalt modul gemäß Figur 1 in einer ersten Phase einer Fortleitung eines Fehlerstroms schematisch im

Längsschnitt, das erfindungsgemäße leistungselektronische Schalt modul gemäß Figur 1 in einer zweiten Phase der Fortleitung des Fehlerstroms schematisch im Längsschnitt sowie das erfindungsgemäße leistungselektronische Schalt modul gemäß Figur 1 in einer letzten Phase der Fortleitung des Fehlerstroms schematisch im Längsschnitt .

Das in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße leistungselekt ^¬ ronische Schaltmodul weist einen auf Kollektorpotential be ^¬ findlichen Boden 10 auf, welcher einen Leistungshalbleiter 20 trägt. Der Leistungshalbleiter 20 ist als Flachteil ausgebil- det, welches zwei einander abgewandte Flachseiten aufweist. Eine Flachseite des Leistungshalbleiters 20 bildet das Kol ^¬ lektorpotential, welches vollflächig auf dem Boden 10 auf ^¬ liegt. Eine vom Boden 10 abgewandte Flachseite des Leistungs ^¬ halbleiters 20 bildet ein Emitterpotential des als Transistor ausgebildeten Leistungshalbleiters 20 aus, welches mittels einer planaren Aufbau- und Verbindungstechnologie, d.h. mit ^¬ tels einer planaren Leiterbahn 30, kontaktiert ist. Unter einer planaren Leiterbahn 30 ist eine Leiterbahn 30 zu verstehen, welche jeweils zumindest abschnittsweise flächig an dem Leistungshalbleiter 20 oder flächig an an diesem angrenzenden Isolierungen oder weiteren Komponenten des leistungselektronischen Schaltmoduls anliegt. Das Emitterpotential des Leis ^¬ tungshalbleiters 20 bildet einen ersten Schaltkontakt und das Kollektorpotential des Leistungshalbleiters 20 bildet einen zweiten Schaltkontakt, zwischen welchen der Leistungshalblei ^¬ ter 20 schaltet. Das Emitterpotential bildet folglich einen ersten Schaltkontakt und das Kollektorpotential bildet folg- lieh einen zweiten Schaltkontakt, zwischen welchen der Leistungshalbleiter 20 schaltet.

Die Leiterbahn 30 ist am Rand des Leistungshalbleiters 20 von der vom Boden 10 fernen Flachseite des Leistungshalbleiters 20 mittels einer aus einem Thermoplast, hier PEEK, gebilde ^¬ ten Isolierschicht 40 beabstandet, welche den Leistungshalb ^¬ leiter 20 in Richtung der flächigen Erstreckung der Flachseiten des Leistungshalbleiters 20 als vollumfängliche Schicht an dem Leistungshalbleiter 20 umschließt und in eine den Boden 10 bedeckende Isolierschicht übergeht. Fern dem Leis ^¬ tungshalbleiter 20 weist die Isolierschicht 40 eine geringere Dicke senkrecht zu den Flachseiten des Leistungshalbleiters 20 auf als der Leistungshalbleiter 20. Die Leiterbahn 30, welche als Kupferleiterbahn ausgebildet ist, führt vom Leis ^¬ tungshalbleiter 20 auf solche vom Leistungshalbleiter 20 fernen Bereiche der Isolierschicht 40.

Mithin ist die Leiterbahn 30 an diesen vom Leistungshalblei- ter 20 fernen Bereichen der Isolierschicht 40 räumlich dem

Kollektorpotential näher als am Leistungshalbleiter 20 anlie ^¬ gende Abschnitte der Leiterbahn 30.

An einem solchen, dem Leistungshalbleiter fernen Bereich der Isolierschicht 40 stützt sich von dieser Isolierschicht 40 ein Abstandshalter 50 vom Boden 10 und von der Isolierschicht 40 und von der darauf befindlichen Leiterbahn 30 ab. Der Abstandshalter 50 trägt einen Deckel 60 und beabstandet diesen vom Boden 10. Der Abstandshalter 50 ist im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet und streckt sich mit seiner

Längsmittelachse senkrecht vom Boden 10 fort. Der Deckel 60 ist im Wesentlichen eben und flach ausgebildet und weist eine dem Boden 10 zugewandte und parallel zu den Flachseiten des Leistungshalbleiters 20 sich erstreckende Flachseite 70 auf.

Im in Figur 1 dargestellten Fehlerfall schließen der erste und zweite Schaltkontakt am Leistungshalbleiter 20 kurz, so dass ein großer Fehlerstrom durch den Leistungshalbleiter 20 zu fließen beginnt. Am Rand des Leistungshalbleiters 20 (be ^¬ trachtet in Richtung der flächigen Erstreckungen der Flachseiten des Leistungshalbleiters 20) beginnt der Fehlerstrom zwischen der Leiterbahn 30 und dem Boden 10 das zwischen der Leiterbahn 30 und dem Boden 10 befindliche Thermoplast, das die Isolierschicht 40 bildet, aufzuschmelzen bzw. zu pulveri ^¬ sieren (Figur 2). Der im Inneren entstehende Druck befördert dieses nach außen. Die Isolierschicht 40 entfernt sich mit einer sich von dem Leistungshalbleiter 20 entfernenden Ent- fernungsfront 100 (Figuren 2, 3 und 4), bis diese Entfer ^¬ nungsfront 100 denjenigen Bereich der Isolierschicht 40 er ^¬ reicht, an welchem sich der Abstandshalter 50 abstützt.

Aufgrund der Entfernung dieses Bereichs der Isolierschicht 40 drückt der Abstandshalter 50 die Leiterbahn 30 auf den Boden 10 (Figur 4), sodass mittels der Leiterbahn 30 und des Ab ^¬ standshalters 50 und des Bodens 10 ein alternativer Fehler ^¬ strompfad für den Fehlerstrom realisiert ist. Der Abstands ^¬ halter 50, die Leiterbahn 30 und der Boden 10 verschmelzen miteinander aufgrund eines infolge der Fehlerstromstärke re ^¬ sultierenden Diffusionslötprozesses, so dass der alternative Fehlerstrompfad durch stoffschlüssige Verbindung bis zu einem Abschalten des Schaltmoduls dauerhaft fehlerstromfest sicher ^¬ gestellt ist.

In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen können anstelle einer planaren Leiterbahn 30 auch in an sich bekannter Weise Drahtbonds, welche mittels Kupferdrähten ge ^¬ bildet sind, vorgesehen sein. D.h. anstelle der planaren Auf- bau- und Verbindungstechnologie kommt zur Kontaktierung des Leistungshalbleiters 20 eine herkömmliche Drahtbondtechnolo ^¬ gie zum Einsatz.

In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispie- len, welche den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbei ^¬ spielen im Übrigen entsprechen, ist jeweils anstelle eines kreiszylindrischen Abstandshalters 50 ein ringförmiger Abstandshalter 50 vorhanden, welcher den Leistungshalbleiter 20 vollumfänglich, d.h. in der Ebene der Flachseiten des Leistungshalbleiters 20 umfänglich, umgibt. Auf diese Weise wird die Entfernungsfront aufgrund des im Leistungshalbleiter 20 entstehenden Drucks stets in Richtung des umfänglichen Ab- Standshalters getrieben. Dieses Prinzip kann auch auf eine Gruppe von Leistungshalbleitern mit einem um die Gruppe befindlichen umfänglichen Abstandshalter übertragen werden.

In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Isolierschicht 40 mit einem anderen Thermoplast, bei ^¬ spielsweise mit Polyamid und/oder Polyimid und/oder PE und/oder PP gebildet. Ferner kann in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen die Isolierschicht 40 auch stattdessen mit einem Duroplast gebildet sein.