DE102004008208A1 - Leistungshalbleitermodul - Google Patents
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Abstract
Das Leistungshalbleitermodul umfasst mehrere Substrate (2, 3, 4, 5), auf denen jeweils mindestens ein Halbleiterbauelement (7) verschaltet ist, und mindestens eine elektrische Steuerstrom-Zuleitung (42), die jeweils über eine Leiterbahn und eine Stromabnahme (41) zu einem Substrat (3) verläuft. DOLLAR A Um bei einem derartigen Leistungshalbleitermodul notwendige Vorwiderstände mit geringem Fertigungs- und Bauteilaufwand zu realisieren, ist in der Zuleitung (42) als integraler Bestandteil ein Substrat-Vorwiderstand (44) vorgesehen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit mehreren Substraten, auf denen jeweils mindestens ein Halbleiterbauelement angeordnet und verschaltet ist und die über jeweils einen Substrat-Vorwiderstand z.B. mit Steuersignalen beaufschlagbar sind.
- In Leistungshalbleitermodulen werden üblicherweise zur Schaltung hoher Ströme ein oder mehrere Halbleiterbauelemente (nachfolgend auch Halbleiterchips genannt) auf (Keramik-) Substraten montiert und – bei mehreren Halbleiterchips parallel – verschaltet. Zur weiteren Erhöhung der schaltbaren Stromstärken können wiederum mehrere derartiger Substrate elektrisch parallel geschaltet werden.
- Aus schaltungstechnischen Gründen ist jedem dieser Substrate ein Substratvorwiderstand zugeordnet. Es ist möglich, diese Substrat-Vorwiderstände ebenso wie die Halbleiterchips auf dem jeweiligen Substrat anzuordnen. Dies erhöht aber den Platzbedarf auf den Substraten und den Bauteil- und Montageaufwand der individuellen Substrateinheiten.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Leistungshalbleitermodul notwendige Vorwiderstände mit geringem Fertigungs- und Bauteilaufwand zu realisieren.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein Leistungshalbleitermodul gemäß Patentanspruch 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul umfasst mehrere Substrate, auf denen jeweils mindestens ein Halbleiterbauelement verschaltet ist, und mindestens eine elektrische Zuleitung, die über eine Leiterbahn und eine Stromabnahme zu einem Substrat verläuft, wobei in der Zuleitung als integraler Bestandteil ein Substrat-Vorwiderstand vorgesehen ist.
- Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die integrale Ausbildung des bzw. der Substrat-Vorwiderstände der Raumbedarf des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls erheblich reduziert ist. Außerdem kann die Anzahl zu handhabender und zu montierender Bauteile damit vermindert werden.
- In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass das Material der Stromabnahme zumindest abschnittsweise in seinem Widerstandswert so bemessen ist, dass die Stromabnahme den Vorwiderstand bildet.
- Hierfür geeignete Materialien zur Bildung der Stromabnahme sind beispielsweise stromleitfähige Polymere wie z.B. ein unter dem Namen Polythiopen bekannt gewordene Polymer mit einer Leitfähigkeit von ca. 100 S/cm. Ein sehr stabiles stromleitfähiges Polymer ist unter dem Begriff Polypyrrol bekannt, das gegen Luftsauerstoff und thermische Zersetzung mit einer Leitfähigkeit von 100 S/cm angegeben (Quelle: Rechenzentrum der Münchner Hochschulen). Ein weiteres geeignetes Polymer ist das von der Fa. Bayer Polymers unter dem Namen Baytron P. vertriebene Produkt.
- Es ist auch möglich, die Zuleitung oder Stromabnahme abschnittsweise in ihrem Widerstandswert dadurch anzupassen, dass ein z.B. mäanderförmig gestalteter Verlauf einer Metal lisierung (z.B. Kupfer oder andere leitende Materialien) auf einem nichtleitenden Träger vorgesehen ist.
- Es ist auch möglich, den Vorwiderstand in die Leiterbahn zu integrieren, indem ein Widerstandselement in die Leiterbahn eingefügt wird.
- Zur Realisierung der vorstehend genannten Ausgestaltungen ist es vorteilhaft, wenn die Leiterbahn auf einer dem Anschluss mehrerer Substrate dienenden Leiterkarte ausgebildet ist.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielhaft weiter erläutert; es zeigen:
-
1 : in schematischer Darstellung einen Leistungshalbleitermodulaufbau in Aufsicht, -
2 : einen Querschnitt durch ein Substrat eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls, -
3 : einen Querschnitt durch einen Leiterbahnabschnitt, in den ein Widerstandselement integriert ist, und -
4 : einen Querschnitt durch einen weiteren Leiterbahnabschnitt, in den ein Widerstandselement integriert ist. -
1 zeigt ein Leistungshalbleitermodul1 mit vier Substraten2 ,3 ,4 ,5 . Auf jedem Substrat sind mehrere Halbleiterbauelemente in Form von Halbleiterchips (z.B.7 ,8 ,9 ) angeordnet und in an sich bekannter Weise z.B. über Bonddrähte (2 ) elektrisch verschaltet. Jedem Substrat ist ein – in1 nur schematisch symbolisierter – Vorwiderstand10 ,11 ,12 ,13 zugeordnet, der sich in einem von einer Leiterbahn und einem Steuerstromabnehmer (nachfolgend auch als Steuerstromabnahme bezeichnet) gebildeten Steuerstrompfad zu dem jeweiligen Substrat befindet. -
2 zeigt ausschnittsweise (nämlich nur ein Substrat) im Querschnitt den Gesamtaufbau eines Leistungshalbleitermoduls, umfassend eine metallische Bodenplatte20 , die über eine Lotschicht21 mit dem Substrat3 verlötet ist. Mit in Leiterbahnen strukturierten metallischen Kaschierungen auf der Substratoberseite sind die Halbleiterchips (z.B.7 ) durch Lotschichten22 verbunden. Die Halbleiterchips sind mit (den bereits im Zusammenhang mit1 erwähnten) Bonddrähten24 ,25 ,26 ,27 verschaltet. - Ferner sind in ein Modulgehäuse
30 führende Laststromabnahmen32 ,33 und Steuerstromlaschen35 ,36 zu erkennen. Die Steuerstromlaschen35 ,36 führen zu einer Steuerstromkreisleiterkarte40 . Auf dieser Karte40 sind nicht näher dargestellte Leiterbahnen ausgebildet, die zu den substratindividuellen Steuerstromabnehmern41 führen. Diese Leiterbahnen und die Steuerstromabnehmer41 bilden somit eine zum Substrat führende Zuleitung, die auch als Strompfad42 bezeichnet wird. - In diesen Strompfad
42 ist nach Maßgabe der individuellen funktionellen Anforderungen ein Substrat-Vorwiderstand44 integriert. Dies kann dadurch erfolgen, dass das Material der Steuerstromabnahme41 derart ausgewählt und bemessen ist, dass die Steuerstromabnahme zumindest einen Abschnitt erhöhten elektrischen Widerstandes aufweist. - Es kann aber auch eine lokale Widerstandserhöhung im Verlauf der auf der Karte
40 ausgebildeten Leiterbahn realisiert sein. Dazu kann das Material der Leiterbahn lokal so modifiziert sein, dass ein den betriebsgemäßen Anforderungen genügender Leitungswiderstand besteht. - Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Vorwiderstand
44 in die Leiterbahn integriert ist, indem ein Widerstandselement in die Leiterbahn eingefügt ist. - Der Innenraum des Gehäuses
30 ist mit einem Weichverguss45 unterhalb der Stromsteuerkreiskarte40 und kann (optional) mit einem Hartverguss46 oberhalb der Stromsteuerkreiskarte gefüllt sein. - Das Material der Stromabnahme ist zumindest abschnittsweise in seinem Widerstandswert so bemessen ist, dass die Stromabnahme den Vorwiderstand bildet.
-
3 zeigt einen Querschnitt durch einen Bereich50 einer Leiterbahn51 , in den ein Widerstandselement52 integriert ist. Die Leiterbahn51 ist als leitfähige Metallisierung53 auf einem isolierenden Träger54 (z.B. einem Keramiksubstrat) aufgebracht. Sie weist eine Lücke55 auf, die von einer Folie56 eines stromleitfähigen Polymers57 , z.B. auf Polythiopenbasis, gebildet ist. Der von dem Polymer gebildete Widerstand ist damit als Vorwiderstand58 in den Leitungszug einer den Bereich50 enthaltenden Zuleitung integriert. -
4 zeigt eine Variante der Ausgestaltung eines Bereichs60 einer Leiterbahn61 , in den ein Widerstandselement62 integriert ist. Die Leiterbahn61 ist wie in der Ausführung nach3 als leitfähige Metallisierung63 auf einem isolierenden Träger64 (z.B. einem Keramiksubstrat) aufgebracht. Sie weist ebenfalls eine Lücke65 auf, die mit einem strom leitfähigen Polymer67 , z.B. auf Polythiopenbasis, vergossen ist. Das Polymer67 bildet damit einen integrierten Vorwiderstand68 . Statt dem Polymer kann auch ein geeigneter Leitkleber verwendet werden. -
- 1
- Leistungshalbleitermodul
- 2, 3, 4, 5
- Substrate
- 7, 8, 9
- Halbleiterbauelemente (Halbleiterchips)
- 10, 11, 12, 13
- Vorwiderstände
- 20
- Bodenplatte
- 21
- Lotschicht
- 22
- Lotschichten
- 24, 25, 26, 27
- Bonddrähte
- 30
- Modulgehäuse
- 32, 33
- Laststromabnahmen
- 35, 36
- Steuerstromlaschen
- 40
- Steuerstromkreisleiterkarte
- 41
- Steuerstromabnahme
- 42
- Strompfad
- 44
- Substrat-Vorwiderstand
- 45
- Weichverguss
- 46
- Hartverguss
- 50
- Bereich
- 51
- Leiterbahn
- 52
- Widerstandselement
- 53
- Metallisierung
- 54
- Träger
- 55
- Lücke
- 56
- Abschnitt
- 57
- Polymer
- 58
- Vorwiderstand
- 60
- Bereichs
- 61
- Leiterbahn
- 62
- Widerstandselement
- 63
- Metallisierung
- 64
- Träger
- 65
- Lücke
- 67
- Polymer
- 68
- Vorwiderstand
Claims (4)
- Leistungshalbleitermodul (
1 ) mit mehreren Substraten (2 ,3 ,4 ,5 ), auf denen jeweils mindestens ein Halbleiterbauelement (7 ) verschaltet ist, und mit mindestens einer elektrischen Zuleitung (42 ), die jeweils über eine Leiterbahn und eine Stromabnahme (41 ) zu einem Substrat (3 ) verläuft, wobei in der Zuleitung (42 ) als integraler Bestandteil ein Substrat-Vorwiderstand (44 ) vorgesehen ist. - Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem das Material der Stromabnahme (
41 ) zumindest abschnittsweise in seinem Widerstandswert so bemessen ist, dass die Stromabnahme den Vorwiderstand (44 ) bildet. - Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem der Vorwiderstand (
44 ) als in die Leiterbahn integriertes Widerstandselement in die Leiterbahn ausgebildet ist. - Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, oder 3, bei dem die Leiterbahn auf einer dem Anschluss mehrerer Substrate (
2 ,3 ,4 ,5 ) dienenden Leiterkarte (40 ) ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004008208A DE102004008208B4 (de) | 2004-02-19 | 2004-02-19 | Leistungshalbleitermodul |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102004008208A1 true DE102004008208A1 (de) | 2005-09-15 |
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Country | Link |
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DE (1) | DE102004008208B4 (de) |
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JP2001044360A (ja) * | 1999-08-02 | 2001-02-16 | Hitachi Ltd | 半導体モジュール |
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-
2004
- 2004-02-19 DE DE102004008208A patent/DE102004008208B4/de not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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JP 2001044360 AA |
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US8237260B2 (en) | 2008-11-26 | 2012-08-07 | Infineon Technologies Ag | Power semiconductor module with segmented base plate |
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DE102004008208B4 (de) | 2008-04-03 |
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