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VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht den Nutzen aus der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/803,064, eingereicht
am 24. Mai 2006, und der US-Patentanmeldung Nr. 11/751,936, eingereicht
am 22. Mai 2007, auf deren gesamte Offenbarungen hier Bezug genommen
wird.
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Diese
Anmeldung ist auch verwandt mit der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/747,952,
eingereicht am 23. Mai 2007, mit dem Titel HIGHLY EFFICIENT BOTH-SIDE-COOLED DISCRETE POWER PACKAGE,
ESPECIALLY BASIC ELEMENT FOR INNOVATIVE POWER MODULES (IR-3253 Prov); der
US Seriennummer 11/641,270, eingereicht am 19. Dezember 2006, mit
dem Titel PACKAGE FOR HIGH POWER DENSITY DEVICES (IR-3174); der vorläufigen Anmeldung
Seriennummer 60/756,984, eingereicht am 6. Januar 2006, mit dem
Titel BOND-WIRELESS POWER PACKAGE WITH INTEGRATED CURRENT SENSOR,
ESPECIALLY SHORT CIRCUIT PROTECTION (IR-3175 Prov), und der vorläufigen Anmeldung
Seriennummer 60/761,722, eingereicht am 24. Januar 2006, mit dem Titel
STRESS-REDUCED BOND-WIRLESS PACKAGE FOR HIGH POWER DENISTY DEVICES (IR-3177
Prov), auf deren gesamte Offenbarungen hier Bezug genommen wird.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft Halbleiterleistungsmodule, und sie betrifft insbesondere
eine neuartige Baugruppe oder Anordnung von mehreren Halbleiterbauelementpackungen,
welche von beiden Seiten gekühlt
werden können,
und deren Montage oder Anordnung in Leistungsumwandlungsschaltungen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese
Anmeldung ist für
eine neuartige Struktur und einen Prozess für die mehreren Halbleiterchipbaugruppen,
welche parallele gegenüberliegende
Metalloberflächen
aufweisen, die in guter thermischer Verbindung mit der gegenüberliegenden Oberfläche eines
oder mehrerer Halbleiterchips stehen, die in Sandwichbauweise zwischen
zwei Direktbondkupfer- oder
DBC-Halbleiterscheiben angeordnet und von den Chipelektroden elektrisch
isoliert sind. Die anhängige
Anmeldung Seriennummer 11/751,936, eingereicht, betitelt (IR-3253),
stellt eine zweiseitige Einzelpackung vor, welche vorteilhafterweise
von jeder Seite gekühlt
werden kann.
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Es
wäre wünschenswert,
eine Mehrzahl von solchen Packungen zu montieren bzw. anzuordnen, um
vollständige
Leistungswandlerschaltungen in einem kleinen Volumen zu bilden,
die in einer aggressiven thermischen und mechanischen Umgebung zum
Beispiel für
Kraftfahrzeuganwendungen verwendbar sind. Demnach sind viele Schaltungen
wünschenswert
für solche
Anwendungen, zum Beispiel Hochspannungs-, Hochstrom-Voll- oder -Halbbrücken mit
IGBTs oder anderen MOS-gattergesteuerten Bauelementen oder Copacks,
die parallel geschaltet sind. Es werden häufig Ein- oder Mehrphasenschaltungen
benötigt.
Es ist ferner wünschenswert,
solche Schaltungen zur Gebläseluft-
oder Flüssigkeitskühlung so
montieren bzw. anzuordnen und unterbringen zu können, dass sie dennoch einen
bequemen Zugang zu den Bauelementanschlüssen ermöglichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
wird eine Mehrzahl von doppelseitigen gekühlten Flachpackungen mit eingebettetem
oder in Sandwichbauweise angeordnetem isoliertem Halbleiterchip
mit Anschlüssen,
die sich von wenigstens einer Kante davon erstrecken, in einer parallelen
Reihe gestapelt, wobei sich ihre Anschlüsse von einer einzigen senkrechten
Ebene erstrecken. Eine gemeinsame Trägerstruktur, zum Beispiel der
Deckel eines Kühlmittelbehälterkörpers, nimmt
das Anschlussende der Packungen auf, deren Körper in einer Kühlmittelkammer
aufgehängt
werden können.
Leiterrahmenanschlüsse über der
Oberseite des Deckels verbinden gleiche Anschlüsse miteinander und definieren
die gewünschte
zu bildende Schaltung.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung nimmt eine kammförmige
Montageklammer die einzelnen Packungen nebeneinander und/oder in
paralleler Anordnung auf und drücken
die flachen „Kammzähne" oder Kammzinken
gegen jede Packungsfläche
in guter thermischer Verbindung damit. Die kammförmige Klammer kann dann in
eine Fluid- (Luft oder Flüssigkeit)
Kühlkammer
getaucht werden, wobei die Anschlüsse jeder Packung von der Oberseite der
Kammer vorstehen. Leitende Leiterrahmenstreifen erstrecken sich über die
obere Oberfläche
der Anschlüsse,
um gemeinsame Anschlüsse
zu einem Schaltungsknoten miteinander zu verbinden.
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Alternativ
können
gestapelte Wärmeableiterträger selektive
Gruppen von Packungen aufnehmen, und wobei sie mit geeigneten Befestigungselementen
zusammen gestapelt werden können.
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Die
auf diese Weise hergestellte Baugruppe ist leicht zustande zu bringen,
und sie ist eine zuverlässige
Hochstrom-, Hochspannungsschaltung, welche an einem Motorgehäuse oder
dergleichen in einer Kraftfahrzeug- oder anderen Anwendung angebracht
werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht auf eine Packung, die eine einzelne DBC-Halbleiterscheibe,
wie in der Anwendung Seriennummer 11/641,270 (IR-3174) offenbart,
einsetzt.
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2 ist
eine Querschnittansicht von 1 entlang
der Schnittlinie 2-2 in 1.
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3 ist
eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht der 1 und 2 und
stellt abwechselnde Orientierungen für den Halbleiterchip der Packung
dar.
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4 und 4A sind
Draufsichten von alternativen Strukturen für die Packung.
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5 ist
eine Draufsicht einer weiteren Alternative der Packung der 1, 2 und 3,
in welcher der Chip umgekehrt ist.
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6 ist
eine auseinander gezogene Ansicht der Ausführungsform von 5.
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7 ist
eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform des Bauelements
der 1 bis 6, in welchem ein Kontaktloch
für einen
ohmschen Nebenschluss im DBC-Substrat
ausgebildet ist.
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8 ist
eine Querschnittansicht von 7 entlang
der Schnittlinie 8–8
in 7 und stellt ferner einen MOSFET-Chip in der Vertiefung
in der oberen Kupferschicht der DBC-Halbleiterscheibe dar.
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9 ist
ein Querschnitt einer Packung ähnlich
der von 2, die aber außerdem Lötstoppmulden
enthält,
um den Chip während
des Lötmittelaufschmelzens
zu positionieren.
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10 ist
eine Draufsicht von 9.
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11 ist
eine auseinander gezogene Perspektive der Packung von 9 mit
mehreren Kontaktlöchern
für ohmsche
Nebenschlüsse
in der DBC-Halbleiterscheibe.
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12 stellt
eine DBC-Karte dar, in welcher die Packungen von 1 bis 10 im
Halbleiterscheibenmaßstab
verarbeitet werden können
und individuell oder in ausgewählten
Gruppen vereinzelt werden können.
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13 ist
eine Draufsicht von zwei DBC-Halbleiterscheiben, wobei eine einen
Halbleiterchip und die andere ein Verbindungsmuster für den Chip
trägt,
wenn die Halbleiterscheiben zusammen in Sandwichbauweise angeordnet
werden.
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14 ist
eine Draufsicht der Halbleiterscheiben von 13 nach
dem Anordnen in Sandwichbauweise und Verbinden der Halbleiterscheiben.
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15 ist
eine Querschnittansicht von 14 entlang
der Schnittlinie 15–15
von 14.
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16 ist
eine perspektivische Ansicht der Packung der 13, 14 und 15.
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17 ist
eine perspektivische Ansicht eines U-förmigen Wärmeableiters, der mit der Packung von 16 verbunden
ist.
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18 ist
eine perspektivische Ansicht einer alternativen Klammeranordnung
für die
Packung von 16.
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19 ist
eine perspektivische Ansicht der Packung von 16, die
in einer Flüssigkeitskühlkammer
angebracht ist.
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20 stellt
eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer Baugruppe
von 4 Packungen von der Art, die in 16 dargestellt
ist, in einem leitenden Klemmkamm mit Drain-, Source- und Gatekontaktleiterrahmen
zum Anschließen
der zugehörigen
Anschlüsse
jeder Packung dar.
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21 stellt
eine Baugruppe ähnlich
der von 20 dar, in welcher sich zwei
Packungen in jedem Schlitz des Trägerkamms nebeneinander befinden.
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22 stellt
eine alternative Position von nebeneinander angeordneten Packungen
in einem Kamm, wie beispielsweise dem von 21, dar,
in welchem sich die Anschlüsse
der Packungen von den Seiten des Kamms erstrecken.
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23 stellt
einen kammförmigen
leitenden Träger
zum Aufnehmen von Packungen von der Art dar, die in 18 dargestellt
ist.
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24 stellt
ein Schaltbild einer Einphasenhalbbrücke mit 4 parallelen Schalterchips
in jedem Arm dar.
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25 ist
eine schematische Vorderansicht von 21 mit
Anschlussleitungen, die verbunden sind, um die Schaltung von 24 zu
bilden.
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26 ist
eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht der Baugruppe
von 22 mit Leiterrahmen, um die Struktur von 24 und 25 zu
definieren.
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27 ist
eine perspektivische Ansicht einer Teilbaugruppe für eine zweite
Ausführungsform
der Erfindung.
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28 stellt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung in einer auseinander gezogenen perspektivischen Ansicht
dar, in welcher mehrere Packungen von einem gemeinsamen Deckel hängen und
in ein Flüssigkeitskühltauchbad
getaucht sind und mit Leiterrahmensteckleisten für die freiliegenden Anschlüsse.
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29 stellt
die Ausführungsform
von 30 mit mehreren Reihen von Packungen dar.
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30 stellt
die Baugruppe von 29 mit einem Leiterrahmen (der
Klarheit halber auseinander gezogen) dar, um die Schaltung und Anordnung
der 24, 25 und 28 zu
bilden.
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31 stellt
die Struktur von 30 mit einem einzelnen Mehrschichtleiterrahmen
dar.
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32 ist
eine perspektivische Ansicht eines Flüssigkeitstauchbads, welches
eine Mehrzahl von Flachpackungen aufnehmen kann.
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33 ist
eine perspektivische Ansicht einer weiteren Montageträgerplattenanordnung
zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Flachpackungen.
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34 stellt
eine einzelne Platte von der Art von 33 dar,
in welcher eine Mehrzahl von solchen Platten wie gewünscht zu
Gruppen zusammengefügt
werden kann.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1, 2 und 3 stellen
eine erste Ausführungsform
des Halbleiterbauelements 30 der ebenfalls anhängigen Anmeldung
Seriennummer 11/641,270 (IR-3174) dar. Das Halbleiterbauelement 30 umfasst
einen Halbleiterchip 31 und ein Gehäuse 32.
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Der
Halbleiterchip 32 kann ein siliziumbasierter Leistungs-MOSFET
mit Senkrechtleitung sein, der auf einer Oberfläche eine Sourceelektrode, welche
einen Lötkontakthügel 33 aufnimmt,
eine Gateelektrode, die einen Lötkontakthügel 34 aufnimmt, und
auf der gegenüberliegenden
Oberfläche
eine Drainelektrode aufweist, die eine Lötvorform 35 aufnimmt.
Lötaugen
aus lötbarem
Metall können
anstelle der Lötkontakthügel verwendet
werden, und eine Lötpaste
kann anstelle der Lötvorform
verwendet werden. Obwohl der Chip 31 als Siliziumchip dargestellt
ist, kann er aus jeglicher Art von Halbleitermaterial sein, welche
Galliumnitrid, Siliziumcarbid und dergleichen umfasst. Obwohl der
Chip 31 ferner als ein Leistungs-MOSFET beschrieben wird,
kann er jegliche Art von Halbleiterbauelement sein, welche einen Bipolartransistorchip,
einen IGBT-Chip, einen Kippbauelementchip, einen Diodenchip und
dergleichen umfasst. Ein Copack von einem IGBT und einer Diode kann
seitlich beabstandet voneinander sein und ihr oberes und unteres
Elektron so aufweisen, dass sie miteinander verbunden sind. Es ist
beabsichtigt, dass sich der Begriff „MOS-gattergesteuertes Bauelement" auf jegliche Art
von Halbleiterschaltbauelement mit Leistungselektroden auf wenigstens
einer Oberfläche
davon und einem Gatter zum Umschalten des Bauelements zwischen Ein-
und Aus-Zuständen bezieht.
Es ist beabsichtigt, dass die Begriffe „Sourceelektrode" oder „Sourcekontakt" die Source eines MOSFET
oder den Emitter eines IGBTs identifizieren. Ähnlich ist beabsichtigt, dass
die Begriffe „Drainelektrode" oder „Drainkontakt" und „Kollektorelektrode" oder Kollektorkontakt" austauschbar verwendet
werden.
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Das
Gehäuse 32 kann
eine Halbleiterscheibe sein, die aus einer unteren leitenden Schicht 40, welche
an eine Isolationsschicht 41 an ihrer unteren Oberfläche gebondet
ist, und einer oberen leitenden Schicht 43, welche an die
Isolationsschicht an ihrer Oberseite gebondet ist, besteht. Diese
Art von Struktur wird als „DBC" bezeichnet. Die
obere leitende Schicht 43 ist so gemustert, dass sie eine
Vertiefung 50 aufweist, die geätzt oder anderweitig darin
ausgebildet ist und eine flache Bodenfläche 51 aufweist, die wenigstens
teilweise von einem Rand 52 umgeben ist. Die Oberflächen der
Vertiefung 51 und des Randes 52 können zum
Beispiel nickelplattiert werden, um die Lötmittelbenetzung zu optimieren
und das Gehäuse
gegen Oxidation zu passivieren, sowie die Zuverlässigkeit zu verbessern, indem
die intermetallische Verbindung zwischen dem Lötmittel und dem Kupfer und
dem Silizium oder einem anderen Material des Chips, der an die Oberfläche 51 gelötet werden
soll, geändert
wird.
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Die
leitenden Materialien, die für
die Schichten 40 und 43 verwendet werden, können jegliches Metall
mit hoher Leitfähigkeit,
wie beispiels- und vorzugsweise Kupfer, sein, obwohl andere Metalle
verwendet werden können.
Die mittlere Schicht 41 kann jede gute elektrische Isolation
sein, um die Schichten 40 und 43 voneinander zu
isolieren, und sie könnte ein
Keramikmaterial, vorzugsweise Al2O3, sein. Als weitere Beispiele können auch
AIN und SiN verwendet werden. Die Schichten 40 und 43 können jede
gewünschte
Dicke aufweisen, normalerweise 300 μm, aber sie können jede
andere gewünschte
Dicke haben, normalerweise zwischen 300 und 600 μm. Solche DBC-Materialien sind
im Handel erhältlich
und werden üblicherweise
in Halbleiterbauelementmodulen verwendet, in welchen die Kupferschichten 40 und 43 elektrisch
isoliert werden sollen, aber in thermischer Verbindung, so dass
Wärme,
die in einer Schicht erzeugt wird, durch die Isolationssperrschicht 41 zur
anderen leitenden Schicht strömen
kann.
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Die
Vertiefung 51 weist eine Tiefe auf, die ausreicht, um die
Lötmittelschicht 35,
welche normalerweise weniger als etwa 100 μm dick sein kann, und den Chip 31,
welcher normalerweise auf weniger als etwa 100 μ m verdünnt werden kann, aufzunehmen. Im Beispiel
von 1 ist der Chip 70 μm dick, und das Lötmittel 35 ist
etwa 100 μm
dick, wodurch eine Kupferhaut zwischen der Oberfläche 51 und
der oberen Oberfläche
der Isolationsschicht 41 130 μm dick gelassen wird.
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Der
Chip 31 wird entsprechend an die Oberfläche 50 der Vertiefung 50 gelötet, wobei
die obere Oberfläche
des Chips 31 wenigstens koplanar zur Oberseite des Randes 52 ist.
Lötkontakthügel 33 und 34 stehen über diese
Ebene vor, so dass die Packung umgekehrt werden kann und die Kontakthügel ohne
die Notwendigkeit von Drahtbonden an Leiterbahnen auf einer Leiterplatte
gelötet
werden können. Alternativ
können
lötbare
Lötaugen
anstelle der Lötkontakthügel zur
späteren
Lötbefestigung
verwendet werden. Wärme,
die am Chip 31 während
seines Betriebs erzeugt wird, wird durch das Keramikmaterial 41 zur
Kupferschicht 40 geführt,
welche Wärme
aus der Packung abführen
kann und insbesondere mit einem Wärmeableiter, welcher vom Drain 35 und
der leitenden Schicht 40 elektrisch isoliert ist, thermisch verbunden
sein kann.
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Obwohl
ein verhältnismäßig großer Spalt zwischen
dem Außenumfang
des Chips 31 und der Innenfläche des Randes 52 dargestellt
ist, kann dieser Zwischenraum auf die kleinste Abmessung reduziert
werden, die mit einer problemlosen und leichten Herstellung vereinbar
ist. Außerdem
kann der verbleibende Spalt mit einer Isolationsperle gefüllt werden.
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3 stellt
zwei andere Beispiele von Orientierungen für den Chip 31 an den
Positionen 3A und 3B schematisch dar.
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Der
Rand 52 der Kupferschicht 43 ist in 1, 2 und 3 so
dargestellt, dass er eine Pferdehuf- oder U-Form aufweist. Es können andere Konfigurationen
verwendet werden. Zum Beispiel ist in 4, in welcher
Komponenten, die jenen von 1, 2 und 3 ähneln, dieselben
Bezugszeichen haben, die Vertiefung 51 in Schicht 43 vollständig von
einem Rand 50 umschlossen. 4A stellt
eine andere Ausführungsform
dar, in welcher beide Enden des Randes 43 entfernt oder
geöffnet sind,
um den Kontakt zu den Gate- und Sourcekontakten 34 beziehungsweise 33 zu
vereinfachen. Außerdem
ist es in der Ausführungsform
von 4A weniger wahrscheinlich, dass es während des
Formens oder Gelfüllens
zu einem Lufteinschluss kommt.
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5 und 6 stellen
eine andere Ausführungsform
dar und, wie dies Im Folgenden in allen Zeichnungen der Fall ist,
identifiziert dieselbe Zahl ähnliche
Komponenten. 5 und 6 stellen
den Chip 31 von 1 bis 4 umgekippt
dar, so dass die Source- und Gatekontakthügel (oder die entsprechenden
Kontakthügel
eines IGBTs oder dergleichen) der vertieften flachen Oberfläche 51 gegenüberliegen.
Demnach ist in 5 und 6 die obere Kupferschicht 43 von 1 bis 4 in
Segmente 43a und 43b mit jeweiligen Randsegmenten 52a und 52b und
flachen Vertiefungsbasisabschnitten 51a und 51b geteilt.
Eine kurze Zunge 65 erstreckt sich vom Vertiefungskörper 51b.
Der umgekippte Chip 31 kann dann mit dem Sourcekontakthügel 33,
der an die Oberfläche 51a gelötet ist,
und dem Gatekontakthügel 34,
der an die Oberfläche 51b gelötet und
vom Sourcekontakthügel 33 durch
den Spalt 66 in der oberen leitenden Schicht 43a–43b isoliert
ist, verlötet werden.
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7 und 8 stellen
eine weitere Ausführungsform
dar, in welcher wenigstens ein ohmscher Stromnebenschluss in der
Packung 70 ausgebildet ist (8). Demnach
weist die Isolationsschicht 41 in 7 eine Durchgangsöffnung 71 auf,
die gebohrt oder anderweitig gebildet wird, bevor die Kupferschichten 40 und 43 daran
gebondet werden. Die Durchgangsöffnung 71 kann
auch gebildet werden, nachdem die Schichten 40 und 43 an
die Isolation 41 gebondet wurden. Ein geeignetes elektrisch
leitendes Material 72 (8) füllt dann
die Öffnung 71,
um die Schichten 40 und 43 zu verbinden und den
Nebenschlusswiderstand zu bilden.
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Der
erforderliche Nebenschlusswiderstand hängt von der Anwendung ab und
kann auf größer als
etwa gewünschte
0,1 mOhm bemessen sein, obwohl jeglicher Widerstandswert erzeugt
werden kann. Der Wert des Nebenschlusswiderstands ist ein Kompromiss
zwischen dem annehmbaren Leistungsverlust innerhalb des Nebenschlusses
und dem Spannungsabfall 73 über den Nebenschlusswiderstand 72.
Es ist zu erwähnen,
dass der Nebenschluss 72 in den thermischen Pfad der Packung
integriert ist und durch den Wärmeableiter
oder eine andere Wärmebehandlungskühlung für den Chip 31 automatisch gekühlt wird.
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Der
Widerstand des Nebenschlusses 72 hängt von der Geometrie und der
Länge des
Durchgangslochs 71 und dem spezifischen Widerstand des Nebenschlussmaterials 72 ab.
Das Loch 71 ist zwar mit einem kreisförmigen Querschnitt dargestellt, könnte aber
jede andere Form haben. Seine Länge ist
die der Dicke der Isolationsschicht, welche, wenn es ein Keramikmaterial
ist, ie beispielsweise Al2O3, zwischen
300 μm und
600 μm beträgt.
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Das
Material, das für
den Nebenschluss 72 verwendet wird, kann jeder gewünschte Leiter
sein, zum Beispiel Kupfer oder Lötmittel,
oder es können Materialien,
wie beispielsweise Manganin, sein, welche einen verhältnismäßig niedrigen
thermischen Widerstandskoeffizienten aufweisen. Mehrere parallele Nebenschlüsse, die
gleichmäßig oder
symmetrisch über
die Oberfläche
der Isolationsschicht 21 verteilt werden, können ebenfalls
verwendet werden, dargestellt in 7 durch
gestrichelte Kreise 72a, 72b, 72c, welche
unter der entsprechenden Chipelektrode sind. Dies bietet den Vorteil
einer niedrigeren Induktivität,
eines höheren
Nebenschlussstroms und einer gleichmäßigeren Nebenschlussstromverteilung.
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Als
Nächstes
ist unter Bezugnahme auf 9, 10 und 11 eine
Lötstoppstruktur
dargestellt, welche den Chip 31 während der Chipbefestigung sicher
auf der Oberfläche 51 des
Bauelements oder der Packung 70 von 8 anordnet
und verhindert, dass die Chipkante den Rahmen 52 berührt. Demnach
wird eine Mehrzahl von Vertiefungen oder Mulden 80 um die
gewünschte
Position des Chips 31 gebildet, damit sich der Chip während des
Chipbefestigungsaufschmelzprozesses selbst ausrichtet. Die Mulden 80 weisen
vorzugsweise die abgerundete Bodenform auf, die zum Keramikmaterial 41 hinab reicht.
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Es
ist auch möglich,
einen Isolationslack oder einen anderen Lötstopper innerhalb des Rahmens 52 zu
verwenden. Ein „sanfter" Lötprozess kann
verwendet werden, wobei die Vorform 35, wie dargestellt,
anstelle einer Lötpaste
mit Flussmittel verwendet wird, die ebenfalls verwendet werden kann.
Wenn die Lötvorform 35 verwendet
wird, kann der Lötprozess
durchgeführt
werden, indem eine Gasatmosphäre
gebildet wird, um eine starke Bewegung des Chips innerhalb des DBC-Gehäuses während des
Lötprozesses
zu vermeiden. Die Mulden 80 können jedoch als Lötstopper
fungieren und auch für einen
Spannungsabbau innerhalb des Gehäuses
für die
Bondkraft zwischen dem Kupfer und dem Keramikmaterial während der
zyklischen Temperaturbeanspruchung sorgen.
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Um
die Packungskosten zu minimieren, können die einzelnen Packungen 70 von 8 (oder 30 in 1)
auf einer DBC-Karte gleichzeitig gebildet und dann von der Karte
vereinzelt werden. Demnach ist in 12 eine
DBC-Karte 90 dargestellt. Solche Karten werden in Größen von
beispielsweise 5'' × 7'' oder
4'' × 6'' hergestellt
und weisen eine durchgehende mittlere Keramikschicht 41 mit
oberen und unteren Kupferschichten auf. Diese Schichten können gleichzeitig
maskiert und geätzt
werden, um die einzelnen Packungen 70 (Oder 30)
mit den Vertiefungen 52 in der oberen Schicht, wie in den
vorherigen Figuren; und mit anderen Merkmalen, wie beispielsweise
den Nebenschlüssen 72 und
den Mulden 80 (9 und 10), zu
definieren. Nach dem Mustern der Packungen und der Straßen 95 zwischen
den Packungen, können
verschiedene Chips 31 in die Packungspositionen geladen
werden. Es ist zu erwähnen,
dass die Nebenschlüsse
geprüft
werden können,
bevor die Chips 31 montiert und an Ort und Stelle verlötet werden,
und jede Packung kann vor der Vereinzelung der Packungen geprüft werden.
Ferner können
die Chips, die in die Packungen geladen werden, verschiedene Chips
sein, wie beispielsweise eine Kombination von MOSFETs, IGBTs, Dioden
und dergleichen.
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Es
ist sehr wünschenswert,
die Nebenschluss- 72 Werte zu prüfen, bevor irgendein Silizium-
oder anderer Chip in der jeweiligen Packung angebracht wird, um
einen Ausbeuteverlust zu verringern. Nach dem Ausführen von
Prüfungen
auf Halbleiterscheibenebene können
die DBC-Gehäuse durch
Zersägen,
Zerschneiden oder physikalisches Auseinanderbrechen an den Straßen 95 vereinzelt werden.
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Es
ist zu erwähnen,
dass die Packungen in Gruppen von zwei oder mehr Packungen vereinzelt werden
können.
Zweier-Packungs-Gruppen sind auf der rechten Hälfte von 12 dargestellt.
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Es
ist auch zu erwähnen,
dass Kontaktlöcher in
ausgewählten
Packungspositionen auf der Karte 12 und in ausgewählten von
Packungsgruppen weggelassen werden können.
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Die
Bildung der Packungen auf der Karte 90 hat Vorteile in
Verbindung mit dem Versand von Packungen an einen Kunden. Demnach
können
die Karten intakt an einen Kunden versendet und durch den Nutzer
am Ort des Nutzers vereinzelt werden. Die Karten können durch
eine geeignete Folie für
den Versand geschützt
und für
eine leichtes Abbrechen oder Vereinzeln von Packungen durch den
Endnutzer vorgeschrieben werden.
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Ein
weiterer leitender Wärmeableiter
oder eine weitere leitende Platte 131 kann durch ein Lötmittel
oder einen leitenden Klebeleim an den leitenden Segmenten der Bauelemente 30 befestigt
werden, um eine zusätzliche
doppelseitige Kühlung
für die
Bauelemente 30 bereitzustellen. Die leitende Platte 131 wird
von den Bauelementen 30 durch Isolationsschichten 31 elektrisch
isoliert.
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Ein
zweites DBC- oder eine andere Halbleiterscheibe/anderes Substrat
wird bereitgestellt, um mit den freiliegenden Elektroden auf der
oberen Oberfläche
der ersten DBC-Halbleiterscheibe von 1 bis 12 der
ebenfalls anhängigen
Anmeldung Seriennummer 11/641,270 (IR-3174) einen Kontakt herzustellen.
Die Verwendung zweier solcher DBC-Halbleiterscheiben ist Gegenstand
der ebenfalls anhängigen
Anmeldung Seriennummer 60/747,952 (IR-3253 Prov).
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Demnach
stellt 13 eine erste DBC-Halbleiterscheibe 200 dar,
die jener von 1 bis 12 und
insbesondere von 4a ähnelt, in welcher ein MOSFET-(oder
IGBT-)Chip einen Sourcekontakt 33 (mit einer anderen Form
als der von 4a) und einen Gatekontakt 34 aufweist.
Der Chip 31 wird an die Oberfläche 50 der Vertiefung 51 in
der Kupferschicht 43 gelötet und ist von Randabschnitten 52a und 52b beabstandet,
wie dargestellt. 13 und 15 stellen
auch die zweite leitende Kupferschicht 40 und die Isolationsschicht 41 für die DBC-Halbleiterscheibe
oder -Baugruppe 200 dar.
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Eine
zweite DBC-Halbleiterscheibenbaugruppe 230 wird bereitgestellt
(13, 14, 15 und 16),
um Kontaktverbindungen zum Source- 33, Gate- 34 und
Drainkontakt 35 der Halbleiterscheibe 200 bereitzustellen
und die Baugruppe mit einer zweiten kühlbaren Oberfläche zu versehen.
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Demnach
besteht die zweite DBC-Halbleiterscheibe 230 aus einem
Körper
wie jenem der Halbleiterscheibe 200 und weist einen mittleren
Keramikkörper 231 mit
einer unteren Kupferschicht 232 (15) und
einer gemusterten oberen Kupferschicht auf, welche so gemustert
ist, dass sie eine Sourceleiterbahn 240, eine Gateleiterbahn 241 und
eine Drain(Rand-)Leiterbahn 242 aufweist. Der Drainrand 242 kann
auf seiner linken Seite in 13 und 14 erweitert
werden, falls gewünscht,
und ein getrennter Drainkontaktanschluss kann an dieser Stelle angeschlossen
werden. Alle Leiterbahnen werden zur Oberfläche der Keramikschicht 231 hinab
geätzt,
um die Leiterbahnen voneinander zu isolieren. Die Leiterbahnen sind
so angeordnet, dass die Halbleiterscheibe 200 von der Position
von 13 um- und auf die Oberseite der Halbleiterscheibe 230 gedreht
werden kann, wie in 14 und 15 dargestellt,
um den Chip 31 in Sandwichbauweise anzuordnen, wobei Leiterbahnen 240, 241 und 242 mit dem
Sourcemetall 33, dem Gatemetall 34 beziehungsweise
den Rändern 52a, 52b in
Kontakt kommen.
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Ein
leitender Leiterrahmen von leitenden Annschlüssen 250, 251 und 252 kann
an die Leiterbahnen 241, 240 beziehungsweise 242 gelötet werden
und sich über
den Umfang des Sandwichbaus hinaus erstrecken, um als Anschlüsse für das Bauelement
zu dienen.
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Die
Leiterbahnen 241, 240 und 242 können durch
ein Lötmittel
oder ein leitendes Epoxid oder dergleichen mit den Elektroden 34, 33 und 52a, 52b verbunden
werden, und sie können
gleichzeitig mit dem Haften der Leiterrahmen 250, 251, 252 an
den Leiterbahnen 241, 240 und 242 gesichert
werden. Ein zusätzlicher
Chip und entsprechende Leiterrahmenanschlüsse können nach Wunsch für Copackchips
innerhalb des Sandwichbaus hinzugefügt werden.
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Der
montierte Sandwichbau des Chips 31, der Halbleiterscheibe 200 und
der Halbleiterscheibe 230 kann mit jeder geeigneten bekannten
Kunststoffisolationsformmasse 260 (15 und 16) übergossen
werden, wobei die Außenflächen der
Kupferleiter 40 und 232 freiliegend gelassen werden,
wie in 15 und 16 dargestellt
ist.
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Die
fertig gestellte Struktur kann nun von beiden Seiten des Chips 31 und
von den isolierten Kupferleitern 40 und 232 (14, 15 und 16) durch
Luft oder flüssige
Kühlmittel
gekühlt
werden.
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Demnach
stellt in der neuartigen Baugruppe von 13 bis 16 die
untere DBC-Halbleiterscheibe 230 Kontaktinseln
für den
Chip 31 innerhalb der DBC-Hableiterscheibe 200 bereit.
Der Chip 31 kann jedes MOS-gattergesteuerte Bauelement
oder Diode oder dergleichen sein, und es können auch mehrere Chips in
der DBC-Halbleiterscheibe 200 angebracht und durch geeignete
Leiterbahnen in der unteren DBC-Halbleiterscheibe 230 in Kontakt
gebracht werden. Demnach kann jedes Copack von zwei oder mehr Chips,
zum Beispiel einem Highside- und einem Lowside-Schalter, in einem
einzigen Sandwichbau untergebracht werden.
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Es
können
geeignete Mittel bereitgestellt werden, um die oberen und unteren
DBC-Halbleiterscheiben
während
des Lötens
auszurichten, wie beispielsweise die zuvor beschriebe Muldenstruktur, Lötresists,
Einstellelemente und dergleichen. Ferner können Mittel zum Sichern gegen
Lichtbogenbildung und Spannungsdurchschlag und zum Vergrößern des
Kriech- oder Öffnungswegs
zwischen Anschlüssen,
wie beispielsweise Isolationsschichten, Lötstoppresist, Polyimidfolien
und dergleichen, bereitgestellt werden. Es kann auch selektives Ätzen verwendet werden,
um kritische Abstände
zwischen dem DBC-„Gehäuse, dem
Halbleiterchip und der unteren DBC zu vergrößern. Ein Unterfüllexpoxid
kann ebenfalls eingesetzt werden.
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Es
ist zu erwähnen,
dass der Sandwichbau von 15 und 16 sehr
flach ist, und bei einer typischen DBC-Halbleiterscheibendicke von
1 bis 1,5 mm beträgt
die Sandwichbaudicke 2 bis 3 mm. Der DBC-Halbleiterscheibensandwichbau
kann in Abhängigkeit
von der Anzahl von Chips innerhalb des Sandwichbaus eine Länge und
Breite von zum Beispiel 10 bis 15 mm aufweisen. Wenn mehrere Chips verwendet
werden, können
zusätzliche
Leiterrahmenanschlüsse,
zum Beispiel die Anschlüsse 270, 271 und 280,
zur Baugruppe hinzugefügt
werden, wie in 16 dargestellt, und sich von
der Sandwichbaukante gegenüber
den Anschlüssen 250, 251, 252 erstrecken.
Die verschiedenen Leiterrahmenanschlüsse können in Form, Dicke, Material,
Plattierung und dergleichen für
eine bestimmte Anwendung an Kundenwünsche angepasst werden.
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Es
wird nun möglich,
die Baugruppe von 15 und 16 derart
zu montieren, dass eine zweiseitige Kühlung durchgeführt werden
kann. Demnach können
zwei getrennte Wärmeableitermetallplatten
zum Beispiel durch Verleimen oder Verlöten oder dergleichen an den
Kupferschichten 40 und 232 in 15 und 16 befestigt
werden.
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17 stellt
eine U-förmige
Metallklammer 300 dar, welche mechanisch über die
Oberflächen der
Kupferschichten 40 und 332 von 15 und 16 in
Presskontakt mit diesen Oberflächen
gestülpt
werden können.
Ein Lötmittel,
ein thermisch leitender Leim oder ein thermisches Fett können ebenfalls
verwendet werden, um eine gute Kühlung
von beiden Seiten des DBC-Sandwichbaus zu gewährleisten.
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Die
Klammer 300 kann in die Position gedreht werden, die in 18 dargestellt
ist, wenn sich zwei Sätze
von Anschlussleitungen 250, 251, 252 und 270, 271, 272 von
den gegenüberliegenden
Seiten des Gehäuses
erstrecken.
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Es
ist insbesondere mit der Baugruppe von 17 möglich, die
kühlbaren
Oberflächen
einer Kühlflüssigkeit
auszusetzen, da die Anschlüsse 250, 251 und 252 von
den Kupferplatten 40 und 232 isoliert sind. Demnach
kann, wie in 19 dargestellt, die Baugruppe 300 an
ihrer Endfläche
benachbart zu den Anschlüssen 250, 251, 252 an
einer Montageplatte 310 befestigt werden, welche die Oberseite des
Kühlmittelbehälters 311 versiegelt.
Die Kühlflüssigkeit
kann nach Wunsch innerhalb der oder in die und aus der Kammer 311 zirkulieren
gelassen werden.
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Als
Nächstes
ist unter Bezugnahme auf 20 eine
Ausführungsform
der Erfindung dargestellt, in welcher eine Mehrzahl von doppelseitigen gekühlten Flachpackungen 400 von 16 in
einer bestimmten Schaltung montiert und zur 2-seitigen Kühlung verfügbar ist.
Vorhergehend werden, wie in der zuvor erfolgten Beschreibung, dieselben
Bezugszeichen verwendet, um ähnliche
Teile oder Komponenten zu identifizieren. Ferner sind die dünnen Packungen 400,
die von beiden Seiten kühlbar
sind, und ein Sandwichbau eines oder mehrerer Halbleiterchips vorzugsweise
von der Art, die in 1 bis 19 dargestellt
ist und 2 DBC-Halbleiterscheiben einsetzt; aber in den zu beschreibenden
Baugruppen können
die Packungen andere Formen annehmen, solange eingebettete Halbleiterbauelemente
zwischen den beiden Außenflächen der
einzelnen Packungen montiert werden und elektrisch davon isoliert,
aber in guter thermischer Verbindung damit sind.
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Mit
einer dünnen
Packung ist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, eine rechteckige
Packung mit einer Dicke von weniger als etwa 5 mm oder mehr mit
2 oder mehr Anschlüssen
gemeint, die mit dem internen Halbleiterchip verbunden sind und sich
von einem Ende eines verkapselten Kunststoffgehäuses erstrecken. Isolierte
thermisch leitende Platten (wie beispielsweise Kupfer) auf den gegenüberliegenden
Bauelementseiten der Packung.
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In 20 bis 37 sind die einzelnen Packungen mit dem
Bezugszeichen 400 bezeichnet und enthalten einen Leistungs-MOSFET
mit hervorragenden Gate-, Source- und Drainkontakten 401, 402 beziehungsweise 403.
Es können
jedoch mehrere Chips und zusätzliche
entsprechende Anschlussleitungen verwendet werden, und der Chip
kann jeder MOS-gattergesteuerte Leistungschip, wie beispielsweise
IGBTs mit Freilaufdioden, Bipolartransistoren, JFETs MOSFETs, Dioden
und dergleichen sein.
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Unter
Bezugnahme auf 20 sind 4 Packungen 400 zwischen
den flachen Zähnen
oder Zinken der kammförmigen
Metallklammer 410 angebracht, wobei ihre Gate-, Source- und Drainanschlüsse 401, 402 beziehungsweise 403 über die
Enden der Klammerzinken vorstehen. Die Bereiche der Chipzähne sind
koextensiv zu den äußeren Kupferplatten
der DBC-Halbleiterscheiben (zum Beispiel Platten 40 und 232 von 15).
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Die
kammförmige
Klammer 410 kann Kupfer sein, wobei ihre Innenflächen unter
Verwendung von thermischem Fett oder thermisch leitenden Klebstoffen
gegen die freiliegenden Kupferflächen
jeder Packung gelötet,
geleimt bzw. geklebt und/oder gepresst sind, um eine gute thermische
Verbindung zu allen Packungen 400 herzustellen. Leitende
Leiterrahmen 415, 416 und 417, welche
voneinander isoliert sind, sind vorgesehen, um alle Gate-, Sourceund Drainanschlüsse 401, 402 beziehungsweise 403 miteinander
zu verbinden.
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Ein
zusätzlicher
Wärmeableiter 420 aus Kupfer
oder dergleichen kann an eine oder beide Seiten des der Klammer 410 angeschlossen
sein.
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21 stellt
eine alternative leitende Klammer 430 dar, welche längliche
Zinken aufweist, die es ermöglichen,
dass zwei Packungen 400 im Schlitz zwischen jedem Paar
von Kammzinken, wie dargestellt, montiert werden. Leiterrahmen,
die in Verbindung mit 25, 26, 27 zu
beschreiben sind, werden verwendet, um geeignete Verbindungen zu
den Anschlüssen
der Packungen 400 herzustellen.
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22 stellt
eine Modifikation von 21 dar, in welcher die Packungen 400 um
90° gedreht sind,
so dass sich ihre Anschlüsse
von den Seiten der Klammer 430 erstrecken. Leiterrahmen
(nicht dargestellt), die sich entlang jeder Seite der Klammer 430 erstrecken,
stellen die gewünschte
Verbindung mit jedem Packungsanschluss her.
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23 stellt
noch eine andere Ausführungsform
der Erfindung dar, in welcher die Packung 400 von 22 ein
Copack von wenigstens zwei MOSFETs ist, zum Beispiel wie jenes von 17,
wobei sich die Chipanschlüsse
von gegenüberliegenden Enden
der Packung erstrecken. Mehrere gestapelte Bauelemente dieser Art
sind zwischen den Zinken des kammförmigen Wärmeableiters 440 angebracht und
in gutem thermischen Kontakt mit den Kupferflächen, wie beispielsweise der
Oberfläche 441 der
Packung 400 in 23. Wiederum
verbinden Leiterrahmen (nicht dargerstellt) auf den gegenüberliegenden Seiten
der Klammer 440 die Anschlüsse der Packungen 400 gemäß den Anwendungsanforderungen.
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24 ist
ein Schaltbild eines Halbbrückenleistungsmoduls,
das ein Copack von 4 IGBT-Chips (4 Packungen 400) mit entsprechenden
parallel geschalteten Freilaufdioden auf jeder Seite des Schalters
verwendet. Es kann jede andere gewünschte Anwendungsschaltung
bereitgestellt werden. Ferner könnten
die IGBTs, falls gewünscht,
durch Leistungs-MOSFETs mit den Source- und Drainanschlüssen statt
den Emitter- beziehungsweise Kollektorelektroden ersetzt werden.
Es ist ferner zu erwähnen, dass,
obwohl 4 Packungen 400 parallel dargestellt sind, jede
gewünschte
Anzahl von parallelen Packungen oder Chips verwendet werden kann.
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In 24 umfasst
der Highside-Abschnitt der Brücke 4 IGBT-Copacks 450, 451, 452 und 453; und
der Lowside-Abschnitt umfasst 4 IGBT-Copacks 455, 456, 457 und 458.
Jeder der Chips 450 bis 458 ist in einer entsprechenden
zweiseitigen gekühlten Packung
enthalten. Wenn die Schaltung ausgelegt ist, um zum Beispiel einen
Motor von einer Kraftfahrzeugbatterie anzutreiben, werden die Batterie(+)- und
(–)-Anschlüsse 460 beziehungsweise 461 der Batterie
so angeschlossen, wie dargestellt, und die Knoten zwischen den Schalterpaaren 450, 455; 451, 456; 453, 457; 454, 458 werden
mit einer Motorphase 464 verbunden. Geeignete Gatesteuerschaltungen werden
mit den Highside- und Lowside-Gateanschlüssen 462 beziehungsweise 463 verbunden.
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Die
Schaltung von 24 ist in der Baugruppe der
Erfindung mit den Anordnungen von 21, 22 und 23 durch
geeignete Leiterrahmenverbindungen mit den Bauelementanschlüssen leicht auszuführen.
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25 und 26 stellen
eine neuartige induktionsarme Mehrschicht-Leiterrahmenanordnung für die Baugruppe
von 21 dar, um die Schaltung von 24 (mit
MOSFETs) zu bilden. Demnach ist die Baugruppe mit einem Motorphasenleiterrahmen 470,
welcher alle Highside-Drainanschlüsse 403 und alle Lowside-Sourceanschlüsse 402 aufnimmt;
einem Batterie(+)-Leiterrahmen 471, welcher alle der Sourceanschlüsse der
(linken) Highside-Sourceanschlüsse 402 aufnimmt,
einem Batterie(–)-Leiterrahmen 472,
welcher alle Lowside-Drainanschlüsse 403 aufnimmt,
einem Highside-Gateleiterrahmen 473, welcher alle Highside-Gateanschlüsse 401 aufnimmt,
und einem Lowside-Gateleiterrahmen 473, welcher alle Lowside-Gateanschlüsse 401 aufnimmt, dargestellt.
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Die
Leiterrahmen 470, 471, 472, 473 und 474 können, wie
in 25 und 26 dargestellt,
in Bezug auf einer Isolationsträgerschicht 480 so
getragen werden, dass sie voneinander isoliert sind. Eine optionale
Isolationsschicht 483 kann hinzugefügt werden, um die Leiterrahmenisolation
zu gewährleisten.
Die Bauelementanschlüsse
können
mit ihren entsprechenden Leiterrahmen durch Löt-, Schweiß-, Presspass- oder Durchpassbefestigung
verbunden werden. Die Leiterrahmenschichten können in Bezug auf die Oberflächen der
Isolationsschicht 480 nach Wunsch geändert werden. Die Isolationsgehäuse der Packungen 400 können ebenfalls
als Isolations- und Kontrollelemente verwendet werden, um die Notwendigkeit
der optionalen Isolationsschicht 481 von 25 zu
beseitigen.
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Es
ist zu erwähnen,
dass der Mehrschichtleiterrahmen eine Teilbaugruppe sein kann, welche
in einem einzigen Schritt mit allen Kontakten verbunden werden kann.
Die verschiedenen Anschlüsse
können nach
Wunsch geformt sein. Außerdem
kann jegliche gewünschte
Schaltung gebildet werden, zum Beispiel H-Brücken und dergleichen, in welcher
Leiterrahmen einen entsprechenden Kontakt mit den Anschlüssen der
4 Packungen 400 herstellen. Außerdem können Gatetreiberschaltungs-
(die Gatetreiberplatten-) Sensoren, Schutzschaltungen, Buskondensatoren
und dergleichen auf den Seiten und Unterseiten des Wärmeableiters
angebracht werden.
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Die
Wärmeableiter
oder Kämme 410, 430 und 440 von 20 bis 23 können andere
Formen als jene aufweisen, die dargestellt sind, und sie können primäre und sekundäre Kühlelemente
aufweisen. Zum Beispiel können
die Kämme
Kühlrippen für eine wirksamere
Gebläsekühlung oder
Flüssigkeitskühlung aufweisen,
und sie können
innere Kanäle
aufweisen, um flüssige
Kühlmittel
zu führen.
Solche aktive oder passive Kühlelemente
werden am besten auf der Basis oder den Seitenwänden des Kamms oder der Klammer
angebracht.
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Ferner
können
die Wärmeableiter 410, 430 und 440 eine
einzelne Spritzgusskomponente sein oder aus modularen plattenähnlichen
Elementen gebildet sein, die zum Beispiel durch schraubenähnliche
Befestigungsmittel oder durch Schweißen, Löten oder ein anderes Klebemittel
miteinander verbunden sein können.
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27 stellt
modulare leitende Wärmeableiterelemente 500 dar,
welche jeweils zwei nebeneinander angeordnete Packungen 400 aufnehmen.
Es kann jede gewünschte
Anzahl solcher Module zusammen gestapelt und verklemmt oder anderweitig durch
Schrauben oder Bolzen durch Schraubenlöcher 501 verbunden
werden, um die Wärmeableiterflächen in
thermischen Kontakt mit den Oberflächen, wie beispielsweise der
Kupferplatte 441 der Packungen 400, zu drücken. Ein
thermisch leitender Klebstoff oder ein thermisches Fett kann verwendet
werden, um die wirksamste zweiseitige Kühlung der Packungen 400 zu
erreichen.
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28 stellt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung dar, in welcher die Oberseiten der Packungen 400 an Öffnungen
in der Montage- und Versieglungsplatte 600 befestigt sind,
welche so ausgelegt ist, dass sie das schematisch veranschaulichte Flüssigkeitskühlervolumen 601 abdeckt,
welches ein flüssiges
Wärmeaustauschfluid
enthält.
Die Bauelemente können
in die Platte 600 geleimt bzw. geklebt oder gepresst werden,
und ihre Kühlflächen werden in
das Kühlmittel
getaucht. Leiterrahmen 610, 611 und 612 nehmen
die Anschlüsse 401, 402 und 403 außerhalb
vom Kühlmittelvolumen 601 auf
und verbinden sie miteinander. Es ist zu erwähnen, dass Kühlmitteleinlässe und
-auslässe
(nicht dargestellt) bereitgestellt werden können, um ein Kühlmittel
zirkulieren zu lassen.
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29 stellt
eine weitere Ausführungsform von 28 dar,
in welcher eine Abdeckplatte 600 eine zweite Reihe von
Packungen 400 aufnimmt. Obwohl die Wände des Kühlmittelbehälters oder Tauchbads 601 nicht
dargestellt sind, können
sie herkömmlicherweise
zur Befestigung und Kühlung
von anderen elektronischen Komponenten, wie beispielsweise Treiberplatten,
Kondensatoren und dergleichen, verwendet werden.
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30 stellt
die Leiterrahmenanordnung von 26 so
dar, wie auf die Struktur von 29 angewendet.
Das Kühlmittel 601 ist
nicht dargestellt. In der Anordnung von 30 werden
die verschiedenen Leiterrahmen 470 bis 474 und
die Isolationsschicht 480 in getrennten Prozessschritten
befestigt und dann aneinander befestigt.
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Wie
in 31 dargestellt, kann ein Mehrschichtleiterrahmen 650 als
eine Teilbaugruppe verwendet werden, in welcher alle Leiterrahmen
an der Isolationsschicht 480 vorbefestigt werden, welche
in einem einzigen Schritt am Leistungsschalter befestigt wird.
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Als
Nächstes
ist unter Bezugnahme auf 32 ein
Tauchbadwärmeableiter 700 dargestellt, welcher
eine Abdeckplatte 699 aufweist, welche eine Mehrzahl von
Flachpackungsaufnahmeöffnungen 701 bis 708 zum
Aufnehmen der Körper
der Packungen 400 bis zu einer Tiefe innerhalb des Gehäuses 698 (welches
die Abdeckung 699 versiegelnd aufnimmt) in Bezug auf die
Packungstiefe, zum Beispiel weniger als etwa 10 mm, enthält, so dass
die Anschlussendabschnitte der Packungen von der Oberseite der Abdeckung 699 vorstehen.
Die Wände
des Wärmeableiters 700 können weitere
Befestigungselemente aufweisen, welche Nutzen aus der Kontaktkühlung ziehen
würden,
wie beispielsweise Treiberplatten, Kondensatoren und andere Teile,
die nicht zum Eintauchen in ein flüssiges Kühlmittel geeignet sind. Ein
Fluidkühlmitteleinlass 710 und
ein Kühlmittelauslass 711 in
das und aus dem Gehäuse 698 sind ebenfalls
vorgesehen.
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33 stellt
eine weitere Version der Montage- und Versiegelungsplatte 699 von 32 dar,
in welcher die Platte 800 Öffnungen 801 bis 808 aufweist,
um 8 Packungen 400 aufzunehmen, wobei aber jede Öffnung eine
U-förmige
Stabilisierungshülse
oder einen Uförmigen
Stabilisierungsrahmen, wie beispielsweise integrierte Verstärkungsrahmen 809, 810, zum
Aufnehmen der Kanten der Packungen 400 aufweist. Der Verstärkungsrahmen 809, 810 usw.
ist insbesondere nützlich,
um dem Kühlfluidströmungsdruck
standzuhalten, während
die Packungskupferbereiche, wie beispielsweise der Bereich 441,
dem Kühlfluid
ausgesetzt gelassen werden. Es können auch
andere Formen für
die Hülsen
oder Rahmen 809, 810 verwendet werden.
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Die
Struktur von 33 kann aus modularen Elementen 900 gebildet
sein, wie in 34 dargestellt. Jedes der Module 900 weist
2 Packungsaufnahmeöffnungen 901, 902 und
entsprechende Verstärkungsrahmen 903, 904 auf.
Die modularen Elemente 900 können durch wasserfeste Verbindungselemente,
wie beispielsweise Bolzen, Schweißen, Hartlöten, Klebstoffe und dergleichen,
zu jeder gewünschten
Höhe gestapelt
werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen
davon beschrieben wurde, sind für
Fachleute viele andere Varianten und Modifikationen, sowie andere
Anwendungen zu erkennen. Es wird daher bevorzugt, dass die vorliegende
Erfindung durch die spezifische Offenbarung hierin nicht eingeschränkt wird.