DE102008048005B3 - Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung - Google Patents

Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung Download PDF

Info

Publication number
DE102008048005B3
DE102008048005B3 DE102008048005A DE102008048005A DE102008048005B3 DE 102008048005 B3 DE102008048005 B3 DE 102008048005B3 DE 102008048005 A DE102008048005 A DE 102008048005A DE 102008048005 A DE102008048005 A DE 102008048005A DE 102008048005 B3 DE102008048005 B3 DE 102008048005B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power semiconductor
semiconductor module
heat dissipation
thermal conductivity
dissipation element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102008048005A
Other languages
English (en)
Inventor
Martin Dr. Schulz
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 AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE102008048005A priority Critical patent/DE102008048005B3/de
Priority to US12/563,843 priority patent/US8324720B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102008048005B3 publication Critical patent/DE102008048005B3/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4847Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01019Potassium [K]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301Thyristor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301Thyristor
    • H01L2924/13033TRIAC - Triode for Alternating Current - A bidirectional switching device containing two thyristor structures with common gate contact
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13062Junction field-effect transistor [JFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901Structure
    • H01L2924/1904Component type
    • H01L2924/19041Component type being a capacitor

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitermodulanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul (10), das einen Lastanschluss (16a, 17a) aufweist, der elektrisch leitend mit einem Anschlussleiter (31, 32) verbunden ist. Ein Teil der beim Betrieb des Leistungshalbleitermoduls (10) in dem Lastanschluss (16a, 17a) anfallenden Wärme wird mittels eines anisotrop wärmeleitenden Wärmeableitelementes (41, 42) zu einem Kühlkörper (20, 21, 22) hin abgeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Leistungshalbleitermodul. Leistungshalbleitermodule enthalten wenigstens einen Leistungshalbleiterchip, der beim Betrieb des Moduls Verlustwärme erzeugen. Zu Ihrer elektrischen Kontaktierung weisen solche Module weiterhin möglichst niederohmige Anschlusselemente auf, die elektrisch leitend mit einem oder mehreren Halbleiterchips verbunden sind. Beim Betrieb des Leistungshalbleitermoduls kann es zu einer nicht unerheblichen Erwärmung eines solchen Anschlusselementes und damit einhergehend zu einer nicht unerheblichen Erwärmung eines an den Anschlusselement angeschlossenen elektrischen Bauteils, beispielsweise eines Kondensators oder eines weiteren Leistungshalbleitermoduls, kommen. Eine solche Erwärmung kann zu einer Beschädigung, einer Zerstörung oder zumindest zu einer Verringerung der Lebensdauer des elektrischen Bauteils führen.
  • Eine Ursache für die Erwärmung eines solchen Anschlusselementes besteht in einem Wärmefluss, der sich ausgehend von dem wenigstens einen elektrisch mit dem Anschlusselement verbundenen Leistungshalbleiterchip in Richtung des Anschlusselementes einstellt. Eine weitere Ursache ist die in dem Anschlusselement selbst erzeugte Verlustleistung, die aus dem elektrischen Widerstand des Anschlusselementes selbst resultiert. Diese Verlustleistung ergibt sich aus dem Produkt des elektrischen Widerstandes des Anschlusselementes und dem Quadrat des das Anschlusselement durchfließenden Stromes. Mit solchen Leistungshalbleitermodulen werden meist hohe Ströme geschaltet, die mehrere 100 A betragen können, so dass es in dem Anschlusselement, auch wenn es einen sehr geringen elektrischen Widerstand aufweist, zu einer hohen Verlustleistung kommen kann.
  • Die DE 10 2006 008 807 A1 beschreibt eine Anordnung mit einem Leistungshalbleitermodul, das Außenanschlüsse aufweist, die sich vom Inneren des Moduls durch einen Gehäuserahmen des Moduls auf die Modulaußenseite erstrecken. Die Außenanschlüsse sind im Modulinneren mit einer Metallisierung eines Substrates und außerhalb des Moduls mit einer Leiterplatte verbunden.
  • Aus der JP 04-088 660 A ist es bekannt, ein Halbleiterelement mit Anschlussleitern an einer Leiterplatte anzuschließen. Eine anisotrop wärmeleitende Platte ist mit den Anschlussleitern thermisch gekoppelt, aber mittels einer Aluminiumoxidschicht gegenüber diesen Anschlussleitern elektrisch isoliert. Mit dem wärmeleitenden Bogen wird die im Bereich der Anschlussleiter entstehende Wärme in Richtung eines Kühlkörpers abgeführt.
  • In der US 2007/0 176 277 A1 ist eine Anordnung mit einer zwischen zwei Halbleiterchips angeordneten, thermisch leitenden Schicht bekannt. Die Schicht enthält anisotrop wärmeleitende Teilchen, deren Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Schicht kleiner ist als in Richtung der Schicht.
  • Aus der US 6 407 922 B1 ist ein anisotropes Wärmespreizelement bekannt, das ein Matrixmaterial mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen und/oder Graphitflocken enthält.
  • Die US 4 878 152 A beschreibt eine Leiterplatte mit einem Kern aus gepresstem Graphit, dessen Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Leiterplatte geringer ist als in Richtung der Leiterplatte.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leistungshalbleitermodulanordnung bereitzustellen, bei der eine Überhitzung einer an ein solches Anschlusselement eines Leistungshalbleitermoduls angeschlossenen Komponente vermieden wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung beseht darin, eine Anschlusseinheit bereitzustellen, mit der ein Anschlusselement eines Leistungshalbleitermoduls elektrisch leitend mit einer elektrischen Komponente verbunden werden kann. Diese Aufgaben werden durch Leistungshalbleitermodulanordnungen gemäß den Patentansprüchen 1, 17, 22 und 33 sowie durch eine Anschlusseinheit gemäß Patentanspruch 26 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitermodulanordnung, die ein Leistungshalbleitermodul mit einem Lastanschluss und einem Leistungshalbleiterchip umfasst, sowie einen elektrisch und thermisch leitenden Anschlussleiter, der elektrisch leitend mit dem Lastanschluss und mit dem Leistungshalbleiterchip verbunden ist, und einen Kühlkörper. Außerdem ist ein anisotrop wärmeleitendes Wärmeableitelement vorgesehen, das eine erste Kontaktfläche aufweist, über die es thermisch mit dem Kühlkörper gekoppelt ist, eine zweite Kontaktfläche, über die es thermisch mit dem Anschlussleiter gekoppelt ist, sowie eine dritte Kontaktfläche, über die es thermisch mit dem Anschlussleiter gekoppelt ist. Außerdem besitzt das Wärmeableitelement einen ersten Wärmewiderstand zwischen der dritten Kontaktfläche und der ersten Kontaktfläche, sowie einen zweiten Wärmewiderstand zwischen der dritten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche, der größer ist als der erste Wärmewiderstand.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitermodulanordnung, die ein Leistungshalbleitermodul mit einem Lastanschluss und einem Leistungshalbleiterchip umfasst, sowie einen elektrisch und thermisch leitenden An schlussleiter, der elektrisch leitend mit dem Lastanschluss und mit dem Leistungshalbleiterchip verbunden ist, sowie einen Kühlkörper. Weiterhin ist ein anisotrop wärmeleitendes Wärmeableitelement vorgesehen, das eine erste Kontaktfläche aufweist, über die es thermisch mit dem Kühlkörper gekoppelt ist, und eine zweite Kontaktfläche, über die es thermisch mit dem Anschlussleiter gekoppelt ist, wobei die zweite Kontaktfläche kleiner ist als die erste Kontaktfläche.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitermodulanordnung, die ein Leistungshalbleitermodul mit einem Lastanschluss und einem Leistungshalbleiterchip umfasst, sowie einen elektrisch und thermisch leitenden Anschlussleiter, der elektrisch leitend mit dem Lastanschluss und mit dem Leistungshalbleiterchip verbunden ist, sowie einen Kühlkörper. Weiterhin ist ein anisotrop wärmeleitendes Wärmeableitelement vorgesehen, das eine erste Kontaktfläche aufweist, über die es thermisch mit dem Kühlkörper gekoppelt ist, eine zweite Kontaktfläche, über die es thermisch mit dem Anschlussleiter gekoppelt ist, sowie eine dritte Kontaktfläche, über die es thermisch mit dem Lastanschluss gekoppelt ist. An zumindest einer Stelle der zweiten Kontaktfläche besitzt das Wärmeableitelement in Richtung der Normalen n der zweiten Kontaktfläche eine zweite Wärmeleitfähigkeit, die kleiner ist als eine erste Wärmeleitfähigkeit, die es an dieser Stelle in einer zur Richtung der Normalen senkrechten Richtung (t) aufweist.
  • Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anschlusseinheit zum Anschließen einer externen Komponente an ein Leistungshalbleitermodul. In dieser Anschlusseinheit sind in einer ersten Richtung ein elektrisch und thermisch leitender erster Anschlussleiter, ein anisotrop wärmeleitendes erstes Wärmeableitelement, Isolatorschicht, ein anisotrop wärmeleitendes zweites Wärmeableitelement, sowie ein elektrisch und thermisch leitender zweiter Anschlussleiter aufeinander folgend angeordnet.
  • Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitermodulanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul, das einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss aufweist, sowie mit einer gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung ausgebildeten Anschlusseinheit. Bei dieser Leistungshalbleitermodulanordnung ist der erste Lastanschluss elektrisch leitend mit dem ersten Anschlussleiter und der zweite Lastanschluss elektrisch leitend mit dem zweiten Anschlussleiter verbunden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1A einen Vertikalschnitt durch einen Abschnitt einer Leistungshalbleitermodulanordnung, bei dem ein Anschlusselement mittels eines anisotrop wärmeleitenden Wärmeableitelementes entwärmt wird;
  • 1B einen Vertikalschnitt durch das in 1A gezeigte Wärmeableitelement, in dem schematisch Wärmewiderstände zwischen verschiedenen Kontaktflächen des Wärmeableitelementes dargestellt sind;
  • 1C einen Vertikalschnitt durch das in den 1A und 1B gezeigte Wärmeableitelement, in dem qualitativ die Wärmeströme dargestellt sind, die aus den in 1B gezeigten Wärmewiderständen resultieren;
  • 2 einen Querschnitt durch ein ebenes, anisotrop wärmeleitendes Wärmeableitelement;
  • 3 einen Querschnitt durch das anisotrop wärmeleitende Wärmeableitelement gemäß 2 mit richtungsabhängig unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten;
  • 4 einen Querschnitt durch ein gebogenes, anisotrop wärmeleitendes Wärmeableitelement;
  • 5 einen Querschnitt durch ein ebenes, anisotrop wärmeleitendes Wärmeableitelement gemäß 2 mit einem möglichen Verlauf eines ersten Pfades;
  • 6 einen Querschnitt durch das Wärmeableitelement gemäß 5 in dem Pfade mit maximaler und minimaler Wärmeleitfähigkeit dargestellt sind;
  • 7 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Leistungshalbleitermodulanordnung, in dem kürzestmögliche, innerhalb eines Wärmeableitelementes verlaufende Pfade von einem Lastanschluss zu einem Anschlussleiter bzw. von dem Lastanschluss zu einem Kühlkörper dargestellt sind;
  • 8 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Leistungshalbleitermodulanordnung, in dem kürzestmögliche, innerhalb eines gekrümmten Wärmeableitelementes verlaufende Pfade von einem Lastanschluss zu einem Anschlussleiter bzw. von dem Lastanschluss zu einem Kühlkörper dargestellt sind;
  • 9 eine Seitenansicht einer Leistungshalbleitermodulanordnung mit zwei Lastanschlüssen, an die mittels einer Anschlusseinheit, die zwei Anschlussleiter aufweist, eine weitere elektrische Komponente angeschlossen ist; und
  • 10 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Leistungshalbleitermodulanordnung mit einem flexiblen Wärmeableitelement, das thermisch mit einem Kühlkörper gekoppelt ist, der auf der dem Leistungshalbleiteiterchip abgewandten Seite einer Boden platte des Leistungshalbleitermoduls angeordnet und thermisch mit dieser gekoppelt ist.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Elemente mit gleicher oder mit entsprechender Funktion. Sofern nicht ausdrücklich erwähnt sind die Figuren aus Gründen der besseren Darstellbarkeit nicht maßstabsgerecht.
  • 1A zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Leistungshalbleitermodulanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul 10. Das Leistungshalbleitermodul 10 umfasst einen Leistungshalbleiterchip 14 mit einem Halbleiterkörper 14a, der auf einander gegenüberliegenden Seiten Metallisierungen 14b, 14c aufweist. Die oberseitige Metallisierung 14b und die unterseitige Metallisierung 14c sind Leistungsanschlüsse des Leistungshalbleiterchips 14, beispielsweise Drain und Source, oder Emitter und Kollektor, oder Anode und Kathode. Bei dem Leistungshalbleiterchip 14 kann es sich um eine Diode, einen Feldeffekttransistor wie z. B. einen MOSFET oder einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET), einen IGBT, einen Thyristor, einen Triac, oder um ein beliebiges anderes Leistungshalbleiterbauelement handeln. Bei dem Leistungshalbleiterchip 14 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein vertikales Bauelement. Ebenso könnte der Leistungshalbleiterchip 14 jedoch auch als laterales Bauelement ausgebildet sein, bei dem sich die Leistungsanschlüsse mit ihren Metallisierungen 14b und 14c auf derselben Seite des Halbleiterkörpers 14a befinden.
  • Der Leistungshalbleiterchip 14 ist auf einem Schaltungsträger 13 angeordnet und mittels dieses Schaltungsträgers 13 elektrisch leitend mit einem Anschlusselement 16 des Leistungshalbleitermoduls 10 verbunden. Der Schaltungsträger 13 umfasst einen Isolierträger 13a, der z. B. als Keramikplättchen ausgebildet sein kann. Als Keramiken eignen sich beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (Si3N4).
  • Der Isolierträger 13a weist eine oberseitige Metallisierung 13b und eine optionale unterseitige Metallisierung 13c auf. Zumindest die oberseitige Metallisierung 13b kann zur Ausbildung einer Leiterbahnstruktur zu Leiterbahnen und/oder zu Leiterflächen strukturiert sein. Die optionale unterseitige Metallisierung 13c kann entweder als durchgehende, zusammenhängende Schicht ausgebildet oder aber ebenfalls zu Leiterbahnen und/oder zu Leiterflächen strukturiert sein.
  • Die oberseitige Metallisierung 13b des Schaltungsträgers 13 dient dazu, den Leistungshalbleiterchip 14 elektrisch mit anderen Komponenten des Leistungshalbleitermoduls 10 zu verschalten. Auf der dem Schaltungsträger 13 abgewandten Seite erfolgt der elektrische Anschluss des Leistungshalbleiterchips 14 mittels wenigstens eines Bonddrahtes 15. Anstelle eines Bonddrahtes kann auch eine Metalllasche vorgesehen sein, die fest und elektrisch leitend mit einer oberseitigen Metallisierung 14b des Leistungshalbleiterchips 14a verbunden ist. Außerdem kann eine oberseitige elektrische Kontaktierung des Leistungshalbleiterchips 14a auch mittels eines Druckstempels erfolgen, der gegen eine oberseitige Metallisierung 14b des Leistungshalbleiterchips 14a gepresst wird (Druckkontaktierung).
  • Als Schaltungsträger 13 eignen sich auch DCB-Substrate (DCB = direct copper bonding), bei denen die oberseitige Metallisierung 13b und die optionale unterseitige Metallisierung 13c ganz oder zumindest überwiegend aus Kupfer bestehen und unmittelbar mit einem Isolierträger 13a aus Aluminiumoxid-Keramik verbunden sind. Alternativ dazu kann ein Schaltungsträger 13 auch AMB-Substrat (AMD = active metal brazing) ausgebildet sein.
  • Das Leistungshalbleitermodul 10 umfasst weiterhin eine optionale Bodenplatte 11, sowie einen Gehäuserahmen 12. Die Bodenplatte 11 und der Gehäuserahmen 12 bilden zusammen ein Gehäuse, in dem der Leistungshalbleiterchip 14 sowie weitere opti onale Elektronikkomponenten angeordnet sind. Zur Kühlung des Leistungshalbleitermoduls 10 kann ein Kühlkörper 20 vorgesehen sein, der die Bodenplatte 11 auf deren dem Leistungshalbleiterchip 14 abgewandten Seite kontaktiert. Alternativ dazu kann zwischen der Bodenplatte 11 und dem Kühlkörper 20 auch ein Wärmeübertragungselement, z. B. eine Wärmeleitpaste oder eine Wärmeleitfolie, angeordnet sein.
  • Die elektrisch leitende Verbindung zwischen der unterseitigen Metallisierung 14c des Leistungshalbleiterchips 14 und der oberseitigen Metallisierung 13b des Schaltungsträgers 13 kann beispielsweise mittels Löten, mittels elektrisch leitender Verklebung erfolgen, oder mittels einer Niedertemperatur-Verbindungstechnik (LTJT = Low Temperature Joining Technique), bei der eine silberhaltige Schicht zwischen die Metallisierungen 13b und 14c eingebracht und unter Anwendung von Druck bei einer Temperatur im Bereich von etwa 230°C in eine dauerhafte, feste Verbindungsschicht umgewandelt wird, deren Temperaturfestigkeit größer ist als etwa 300°C.
  • Das Anschlusselement 16 weist einen Fußpunkt 16b auf, der mit der Metallisierung 13b des Schaltungsträgers 13 elektrisch leitend verbunden ist. Als Verbindungstechnik eignet sich beispielsweise Löten, Ultraschallschweißen, Laserschweißen, thermisch leitendes Kleben, oder die vorangehend erläuterte Niedertemperatur-Verbindungstechnik.
  • Ein Abschnitt 16a des Anschlusselementes 16 ist aus dem Gehäuserahmen 12 des Leistungshalbleitermoduls 10 herausgeführt und wird nachfolgend als Lastanschluss bezeichnet. Das Anschlusselement 16 kann beispielsweise als Stanzblech ausgebildet sein, das in Abhängigkeit von der gewünschten Geometrie und Ausgestaltung des Moduls 1, z. B. von der Verteilung gegebenenfalls mehrerer Leistungshalbleiterchips 14 auf dem Schaltungsträger 13, in geeigneter Weise abgewinkelt ist.
  • Der auf die oberseitige Metallisierung 14b gebondete Bonddraht 15 kann elektrisch leitend mit einem weiteren Anschlusselement angeschlossen sein, das ebenso ausgebildet sein kann, wie vorangehend unter Bezugnahme auf das Anschlusselement 16 erläutert wurde.
  • Die Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Lastanschluss 16a und einem Anschluss 3a einer an das Leistungshalbleitermodul 10 elektrisch anzuschließenden Komponente – in 1A beispielsweise ein Kondensator 3 – erfolgt mittels eines niederohmigen Anschlussleiters 31, der z. B. vollständig oder nahezu vollständig aus Kupfer gebildet sein kann. Bei dem Anschlussleiter 31 kann es sich beispielsweise um eine starre Anschlussschiene (”bus-bar”), aber auch um einen Folienstreifen, handeln.
  • Zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Lastanschluss 16a und dem Anschlussleiter 31 können grundsätzlich verschiedenste Verbindungstechniken eingesetzt werden. Bei der Anordnung gemäß 1A ist beispielhaft eine Schraubverbindung gezeigt, die eine Schraubenmutter 18b umfasst, welche mit einer Schraube 18a verschraubt ist. Die Schraube 18a ist durch Montageöffnungen des Anschlussleiters 31 und des Lastanschlusses 16a hindurchgeführt und mit der Schraubenmuter 18b verschraubt. Alternativ dazu könnte eine solche Verbindung auch mittels eines Einpresskontakts hergestellt sein, bei dem sich der Lastanschluss 16a senkrecht von der Oberseite des Gehäuserahmens 12 weg erstreckt und der in eine Öffnung des Anschlussleiters 31 eingepresst ist, so dass eine so genannte ”Press-Fit” Verbindung entsteht. Ebenso kann der Lastanschluss 16a eine Klemmvorrichtung aufweisen, in die der Anschlussleiter 31 mittels einer Schraub- oder Federverklemmung mit dem Anschlusselement 16 verklemmt ist.
  • Um die beim Betrieb des Leistungshalbleitermoduls 10 in dem Anschlusselement 16 anfallende Wärme abzuführen, ist ein anisotrop wärmeleitendes Wärmeabfuhrelement 41 vorgesehen. Das Wärmeableitelement 41, beispielsweise eine Graphitfolie, weist in einer ersten Richtung r1 des Wärmeableitelementes 41 eine Wärmeleitfähigkeit λ1 auf, die größer ist, als eine Wärmeleitfähigkeit λ2, die es in einer zweiten Richtung r2 des Wärmeableitelementes 41 besitzt. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann es sich bei der Wärmeleitfähigkeit λ1 um die maximale Wärmeleitfähigkeit λmax des Wärmeableitelementes 41 und/oder bei λ2 um die minimale Wärmeleitfähigkeit λmin des Wärmeableitelementes 41 handeln, was jedoch nicht zwingend ist.
  • Das Wärmeableitelement 41 weist eine erste Kontaktfläche 51 auf, über die es thermisch mit dem Kühlkörper 21 gekoppelt ist, eine zweite Kontaktfläche 52, über die es thermisch mit dem Anschlussleiter 31 gekoppelt ist, sowie eine dritte Kontaktfläche 53, mit der es mit dem Lastanschluss 16a gekoppelt ist. Zwischen der dritten Kontaktfläche 53 und der ersten Kontaktfläche 51 besitzt das Wärmeableitelement 41 einen ersten Wärmewiderstand Rth1, sowie zwischen der dritten Kontaktfläche 53 und der zweiten Kontaktfläche 52 einen zweiten Wärmewiderstand Rth2, der größer ist als der erste Wärmewiderstand Rth1. Diese Wärmewiderstände Rth1 und Rth2 sind in 1B, welche nur das Wärmeableitelement 41 mit der ersten, zweiten und dritten Kontaktfläche 51, 52 bzw. 53 zeigt, analog zu einem elektrischen Schaltbild schematisch dargestellt. Abhängig von diesen unterschiedlichen Wärmewiderständen Rth1 und Rth2 stellen sich in dem Wärmeableitelement 41 ein erster Wärmestrom Φth1 von der dritten Kontaktfläche 53 zur ersten Kontaktfläche 51 und ein zweiter Wärmestrom Φth2 von der dritten Kontaktfläche 53 zur zweiten Kontaktfläche 52 ein. Wie anhand unterschiedlich breiter Pfeile für die Wärmeströme Φth1 und Φth2 in 1C qualitativ dargestellt ist, ist der erste Wärmestrom Φth1 größer als der zweite Wärmestrom Φth2. Dies gilt zumindest dann, wenn die an der zweiten Kontaktfläche 52 vorliegende Temperatur des Anschlussleiters 31 (siehe 1A) nicht signifikant höher ist als die an der ersten Kontaktfläche 51 vorliegende Temperatur des Kühlkörpers 21 (siehe 1A), was jedoch bei einem ausreichend ausgelegten Kühlkörper 21 für die Praxis nicht von Belang ist.
  • Aufgrund der anisotropen Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelementes 41 wird die in dem Anschlusselement 16 anfallende Wärme ausgehend von dem Lastanschluss 16a größtenteils in der Richtung r1 abgeführt und zu einem Kühlkörper 21 weitergeleitet, der mit dem Wärmeableitelement 41 thermisch gekoppelt ist. Aufgrund der guten Wärmleitfähigkeit λ1 in Richtung des Kühlkörpers 21 und der vergleichsweise geringen Wärmeleitfähigkeit λ2 in der zweiten Richtung r2 wird von dem Lastanschluss 16a signifikant weniger Wärme an den Anschlussleiter 31 übertragen, als bei einer Anordnung, bei der der Anschlussleiter 31 den Lastanschluss 16a unmittelbar kontaktiert. Aufgrund der Verbindungselemente 18a, 18b kommt es zwar zu einem lokal erhöhten Wärmefluss von dem Lastanschluss 16a zu dem Anschlussleiter 31, allerdings ist die Querschnittsfläche der Schraube 18a klein im Vergleich zu der Kontaktfläche, die sich zwischen dem Lastanschluss 16a und dem Anschlussleiter 31 ohne das dazwischen liegende Wärmeableitelement 41 ergäbe.
  • Des weiteren steigt die Kühlwirkung des Kühlkörpers 21 mit der Größe der ersten Kontaktfläche 51. Die erste Kontaktfläche 51 kann beispielsweise größer gewählt werden als die zweite Kontaktfläche 52, oder z. B. wenigstens das zweifache der zweiten Kontaktfläche 52 betragen.
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch ein ebenes oder im Wesentlichen ebenes, anisotrop wärmeleitendes Wärmeableitelement 41, wie es z. B. bei der unter Bezugnahme auf 1A erläuterten Leistungshalbleiteranordnung eingesetzt werden kann.
  • Das Wärmeableitelement 41 weist in einer ersten Richtung r1 entlang eines Pfades P1 eine Wärmeleitfähigkeit λ1 auf, sowie in einer zweiten Richtung r2 entlang eines Pfades P2 eine zweite Wärmeleitfähigkeit λ2, die kleiner ist, als die erste Wärmeleitfähigkeit λ1. Aufgrund der anisotropen Wärmeleitfähigkeit wird eine an einer bestimmten Stelle des Wärmeableitelements 41 vorliegender Wärmeüberschuss in der ersten Richtung r1 besser abgeführt, als in der zweiten Richtung r2. Bei der ersten Wärmeleitfähigkeit λ1 kann es sich beispielsweise um die maximale Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41 handeln. Bei der zweiten Wärmeleitfähigkeit λ2 kann es sich z. B. um die kleinste Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41 handeln. In diesen jeweils optionalen Fällen geben die Richtungen r1 bzw. r2 die Richtungen maximaler Wärmeleitfähigkeit bzw. die minimaler Wärmeleitfähigkeit an.
  • Abhängig von der inneren Struktur des Wärmeableitelements 41 können die Richtungen maximaler Wärmeleitfähigkeit und minimaler Wärmeleitfähigkeit beispielsweise senkrecht zueinander verlaufen, oder aber einen Winkel einschließen, der größer ist als 0° und kleiner als 90°. Gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Wärmeableitelement 41 als ebene Graphitfolie ausgebildet ist, verlaufen die Richtungen maximaler Wärmeleitfähigkeit und minimaler Leitfähigkeit senkrecht zueinander.
  • 3 zeigt erneut das in 2 abgebildete Wärmeableitelement 41. Zusätzlich ist anhand verschiedener Richtungspfeile r1, r2, r3, r4, r5, r6, r7 die Richtungsabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit schematisch erläutert. Die Länge der Richtungspfeile r1 bis r7 dient als Maß für die Wärmeleitfähigkeit in der betreffenden Richtung, d. h. je größer die Länge eines Pfeils ist, desto größer ist die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41 in der Richtung des betreffenden Pfeils.
  • Die maximale Wärmeleitfähigkeit λ1 liegt in der Richtung r1 vor, die minimale Wärmeleitfähigkeit λ2 in der Richtung r2. Ausgehend von der Richtung r2 steigt die Wärmeleitfähigkeit in den Richtungen r3, r4, r5, r6, r7 bis r1 mit zugeordneten Wärmeleitfähigkeiten λ2, λ3, λ4, λ5, λ6, λ7 bzw. λ1 immer weiter an.
  • Die in den 2 und 3 gezeigten Wärmeableitelemente 41 sind flach und im Wesentlichen eben ausgebildet. Grundsätzlich können Wärmeableitelemente 41 mit anisotroper Wärmeleitfähigkeit wie zum Beispiel die bereits erwähnte Graphitfolie, jedoch auch eine andere Gestalt aufweisen. Als Beispiel hierzu zeigt 4 eine Querschnittsansicht eines gekrümmten Abschnittes einer Graphitfolie. Aufgrund der Krümmung lassen sich die Richtungen, in denen das Wärmeableitelement 41 eine bestimmte Wärmeleitfähigkeit aufweist, nicht mehr einheitlich für das gesamte Wärmeableitelement 41 angeben. Die einer bestimmten Wärmeleitfähigkeit zugeordneten Richtungen sind vielmehr ortsabhängig, was in 4 beispielhaft an den Richtungen r1' und r2' gezeigt ist. Vielmehr sind die Richtungen r1' und r2' jeweils eine Funktion des Ortes.
  • Dargestellt sind beispielhaft verschiedene Stellen S1, S2, S3 und S4 in dem Wärmeableitelement 41, denen jeweils lokal eine Richtung r1'(S1), r1'(S2), r1'(S3), r1'(S4) zugeordnet ist, in der Wärmeableitelement 41 eine erste Wärmeleitfähigkeit λ1 aufweist. Entsprechend besitzt das Wärmeableitelement 41 an den Stellen S1, S2, S3 und S4 jeweils lokal in Richtungen r2'(S1), r2'(S2), r2'(S3), r2'(S4) eine zweite Wärmeleitfähigkeit λ2.
  • Auf diese Weise lassen sich zumindest bei bestimmten Anordnungen innerhalb des Wärmeableitelementes 41 Pfade P1 definieren, entlang denen das Wärmeableitelement 41 – jeweils lokal – in Pfadrichtung eine konstante Wärmeleitfähigkeit aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind beispielhaft verschiedene Pfade P2, P3, P4, P5 und P6 dargestellt, entlang denen das Wärmeableitelement 41 jeweils in Pfadrichtung eine Wärmeleitfähigkeit λ2 aufweist.
  • Die folgenden 5 bis 7 zeigen jeweils einen Lastanschluss 16a, der wie anhand von 1A erläutert, mittels eines anisotrop wärmeleitenden Wärmeleitelementes 41 mit einem Kühlkörper 21 und mit einem Anschlussleiter 31 thermisch gekoppelt ist. Dargestellt sind jeweils verschiedene Pfade, entlang denen die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitelementes 41 – jeweils in Pfadrichtung – konstant ist. Die zugehörige Leistungshalbleitermodulanordnung kann z. B. so ausgestaltet sein, wie dies vorangehend unter Bezugnahme auf 1A erläutert wurde. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in den 5 bis 7 auf die Darstellung von Verbindungselementen zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Lastanschluss 16a und dem Anschlussleiter 31, sowie auf die Darstellung eines Gehäuses des Leistungshalbleitermoduls, verzichtet.
  • Das Wärmeableitelement 41 weist eine erste Kontaktfläche 51 auf, über die es thermisch mit dem Kühlkörper 21 gekoppelt ist. Weiterhin ist es thermisch mittels einer zweiten Kontaktfläche 52 mit dem Anschlussleiter 31 und mittels einer dritten Kontaktfläche 53 mit dem Lastanschluss 16a gekoppelt.
  • Wie in 5 gezeigt ist, kann die thermische Kopplung dabei jeweils unmittelbar erfolgen. Alternativ dazu können – unabhängig voneinander – zwischen dem Wärmeableitelement 41 und dem Kühlkörper 21, zwischen dem Wärmeableitelement 41 und dem Anschlussleiter 31, sowie zwischen dem Wärmeableitelement 41 und dem Lastanschluss 16a noch weitere thermisch gut leitende Elemente vorgesehen sein. In diesem Fall sind die Kontaktflächen 51, 52, 53 durch die Oberflächenbereiche des Wärmeableitelementes 41 gegeben, in denen das Wärmeableitelement 41 ein oder mehrere solcher weiteren Elemente unmittelbar kontaktiert.
  • Bei einer Erwärmung des Lastanschlusses 16a kommt es ausgehend von der dritten Kontaktfläche 53 zu einem Wärmefluss in Richtung des Kühlkörpers 21 sowie in Richtung des Anschluss elementes 31. Ausgehend von einem bestimmten Punkt der Kontaktfläche 53 lassen sich in dem Wärmeableitelement 41 verschiedene Pfade definieren, entlang denen das Wärmeableitelement 41 in Pfadrichtung eine konstante Wärmeleitfähigkeit aufweist. Hierzu sind beispielhaft in 5 zwei Punkte S5 und S6 der dritten Kontaktfläche 53 dargestellt. Ausgehend von dem Punkt S5 kann die Wärmeausbreitung in Richtung der ersten Kontaktfläche 51 beispielsweise entlang von Pfaden P1', P1'' und P1''' erfolgen. Entlang eines jedem dieser Pfade P1', P1'' und P1''' weist das Wärmeableitelement 41 – jeweils in Richtung des betreffenden Pfades P1', P1'', P1''' – eine dem betreffenden Pfad zugeordnete Wärmeleitfähigkeit λ1', λ1'' bzw. λ1''' auf. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist die Wärmeleitfähigkeit λ1'' größer als die Wärmeleitfähigkeit λ1' und kleiner als die Wärmeleitfähigkeit λ1'''. Entsprechend lassen sich innerhalb des Wärmeableitelements 41 ausgehend von dem Punkt S6 Pfade P2', P2'', P2''' in Richtung der zweiten Kontaktfläche 52 definieren, entlang denen – jeweils in Pfadrichtung – die Wärmeleitfähigkeit λ2', λ2'' bzw. λ2''' jeweils konstant ist.
  • Betrachtet man die Menge aller möglichen, innerhalb des Wärmeableitelements 41 von der dritten Kontaktfläche 53 zur ersten Kontaktfläche 51 verlaufenden Pfade, entlang denen die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41 in Pfadrichtung jeweils konstant ist, so enthält diese Menge Pfade, entlang denen die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41 maximal ist, und solche, entlang denen sie minimal ist.
  • Entsprechend lassen sich aus der Menge der innerhalb des Wärmeableitelements 41 von der dritten Kontaktfläche 53 zur zweiten Kontaktfläche 52 verlaufenden Pfade P2', P2'', P2''' mit in Pfadrichtung konstanter Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41 Pfade mit in Pfadrichtung maximaler bzw. mit in Pfadrichtung minimaler Wärmeleitfähigkeit auswählen.
  • In 6 sind für das Ausführungsbeispiel gemäß 5 solche Pfade mit in Pfadrichtung maximaler bzw. minimaler Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41 jeweils für Pfade zwischen der dritten Kontaktfläche 53 und der ersten Kontaktfläche 51, sowie für Pfade zwischen der dritten Kontaktfläche 53 und der zweiten Kontaktfläche 52 dargestellt. Entlang eines Pfades P1(λ1max) weist das Wärmeableitelement 41 in Pfadrichtung eine Wärmeleitfähigkeit λ1max auf. Diese Wärmeleitfähigkeit λ1max ist die maximale eines innerhalb des Wärmeableitelements 41 von der dritten Kontaktfläche 53 zur ersten Kontaktfläche 51 verlaufenden Pfades mit in Pfadrichtung konstanter Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41. Entsprechend weist das Wärmeableitelement 41 entlang eines Pfades P1(λ1min) eine Wärmeleitfähigkeit λ1min auf, welche die minimal mögliche Wärmeleitfähigkeit eines beliebigen von der dritten Kontaktfläche 53 zur ersten Kontaktfläche 51 innerhalb des Wärmeableitelements 41 verlaufenden Pfades mit in Pfadrichtung konstanter Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41 darstellt.
  • Auf entsprechende Weise lassen sich Pfade mit maximaler bzw. Pfade mit minimaler Wärmeleitfähigkeit auch für zwischen der dritten Kontaktfläche 53 und der zweiten Kontaktfläche 52 verlaufende Pfade mit in Pfadrichtung konstanter Wärmeleitfähigkeiten ermitteln. So ist z. B. in 6 die maximal mögliche Wärmeleitfähigkeit entlang eines innerhalb des Wärmeableitelements 41 zwischen der dritten Kontaktfläche 53 und der zweiten Kontaktfläche 52 verlaufenden Pfades mit in Pfadrichtung konstanter Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41 mit λ2max bezeichnet. Diese tritt entlang eines Pfades P2(λ2max) auf. Korrespondierend dazu lässt sich eine minimale Wärmeleitfähigkeit λ2min ermitteln, welche die minimale entlang eines Pfades zwischen der dritten Kontaktfläche 53 und der zweiten Kontaktfläche 52 mit in Pfadrichtung konstanter Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelements 41 darstellt. Der zugehörige Pfad ist mit P2(λ2min) bezeichnet.
  • Das für das Wärmeableitelement 41 verwendete Material sowie die Geometrie des Wärmeableitelements 41 kann in Verbindung mit dessen Orientierung und der Größe der Kontaktflächen 51, 52, 53 so ausgewählt sein, dass die Wärmeleitfähigkeit λ1max größer ist als die Wärmeleitfähigkeit λ2min, oder größer als die Wärmeleitfähigkeit λ2max. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Wärmeleitfähigkeit λ1min größer sein, als die Wärmeleitfähigkeit λ2min, oder größer als die Wärmeleitfähigkeit λ2max.
  • Während der Kühlkörper 21 bei der Anordnung gemäß den 5 und 6 auf der selben Seite des Wärmeableitelements 41 angeordnet ist wie der Anschlussleiter 31, zeigt 7 eine Anordnung, die sich von der Anordnung gemäß den 5 und 6 darin unterscheidet, dass der Kühlkörper 21 auf derselben Seite des Wärmeableitelements 41 angeordnet ist, wie der Lastanschluss 16a. Wie zu erkennen ist, kommt es aufgrund der veränderten Lage des Kühlkörpers 21 zu einem anderen Verlauf der Pfade P1(λ1min) und P1(λ1max).
  • Bei der Anordnung gemäß 7 sind die maximale Wärmeleitfähigkeit λ1max und die minimale Wärmeleitfähigkeit λ1min identisch. Zu beachten ist, dass die in 7 dargestellte Wärmeleitfähigkeit λ1max im Allgemeinen verschieden ist von der in 6 dargestellten Wärmeleitfähigkeit λ1max. Dasselbe gilt entsprechend für die Wärmeleitfähigkeiten λ1min in den 6 und 7.
  • Aufgrund der im Vergleich zur Anordnung gemäß den 5 und 6 unveränderten Anordnung des Lastanschlusses 16a, des Anschlusselementes 31 und des Wärmeableitelementes 41 relativ zueinander, sind die Pfade P2(λ2max) mit der zugeordneten Wärmeleitfähigkeit λ2max und P2(λ2min) mit der zugeordneten Wärmeleitfähigkeit λ2min ebenfalls unverändert. Die Wärmeleitfähigkeiten λ1max und λ1min sind größer als die Wärmeleitfähigkeit λ2min und können optional auch größer sein als die Wärmeleitfähigkeit λ2max.
  • Gemäß dem zweiten eingangs erläuterten Aspekt der Erfindung, der bei einer Leistungshalbleitermodulanordnung alternativ oder zusätzlich zu dem ersten Aspekt vorgesehen sein kann, weist das anisotrop wärmeleitende Wärmeableitelement 41 wie anhand der 5 bis 7 gezeigt, eine erste Kontaktfläche 51 auf, über die es thermisch mit dem Kühlkörper 21 gekoppelt ist. Hierzu kann der Kühlkörper 21 das Wärmeableitelement 41 – wie in 1A gezeigt – unmittelbar kontaktieren. Alternativ dazu kann jedoch auch eine weitere Komponente zwischen dem Wärmeableitelement 41 und dem Kühlkörper 21 vorgesehen sein. Wenn beispielsweise der Kühlkörper 21 und das Wärmeableitelement 41 elektrisch voneinander isoliert sein sollen, kann als weitere Komponente ein wärmeleitendes Dielektrikum, z. B. eine Folie aus einem Silikonelastomer, aus einem Silikongel, aus Polyimid, oder aus einem Phasenänderungsmaterial, eine Glimmerscheibe, ein Keramikplättchen vorgesehen sein. Wenn keine Isolation erforderlich ist, können als weitere Komponente auch ein Wärmeleitkleber oder eine Wärmeleitpaste eingesetzt werden. Für den Fall, dass eine oder mehrere weitere solcher Komponenten vorgesehen sind, ist die Kontaktfläche 51 durch die Kontaktfläche zwischen dem Wärmeableitelement 41 und einer oder mehreren dieser weiteren Komponenten gegeben.
  • Weiterhin weist das Wärmeableitelement 41 eine zweite Kontaktfläche 52 auf, über die es thermisch mit dem Anschlussleiter 31 gekoppelt ist. Die zweite Kontaktfläche 52 kann dabei kleiner sein als die erste Kontaktfläche 51, so dass ein nicht unerheblicher Anteil der in dem Anschlusskontakt 16a anfallenden Wärme zum Kühlkörper 21 hin abfließen und dort an die Umgebung abgegeben werden kann.
  • Das Wärmeableitelement 41 weist außerdem eine dritte Kontaktfläche 53 auf, über die es thermisch mit dem Anschlussleiter 31 gekoppelt ist. Entlang eines kürzestmöglichen innerhalb des Wärmeableitelementes 41 verlaufenden ersten Pfades P1(λ1min) (siehe die 6 und 7), der sich von der dritten Kontaktfläche 53 zur ersten Kontaktfläche 51 erstreckt, besitzt das Wärmeableitelement 41 an wenigstens einer Stelle des ersten Pfades P1(λ1min) eine in Pfadrichtung minimale erste Wärmeleitfähigkeit λ1min.
  • Außerdem besitzt das Wärmeableitelement 41 entlang eines kürzestmöglichen innerhalb des Wärmeableitelementes 41 verlaufenden zweiten Pfades P2(λ2max), der sich von der dritten Kontaktfläche (53) zur ersten Kontaktfläche (51) erstreckt, an wenigstens einer Stelle des zweiten Pfades (P2(λ2max)) eine in Pfadrichtung maximale zweite Wärmeleitfähigkeit λ2max, die kleiner ist als die erste Wärmeleitfähigkeit λ1min.
  • 8 zeigt eine Anordnung entsprechend 7 mit dem Unterschied, dass das Wärmeableitelement 41 gekrümmt ist, so dass sich ein anderer kürzestmöglicher, innerhalb des Wärmeableitelementes 41 von der dritten Kontaktfläche 53 zur ersten Kontaktfläche 51 verlaufender Pfad P1 ergibt als bei der in 7 gezeigten Anordnung. Entlang des Pfades P1 variiert die in Pfadrichtung vorliegende Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelementes 41, wobei ihr Minimum λ1min(P1) an einer Stelle S1min auftritt, die sich in dem Beispiel am Ende des Pfades P1 an der ersten Kontaktfläche 51 befindet.
  • Bei einem anderen Verlauf der Krümmung des Wärmeableitelements und/oder bei einem Wärmeableitelement mit einer anderen Struktur hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit muss ein entsprechendes Minimum λ1min(P1) nicht notwendigerweise an einem Pfadende, d. h. einer der Kontaktflächen 51, 53, auftreten. Ein solches Minimum kann z. B. auch an einer oder mehreren Stellen des Pfades zwischen den Pfadenden vorhanden sein.
  • 9 zeigt eine Leistungshalbleitermodulanordnung mit einem Leistungshalbleitermodul 10, das einen Aufbau aufweisen kann, wie ein unter Bezugnahme auf 1A erläutertes Leistungshalbleitermodul. Das Leistungshalbleitermodul 10 weist ebenfalls eine Bodenplatte 11 auf, die auf der dem Halbleiterchip (nicht dargestellt) abgewandten Seite mit einem Kühlkörper 20 in thermischem Kontakt steht. Das Leistungshalbleitermodul 10 weist ein Anschlusselement 16 auf, sowie einen Lastanschluss 16a, der elektrisch leitend mit dem Anschlusselement 16 verbunden ist und optional einstückig mit diesem ausgebildet sein kann. Das Leistungshalbleitermodul 10 umfasst außerdem einen weiteren Anschlusskontakt 17, sowie einen Lastanschluss 17a, der elektrisch leitend mit dem Lastanschluss 17 verbunden ist und der optional einstückig mit diesem ausgebildet sein kann. Die Anschlusselemente 16 und 17 sowie die Lastanschlüsse 16a, 17a sind in 9 gestrichelt angedeutet. Die Anschlusselemente 16 und 17 und die zugehörigen Lastanschlüsse 16a bzw. 17a können so ausgebildet und mit einem Anschlussleiter elektrisch verbunden sein, wie das unter Bezugnahme auf 1A erläuterte Anschlusselement 16 bzw. der Lastschluss 16a einschließlich dessen Verbindungstechnik zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem Anschlussleiter 31.
  • Die Lastanschlüsse 16a, 17a können beispielsweise dazu vorgesehen sein, dem Leistungshalbleitermodul 10 eine Versorgungsspannung zuzuführen. Alternativ dazu können die Lastanschlüssen 16a, 17a auch dazu dienen, eine Ausgangsspannung zur Versorgung einer an das Leistungshalbleitermodul 10 anzuschließenden Last bereitzustellen. In jedem Fall ist es erforderlich, die Lastanschlüsse 16a, 17a elektrisch leitend mit weiteren Komponenten zu verbinden. 9 zeigt als weitere Komponente beispielsweise einen Kondensator 3, der zwei nicht dargestellte Anschlüsse aufweist, von denen einer mit dem Lastanschluss 16a und der andere mit dem Lastanschluss 17a elektrisch leitend verbunden ist.
  • Zur Herstellung dieser elektrisch leitenden Verbindung ist eine Anschlusseinheit 4 vorgesehen, in der in einer Richtung aufeinanderfolgend ein elektrisch und thermisch leitender erster Anschlussleiter 31, ein anisotrop wärmeleitendes Wär meableitelement 41, eine Isolatorschicht 40, ein anisotrop wärmeleitendes zweites Wärmeableitelement 42, und elektrisch und thermisch leitender zweiter Anschlussleiter 32 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Der erste Anschlussleiter 31 und der zweite Anschlussleiter 32 sind zumindest durch die Isolatorschicht 40 elektrisch gegeneinander isoliert.
  • Der erste Anschlussleiter 31 verbindet einen ersten Anschluss des Kondensators 3 elektrisch leitend mit dem Lastanschluss 16a. Entsprechend verbindet der Anschlussleiter 32 einen zweiten Anschluss des Kondensators 3 elektrisch leitend mit dem Lastanschluss 17a.
  • Die Herstellung der betreffenden elektrisch leitenden Verbindungen kann beispielhaft mittels Schrauben 18a bzw. 19a erfolgen. Die Schraube 18a ist mit dem Lastanschluss 16a und mit dem ersten Anschlussleiter 31, die Schraube 19a mit dem Lastanschluss 17a und mit dem zweiten Anschlussleiter 32 elektrisch leitend verbunden. Alternativ zu Schraubverbindungen können auch andere Verbindungstechniken eingesetzt werden, z. B. die unter Bezugnahme auf 1A erläuterten Verbindungstechniken zwischen dem dort gezeigten Anschlusselement 16 und dem Anschlussleiter 31.
  • Die Anordnung gemäß 9 umfasst einen ersten Kühlkörper 21 und einen zweiten Kühlkörper 22, die den ersten Anschlussleiter 31 bzw. den zweiten Anschlussleiter 32 kontaktieren und so eine Kühlung des betreffenden Anschlussleiters 31 bzw. 32 ermöglichen. Grundsätzlich kann es ausreichend sein, nur einen der Kühlkörper 31 oder 32 vorzusehen. Sofern es sich bei der Isolatorschicht jedoch um einen schlechten Wärmeleiter handelt, ist es vorteilhaft, für jeden der Anschlussleiter 31, 32 wie gezeigt einen separaten Kühlkörper 21 bzw. 22 vorzusehen. Ebenso kann ein gemeinsamer Kühlkörper verwendet werden, wobei zur Vermeidung eines Kurzschlusses zumindest einer der Anschlussleiter 31, 32 gegenüber dem gemeinsamen Kühlkörper isoliert werden muss, sofern dieser elektrisch leitend ist.
  • Das erste Wärmeableitelement 41 weist in einer ersten Richtung r1 eine Wärmeleitfähigkeit auf, die kleiner ist als eine Wärmeleitfähigkeit in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung r2. Auch das zweite Wärmeableitelement 42 weist in der ersten Richtung r1 eine Wärmeleitfähigkeit auf, die kleiner ist, als eine Wärmeleitfähigkeit in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung. Ein solcher Aufbau einer Anschlusseinheit 4 lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass der erste Anschlussleiter 31, das erste Wärmeableitelement 41, die Isolatorschicht 40, das zweite Wärmeableitelement 42 und der zweite Anschlussleiter 32 mittels einer Laminiertechnik aufeinanderfolgend angeordnet und miteinander verbunden werden. Ein solcher Verbund vereinfacht die Herstellung elektrisch leitender Verbindungen von bzw. zu Leistungshalbleitermodulen erheblich.
  • In der ersten Richtung r1 kann die Wärmeleitfähigkeit des ersten Wärmeableitelements 41 und/oder die Wärmeleitfähigkeit des zweiten Wärmeableitelements 42 beispielsweise größer sein als 400 W/(K·m). Außerdem kann die Wärmeleitfähigkeit des ersten Wärmeableitelements 41 und/oder die Wärmeleitfähigkeit des zweiten Wärmeableitelements 42 in der zweiten Richtung r2 kleiner sein als 40 W/(K·m).
  • Die in 9 gezeigte Anschlusseinheit 4 weist zudem den Vorteil auf, dass die Wärmeableitelemente 41, 42 und die Isolatorschicht 40 zwischen den Anschlussleitern 31 und 32 angeordnet sind und deshalb durch diese stabilisiert werden. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn zumindest eine der zwischen den Anschlussleitern 31 und 32 angeordneten Komponenten eine geringe mechanische Eigenstabilität aufweist, so dass ohne eine Stabilisierung eine Gefahr der Beschädigung dieser Elemente bestünde. So können beispielsweise das erste Wärme ableitelement 41 und/oder das zweite Wärmeleitelement 42 als Graphitfolie ausgebildet sein.
  • Das Wärmeableitelement 41 und/oder das Wärmeableitelement 42 können hinsichtlich ihrer Orientierung sowie hinsichtlich der verwendeten Materialien so gewählt sein, dass sie in der Richtung r1 ihre maximale Wärmeleitfähigkeit und in der Richtung r2 ihre minimale Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
  • 10 zeigt eine Abwandlung der in 1A gezeigten Leistungshalbleitermodulanordnung. Die Abwandlung besteht darin, dass das anisotrop wärmeleitende Wärmeableitelement 41, z. B. eine Graphitfolie, nicht eben sondern gekrümmt verläuft. Mittels einer geeigneten Krümmung kann das Wärmeableitelement 41 optional mit dem Kühlkörper 20 gekoppelt werden, der auf der dem Leistungshalbleiterchip 14 abgewandten Seite der optionalen Bodenplatte 11 angeordnet und thermisch mit dieser gekoppelt ist. Optional kann der Kühlkörper 20 mittels eines wärmeleitenden Dielektrikums 5 elektrisch gegenüber dem Wärmeableitelement 41 isoliert werden. Als Kühlkörper 20, der auf der dem Leistungshalbleiterchip 14 abgewandten Seite der Bodenplatte 11 angeordnet und thermisch mit dieser gekoppelt ist, kann beispielsweise auch einer der Kühlkörper 21, 22 verwendet und auf eine Weise mit dem Wärmeableitelement 41 in Kontakt gebracht werden, wie dies anhand der 1 und 5 bis 8 erläutert wurde.
  • Die anhand der vorangehenden Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele zeigen jeweils auch den dritten Aspekt der Erfindung. Hierzu ist in den 5 bis 9 beispielhaft eine Stelle S0 der zweiten Kontaktfläche 52 dargestellt. An zumindest dieser Stelle S0 besitzt das Wärmeableitelement in der Richtung der Normalen n der zweiten Kontaktfläche 52 eine zweite Wärmeleitfähigkeit, die kleiner ist als eine erste Wärmeleitfähigkeit, die es an dieser Stelle S0 in einer zur Richtung der Normalen n senkrechten Richtung t aufweist. Jeweils optional kann die erste Wärmeleitfähigkeit gleich der maximalen Wärmeleitfähigkeit und die zweite Wärmeleitfähigkeit gleich der minimalen Wärmeleitfähigkeit des Wärmeableitelementes 41 sein.
  • Die vorangehend erläuterten Aspekte betreffend eine Leistungshalbleitermodulanordnung können, müssen jedoch nicht notwendigerweise in Kombination miteinander eingesetzt werden. Grundsätzlich kann eine Leistungshalbleitermodulanordnung auch nur einen einzigen, beliebigen der Aspekte eins, zwei, drei und fünf aufweisen. Soweit verschiedene dieser Aspekte einander nicht widersprechen, können diese Aspekte auch in beliebiger Kombination miteinander eingesetzt werden.

Claims (34)

  1. Leistungshalbleitermodulanordnung mit – einem Leistungshalbleitermodul (10), das einen Lastanschluss (16a, 17a) und einen Leistungshalbleiterchip (14) aufweist; – einem elektrisch und thermisch leitenden Anschlussleiter (31, 32), der elektrisch leitend mit dem Lastanschluss (16a, 17a) und mit dem Leistungshalbleiterchip (14) verbunden ist; – einem Kühlkörper (21, 22); und – einem anisotrop wärmeleitenden Wärmeableitelement (41, 42); wobei das Wärmeableitelement (41, 42) – eine erste Kontaktfläche (51) aufweist, über die es thermisch mit dem Kühlkörper (21, 22) gekoppelt ist; – eine zweite Kontaktfläche (52) aufweist, über die es thermisch mit dem Anschlussleiter (31, 32) gekoppelt ist; – eine dritte Kontaktfläche (53) aufweist, über die es thermisch mit dem Lastanschluss (16a, 17a) gekoppelt ist; – zwischen der dritten Kontaktfläche (53) und der ersten Kontaktfläche (51) einen ersten Wärmewiderstand (Rth1) aufweist; und – zwischen der dritten Kontaktfläche (53) und der zweiten Kontaktfläche (52) einen zweiten Wärmewiderstand (Rth2) aufweist, der größer ist als der erste Wärmewiderstand (Rth1).
  2. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Anspruch 1, bei dem ein Abschnitt des Wärmeableitelements (41) zwischen dem Lastanschluss (16a) und dem Anschlussleiter (31) angeordnet ist.
  3. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Wärmeableitelement (41, 42) eine Graphitfolie ist.
  4. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Wärmeableitelement (41) an zumindest einer Stelle in wenigstens einer Richtung eine maximale Wärmeleitfähigkeit (λ1', λ1'', λ1''') aufweist, die größer ist als 400 W/(K·m).
  5. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Wärmeableitelement (41) an zumindest einer Stelle in wenigstens einer Richtung eine minimale Wärmeleitfähigkeit (λ2', λ2'', λ2''') aufweist, die kleiner ist als 40 W/(K·m).
  6. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Wärmeableitelement (41) an zumindest einer Stelle (S0) der zweiten Kontaktfläche (52) in Richtung der Normalen (n) der zweiten Kontaktfläche (52) eine zweite Wärmeleitfähigkeit (λ2) aufweist, die kleiner ist als eine erste Wärmeleitfähigkeit (λ1), die es an dieser Stelle (S0) in einer zur Richtung der Normalen (n) senkrechten Richtung (t) aufweist.
  7. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Anspruch 6, bei dem die erste Wärmeleitfähigkeit (λ1) gleich der maximalen Wärmeleitfähigkeit (λmax) des Wärmeableitelementes (41) ist.
  8. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem die zweite Wärmeleitfähigkeit (λ2) gleich der minimalen Wärmeleitfähigkeit (λmin) des Wärmeableitelementes (41) ist.
  9. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die erste Wärmeleitfähigkeit (λ1) wenigstens das zehnfache der zweiten Wärmeleitfähigkeit (λ2) beträgt.
  10. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Kontaktfläche (51) wenigstens das zweifache der zweiten Kontaktfläche (52) beträgt.
  11. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Leistungshalbleitermodul (10) eine Bodenplatte (11) aufweist, die mit dem ersten Kühlkörper (20) thermisch gekoppelt ist.
  12. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Wärmeableitelement (41) mittels eines wärmeleitenden Dielektrikums (5) gegenüber dem ersten Kühlkörper (20) elektrisch isoliert ist.
  13. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Leistungshalbleitermodul (10) eine Bodenplatte (11) aufweist, die auf ihrer dem Halbleiterchip (14) abgewandten Seite mit einem zweiten Kühlkörper (20) thermisch gekoppelt ist.
  14. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Kondensator (3), der mittels eines Anschlusskontaktes (3a) elektrisch an dem Anschlussleiter (31) angeschlossen ist.
  15. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Anschlussleiter (31, 32) als starre Schiene ausgebildet ist.
  16. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der der Anschlussleiter (31, 32) als flexible Leiterschicht ausgebildet ist.
  17. Leistungshalbleitermodulanordnung mit – einem Leistungshalbleitermodul (10), das einen Lastanschluss (16a, 17a) und einen Leistungshalbleiterchip (14) aufweist; – einem elektrisch und thermisch leitenden Anschlussleiter (31, 32), der elektrisch leitend mit dem Lastanschluss (16a, 17a) und mit dem Leistungshalbleiterchip (14) verbunden ist; – einem Kühlkörper (21, 22); – einem anisotrop wärmeleitenden Wärmeableitelement (41, 42), das eine erste Kontaktfläche (51) aufweist, über die es thermisch mit dem Kühlkörper (21, 22) gekoppelt ist, und eine zweite Kontaktfläche (52), über die es thermisch mit dem Anschlussleiter (31, 32) gekoppelt ist, und die kleiner ist als die erste Kontaktfläche (51).
  18. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Anspruch 17, bei der das Wärmeableitelement (41, 42) eine dritte Kontaktfläche (53) aufweist, über die es thermisch mit dem Lastanschluss (16a, 17a) gekoppelt ist, wobei – das Wärmeableitelement (41, 42) entlang eines kürzestmöglichen innerhalb des Wärmeableitelementes (41, 42) von der dritten Kontaktfläche (53) zur ersten Kontaktfläche (51) verlaufenden ersten Pfades (P1(λ1min)), der an wenigstens einer Stelle eine in Pfadrichtung minimale erste Wärmeleitfähigkeit (λ1min) aufweist; – das Wärmeableitelement (41, 42) entlang eines kürzestmöglichen innerhalb des Wärmeableitelementes (41, 42) von der dritten Kontaktfläche (53) zur zweiten Kontaktfläche (52) verlaufenden zweiten Pfades (P2(λ2min), der an wenigstens einer Stelle eine in Pfadrichtung maximale zweite Wärmeleitfähigkeit (λ2min) aufweist, die kleiner ist als die erste Wärmeleitfähigkeit (λ1min).
  19. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18, bei der die erste Wärmeleitfähigkeit größer ist als 400 W/(K·m).
  20. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei der die zweite Wärmeleitfähigkeit kleiner ist als 40 W/(K·m).
  21. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem das Wärmeableitelement (41, 42) eine Graphitfolie ist.
  22. Leistungshalbleitermodulanordnung mit – einem Leistungshalbleitermodul (10), das einen Lastanschluss (16a, 17a) und einen Leistungshalbleiterchip (14) aufweist; – einem elektrisch und thermisch leitenden Anschlussleiter (31, 32), der elektrisch leitend mit dem Lastanschluss (16a, 17a) und mit dem Leistungshalbleiterchip (14) verbunden ist; – einem Kühlkörper (21, 22); und – einem anisotrop wärmeleitenden Wärmeableitelement (41, 42), das einen Abschnitt aufweist, der zwischen dem Lastanschluss (16a, 17a) und dem Anschlussleiter (31, 32) angeordnet ist; wobei das Wärmeableitelement (41, 42) eine erste Kontaktfläche (51) aufweist, über die es thermisch mit dem Kühlkörper (21, 22) gekoppelt ist, und eine zweite Kontaktfläche (52), über die es thermisch mit dem Anschlussleiter (31, 32) gekoppelt ist, und wobei das Wärmeableitelement an zumindest einer Stelle (S0) der zweiten Kontaktfläche (52) in Richtung der Normalen (n) der zweiten Kontaktfläche (52) eine zweite Wärmeleitfähigkeit (λ2) aufweist, die kleiner ist als eine erste Wärmeleitfähigkeit (λ1), die es an dieser Stelle (S0) in einer zur Richtung der Normalen (n) senkrechten Richtung (t) aufweist.
  23. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Anspruch 22, bei der die erste Wärmeleitfähigkeit größer ist als 400 W/(K·m).
  24. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 22 oder 23, bei der die zweite Wärmeleitfähigkeit kleiner ist als 40 W/(K – m).
  25. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem das Wärmeableitelement (41, 42) eine Graphitfolie ist.
  26. Anschlusseinheit (4) zum Anschließen einer externen Komponente an ein Leistungshalbleitermodul (10), in der in einer ersten Richtung (r1) – ein elektrisch und thermisch leitender erster Anschlussleiter (31); – ein anisotrop wärmeleitendes erstes Wärmeableitelement (41); – eine Isolatorschicht (40); – ein anisotrop wärmeleitendes zweites Wärmeableitelement (42); und – ein elektrisch und thermisch leitender zweiter Anschlussleiter (32); aufeinander folgend angeordnet sind.
  27. Anschlusseinheit (4) gemäß Anspruch 26, bei der – das erste Wärmeableitelement (41) in der ersten Richtung (r1) eine Wärmeleitfähigkeit (λ1) aufweist, die kleiner ist, als seine Wärmeleitfähigkeit (λ2) in einer zur ersten Richtung (r1) senkrechten zweiten Richtung (r2). – das zweite Wärmeableitelement (42) in der ersten Richtung (r1) eine Wärmeleitfähigkeit (λ1) aufweist, die kleiner ist, als seine Wärmeleitfähigkeit (λ) in einer zur ersten Richtung (r1) senkrechten zweiten Richtung (r2).
  28. Anschlusseinheit (4) gemäß Anspruch 26 oder 27, die als Laminat ausgebildet ist.
  29. Anschlusseinheit (4) gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, bei der das erste Wärmeableitelement (41) thermisch mit einem ersten Kühlkörper (21) gekoppelt ist.
  30. Anschlusseinheit (4) gemäß einem der Ansprüche 26 bis 29, bei der das erste Wärmeableitelement (41) und/oder das zweite Wärmeableitelement (42) in der ersten Richtung (r1) eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die größer ist als 400 W/(K·m).
  31. Anschlusseinheit (4) gemäß einem der Ansprüche 26 bis 30, bei der das erste Wärmeableitelement (41) und/oder das zweite Wärmeableitelement (42) in der zweiten Richtung (r2) eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die kleiner ist als 40 W/(K·m).
  32. Anschlusseinheit (4) gemäß einem der Ansprüche 26 bis 31, bei der das erste Wärmeableitelement (41) und/oder das zweite Wärmeableitelement (42) als Graphitfolie ausgebildet ist.
  33. Leistungshalbleitermodulanordnung mit – einem Leistungshalbleitermodul (10), das einen ersten Lastanschluss (16a) und einen zweiten Lastanschluss (17a) aufweist; und – einer Anschlusseinheit (4) gemäß einem der Ansprüche 26 bis 32; bei der – der erste Lastanschluss (16a) mit dem ersten Anschlussleiter (31) elektrisch leitend verbunden ist; – der zweite Lastanschluss (17a) mit dem zweiten Anschlussleiter (32) elektrisch leitend verbunden ist.
  34. Leistungshalbleitermodulanordnung gemäß Anspruch 33 mit einem Kondensator (3), der an der Anschlusseinheit (4) zwischen dem ersten Anschlussleiter (31) und dem zweiten Anschlussleiter (32) angeschlossen ist.
DE102008048005A 2008-09-19 2008-09-19 Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung Expired - Fee Related DE102008048005B3 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008048005A DE102008048005B3 (de) 2008-09-19 2008-09-19 Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung
US12/563,843 US8324720B2 (en) 2008-09-19 2009-09-21 Power semiconductor module assembly with heat dissipating element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008048005A DE102008048005B3 (de) 2008-09-19 2008-09-19 Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008048005B3 true DE102008048005B3 (de) 2010-04-08

Family

ID=41795325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008048005A Expired - Fee Related DE102008048005B3 (de) 2008-09-19 2008-09-19 Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8324720B2 (de)
DE (1) DE102008048005B3 (de)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10201935B2 (en) 2007-03-19 2019-02-12 Augustine Temperature Management LLC Electric heating pad
US20150366367A1 (en) 2007-03-19 2015-12-24 Augustine Temperature Management LLC Electric heating pad with electrosurgical grounding
US8283602B2 (en) 2007-03-19 2012-10-09 Augustine Temperature Management LLC Heating blanket
JP5319601B2 (ja) * 2010-05-10 2013-10-16 株式会社東芝 半導体装置及び電力用半導体装置
JP5447175B2 (ja) * 2010-05-17 2014-03-19 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置
US9030822B2 (en) 2011-08-15 2015-05-12 Lear Corporation Power module cooling system
US9153520B2 (en) * 2011-11-14 2015-10-06 Micron Technology, Inc. Stacked semiconductor die assemblies with multiple thermal paths and associated systems and methods
JP5588956B2 (ja) * 2011-11-30 2014-09-10 株式会社 日立パワーデバイス パワー半導体装置
DE112012005472T5 (de) * 2011-12-26 2014-09-11 Mitsubishi Electric Corporation Elektrische Leistungs-Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
US9076593B2 (en) 2011-12-29 2015-07-07 Lear Corporation Heat conductor for use with an inverter in an electric vehicle (EV) or a hybrid-electric vehicle (HEV)
US8971041B2 (en) 2012-03-29 2015-03-03 Lear Corporation Coldplate for use with an inverter in an electric vehicle (EV) or a hybrid-electric vehicle (HEV)
US8971038B2 (en) 2012-05-22 2015-03-03 Lear Corporation Coldplate for use in an electric vehicle (EV) or a hybrid-electric vehicle (HEV)
US8902582B2 (en) 2012-05-22 2014-12-02 Lear Corporation Coldplate for use with a transformer in an electric vehicle (EV) or a hybrid-electric vehicle (HEV)
US20140284040A1 (en) 2013-03-22 2014-09-25 International Business Machines Corporation Heat spreading layer with high thermal conductivity
US9668303B2 (en) 2013-04-17 2017-05-30 Augustine Biomedical And Design, Llc Flexible electric heaters
US9642289B2 (en) * 2013-09-19 2017-05-02 Infineon Technologies Austria Ag Power supply and method
US20150290027A1 (en) 2014-04-10 2015-10-15 Augustine Biomedical And Design, Llc Underbody Warming Systems with Core Temperature Monitoring
US9615490B2 (en) 2014-05-15 2017-04-04 Lear Corporation Coldplate with integrated DC link capacitor for cooling thereof
US9362040B2 (en) 2014-05-15 2016-06-07 Lear Corporation Coldplate with integrated electrical components for cooling thereof
JP6413553B2 (ja) * 2014-09-26 2018-10-31 富士電機株式会社 パワー半導体モジュール装置
TW201613455A (en) * 2014-09-30 2016-04-01 Foxconn Tech Co Ltd Heat dissipation device and method for manufacturing the same
EP3217906B1 (de) 2014-11-13 2022-03-02 Augustine Temperature Management, LLC Erwärmungssysteme für beheizten unterboden mit elektrochirurgischer erdung
DE102015113873B3 (de) * 2015-08-21 2016-07-14 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronische Baugruppe mit Kondensatoreinrichtung
US9866213B1 (en) * 2016-09-08 2018-01-09 United Silicon Carbide, Inc. High voltage switch module
EP3376539A1 (de) * 2017-03-14 2018-09-19 HS Elektronik Systeme GmbH Stapelbares leistungsmodul
JP6972622B2 (ja) * 2017-04-03 2021-11-24 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
IT201800007387A1 (it) * 2018-07-20 2020-01-20 Caricabatterie per veicoli
US10765580B1 (en) 2019-03-27 2020-09-08 Augustine Biomedical And Design, Llc Patient securement system for the surgical trendelenburg position
US11844733B1 (en) 2022-06-23 2023-12-19 Augustine Biomedical And Design, Llc Patient securement system for the surgical Trendelenburg position

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4878152A (en) * 1987-06-16 1989-10-31 Thomson-Csf Mounting for printed circuits forming a heat sink with controlled expansion
JPH0488660A (ja) * 1990-07-31 1992-03-23 Ricoh Co Ltd 実装部材
US6407922B1 (en) * 2000-09-29 2002-06-18 Intel Corporation Heat spreader, electronic package including the heat spreader, and methods of manufacturing the heat spreader
US20070176277A1 (en) * 2006-01-12 2007-08-02 Infineon Technologies Ag Semiconductor module having a semiconductor chip stack and method
DE102006008807A1 (de) * 2006-02-25 2007-09-06 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Anordnung mit einem Leistungshalbleitermodul und einem Kühlbauteil

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5144747A (en) * 1991-03-27 1992-09-08 Integrated System Assemblies Corporation Apparatus and method for positioning an integrated circuit chip within a multichip module
US5567654A (en) * 1994-09-28 1996-10-22 International Business Machines Corporation Method and workpiece for connecting a thin layer to a monolithic electronic module's surface and associated module packaging
JPH09172116A (ja) * 1995-12-21 1997-06-30 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
CN1146988C (zh) * 1997-12-08 2004-04-21 东芝株式会社 半导体功率器件的封装及其组装方法
JP2004088660A (ja) 2002-08-28 2004-03-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光電変換回路、およびパラレル−シリアル変換装置、並びに光信号処理装置
WO2007035295A1 (en) * 2005-09-16 2007-03-29 University Of Cincinnati Silicon mems based two-phase heat transfer device
JP4455488B2 (ja) * 2005-12-19 2010-04-21 三菱電機株式会社 半導体装置
US8314483B2 (en) * 2009-01-26 2012-11-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. On-chip heat spreader

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4878152A (en) * 1987-06-16 1989-10-31 Thomson-Csf Mounting for printed circuits forming a heat sink with controlled expansion
JPH0488660A (ja) * 1990-07-31 1992-03-23 Ricoh Co Ltd 実装部材
US6407922B1 (en) * 2000-09-29 2002-06-18 Intel Corporation Heat spreader, electronic package including the heat spreader, and methods of manufacturing the heat spreader
US20070176277A1 (en) * 2006-01-12 2007-08-02 Infineon Technologies Ag Semiconductor module having a semiconductor chip stack and method
DE102006008807A1 (de) * 2006-02-25 2007-09-06 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Anordnung mit einem Leistungshalbleitermodul und einem Kühlbauteil

Also Published As

Publication number Publication date
US8324720B2 (en) 2012-12-04
US20100078807A1 (en) 2010-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008048005B3 (de) Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung
DE102008051965B4 (de) Bauelement mit mehreren Halbleiterchips
DE10306643B4 (de) Anordnung in Druckkontaktierung mit einem Leistungshalbleitermodul
DE102014216194B3 (de) Schaltungsträger mit einem Wärmeleitelement, Verbindungsanordnung mit einem Schaltungsträger und Verfahren zum Abführen von Verlustwärme
DE102004018476A1 (de) Leistungshalbleiteranordnung
DE102013219571B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit vertikalem Shunt-Widerstand
WO2004114404A1 (de) Vorrichtung mit wenigstens einer von einem zu kühlenden funktionselement gebildeten wärmequelle, mit wenigstens einer wärmesenke und mit wenigstens einer zwischenlage aus einer thermischen leitenden masse zwischen der wärmequelle und der wärmesenke sowie thermische leitende masse, insbesondere zur v
DE102015122259B4 (de) Halbleitervorrichtungen mit einer porösen Isolationsschicht
DE102012200863A1 (de) Halbleitervorrichtung mit Grundplatte
DE102004018477B4 (de) Halbleitermodul
DE102013200526B4 (de) Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls
DE102017120747A1 (de) SMD-Gehäuse mit Oberseitenkühlung
DE102016115221A1 (de) Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Substraten zur Bildung eines Moduls
EP3226269B1 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
AT515440B1 (de) Elektrische Bauteilanordnung
DE102004018471B4 (de) Leistungshalbleiterschaltung und Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleiterschaltung
DE102012215656B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls
DE102012201889A1 (de) Elektrisches Leistungsmodul und Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines elektrischen Leistungsmoduls
DE102007044046B4 (de) Verfahren zur internen Kontaktierung eines Leistungshalbleitermoduls
DE102014221142A1 (de) Modul mit Sinteranbindung
DE202005004277U1 (de) Halbleiterbauelementanordnung
DE112007002337T5 (de) Elektrische Schaltungsbaugruppe für Hochleistungselektronik
DE102014203310A1 (de) Elektronikmodul
DE102012207560B4 (de) Verfahren zur herstellung und zum betrieb eines halbleitermoduls
DE102018111594B4 (de) Leistungshalbleitermodul und Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleitermodul

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee