DE102012204159A1 - Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

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Thomas Schmid
Dietrich George
Klaus Alzner
Silke Kraft
Andreas Schletz
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Continental Automotive GmbH
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Continental Automotive GmbH
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Abstract

Offenbart ist ein Leistungshalbleitermodul (1, 2) mit oberseitiger Kontaktierung mindestens eines Leistungshalbleiterchips (6, 7) und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Das Leistungshalbleitermodul (1, 2) weist ein Keramiksubstrat (8) mit mindestens einer strukturierten elektrisch leitenden Beschichtung (9) auf, wobei die Struktur mindestens eine Halbleiterchipanschlussfläche (10, 11), mit welcher der mindestens eine Leistungshalbleiterchips (6, 7) stoffschlüssig verbunden ist, und eine Kontaktanschlussfläche (14 bis 17) umfasst. Ein Elektrode (3, 4, 5) und Kontaktanschlussfläche (14 bis 17) oberseitig abdeckendes Stanzgitter (20) mit Biegeblechstreifen (18, 19) verbindet die Elektrode (3, 4, 5) und die Kontaktanschlussfläche (14 bis 17) elektrisch miteinander. Die Abdeckungen des Stanzgitters (20) sind mit den Flächen der Elektrode (3, 4, 5) und der Kontaktanschlussfläche (14 bis 17) stoffschlüssig verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit oberseitiger Kontaktierung mindestens eines Leistungshalbleiterchips und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Dabei weist das Leistungshalbleitermodul ein Keramiksubstrat mit mindestens einer strukturierten elektrisch leitenden Beschichtung auf, wobei die Struktur mindestens eine Halbleiterchipanschlussfläche, mit welcher der mindestens eine Leistungshalbleiterchip stoffschlüssig verbunden ist und Kontaktanschlussflächen umfasst.
  • Aus der Druckschrift US 2007/0183920 A1 ist eine Metallpaste mit Nanopartikeln für Verbindungen und ein Verwendungsverfahren bekannt. Die Metallpaste enthält Metall- oder Metalllegierungen, vorzugsweise aus Silber oder Silberlegierungen, ein Dispersionsmaterial, und einen Binder, der zum Bilden einer elektrischen, mechanischen oder thermischen Verbindungzwischen einem Bauelement und einem Substrat verwendet wird. Unter Verwendung von Nanopartikeln, die kleiner als 500 nm und vorzugsweise weniger als 100nm groß sind, können die Metall oder Metalllegierungspartikel bei einer niedrigen Temperatur gesintert werden.
  • Beim Sintern wird bei der niedrigen Sintertemperatur eine Metall oder eine Metalllegierungsschicht gebildet, von der ein intensives elektrisches, thermisches und mechanisches Fügen erwartet werden kann, so dass die Metall- oder Metalllegierungsschicht hohen Temperaturen widersteht, die beim Betrieb von Bauelementen mit SiC-, GaN- oder Diamant-Chips, nämlich bei Bauelementen mit hohem Bandabstand auftreten können. Außerdem ist kein erheblicher Druck erforderlich um dichte Schichten zu bilden. Zusätzlich kann der Binder variiert werden, um die Metallpartikel bis zum Erreichen einer gewünschten Sintertemperatur zu isolieren, wodurch eine schnelle und vollständige Sinterung erreicht werden kann.
  • Derartige Sintermetallschichten werden zum Fixieren und zum elektrischen Verbinden von rückseitigen großflächigen Elektroden von Leistungshalbleiterchips auf Leistungshalbleiterchipkontaktflächen einer flächigen Metallstruktur eingesetzt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung desselben zu schaffen, um zuverlässige Verbindungen zwischen dem Leistungshalbleiterchip und Anschlussflächen des Substrats bereitzustellen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung entsprechende kostengünstige Leistungshalbleitermodule zur Ansteuerung von elektrischen Maschinen, die in einem Motormodus und einem Generatormodus betreibbar sind und als Konverter für Hybridantriebe zu verwenden.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Leistungshalbleitermodul mit oberseitiger Kontaktierung mindestens eines Leistungshalbleiterchips und ein Verfahren zur Herstellung desselben angegeben. Dabei weist das Leistungshalbleitermodul ein Keramiksubstrat mit mindestens einer strukturierten elektrisch leitenden Beschichtung auf, wobei die Struktur mindestens eine Halbleiterchipanschlussfläche, mit welcher der mindestens eine Leistungshalbleiterchip stoffschlüssig verbunden ist, und Kontaktanschlussflächen umfasst. Ein die oberseitige Elektrode und die Kontaktanschlussfläche oberseitig abdeckendes Stanzgitter mit zumindest einem Biegeblechstreifen verbindet elektrisch die oberseitige Elektrode und die Kontaktanschlussfläche miteinander. Die Abdeckungen des Stanzgitters weisen dazu stoffschlüssige Verbindungen mit Flächen der Elektrode und der Kontaktanschlussfläche auf.
  • Ein derartiges Leistungshalbleitermodul hat den Vorteil, dass keine individuellen Bondverbindungen aus Bonddrähten oder Bondbändern zwischen oberseitigen Elektroden von Leistungshalbleiterchips und den entsprechenden und zugehörigen Kontaktanschlussflächen auf der strukturierten Beschichtung des Substrats einzeln herzustellen sind. Vielmehr ist es nun möglich, mit einem komplett vorgestanzten Stanzgitter, das ähnlich einem sonst üblichen Flachleiterrahmen, beispielsweise aus einer dünnen Biegeblechplatte, gestanzt und vorgeformt werden kann, eine flächige Verdrahtung aufzubringen. Dazu ist auf den bzw. oberhalb der Leistungshalbleiterchips mit den oberseitigen Elektroden der Leistungshalbleiterchips und auf der strukturierten Beschichtung des Keramiksubstrats das Stanzgitter angeordnet, und über ein Niedertemperatur-Sinterverfahren mit einem einzigen Sinterverfahrensschritt sind die notwendigen Verbindungen zwischen den oberseitigen, flächigen Elektroden der Leistungshalbleiterchips und den Kontaktanschlussflächen der strukturierten Beschichtung auf dem Substrat bei dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul realisiert.
  • Eine derartige Verbindungstechnik zwischen der oberseitigen Elektrode und Kontaktanschlussfläche auf der Oberseite des Substrats bzw. auf der auf der Oberseite des Substrats angeordneten strukturierten Beschichtung hat darüber hinaus den Vorteil der verbesserten Reproduzierbarkeit und der höheren Zuverlässigkeit gegenüber den bekannten Bonddraht- und Bondbandverbindungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
  • Aufgrund der im Vergleich zur Kontaktierung mittels Bonddrähten oder Bondbändern großflächigen Anbindung wird einerseits eine zuverlässigere Ansteuerung der Leistungshalbleiter erreicht sowie eine günstigere Entwärmung der Leistungshalbleiter realisiert. Damit kann eine deutliche Lebensdauersteigerung des Verbundes bzw. des Leistungshalbleitermoduls sowie eine höhere Strombelastung ermöglicht werden. Auch kann selbst ein relativ schmaler Biegeblechstreifen für eine Steuerelektrode wie die Gateelektrode zusammen mit den relativ breiten Biegeblechstreifen für die großflächigen Emitterelektroden bzw. großflächigen Anoden über ein derartiges Stanzgitter verwirklicht werden. Zusammenfassend werden somit nachfolgende Vorteile erreicht.
  • Eine bessere Ansteuerung der Leistungshalbleiter wird aufgrund der großflächigen Anbindung angegeben. Weiterhin wird eine bessere Entwärmung der Leistungshalbleiter durch die großflächige Anbindung und eine höhere Lebensdauer der Kontaktzonen zwischen Leistungshalbleitern und Oberseitenkontaktierungen erreicht. Darüber hinaus wird eine höhere Strombelastung der Leistungshalbleiter aufgrund der großflächigen Anbindung und der gesteigerten Lebensdauer der Kontaktzonen zwischen den Leistungshalbleitern und der Oberseitenkontaktierung sowie eine Steigerung auch der Lebensdauer aufgrund der Gatekontaktierung über das Stanzgitter mithilfe der Niedertemperatur-Verbindungstechnik gewährleistet.
  • Dazu ist es von Vorteil, wenn das Stanzgitter aus Biegeblechmaterial mindestens einseitig zu der oberseitigen, flächigen Elektrode der Leistungshalbleiterchips und der zugehörigen Kontaktanschlussfläche eine Silber- oder Zinnsilberbeschichtung aufweist. Diese kann vor dem Stanz- und Biegeprozess wie auch nach dem Stanz- und Biegeprozess des Stanzgitters auf die entsprechende zu verbindende Oberseite des Stanzgitters aufgebracht sein. Damit ist der Vorteil verbunden, dass sich beim Niedertemperatur-Sintern Metall für eine Silberpaste zuverlässig und reproduzierbar eine Silberverbindungsschicht ausbildet.
  • Diese flächige Silberverbindungsschicht hat nicht nur den Vorteil einer zuverlässigen elektrischen Kontaktierung der oberseitigen Elektrode und eine zuverlässige elektrische Verbindung der oberseitigen Elektrode mit der Kontaktanschlussfläche auf der strukturierten Beschichtung des Substrats, sondern verbessert auch die Entwärmung der Leistungshalbleiterchips, die bisher lediglich über die Unterseite der Leistungshalbleiterchips erfolgte und nun aber auch über die Wärmeableitung des Stanzgitters verbessert und intensiviert wird. Dazu tragen auch die zu einer gesinterten Silberverbindungsschicht kompaktierten Silberpartikel der eingesetzten Silberpaste bei.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Biegeblechstreifen des oberseitig angeordneten Stanzgitters Übergangsbrücken aufweisen, bei denen die Biegeblechstreifen des Stanzgitters Abkantungen zwischen der oberseitigen Elektrode und der Kontaktanschlussfläche aufweisen. Im Prinzip ist zur Realisierung einer einzelnen Übergangsbrücke eine erste Abkantung an einem Rand einer oberseitigen Elektrode vorgesehen, die den Biegeblechstreifen des Stanzgitters von dem Leistungshalbleiterchip abhebt, eine zweite Abkantung, die den Biegeblechstreifen parallel zu dem Substrat, jedoch beabstandet von demselben führt, und eine dritte Abkantung, die nun den Biegeblechstreifen des Stanzgitters in Richtung auf eine der zugehörigen Kontaktanschlussflächen biegt, und eine letzte Abkantung, die ein Höhenniveau aufweist, das der Oberseite der strukturierten Beschichtung des Substrats entspricht und damit die Höhendifferenz zwischen der Oberseite des Leistungshalbleiterchips bzw. der Oberfläche der Elektrode und der Oberseite der Kontaktanschlussfläche ausgleicht.
  • Diese Höhendifferenz entspricht der Dicke der jeweiligen Leistungshalbleiterchips. Derartige Überbrückungen und Abkantungen zur isolierten Überbrückung der Abstände zwischen den oberseitigen Elektrodenflächen und den auf dem Substrat bzw. der strukturierten Beschichtung des Substrats angeordneten Kontaktanschlussflächen können bereits für sämtliche erforderlichen Verbindungen des Leistungshalbleitermoduls durch ein einziges Stanzgitter berücksichtigt werden und mit einem passgenauen Stanz- und Biegeprozessschritt vorgeformt sein.
  • Auf einer Oberseite eines Leistungshalbleiterchips kann mehr als eine Elektrode vorgesehen sein, wie beispielsweise bei einem Leistungshalbleiterchip eines IGBT-(Insulated Gate Bipolar Transistor). Bei diesem Leistungshalbleitertransistor befindet sich auf der Oberseite des Leistungshalbleiterchips nicht nur eine großflächige Emitterelektrode, sondern auch eine zentrale Steuer- bzw. Gateelektrode mit einer deutlich geringeren Elektrodenfläche, so dass eine deutlich geringere Breite des Biegeblechstreifens als Steuerleitung in dem Stanzgitter vorzusehen ist.
  • Bei derartigen Bauelementen besteht die Möglichkeit, die großflächige Elektrode beispielsweise für den Emitter durch eine großflächige Anschlussfahne von einem Rand des Leistungshalbleiterchips zu einer entsprechenden Kontaktanschlussfläche mit einem Biegeblechstreifen des Stanzgitters zu führen und die Gateelektrode durch eine entsprechende, mit Abkantungen versehene Übergangsbrücke eines Biegeblechstreifens zu der gegenüber liegenden Randseite des Leistungshalbleiterchips zu führen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden beide Biegeblechstreifen für die Emitterelektrode und die Gateelektrode zu einer einzigen Randseite des Leistungshalbleiterchips hingeführt. Dabei werden den Biegeblechstreifen für die Emitterelektrode in zwei Blechfahnen geteilt, die im Bereich ihrer Übergangsbrücken zum Substrat trapezförmig voneinander beabstandet sind, so dass mittig eine deutlich schmalere Steuerleitungübergangsbrücke aus einem deutlich schmaleren Biegeblechstreifen als Steuerleitung zu einer zentral angeordneten Gateelektrode zwischen den Biegeblechfahnen der Emitterelektrode, wie es die nachfolgenden Figuren zeigen, hindurchgeführt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass oberseitige Elektroden unterschiedlicher Leistungshalbleiterchips mittels Übergangsbrücken aus abgekanteten Biegeblechstreifen miteinander elektrisch in Verbindung stehen. Bei diesen Biegeblechstreifen müssen mithilfe der Übergangsbrücken keine Höhendifferenzen überwunden werden, wenn die Leistungshalbleiterchips, deren Elektroden zu verbinden sind, die gleiche Dicke aufweisen.
  • Weiterhin ist es vorgesehen, dass das Keramiksubstrat eine Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitridlegierung aufweist und die strukturierte elektrisch leitende Beschichtung auf dem Keramiksubstrat eine Kupferlegierung ist. Diese Kupferlegierung, zumindest auf den Kontaktanschlussflächen und den Leistungshalbleiterchipanschlussflächen, kann eine Silber- oder Zinnsilberlegierungsbeschichtung aufweisen, um die Zuverlässigkeit des Niedrigtemperatur-Sinterprozesses mit einer Silberpaste zu verbessern. Dabei weist der mindestens eine Leistungshalbleiterchip auf der Leistungshalbleiterchipanschlussfläche des Keramiksubstrats gesinterte Silberpartikel einer gesinterten Niedrigtemperatur-Verbindung einer Sinter-Silberpaste auf.
  • Um eine Entwärmung des Leistungshalbleitermoduls zu intensivieren, kann das Keramiksubstrat auf seiner Rückseite eine Kupferschicht aufweisen, die zur Entwärmung des Leistungshalbleitermoduls mit einem Kühlmittel durchströmten Kühlkörper und/oder über eine Silber- oder Zinnsilberschicht stoffschlüssig mit dem Kühlkörper verbunden ist. Ein derartig gekühltes Leistungshalbleitermodul kann deutlich mehr Verlustwärme abführen als ein Leistungshalbleitermodul, das lediglich luftgekühlt ist oder mit einem Kühlkörper aus Kühlrippen einem Kühlluftstrom ausgesetzt wird.
  • Außerdem kann auf dem Kühlkörper ein Kunststoffrahmen angeordnet sein, aus dem Außenanschlussleiter aus Biegeblechstreifen herausragen, die im Innern des Leistungshalbleitermoduls mit Kontaktanschlussflächen der strukturierten Beschichtung des Keramiksubstrats stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden sind.
  • Der Kunststoffrahmen kann schließlich mit einem Weichkunststoff unter Einbetten des mindestens einen Leistungshalbleiterchips und des oberseitig angeordneten Stanzgitters gefüllt sein.
  • Anstelle eines Kunststoffrahmens, der Weichkunststoff aufweist, ist es auch möglich, das Keramiksubstrat mit dem mindestens einen Leistungshalbleiterchip und mit dem oberseitig angeordnete Stanzgitter in eine harte Kunststoffmasse unter Herausragen von Außenanschlussleitern einzubetten.
  • Soll ein derartige Leistungshalbleitermodul für eine elektrische Maschine eingesetzt werden, die einen Generatormodus und einen Motormodus aufweist, und die mithilfe eines derartigen Leistungshalbleitermodus betreibbar ist, so weist ein derartiges Leistungshalbleitermodul drei Halbbrückenschaltungen auf. Jede der drei Halbbrückenschaltungen weist mindestens einen ersten und einen zweiten Leistungstransistor und mindestens eine erste und eine zweite Leistungsdiode auf, wobei die Leistungsdioden der Halbbrückenschaltungen in dem Generatormodus der elektrischen Maschine einen dreiphasigen Generatorstrom zu einem Gleichstrom konvertieren und wobei die Leistungstransistoren in dem Motormodus einen Gleichstrom in einen dreiphasigen Statordrehstrom konvertieren.
  • Ein derartiges Leistungshalbleitermodul weist erfindungsgemäß ein Keramiksubstrat mit mindestens einer strukturierten elektrisch leitenden Beschichtung auf, wobei die Struktur der Beschichtung Leistungshalbleiterchipanschlussflächen, mit darauf angeordneten Leistungshalbleiterchips von Leistungstransistoren und Leistungsdioden, die stoffschlüssig mit Kontaktanschlussflächen verbunden sind, auf. Außerdem weist das Leistungshalbleitermodul, das pro Halbbrückenschaltung zwei Leistungstransistoren und zwei Leistungsdioden aufweist, ein oberseitig, vollflächig abdeckendes Stanzgitter mit Biegeblechstreifen auf, welche die oberseitigen Elektroden der Leistungshalbleiterchips der Leistungstransistoren sowie der Leistungsdioden mit Kontaktanschlussflächen elektrisch verbinden.
  • Die Abdeckungen der Flächen der Elektroden und der Kontaktanschlussflächen durch das Stanzgitter weist stoffschlüssige Niedrigtemperatur gesinterte elektrische Verbindungen auf. Ein derartiges Leistungsmodul mit einem oberflächig angeordneten Stanzgitter, mit dem sämtliche oberflächigen Verbindungen zwischen oberseitigen Elektroden von sechs Leistungstransistoren und sechs Leistungsdioden mit entsprechend vorgesehenen Kontaktanschlussflächen auf dem Keramiksubstrat verbunden sind, kann auch durch drei Module dargestellt werden, wobei jedes der Module eine Halbbrücke aus zwei Leistungstransistoren und zwei Leistungsdioden aufweist und die drei Halbbrückenschaltungen zu einer größeren Einheit auf einer entsprechenden Schaltungsplatine zusammengeführt werden.
  • Ferner ist es vorgesehen, einen Konverter mit drei Halbbrückenschaltungen, die jeweils mindestens einen ersten und einen zweiten Leistungstransistor und mindestens eine erste und eine zweite Leistungsdiode aufweisen, zu schaffen, wobei die Leistungsdioden der Halbbrückenschaltungen in einem Generatormodus einer elektrischen Maschine einen dreiphasigen Generatorstrom zu einem Gleichstrom konvertieren und wobei die Leistungstransistoren in einem Motormodus der elektrischen Maschine einen Gleichstrom in einen dreiphasigen Statordrehstrom konvertieren, wobei das Leistungshalbleitermodul als Konverter nachfolgende Komponenten aufweist.
  • Zunächst ist es vorgesehen, dass ein Keramiksubstrat mit mindestens einer strukturierten elektrisch leitenden Beschichtung vorgesehen ist, wobei die Struktur der Beschichtung Chipanschlussflächen, mit welchen Leistungshalbleiterchips der Leistungstransistoren und der Leistungsdioden stoffschlüssig verbunden sind, und zusätzlich Kontaktanschlussflächen aufweist. Ferner ist vorgesehen, dass in dem Konverter ein oberseitig abdeckendes Stanzgitter mit Biegeblechstreifen, welche die oberseitigen Elektroden der Leistungshalbleiterchips der Leistungstransistoren und der Leistungsdioden und die Kontaktanschlussflächen elektrisch verbinden, aufweist. Dazu weisen die Abdeckungen des Stanzgitters mit Flächen der Elektroden und den Kontaktanschlussflächen stoffschlüssige Niedrigtemperatur gesinterte elektrische Verbindungen auf. Ein derartiger Konverter kann durch ein einziges Leistungshalbleitermodul realisiert sein oder aus drei Leistungshalbleitermodulen, die jeweils eine Halbbrückenschaltung aus zwei Leistungstransistoren und zwei Leistungsdioden aufweist, zusammengestellt sein.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls mit oberseitiger Kontaktierung von oberseitigen Elektroden mindestens eines Leistungshalbleiterchips, weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird eine strukturierte elektrisch leitende Beschichtung mit mindestens einer Halbleiterchipanschlussfläche für den mindestens einen Leistungshalbleiterchip und Kontaktanschlussflächen auf ein Keramiksubstrat aufgebracht.
  • Dieses Aufbringen kann durch Sputtern, Aufdampfen oder durch chemische Abscheidung erfolgen, wobei die Strukturierung anschließend mithilfe von entsprechenden Fotolackschritten realisiert wird. Andererseits ist es auch möglich, derartige strukturierte Metallbeschichtungen durch Drucktechniken oder Maskierungstechniken auf der Oberseite des Keramiksubstrats zu erzeugen. Außerdem wird ein Stanzgitter bereitgestellt für eine oberseitige Montage auf Elektroden des mindestens einen Leistungshalbleiterchips und auf den Kontaktanschlussflächen. Ein derartige Stanzgitter kann mit einem einzigen Stanz- und Biegeschritt aus einem Biegeblech hergestellt werden, wobei das Stanzgitter entsprechende Flächen für die oberseitigen Elektroden und entsprechende Flächen für die Kontaktanschlussflächen auf dem Substrat aufweist, die jeweils mithilfe von Überbrückungen miteinander verbunden sind.
  • Der Leistungshalbleiterchip wird auf der Halbleiterchipanschlussfläche montiert. Anschließend kann eine Paste mit metallischen, beispielsweise Silber, Nanopartikeln auf die Elektroden der Oberseite des mindestens einen Leistungshalbleiterchips und auf die Kontaktanschlussflächen des Keramiksubstrats aufgebracht werden und schließlich ein Sinterverbinden des Stanzgitters auf den oberseitigen Elektroden und den Kontaktanschlussflächen durchgeführt werden. Ein derartiges Verfahren spart Fertigungszeiten und Fertigungskosten, da mithilfe des Stanzgitters, das von oben auf die vorbereiteten Substrate mit Leistungshalbleiterchips aufgebracht wird, lediglich ein einziger Sinterprozess erforderlich ist gegenüber den herkömmlichen zeit- und kostenaufwendigen Bondverfahrensvariationen.
  • Die Nanopartikel der Paste weisen vorzugsweise eine Größe von 1nm bis 500nm, insbesondere 1nm bis 100nm, auf. Das Sinterverbinden wird vorteilhafterweise bei einer niedrigen Temperatur von 125°C bis 300°C durchgeführt.
  • Um den Leistungshalbleiterchip auf der strukturierten Beschichtung des Keramiksubstrats zu fixieren, kann eine Sinter-Silberpaste auf die mindestens eine Halbleiterchipanschlussfläche der metallischen Beschichtung des Substrats aufgebracht und den Leistungshalbleiterchip auf der Halbleiterchipanschlussfläche mittels eines Sinterprozesses verbunden werden.
  • Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit aufgelegtem Stanzgitter;
  • 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß 1 im Detail mit abgetrenntem Stanzgitterrahmen;
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul einer Halbbrückenschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleitermodul gemäß 3 mit geändertem Gehäuse;
  • 5 zeigt eine Prinzipschaltung mit einer elektrischen Maschine, die abwechselnd in einem Motormodus oder einem Generatormodus betrieben wird.
  • 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul 1, das auf einem Keramiksubstrat 8 angeordnet ist. Das Keramiksubstrat 8 ist mit einer strukturierten Metallbeschichtung 9 belegt, die einerseits eine Halbleiterchipanschlussfläche 10 und weitere vier Kontaktanschlussflächen 14, 15, 16 und 17 aufweist. Während die Halbleiterchipanschlussfläche 10 der strukturierten metallischen Beschichtung 9 nahezu die Hälfte des Substrats 8 bedeckt, bildet die Kontaktanschlussfläche 14 einen Streifen, der quer über die gesamte Länge des Keramiksubstrats 8 angeordnet ist, und die weiteren Kontaktanschlussflächen 15, 16 und 17 belegen den Rest des Keramiksubstrats 8.
  • Auf der großflächigen Halbleiterchipanschlussfläche 10 sind zwei Leistungshalbleiterchips 6 und 7 mit ihren Rückseiten über eine Silber-Sinterschicht bei niedriger Temperatur aufgebracht. Der Leistungshalbleiterchip 6 weist einen IGBT-Leistungshalbleitertransistor 46 auf, während der Leistungshalbleiterchip 7 eine Leistungsdiode 48 darstellt. Über die großflächige Halbleiterchipanschlussfläche 10 ist somit der Kollektor des IGBT mit der Kathode der Leistungsdiode 48 elektrisch verbunden.
  • Auf der Oberseite des Leistungstransistorchips 6 ist eine großflächige Emitterelektrode 34 angeordnet und im Zentrum 28 der Oberseite des Leistungshalbleiterchips 6 des Leistungstransistors 46 ist eine Gateelektrode 29 mit deutlich kleinerer Elektrodenfläche zu sehen. Der Leistungshalbleiterchip 7 trägt auf seiner Oberseite eine großflächige Anodenelektrode. In dieser Draufsicht auf das Leistungshalbleitermodul 1 mit einem Leistungstransistor 46 und einer Leistungsdiode 48 ist ein Stanzgitter 20 angeordnet, das von einem Stanzgitterrahmen 57 in Position gehalten wird. Das Stanzgitter 20 wird von Stützstreifen 53 und 54 auf dem Keramiksubstrat 8 in Position gehalten.
  • Dieses Stanzgitter 20 weist relativ breite Biegeblechstreifen 18 und 19 und einen weiteren schmalen Biegeblechstreifen 30 auf. Ein relativ breiter Biegeblechstreifen 18 verbindet eine oberseitige Elektrode 3 in Form der Emitterelektrode 34 des Leistungstranstors 46 mit der Kontaktanschlussfläche 14 und der zweiten breite Biegeblechstreifen 19 verbindet die oberseitige Elektrode 4 in Form einer Anode der Leistungsdiode 48 ebenfalls mit der Kontaktanschlussfläche 14 der strukturierten Beschichtung 9 auf dem Keramiksubstrat 8.
  • Der relativ schmale Biegeblechstreifen 30 bildet eine Verbindung der zentralen Gateelektrode 29 mit der Kontaktanschlussfläche 16. Dazu ist der breite Biegeblechstreifen 18 der Emitterelektrode 34 in zwei Blechfahnen 32 und 33 aufgeteilt, die jeweils mit der Kontaktanschlussfläche 14 in Verbindung stehen, wobei die Blechfahnen 32 und 33 einen ausreichenden Durchgang für den schmaleren Biegeblechstreifen 30 der Anschlussleitung für die Gateelektrode 29 freilassen, so dass nachdem der schmale Biegeblechstreifen 30 die Kontaktanschlussfläche 14 überbrückt hat, dieser mit der Kontaktanschlussfläche 16, isoliert von der Kontaktanschlussfläche 14 in Verbindung steht.
  • Eine Paste aus metallischen Nanopartikeln, beispielsweise Silbernanopartikel, wird auf den oberseitigen Elektroden 3, 4 und 29 und auf die Kontaktflächen 14 und 16 aufgebracht.
  • Diese unterschiedlichen Biegeblechstreifen 18, 19 und 30 werden mithilfe von Haltestegen 58 und 59 des Stanzgitterrahmens 57 während eines Niedrigtemperatur-Sinterprozesses solange in Position gehalten bis gleichzeitig die oberseitigen Elektroden 3, 4 und 29 sowie die Kontaktanschlussflächen 14 und 16 mittels des Niedrigtemperatur-Sinterverfahrens über die Schicht aus metallischen Nanopartikeln mit den Biegeblechstreifen 18 und 19 sowie 30 mittels eines einzigen Sinterschritts verbunden sind. Danach können die Haltestege 58 und 59 des Stanzgitterrahmens 57 beispielsweise mittels Laserablation von den Biegeblechstreifen 18, 19 und 30 getrennt werden. Auch weitere Haltestege zwischen den Biegeblechstreifen 18, 19 und 30, die zum Positionieren derselben erforderlich sind, können durch ein entsprechendes Trennverfahren nach dem Niedertemperatur-Sintern getrennt werden, so dass nun ein in 2 gezeigtes Leistungshalbleitermodul zur Verfügung steht.
  • 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 1 gemäß 1 im Detail mit abgetrenntem Stanzgitterrahmen. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden in den nachfolgenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
  • In 2 wird deutlich, dass die Biegeblechstreifen 18, 19 und 30 Abkantungen 26, 27 und 52 aufweisen, um Übergangsbrücken auszubilden. So zeigt der Biegeblechstreifen 19 für die Leistungsdiode zwischen der Kontaktierung der oberflächenseitigen Elektrode 4 und der Kontaktierung der Kontaktanschlussfläche 14 eine Übergangsbrücke 24. In ähnlicher Weise bildet der Biegeblechstreifen 18 im Bereich der beiden Blechfahnen 32 und 33 beiderseits des Blechstreifens 30 für die Gateelektrode die Übergangsbrücken 22 und 23 aus, um die Blechfahnen 32 und 33 mit der Kontaktanschlussfläche 14 zu verbinden. Dazu sind für beide Blechfahnen 32 und 33 eine Abkantung 26 an einem Rand 31 des Leistungshalbleiterchips 6 vorgesehen.
  • Im Bereich zwischen den Übergangsbrücken 22 und 23 sind die Blechfahnen 32 und 33 trapezförmig ausgeschnitten, um eine Übergangsbrücke 25 für den schmalen Biegeblechstreifen 30 der Gateelektrode 29 isoliert für eine Übergangsbrücke 25 zu der etwas weiter entfernten Kontaktanschlussfläche 16 passieren zu lassen. Der Biegeblechstreifen 30 der Übergangsbrücke 25 erstreckt sich zwischen den Abkantungen 27 in einer Höhe die den Übergangsbrücken 22 und 23 entspricht. Das Stanzgitter mit derartigen Biegeblechstreifen 18, 19 und 30 kann aus einem Biegeblech durch Stanzen, Ätzen, Prägen, Sägen, Schneiden oder Lasern ausgeformt werden und aus allen denkbaren metallischen Werkstoffen bestehen, um mit den Leistungshalbleiterchips 6 und 7 mittels der Niedertemperatur-Verbindungstechnik bzw. dem Niedertemperatur-Sintern kontaktiert zu werden.
  • Dazu ist in der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung als Stanzgitter 20 ein Kupferblech eingesetzt worden, das mittels Silber- oder Goldbeschichtung an seinen Oberflächen veredelt wurde. Das Kupferblech kann, nachdem es gestanzt, gebogen und geprägt wurde, auf den Leitungshalbleiterchips 6 und 7 und der strukturierten Beschichtung des Keramiksubstrats platziert werden, nachdem vorher eine entsprechende Sinterpaste aus Nanopartikeln von Silber- oder Zinnsilberlegierungen auf die zu verbindenden Flächen aufgebracht wurde. Ein einziger Niedertemperatur-Sinterschritt, beispielsweise bei 200°C bis 300°C, reicht dann aus, um sämtliche Verbindungen zwischen den Elektroden 3, 4 und 29 der Leistungshalbleiterchips 6 und 7 und der strukturierten Beschichtung 9 auf dem Keramiksubstrat 8 herzustellen.
  • 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul 2 einer Halbbrückenschaltung 43 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Halbbrückenschaltung 43 weist auf einem Keramiksubstrat 8 und einer strukturierten Metallschicht 9 zwei IGBT-Leistungstransistoren 46 und 47 auf, die mit zwei Leistungsdioden 48 und 49 auf zwei getrennten Halbleiterchipanschlussflächen 10 und 11 angeordnet und über ein Stanzgitter 20 miteinander flächig verdrahtet sind. Von dem Stanzgitter sind in diesem Querschnitt zwei Biegeblechstreifen 18 und 19 zu sehen, welche oberseitige Elektroden 3, 4, 5 und 6 des Leistungstransistors 46 und der Leistungsdiode 48 bzw. des Leistungstransistors 47 und der Leistungsdiode 49 jeweils verbinden. Dazu weist der Biegeblechstreifen 18 eine Übergangsbrücke 22 von dem Leistungstransistor 46 zu der Leistungsdiode 48 auf und eine Übergangsbrücke 23 von der oberseitigen Elektrode 4 der Leistungsdiode 48 zu einer auf dem Keramiksubstrat 8 bzw. der strukturierten Beschichtung 9 angeordneten Kontaktanschlussfläche 15 auf.
  • Um die Übergangsbrücken 22 und 23 auf den Biegeblechstreifen 18 auszubilden, weist dieser auf dem Niveau der Oberseite der Leistungshalbleiterchips angeordnete Abkantungen 26 und die Brücken bildenden Abkantungen 27 auf. Neben den Abkantungen 26 und 27 weist der Biegeblechstreifen 18 zusätzlich eine Abkantung 52 auf, die an das Höhenniveau der strukturierten Beschichtung 9 angepasst ist. In ganz ähnlicher Weise ist auch der zweite Biegeblechstreifen 19 ausgebildet, der ebenfalls zwei Übergangsbrücken 24 und 25 aufweist, wobei die erste Übergangsbrücke 24 oberseitige Elektroden 3 und 4 der Leistungshalbleiterchips verbindet, während die Übergangsbrücke 25 eine Verbindung zwischen einer oberseitigen Elektrode 4 der Leistungsdiode 49 und dem Niveau der strukturierten Beschichtung 9 herstellt.
  • Zusätzlich werden mit dem Stanzgitter auch Außenanschlussleiter 39 und 40 realisiert, die eingangsseitig und ausgangsseitig eine Verbindung zu den entsprechenden Kontaktanschlussflächen 14 bzw. 17 herstellen. In der in 3 gezeigten Ausführungsform werden die Außenanschlussleiter 39 und 40 von einem aus einer Hartkunststoffmasse hergestellten Kunststoffrahmen 38 gehalten, wobei das hier gezeigte Leistungshalbleitermodul 2 mit seinem Keramiksubstrat 8 und den Leistungshalbleiterchips 6 und 7 sowie dem Stanzgitter 20 in einen Weichkunststoffmasse 41 eingebettet sind. Die Unterseite des Keramiksubstrats 8 weist eine Kupferlegierungsschicht 36, die doch auch Silber aufweisen kann, auf, wobei das Keramiksubstrat 8 über eine weitere gesinterte Silber- oder Zinnsilberschicht 51 auf einem von einer Kühlflüssigkeit durchflossenen Kühlkörper 37 fixiert ist.
  • 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Leistungshalbleitermodul 2 gemäß 3 mit geändertem Gehäuse. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
  • Der Unterschied besteht nun darin, dass die Komponenten dieses Leistungshalbleitermoduls 2 in einer Kunststoffgehäusemasse 42 eingebettet sind, wobei aus der Kunststoffgehäusemasse 42 die Außenanschlussleiter 39 und 40 herausragen. Die Rückseite 35 des Keramiksubstrats 8 weist wiederum eine Kupferlegierungsschicht 36 auf, die mit einer Silberbeschichtung veredelt sein kann und über eine Silber- oder Zinnsilberschicht 51 auf einem mediendurchflossenen Kühlkörper 37 fixiert ist. Wie bereits auch in den vorhergehenden Figuren gezeigt besteht das Stanzgitter 20 aus einem Ni/Ag-beschichteten Biegeblech, vorzugsweise aus einer Kupferlegierung, das mittels einer Schicht aus Silber- oder Zinnsilber-Nanopartikeln auf Kontaktanschlussflächen bei niedriger Temperatur aufgesintert ist, wobei diese Silber- oder Zinnsilber-Legierungsschicht auch zwischen den Leistungshalbleiterchips 6 und 7 und der strukturierten Metallbeschichtung 9 des Keramiksubstrats 8 vorgesehen ist.
  • 5 zeigt eine Prinzipschaltung mit einer elektrischen Maschine 50, die abwechselnd in einem Motormodus M oder einem Generatormodus G mithilfe eines Konverters 60 in Zusammenwirken mit einer Steuereinheit 56 betrieben werden kann. Dazu weist der Konverter 60 drei Halbbrückenschaltungen 43, 44 und 45 auf, die jeweils zwei Leistungstransistoren 46 und 47 sowie zwei Leistungsdioden 48 und 49, wie sie bereits in den 3 und 4 gezeigt wurden, auf. Jede der drei Halbbrücken 43, 44 und 45 versorgt im Motormodus der elektrischen Maschine 50 die Statorwicklung mit einer von drei Phasen eines Drehstroms. Dabei sorgt die Steuereinheit 56 dafür, dass ein dreiphasiges Drehfeld in der Statorwicklung ausgebildet wird.
  • Da teilweise relativ hochfrequente Störsignale auf den drei Zuleitungen 61, 62 und 63 für die drei Phasen entstehend, sind entsprechend drei Hochfrequenzkondensatoren C4, C5 und C6 zwischen den Zuleitungen 61, 62 und 63 und dem Massepotential angeordnet. Wird die elektrische Maschine 50 im Generatormodus G betrieben, so kann der generierte dreiphasige Wechselstrom mithilfe des Konverters 60 und seinen drei Halbbrückenschaltungen 43, 44 und 45 unter Steuerung durch die Steuereinheit 56 diese drei Phasen derart gleichrichten, dass eine Hochvoltbatterie 55 geladen werden kann, wobei hochfrequente Störsignale auf einer Zuleitung 64 zu dem Pluspol und negative Störsignale auf einer Zuleitung 65 zum negativen Pol der Hochvoltbatterie durch entsprechende Kondensatoren C1 und C2 zur Masse abgeleitet werden, während ein dritter Kondensator C3 als Zwischenkreiskondensator bzw. Glättungskondensator für die Hochvoltgleichspannung eingesetzt ist.
  • Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leistungshalbleitermodul
    2
    Leistungshalbleitermodul
    3
    oberseitige Elektrode
    4
    oberseitige Elektrode
    5
    oberseitige Elektrode
    6
    Leistungshalbleiterchip
    7
    Leistungshalbleiterchip
    8
    Keramiksubstrat
    9
    strukturierte Beschichtung
    10
    Halbleiterchipanschlussfläche
    11
    Halbleiterchipanschlussfläche
    14
    Kontaktanschlussfläche
    15
    Kontaktanschlussfläche
    16
    Kontaktanschlussfläche
    17
    Kontaktanschlussfläche
    18
    Biegeblechstreifen
    19
    Biegeblechstreifen
    20
    Stanzgitter
    22
    Übergangsbrücke
    23
    Übergangsbrücke
    24
    Übergangsbrücke
    25
    Übergangsbrücke
    26
    Abkantung
    27
    Abkantung
    28
    Zentrum eines Halbleiterchips
    29
    Gateelektrode
    30
    Biegeblechstreifen für Gateelektrode
    31
    Randseite
    32
    Blechfahne
    33
    Blechfahne
    34
    Emitterelektrode
    35
    Rückseite des Keramiksubstrats
    36
    Kupferlegierungsschicht
    37
    Kühlkörper
    38
    Kunststoffrahmen
    39
    Außenanschlussleiter
    40
    Außenanschlussleiter
    41
    Weichkunststoffmasse
    42
    Kunststoffgehäusemasse
    43
    Halbbrückenschaltung
    44
    Halbbrückenschaltung
    45
    Halbbrückenschaltung
    46
    Leistungstransistor
    47
    Leistungstransistor
    48
    Leistungsdiode
    49
    Leistungsdiode
    50
    elektrische Maschine
    51
    Silber- oder Zinnsilberschicht
    52
    Abkantung
    53
    Stützstreifen
    54
    Stützstreifen
    55
    Hochvoltbatterie
    56
    Steuereinheit
    57
    Stanzgitterrahmen
    58
    Haltesteg
    59
    Haltesteg
    60
    Konverter
    61
    Zuleitung
    62
    Zuleitung
    63
    Zuleitung
    64
    positive Zuleitung
    65
    negative Zuleitung
    C1
    Kondensator
    C2
    Kondensator
    C3
    Kondensator
    C4
    Kondensator
    C5
    Kondensator
    C6
    Kondensator
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2007/0183920 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Leistungshalbleitermodul (1, 2) mit oberseitiger Kontaktierung einer oberseitigen Elektrode (3, 4, 5) mindestens eines Leistungshalbleiterchips (6, 7) aufweisend: – ein Keramiksubstrat (8) mit mindestens einer strukturierten elektrisch leitenden Beschichtung (9), wobei die Struktur der Beschichtung (9) mindestens eine Halbleiterchipanschlussfläche (10, 11), mit welcher der mindestens eine Leistungshalbleiterchip (6, 7) stoffschlüssig verbunden ist, und mindestens einer Kontaktanschlussfläche (14 bis 17) aufweist, – ein die oberseitigen Elektroden (3, 4, 5) und die Kontaktanschlussflächen (14 bis 17) oberseitig, abdeckendes Stanzgitter (20) mit zumindest einem Biegeblechstreifen (18, 19), welcher die oberseitigen Elektroden (3, 4, 5) und die Kontaktanschlussflächen (14 bis 17) verbindet, wobei die Abdeckungen des Stanzgitters (20) mit Flächen der Elektrode (3, 4, 5) und der Kontaktanschlussfläche (14 bis 17) stoffschlüssige Verbindungen (21) aufweisen.
  2. Leistungshalbleitermodul (1, 2) nach Anspruch 1, wobei die stoffschlüssigen Verbindungen (21) zwischen der oberseitigen Elektrode (3, 4, 5) sowie der Kontaktanschlussfläche (14 bis 17) mit dem Stanzgitter (20) niedrig Temperatur gesinterte Verbindungen aus Silberpartikeln aufweisen.
  3. Leistungshalbleitermodul (1, 2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Biegeblechstreifen (18, 19) des oberseitig angeordneten Stanzgitters (20) Übergangsbrücken (22 bis 25) mit Abkantungen (26, 27) zwischen der oberseitigen Elektrode (3, 4, 5) und der Kontaktanschlussfläche (14 bis 17) aufweisen.
  4. Leistungshalbleitermodul (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Biegeblechstreifen (30) mit einer im Zentrum (28) eines Leistungshalbleiterchips (6) angeordneten Gateelektrode (29) verbunden ist, der zur gleichen Randseite des Leistungshalbleiterchips (6), wie die Emitterelektrode (4), ausgerichtet ist und den Biegeblechstreifen (18) zur Kontaktierung der Emitterelektrode (34) trapezförmig in zwei Blechfahnen (32, 33) zweiteilt.
  5. Leistungshalbleitermodul (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwei oberseitige Elektroden (3, 4, 5) unterschiedlicher Leistungshalbleiterchips (6, 7) mittels Übergangsbrücken (22 bis 25) aus abgekanteten Biegeblechstreifen (18, 19) miteinander elektrisch in Verbindung stehen.
  6. Leistungshalbleitermodul (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Keramiksubstrat (8) Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid aufweist und/oder die strukturierte elektrisch leitende Beschichtung (9) des Keramiksubstrats (8) eine Kupferlegierung aufweist.
  7. Leistungshalbleitermodul (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Leistungshalbleiterchip (6, 7) auf der Halbleiterchipanschlussfläche (10, 11) des Keramiksubstrats (8) gesinterte Silberpartikel einer gesinterten Niedrigtemperatur-Verbindung aufweist.
  8. Leistungshalbleitermodul (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Keramiksubstrat (8) auf seiner Rückseite (35) eine Kupferschicht (36) aufweist, die mit einem Kühlmittel durchströmten Kühlkörper (37) stoffschlüssig verbunden ist.
  9. Leistungshalbleitermodul (1, 2) nach Anspruch 8, wobei auf dem Kühlkörper (37) ein Kunststoffrahmen (38) angeordnet ist, aus dem Außenanschlussleiter (39, 40) aus Biegeblechstreifen (18, 19) herausragen, die im Innern des Leistungshalbleitermoduls (1) mit Kontaktanschlussflächen (14 bis 17) der strukturierten Beschichtung (9) des Keramiksubstrats (8) elektrisch leitend verbunden sind.
  10. Leistungshalbleitermodul (1, 2) nach Anspruch 9, wobei der Kunststoffrahmen (38) einen Weichkunststoff (41) unter Einbetten des mindestens einen Leistungshalbleiterchips (6, 7) und des oberseitig angeordneten Stanzgitters (20) aufweist.
  11. Leistungshalbleitermodul (1, 2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leistungshalbleitermodul ferner eine harte Kunststoffmasse (42) aufweist, in der das Keramiksubstrat (8) mit dem mindestens einen Leistungshalbleiterchip (6, 7) und mit dem oberseitig angeordneten Stanzgitter (20) unter Herausragen von Außenanschlussleitern (39, 40) eingebettet ist.
  12. Verwendung eines Leistungshalbleitermoduls (1, 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer elektrischen Maschine (50), die in einem Generatormodus und in einem Motormodus mithilfe des Leistungshalbleitermoduls (1) betreibbar ist, wobei das Leistungshalbleitermodul (1) drei Halbbrückenschaltungen (43, 44, 45) aufweist, wobei jede Halbbrückenschaltung (43, 44, 45) mindestens einen ersten und einen zweiten Leistungstransistor (46, 47) und mindestens eine erste und eine zweite Leistungsdiode (48, 49) aufweist, wobei die Leistungsdioden (48, 49) der Halbbrückenschaltungen (43, 44, 45) in dem Generatormodus der elektrischen Maschine (50) einen dreiphasigen Generatorstrom zu einem Gleichstrom konvertieren und wobei die Leistungstransistoren (46, 47) in dem Motormodus einen Gleichstrom in einen dreiphasigen Statorwechselstrom konvertieren.
  13. Konverter (60) mit drei Halbbrückenschaltungen (43, 44, 45) in einem Leistungshalbleitermoduls (1, 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Halbbrückenschaltungen (43, 44, 45) jeweils mindestens einen ersten und einen zweiten Leistungstransistor (46, 47) und mindestens eine erste und eine zweite Leistungsdiode (48, 49) aufweisen, wobei die Leistungsdioden (48, 49) der Halbbrückenschaltungen (43, 44, 45) in einem Generatormodus einer elektrischen Maschine (50) einen dreiphasigen Generatorstrom zu einem Gleichstrom konvertieren und wobei die Leistungstransistoren (46, 47) in einem Motormodus der elektrischen Maschine (50) einen Gleichstrom in einen dreiphasigen Statorwechselstrom konvertieren und wobei das Leistungshalbleitermodul (1, 2) weiterhin aufweist: – ein Keramiksubstrat (8) mit mindestens einer strukturierten elektrisch leitenden Beschichtung (9), wobei die Struktur der Beschichtung (9) Halbleiterchipanschlussflächen (10, 11), mit welchen Leistungshalbleiterchips (6, 7) der Leistungstransistoren (46, 47) und der Leistungsdioden (48, 49) stoffschlüssig verbunden sind, und Kontaktanschlussflächen (14 bis 17) aufweist, – ein oberseitig abdeckendes Stanzgitter (20) mit Biegeblechstreifen (18, 19), welche die oberseitigen Elektroden (3, 4, 5) der Leistungshalbleiterchips (6, 7) der Leistungstransistoren (46, 47) und der Leistungsdioden (48, 49) und die Kontaktanschlussflächen (14 bis 17) elektrisch verbinden, wobei die Abdeckungen des Stanzgitters mit Flächen der Elektroden (3, 4, 5) und den Kontaktanschlussflächen (14 bis 17) stoffschlüssige Niedrigtemperatur gesinterte elektrische Verbindungen aufweisen.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls (1, 2) mit oberseitiger Kontaktierung einer oberseitigen Elektrode (3, 4, 5) mindestens eines Leistungshalbleiterchips (6, 7), das nachfolgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen einer strukturierten elektrisch leitenden Beschichtung (9) mit mindestens einer Halbleiterchipanschlussfläche (10, 11) für den mindestens einen Leistungshalbleiterchip (6, 7) und einer Kontaktanschlussfläche (14 bis 17) auf ein Keramiksubstrat (8); – Bereitstellen eines Stanzgitters (20) für eine oberseitig vollflächige Montage auf der Elektrode (3, 4, 5) des mindestens einen Leistungshalbleiterchips (6, 7) und auf der Kontaktanschlussfläche (14 bis 17). – Aufbringen einer Paste mit metallischen Nanopartikeln auf der Elektrode (3, 4, 5) der Oberseite des mindestens einen Leistungshalbleiterchips (6, 7) und auf der Kontaktanschlussfläche (14 bis 17) des Keramiksubstrats (8); – Aufbringen des Stanzgitters (20) auf der oberseitigen Elektrode (3, 4, 5) und der Kontaktanschlussfläche (14 bis 17). – Sinterverbinden des Stanzgitters (20) auf der oberseitigen Elektrode (3, 4, 5) und der Kontaktanschlussfläche (14 bis 17).
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist: – Aufbringen von Sinter-Silberpaste auf der mindestens einen Halbleiterchipanschlussfläche (10, 11) und Sinterverbinden des Leistungshalbleiterchips (6, 7) auf der Halbleiterchipanschlussfläche (10, 11).
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