DE102014208526A1 - Elektronikbaugruppe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektronikbaugruppe mit einem dielektrischen Keramikkörper (5), der eine Oberseite (5t) und eine der Oberseite (5t) entgegengesetzte Unterseite (5b) aufweist, sowie mit einer ersten Metallisierungsschicht (1), die auf der Oberseite (5t) angeordnet ist und einer zweiten Metallisierungsschicht (2), die zwischen der Oberseite (5t) und der Unterseite (5b) angeordnet und in den Keramikkörper (5) eingebettet ist. Auf der ersten Metallisierungsschicht (1) ist ein Halbleiterbauelement (6) angeordnet, und ein elektronisches Bauelement (8, 9) ist zwischen der Oberseite (5t) und der Unterseite (5b) angeordnet und in den Keramikkörper (5) eingebettet.

Description

  • Elektronikbaugruppen weisen häufig ein Elektronikmodul auf, sowie einen Kühlkörper zu dessen Kühlung. Aufgrund der bei Elektronikmodulen ständig wachsenden Leistungsdichten werden immer höhere Anforderungen an deren Kühlung gestellt. Ein großes Problem stellt Wärmeleitpaste dar, die üblicherweise zwischen das Elektronikmodul und den Kühlkörper eingebracht wird. Sofern das Einbringen der Wärmeleitpaste zwischen Elektronikmodul und Kühlkörper nicht mit der erforderlichen Sorgfalt geschieht, kann es zu unerwünschten mechanischen Spannungen kommen. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass zwischen Elektronikmodul und Kühlkörper lokal Hohlräume auftreten, so dass nicht überall zwischen Elektronikmodul und Kühlkörper eine durchgehende thermische Kopplung durch die Wärmeleitpaste vorliegt.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Elektronikbaugruppe mit verbesserter Kühlung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Elektronikbaugruppe gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Eine Elektronikbaugruppe weist einen dielektrischen Keramikkörper mit einer Oberseite und einer der Oberseite entgegengesetzten Unterseite auf. Auf der Oberseite ist eine erste Metallisierungsschicht angeordnet. Eine zweite Metallisierungsschicht, die zwischen der Oberseite und der Unterseite angeordnet ist, ist in den Keramikkörper eingebettet. Auf der ersten Metallisierungsschicht ist ein Halbleiterbauelement angeordnet ist. Außerdem ist zumindest ein elektronisches Bauelement zwischen der Oberseite und der Unterseite angeordnet und in den Keramikkörper eingebettet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
  • 1A einen Vertikalschnitt durch ein erstes Beispiel einer Elektronikbaugruppe.
  • 1B eine Draufsicht auf die zweite Metallisierungsschicht der Elektronikbaugruppe gemäß 1A.
  • 1C eine Ansicht der Elektronikbaugruppe gemäß 1A von unten.
  • 2A einen Vertikalschnitt durch ein zweites Beispiel einer Elektronikbaugruppe.
  • 2B eine Draufsicht auf die zweite Metallisierungsschicht der Elektronikbaugruppe gemäß 2A.
  • 2C eine Ansicht der Elektronikbaugruppe gemäß 2A von unten.
  • 3A einen Vertikalschnitt durch ein drittes Beispiel einer Elektronikbaugruppe, die einen integrierten Flüssigkeitskühler aufweist, in einer in 3C dargestellten Schnittebene E2-E2.
  • 3B eine Draufsicht auf die zweite Metallisierungsschicht der Elektronikbaugruppe gemäß 3A.
  • 3C einen Horizontalschnitt durch die Elektronikbaugruppe gemäß 3A in einer durch den Flüssigkeitskühler verlaufenden Schnittebene E1-E1.
  • 4 ein Schaltbild eines Umrichters.
  • 1A zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Elektronikbaugruppe 100. Diese weist einen dielektrischen Keramikkörper 5 mit einer Oberseite 5t und einer der Oberseite 5t entgegengesetzte Unterseite 5b auf. Auf der Oberseite 5t ist eine erste Metallisierungsschicht 1 angeordnet. Diese ist mit dem Keramikkörper 5 stoffschlüssig verbunden. Die erste Metallisierungsschicht 1 ist zu Leiterbahnen 11 und/oder Leiterflächen 11 strukturiert. Alternativ dazu könnte die erste Metallisierungsschicht 1 auch unstrukturiert sein. Der Keramikkörper 5 kann optional einteilig ausgebildet sein.
  • Optional kann die erste Metallisierungsschicht 1 auf einen ebenen Abschnitt der Oberseite t5 aufgebracht sein. Dabei kann die erste Metallisierungsschicht 1 als ebene Schicht ausgebildet sein.
  • Eine zweite Metallisierungsschicht 2 ist in den Keramikkörper 5 eingebettet und demgemäß zwischen der Oberseite 5t und der Unterseite 5b. Außerdem ist ein Abschnitt 55 des Keramikkörpers 5 zwischen der ersten Metallisierungsschicht 1 und der zweiten Metallisierungsschicht 2 angeordnet.
  • Auf der der zweiten Metallisierungsschicht 2 abgewandten Seite der ersten Metallisierungsschicht 1 ist wenigstens ein Halbleiterbauelement 6 angeordnet. Bei einem solchen Halbleiterbauelement 6 kann es sich beispielsweise um ein steuerbares Halbleiterbauelement handeln, z. B. um einen unipolaren oder einen bipolaren Transistor (z. B. einen IGBT, einen MOSFET, einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor, einen Thyristor, einen HEMT, oder ein beliebiges anderes steuerbares Halbleiterbauelement). Ebenso kann ein Halbleiterbauelement 6 auch als Diode ausgebildet sein. Optional können weitere aktive und/oder passive Bauelemente in beliebigen Kombinationen auf der der zweiten Metallisierungsschicht 2 abgewandten Seite der ersten Metallisierungsschicht 1 angeordnet sein. Eine gegebenenfalls gewünschte elektrische Verbindung des Halbleiterbauelements 6 und/oder eines oder mehrere weiterer Bauelemente kann unter Verwendung der strukturierten oder unstrukturierten ersten Metallisierungsschicht 1 realisiert werden. Zusätzlich können noch weitere elektrisch leidende Verbindungselemente 7 wie zum Beispiel Bonddrähte oder gelötete oder gesinterte Verbindungselemente verwendet werden.
  • Die Montage des oder der Halbleiterbauelemente 6 auf der ersten Metallisierungsschicht 1 kann beispielsweise stoffschlüssig mittels einer Verbindungsschicht erfolgen, die z. B. als Lotschicht oder als gesinterte Schicht aus einem gesinterten Metallpulver, oder als elektrisch isolierende oder elektrisch leitende Klebeschicht ausgebildet ist. Durch die Verbindungsschicht ist das betreffende Halbleiterbauelement 6 an seiner der ersten Metallisierungsschicht 1 zugewandten Seite stoffschlüssig mit dieser verbunden.
  • Die zweite Metallisierungsschicht 2 kann ebenfalls strukturiert oder unstrukturiert sein. Sie kann optional zu verschiedenen Zwecken eingesetzt werden:
    Gemäß einem ersten Zweck kann sie dazu dienen, das Halbleiterbauelement 6 elektrisch nach außen abzuschirmen. Hierzu ist einer von gegebenenfalls mehreren Abschnitten 21 der zweiten Metallisierungsschicht 2 derart unterhalb des Halbleiterbauelements 6 angeordnet, dass ihn jede Gerade, die senkrecht zu der der ersten Metallisierungsschicht 1 zugewandten Seite des Halbleiterbauelements 6 verläuft, schneidet. Ein derartiger abschirmender Abschnitt 21 kann auch durch die gesamte zweite Metallisierungsschicht 2 gegeben sein, und zwar unabhängig davon, ob diese strukturiert ist oder nicht. Außerdem kann ein derartiger abschirmender Abschnitt floatend sein, oder aber elektrisch an ein Bezugspotential wie beispielsweise Masse angeschlossen sein.
  • Im Fall von zwei oder mehr auf diese Weise abgeschirmten Halbleiterbauelementen 6 können die zugehörigen abschirmenden Abschnitte 21 elektrisch voneinander beabstandet und galvanisch voneinander getrennt sein, so dass keine große lokale Belastung durch elektrische Felder entsteht, was zur Stabilität gegen Teilentladung beiträgt.
  • Gemäß einem zweiten Zweck kann ein derartiger abschirmender Abschnitt auch zur Wärmespreizung verwendet werden, um die in einem von ihm elektrisch abgeschirmten Halbleiterbauelement 6 anfallende Verlustwärme von dem Bereich unterhalb des Halbleiterbauelements 6 (wo ein Temperaturmaximum auftritt) entlang der Verlaufsrichtung der zweiten Metallisierungsschicht 2 in kühlere Bereiche der Elektronikbaugruppe 100 abzuleiten. Optional kann ein abschirmender Abschnitt 21 an seinen seitlichen Rändern fingerartige Fortsätze aufweisen, deren Längsrichtung parallel zur Oberseite 5t des Keramikkörpers 5 verläuft.
  • Gemäß einem dritten Zweck kann die zweite Metallisierungsschicht 2 oder ein Abschnitt 21 hiervon zur elektrischen Anbindung eines elektrischen Schaltkreises der Elektronikbaugruppe verwendet werden. Ein solcher elektrischer Schaltkreis kann zum Beispiel ein oder mehrere Halbleiterbauelemente 6 aufweisen, und/oder eines oder mehrere weitere aktive und/oder passive elektronische Bauelemente. Außerdem kann die zweite Metallisierungsschicht 2 oder ein Abschnitt 21 hiervon mit der ersten Metallisierungsschicht 1 elektrisch leitend verbunden sein. Die elektrische Anbindung der zweiten Metallisierungsschicht 2 oder eines ihrer Abschnitte 21 kann zum Beispiel mit Hilfe elektrisch leitender, beispielsweise metallischer, Vias 3 erfolgen.
  • Gemäß einem vierten Zweck kann die zweite Metallisierungsschicht 2 auch ein oder mehrere elektronische Bauelemente 9 enthalten. Ein Beispiel hierfür zeigt 1B, welche eine Draufsicht auf die zweite Metallisierungsschicht 2 der Elektronikbaugruppe 100 gemäß 1A darstellt, und mit Blick auf die der ersten Metallisierungsschicht 1 zugewandte Seite der zweiten Metallisierungsschicht 2. Wie zu erkennen ist, weist die zweite Metallisierungsschicht 2 mehrere Abschnitte 21 auf, die jeweils als ohmscher Widerstand ausgebildet sind. Ein solcher als ohmscher Widerstand ausgebildeter Abschnitt 21 kann zum Beispiel eine mäanderförmige Struktur aufweisen. Ein als ohmscher Widerstand ausgebildeter Abschnitt 21 kann zum Beispiel als Gatewiderstand eines als steuerbarer Halbleiterschalter ausgebildeten Halbleiterbauelements 6 dienen, oder als Messwiderstand, der mit einer Laststrecke eines Halbleiterbauelements 6 in Reihe geschaltet ist. Ebenfalls angedeutet in 1B sind die Stellen, an denen die als ohmsche Widerstände 9 ausgebildeten Abschnitte 21 durch Vias 3 elektrisch kontaktiert werden. Zwar zeigt das vorliegende Ausführungsbeispiel drei derartiger ohmsche Widerstände 9, allerdings kann ihre Anzahl prinzipiell beliebig gewählt werden.
  • Ein als Gatewiderstand ausgebildeter Abschnitt 21 kann zum Beispiel bei einer Temperatur von 20°C einen ohmschen Widerstand von mindestens 0,5 Ω und/oder von höchstens 10 Ω aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann ein als Gatewiderstand ausgebildeter Abschnitt 21 bei einer Temperatur von 20°C z. B. eine elektrische Leitfähigkeit von höchstens 30·106 S/m aufweisen.
  • Ein als Shunt ausgebildeter Abschnitt 21 kann zum Beispiel bei einer Temperatur von 20°C einen ohmschen Widerstand von mindestens 0,1 mΩ und/oder von höchstens 10 mΩ aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann ein als Shunt ausgebildeter Abschnitt 21 bei einer Temperatur von 20°C z. B. einen spezifischen elektrischen Widerstand von höchstens 30·106 S/m aufweisen.
  • Die genannten Anwendungszwecke der zweiten Metallisierungsschicht 2 können bei einer Elektronikbaugruppe 100 einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander realisiert sein.
  • Wie bereits erwähnt kann die Elektronikbaugruppe 100 ergänzend zu einem oder mehreren Halbleiterbauelementen 6, die jeweils auf der der zweiten Metallisierungsschicht 2 abgewandten Seite der ersten Metallisierungsschicht 1 angeordnet sind, ein oder mehrere weitere elektronische Bauelemente aufweisen, die zwischen der Oberseite 5t und der Unterseite 5b des Keramikkörpers 5 angeordnet und in diesen eingebettet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Element dann "in den Keramikkörper 5 eingebettet", wenn sich zwischen ihm und der Oberseite 5t noch ein Abschnitt des Keramikkörpers 5 befindet, und wenn sich zwischen ihm und der Unterseite 5b noch ein weiterer Abschnitt des Keramikkörpers 5 befindet. Da diese weiteren Bauelemente nicht auf der der zweiten Metallisierungsschicht 2 abgewandten Seite der ersten Metallisierungsschicht 1 angeordnet sind, muss die erste Metallisierungsschicht 1 keine Montagefläche für diese weiteren Bauelemente bereitstellen, wodurch sich die Baugröße der Elektronikbaugruppe 100 (gegenüber funktionell vergleichbaren herkömmlichen Elektronikbaugruppen) verringern lässt. Anstelle oder zusätzlich zu einer verringerten Montagefläche kann auch die durch die Einbettung der weiteren Bauelemente in den Keramikkörper nicht benötigte Montagefläche der ersten Metallisierungsschicht 1 zur Montage weiterer oder größerer Halbleiterbauelemente 6 verwendet werden.
  • Ein Beispiel für ein derartiges weiteres Bauelement, das in den Keramikkörper 5 eingebettet ist, ist der bereits erwähnte ohmsche Widerstand 9.
  • Grundsätzlich kann aber auch jede andere Art von passivem oder aktivem elektronischem Bauelement in den Keramikkörper 5 eingebettet sein, und zwar auch dann, wenn es nicht Bestandteil der zweiten Metallisierungsschicht 2 ist. Ein Beispiel hierfür ist ebenfalls in 1A anhand von mehreren nur schematisch dargestellten weiteren elektronischen Bauelementen 8 gezeigt. Bei der Elektronikbaugruppe 100 gemäß 1A weist der Keramikkörper 5 eine Anzahl von Vorsprüngen 51 auf, die als Kühlrippen oder Kühlpins ausgebildet sind. Die Vorsprünge 51 können beispielsweise an der der ersten Metallisierungsschicht 1 entgegengesetzten Seite des Keramikkörpers 5 ausgebildet sein, alternativ oder zusätzlich aber auch einer oder mehreren der Seitenwände 5s des Keramikkörpers 5. Generell kann ein weiteres elektronisches Bauelement 8, 9 vollständig oder aber nur teilweise in einem derartigen Vorsprung 51 angeordnet sein.
  • Bei dem weiteren elektronischen Bauelement 8 gemäß 1A kann es sich zum Beispiel um einen Kondensator handeln. Optional kann ein solcher Kondensator ein Dielektrikum 81 aufweisen, dessen Dielektrizitätskonstante bei einer Temperatur von 20°C einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Kapazität des Kondensators beim Betrieb der Elektronikbaugruppe 100 mit zunehmenden Temperatur des Keramikkörpers 5 steigt. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn es sich bei dem Kondensator um einen Zwischenkreis- oder Snubberkondensator z. B. eines Umrichters handelt, aber auch bei anderen Anwendungen. Ein Beispiel für ein geeignetes derartiges Dielektrikum 81 ist Bariumtitanat (z. B. BaTiO3 oder Ba.9Sr.1TiO3).
  • 1C zeigt noch eine Ansicht der Elektronikbaugruppe 100 gemäß 1A mit Blick auf die Unterseite 5b des Keramikkörpers 5. In dieser Ansicht ist auch die Rippenstruktur der Vorsprünge 51 zu erkennen.
  • 2A zeigt einen Vertikalschnitt durch eine weitere Elektronikbaugruppe 100. Diese unterscheidet sich von der Elektronikbaugruppe 100 gemäß 1A dadurch, dass die Vorsprünge 51 nicht als Kühlrippen ausgebildet sind, sondern als Kühlpins, was aus der Ansicht gemäß 2C mit Blick auf die Unterseite 5b des Keramikkörpers 5 deutlich wird. Bei diesem Beispiel ist ein keinem der Vorsprünge 51 ein weiteres elektronisches Bauelemente vollständig oder zumindest teilweise angeordnet, allerdings wäre ein solcher Aufbau ebenfalls möglich. Wie ebenfalls aus 2A hervorgeht, können ein oder mehrere weitere elektronische Bauelemente 8 auch zwischen der ersten Metallisierungsschicht 1 und den als Kühlrippen oder Kühlpins ausgebildeten Vorsprüngen 51 des Keramikkörpers 5 angeordnet sein, und/oder zwischen der zweiten Metallisierungsschicht 2. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, ein oder mehr weitere elektronische Bauelemente zwischen der er ersten Metallisierungsschicht 1 und der zweiten Metallisierungsschicht 2 in dem Keramikkörper 5 anzuordnen. Bei derartigen weiteren elektronischen Bauelementen 8 kann es sich wiederum um beliebige aktive und/oder passive Bauelemente handeln, beispielsweise auch um einen oder mehrere, bereits unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C beschriebene Kondensatoren. Die elektrische Anbindung der weiteren elektronischen Bauelemente 8 an einen elektrischen Schaltkreis der Elektronikbaugruppe kann zum Beispiel über eine weitere Metallisierungsschicht 4 sowie optionalen metallischen Vias 43 erfolgen.
  • 2B zeigt eine Draufsicht auf die zweite Metallisierungsschicht 2 der Elektronikbaugruppe 100 gemäß 2A. Diese zweite Metallisierungsschicht 2 kann ebenso ausgebildet sein wie die unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C erläuterte zweite Metallisierungsschicht 2.
  • 3A zeigt einen Vertikalschnitt durch noch eine weitere Elektronikbaugruppe 100. Diese unterscheidet sich von der Elektronikbaugruppe 100 gemäß 1A dadurch, dass der Keramikkörper 5 einen Kühlflüssigkeitskanal 50 aufweist, dem über einen Einlass 51 ein Kühlfluid 53, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit (z. B. Wasser) oder ein Gas, zugeführt werden kann. Die Elektronikbaugruppe 100 weist außerdem einen Auslass 52 auf, um das erwärmte Kühlfluid 53 aus dem Kühlflüssigkeitskanal 50 abzuleiten.
  • Wie anhand dieses Ausführungsbeispiels ersichtlich ist, können ein oder mehr weitere elektronische Bauelemente 8 beliebiger Art, insbesondere solcher, wie sie vorangehend beschrieben wurden, zwischen dem Kühlflüssigkeitskanal 50 und der Unterseite 5b des Keramikkörpers 5 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich könnten ein oder mehr derartige weitere elektronische Bauelemente auch zwischen dem Kühlflüssigkeitskanal 50 und zweiten Metallisierungsschicht 2 angeordnet sein.
  • 3C zeigt einen Horizontalschnitt durch die Elektronikbaugruppe 100 gemäß 3A in einer durch den Kühlflüssigkeitskanal 50 verlaufenden Schnittebene E1-E1. Wie hier zu erkennen ist, kann der Kühlflüssigkeitskanal 50 mäanderförmig ausgebildet sein. Ebenso könnte er jedoch einen beliebigen anderen Verlauf aufweisen. Beispielsweise könnte er geradlinig zwischen dem Einlass 51 und dem Auslass 52 verlaufen.
  • 3B zeigt eine Draufsicht auf die zweite Metallisierungsschicht 2 der Elektronikbaugruppe 100 gemäß 3A. Diese zweite Metallisierungsschicht 2 kann ebenso ausgebildet sein wie die unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C erläuterte zweite Metallisierungsschicht 2.
  • Wie anhand der erläuterten Ausführungsbeispiele gezeigt wurde, erfordert eine Elektronikbaugruppe 100 im Sinne der vorliegenden Erfindung (im Gegensatz zu funktionell gleichwertigen herkömmlichen Elektronikbaugruppen) keine Wärmeleitpaste, die zwischen dem Halbleiterbauelement und dem (hier durch den Keramikkörper 5 gebildeten) Kühlkörper angeordnet ist.
  • Da der Keramikkörper 5, die erste Metallisierungsschicht 1 und die zweite Metallisierungsschicht 2 sowie das oder die weiteren in den Keramikkörper 5 eingebetteten Bauelemente 8, 9 eine Einheit bilden, entfällt die bei herkömmlichen Elektronikbaugruppen übliche Montage eines separaten Kühlkörpers an einem reinen Elektronikmodul, das keinen integrierten Kühlkörper aufweist. Hierdurch vereinfacht sich die Montage der Elektronikbaugruppe 100 signifikant. Hierzu kann zunächst die Einheit, die durch einen festen Verbund aus dem Keramikkörper 5, der ersten Metallisierungsschicht 1, der zweiten Metallisierungsschicht 2 sowie des oder der weiteren in den Keramikkörper 5 eingebetteten Bauelemente 8, 9 bereitgestellt und mit dem oder den Halbleiterbauelementen 6 bestückt und soweit erforderlich durch das Anbringen von Verbindungselementen 7 verschaltet werden.
  • Das Bestücken mit dem oder den Halbleiterbauelementen 6 kann z. B. dadurch erfolgen, dass das betreffende Halbleiterbauelement 6 an seiner der ersten Metallisierungsschicht 1 zugewandten Seite durch eine konventionelle oder eine Diffusionslötverbindung oder durch eine gesinterte Verbindung stoffschlüssig und optional auch elektrisch leitend mit der ersten Metallisierungsschicht 1 verbunden wird.
  • Die Herstellung der zweiten Metallisierungsschicht 21 und/oder einer weiteren in den Keramikkörper 5 eingebetteten Metallisierungsschicht (z. B. die Metallisierungsschicht 4) und/oder von Vias (z. b. den Vias 3, 43) kann auf verschiedenste und prinzipiell beliebige Weise erfolgen. Zum Beispiel kann eine Paste mit Wolfram oder Silber oder mit einer Legierung mit Wolfram und/oder Silber in den Grünling des späteren Keramikkörpers 5 eingebettet und zusammen mit diesem gesintert werden. Aus dem Grünling entsteht dadurch der Keramikkörper 5, aus der Paste die Metallisierungsschichten, Vias usw. Gemäß einer weiteren Methode können diese Elemente auch vergraben werden, was z. B. dadurch erfolgen kann, dass in einer Keramikschicht Freiräume geschaffen werden, in die jeweils eines oder mehrere Elemente eingelegt und diese dann von einer Deckschicht überdeckt werden usw. Die Deckschicht ist in jedem Fall dielektrisch, sie könnte beispielsweise als Keramikschicht oder als Kunststoffschicht ausgebildet sein. Ebenso kann eine dielektrische Deckschicht aus einer Vergussmasse, z. B. einem Polymerverguss, hergestellt werden. Ebenso ist es möglich, den Keramikkörper 5 in einem 3D-Druckprozess mit anschließendem Trocknungs- oder Brennprozess zu erzeugen.
  • Zur Befestigung der Elektronikbaugruppe 100 kann der Keramikkörper 5 optional ein oder mehrere Durchgangslöcher aufweisen. Ebenso können in den Keramikkörper 5 Metallaufnahmen (beispielsweise Metallbänder) eingebettet sein, die ein freies Ende aufweisen, das aus dem Keramikkörper 5 herausragt und das zur Montage der Elektronikbaugruppe 100 verwendet werden kann.
  • Zur Herstellung des dielektrischen Keramikkörpers 5 eignen sich alle bekannten und auch in der Halbleiterindustrie eingesetzten Keramikmaterialien wie beispielsweise Si3N4, Si2O3 oder AlN. Eine Beimischung von thermisch aktiven Zusatzstoffen wir Graphit ist ebenso möglich wie die Verwendung von eingelegten (auch elektrisch funktionslosen) Metallteilen zur Verbesserung der Wärmespreizung innerhalb des Keramikkörpers 5.
  • Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Elektronikbaugruppe 100 besteht darin, dass der dielektrische Keramikkörper 5 nicht geerdet sein muss. Kapazitive Ableitströme gegen Erde können so nicht auftreten.
  • Die Dicke des die erste Metallisierungsschicht 1 gegenüber der zweiten Metallisierungsschicht 2 elektrisch isolierenden Abschnitts des Keramikkörpers 5 kann deutlich dünner gewählt werden als die Dicken der Keramiken herkömmlicher, zweiseitig metallisierter Keramiksubstrate (beispielsweise DCB-Substrate mit einer Schichtfolge Kupfermetallisierung – Al2O3-Schicht – Kupfermetallisierung). Somit kann der Abstand d12 (siehe die 1A, 2A und 3A) zwischen der ersten Metallisierungsschicht 1 und der zweiten Metallisierungsschicht 2 sehr gering gewählt werden. Er kann beispielsweise kleiner oder gleich 4 mm sein. Größere Werte sind jedoch ebenfalls möglich. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand d12 zwischen der ersten Metallisierungsschicht 1 und der zweiten Metallisierungsschicht 2 auch wenigstens 0,1 mm betragen.
  • 4 zeigt noch ein Schaltbild eines 3-Phasen-Umrichters 200. Der Umrichter 200 enthält eine Gleichrichterschaltung G mit Gleichrichterdioden RD, sowie eine Wechselrichterschaltung W, die für jede der drei Phasen einen Halbbrückenzweig HB aufweist. Aus einer Wechselspannung aus einem Netz N mit beispielhaft drei Phasen erzeugt die Gleichrichterschaltung G eine gleichgerichtete Spannung U = U(+) – U(–), die durch einen als Zwischenkreiskondensator fungierenden Kondensator C geglättet wird. Die Spannung U wird dann zur elektrischen Versorgung einer jeden der Halbbrücken HB verwendet.
  • Die Halbbrücken HB weisen jeweils zwei steuerbare Halbleiterschalter LS ("Lowside Switch") und HS ("Highside Switch") auf, deren Laststrecken (C–E) jeweils über einen Steueranschluss G ("Gate") steuerbar sind. Den Steueranschlüssen kann jeweils ein Gatewiderstand RG vorgeschaltet sein. Den Laststrecken (C–E) eines jeden der Halbleiterschalter LS, HS kann optional eine Freilaufdiode FWD parallel geschaltet sein. Auch wenn in dem vorliegenden Beispiel n-Kanal IGBTs als Halbleiterschalter LS, HS gezeigt sind, können statt dessen beliebige andere bipolare oder unipolare Halbleiterschalter LS, HS eingesetzt werden.
  • Durch geeignete Ansteuerung der steuerbaren Halbleiterschalter LS, HS der Halbbrücken HB lässt sich bei jeder Halbbrücke HB an einem Schaltungsknoten zwischen den Laststrecken (C–E) der beiden Halbleiterschalter LS und HS dieser Halbbrücke HB ein gewünschter Spannungsverlauf einstellen. Zur Ermittlung eines einen der Halbleiterschalter LS oder HS durchfließenden elektrischen Stroms kann ein Shunt RS eingesetzt werden, der mit der Laststrecke (C–E) des betreffenden Halbleiterschalters LS oder HS in Reihe geschaltet ist. Die Ausgangsspannungen der Halbbrücken HB sind mit U1, U2 bzw. U3 bezeichnet. Diese Ausgangsspannungen U1, U2 bzw. U3 sind (abgesehen von Spannungsabfällen an den Shunts RS und den erforderlichen Verbindungsleitungen) im Wesentlichen identisch mit den an den Schaltungsknoten der Halbbrücken HB auftretenden Spannungen.
  • Eine Elektronikbaugruppe 100, wie sie vorangehend beschrieben wurde, kann beispielsweise einen beliebigen Anteil eines solchen Umrichters 200 aufweisen. Zum Beispiel kann eine Elektronikbaugruppe 100 als einen, zwei, drei oder mehrere der Halbleiterschalter LS, HS aufweisen, die jeweils ein Halbleiterbauelement 6 darstellen. Optional können ein oder mehrere Shunts RS und/oder ein oder mehrere Gatewiderstände RG als weitere Bauelemente 8 in den Keramikkörper 5 eingebettet sein. Optional kann ein solcher Widerstand dabei entsprechend dem beschriebenen Widerstand 9 in der zweiten Metallisierungsschicht 2 ausgebildet sein. Auch der Zwischenkreiskondensator C kann ganz oder teilweise als weiteres Bauelement 8 in den Keramikkörper 5 eingebettet sein.
  • Weiterhin kann eine Elektronikbaugruppe 100 einen oder mehrere Halbbrückenzweige HB aufweisen, wobei die beiden steuerbaren Halbleiterschalter LS und HS einer Halbbrücke HB jeweils gemeinsam durch einen Abschnitt 21 der zweiten Metallisierungsschicht 2 abgeschirmt werden. Im Fall von zwei oder mehr Halbbrücken HB kann jede durch genau einen solchen Abschnitt 21 gemeinsam abgeschirmt werden, wobei optional zwischen den verschiedenen dieser Abschnitte 21 keine galvanische Verbindung besteht.

Claims (11)

  1. Elektronikbaugruppe mit: einem dielektrischen Keramikkörper (5), der eine Oberseite (5t) und eine der Oberseite (5t) entgegengesetzte Unterseite (5b) aufweist; einer ersten Metallisierungsschicht (1), die auf der Oberseite (5t) angeordnet ist; einer zweiten Metallisierungsschicht (2), die zwischen der Oberseite (5t) und der Unterseite (5b) angeordnet und in den Keramikkörper (5) eingebettet ist; einem Halbleiterbauelement (6), das auf der ersten Metallisierungsschicht (1) angeordnet ist; und ein elektronisches Bauelement (8, 9), das zwischen der Oberseite (5t) und der Unterseite (5b) angeordnet und in den Keramikkörper (5) eingebettet ist.
  2. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 1, bei der das elektronische Bauelement (8, 9) als passives elektrisches Bauelement (RG, RS, C) ausgebildet ist.
  3. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, bei der das elektronische Bauelement (8, 9) als Kondensator (C) ausgebildet ist.
  4. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 3, bei der der Kondensator (C) ein Dielektrikum aufweist, dessen Dielektrizitätskonstante bei einer Temperatur von 20°C einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist.
  5. Elektronikbaugruppe nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der der Kondensator (C) als Keramikkondensator ausgebildet ist.
  6. Elektronikbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das wenigstens eine elektronische Bauelement (8, 9) als ohmscher Widerstand (RG, RS) ausgebildet ist.
  7. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 6, bei der das Halbleiterbauelement (6) als steuerbarer Halbleiterschalter (LS, HS) ausgebildet ist, der eine Laststrecke aufweist, sowie einen Steuereingang zum Ansteuern der Laststrecke, wobei der ohmsche Widerstand (9) als Shunt (RS) ausgebildet und mit der Laststrecke in Reihe geschaltet ist; oder als Vorwiderstand (RG) des Steuereingangs (G) ausgebildet ist.
  8. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 6 oder 7, bei der der ohmsche Widerstand (9) bei einer Temperatur von 20°C einen ohmschen Widerstand von wenigstens 0,1 mΩ und von höchstens 10 mΩ aufweist; oder einen ohmschen Widerstand von wenigstens 0,5 Ω und von höchstens 10 Ω aufweist.
  9. Elektronikbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Keramikkörper (5) eine Vielzahl von Vorsprüngen (51) aufweist, die als Kühlrippen oder als Kühlpins ausgebildet sind; und das elektronische Bauelement (8, 9) ganz oder teilweise in zumindest einem der Vorsprünge (51) angeordnet ist.
  10. Elektronikbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Kühlflüssigkeitskanal (50), der in dem Keramikkörper (5) ausgebildet ist.
  11. Elektronikbaugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem keine Wärmeleitpaste zwischen dem Halbleiterbauelement (6) und dem Keramikkörper (5) angeordnet ist.
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