DE102015115312B4

DE102015115312B4 - Halbleitermodul und Verfahren zum Betrieb eines Halbleitermoduls

Info

Publication number: DE102015115312B4
Application number: DE102015115312.2A
Authority: DE
Inventors: Olaf Hohlfeld; Guido Boenig; Alexander Herbrandt; Daniel Domes
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2035-09-11
Also published as: DE102015115312A1

Abstract

Halbleitermodul miteinem ersten Leistungshalbleiterchip (1), einem elektrisch leitenden ersten Kühlkörper (51), und einem elektrisch leitenden ersten Anschlusselement (61), wobeider erste Leistungshalbleiterchip (1) einen ersten Lastanschluss (11) und einen zweiten Lastanschluss (12) aufweist, sowie eine zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) ausgebildete erste Laststrecke (11-12),der erste Leistungshalbleiterchip (1) auf dem ersten Kühlkörper (51) angeordnet ist, undder erste Kühlkörper (51) elektrisch zwischen die erste Laststrecke (11-12) und das erste Anschlusselement (61) geschaltet ist,einem zweiten Leistungshalbleiterchip (2), einem elektrisch leitenden zweiten Kühlkörper (52), und einem elektrisch leitenden zweiten Anschlusselement (62), wobeider zweite Leistungshalbleiterchip (2) einen ersten Lastanschluss (21) und einen zweiten Lastanschluss (22) aufweist, sowie eine zwischen dem ersten Lastanschluss (21) und dem zweiten Lastanschluss (22) ausgebildete zweite Laststrecke (21-22),der zweite Leistungshalbleiterchip (2) auf dem zweiten Kühlkörper (52) angeordnet ist, undder zweite Kühlkörper (52) elektrisch zwischen die zweite Laststrecke (21-22) und das zweite Anschlusselement (62) geschaltet ist,einer dielektrischen Vergussmasse (210), die sich ausgehend vom ersten Kühlkörper (51) bis über den ersten Halbleiterchip (1) hinaus erstreckt und diesen abdeckt, die sich ausgehend vom zweiten Kühlkörper (52) bis über den zweiten Halbleiterchip (2) hinaus erstreckt und diesen abdeckt;einem elektrisch leitenden Anschlussblock (53), der elektrisch leitend an den zweiten Lastanschluss (22) des zweiten Halbleiterchips (2) angeschlossen ist, wobeider Anschlussblock (53) oder ein Abschnitt des Anschlussblocks (53) zwischen dem ersten Kühlkörper (51) und dem zweiten Kühlkörper (52) angeordnet ist; undzwei dielektrischen ersten Trennwänden (201, 202), die zwischen dem ersten Kühlkörper (51) und dem zweiten Kühlkörper (52) angeordnet sind, wobei der Anschlussblock (53) zwischen den zwei ersten Trennwänden (201, 202) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitermodule. Halbleitermodule, wie sie beispielsweise in Umrichtern oder anderen leistungselektronischen Schaltungen zum Einsatz kommen, werden in der Regel vom Anwender als Einheiten erworben, elektrisch - beispielsweise unter Verwendung von massiven Stromschienen oder anderen Verbindungsleitern - verschaltet und zu ihrer Kühlung elektrisch isoliert und unter Verwendung von Wärmeleitpaste auf einem Kühlkörper montiert, der auf Erdpotential liegt. Die zum Verschalten erforderlichen elektrischen Verbindungsleitungen besitzen Induktivitäten, wodurch während des Betriebs des Halbleitermoduls hohe Induktionsspannungen auftreten können, die das Halbleitermodul beschädigen oder zerstören können. Abgesehen davon benötigt eine Verschaltung durch Stromschienen oder andere Verbindungsleiter viel Platz. Daneben erfordert die sachgerechte Montage des Halbleitermoduls am Kühlkörper unter Verwendung einer Wärmeleitpaste viel Sorgfalt, da sich das Halbleitermodul - bedingt durch die unterschiedliche thermische Ausdehnung seiner Bestandteile - verbiegen kann, wenn es sich beim Betrieb erwärmt. Hierdurch besteht die Gefahr, dass sich die thermische Kopplung zwischen dem Halbleitermodul und dem Kühlkörper verschlechtert, so dass die sichere Kühlung des Halbleitermoduls nicht mehr gewährleistet ist.
Die DE 10 2010 029 650 A1 beschreibt ein Halbleiterbauelement, bei dem ein Halbleiterchip, der zwei Kontaktierungsschichten aufweist, zwischen zwei Metallkörpern angeordnet ist. Die Metallkörper sind jeweils von dem Halbleiterchip beabstandet und anhand einer Vielzahl voneinander beabstandeter, fingerartiger Verbindungsstege elektrisch leitend mit einer der Kontaktierungsschichten verbunden. Jeder Metallkörper und die Verbindungsstege, die diesen Metallkörper mit einer der Kontaktierungsschichten verbinden, werden durch Lasersintern von Metallpulver auf der betreffenden Kontaktierungsschicht erzeugt, so dass die Verbindungsstege monolithisch mit der Kontaktierungsschicht verbunden sind. Gemäß einer Ausgestaltung kann eine Halbbrücke erzeugt werden, indem ergänzend ein weiterer Halbleiterchip auf analoge Weise zwischen einem der beiden Metallkörper und einem weiteren Metallkörper angeordnet wird und der eine der beiden Metallkörper sowie der weitere Metallkörper jeweils anhand einer Vielzahl weiterer, voneinander beabstandeter, fingerartiger Verbindungsstege elektrisch leitend mit einer von zwei weiteren Kontaktierungsschichten des weiteren Halbleiterchips verbunden werden. Der eine der beiden Metallkörper verbindet die beiden Halbleiterchips, so dass eine Halbbrücke entsteht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Halbleitermodul bereitzustellen, das zumindest eines der vorgenannten Probleme verbessert, sowie Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb eines verbesserten Halbleitermoduls. Diese Aufgabe wird durch ein Halbleitermodul gemäß Patentanspruch 1, durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls gemäß Anspruch 13 bzw. durch ein Verfahren zum Betrieb eines Halbleitermoduls gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erster Aspekt betrifft ein Halbleitermodul mit einem ersten Leistungshalbleiterchip, einem elektrisch leitenden ersten Kühlkörper, und einem elektrisch leitenden ersten Anschlusselement. Der erste Leistungshalbleiterchip weist einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss auf, sowie eine zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss ausgebildete erste Laststrecke. Der erste Leistungshalbleiterchip ist auf dem ersten Kühlkörper angeordnet, und der erste Kühlkörper ist elektrisch zwischen die erste Laststrecke und das erste Anschlusselement geschaltet. Ferner weist das Halbleitermodul einen zweiten Leistungshalbleiterchip, einen elektrisch leitenden zweiten Kühlkörper und einen elektrisch leitendes zweites Anschlusselement auf. Der zweite Leistungshalbleiterchip weist einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss auf, sowie eine zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss ausgebildete zweite Laststrecke. Der zweite Leistungshalbleiterchip ist auf dem zweiten Kühlkörper angeordnet, und der zweite Kühlkörper ist elektrisch zwischen die zweite Laststrecke und das zweite Anschlusselement geschaltet. Eine dielektrische Vergussmasse erstreckt sich ausgehend vom ersten Kühlkörper bis über den ersten Halbleiterchip hinaus erstreckt und deckt diesen abdeckt, und sie ausgehend vom zweiten Kühlkörper bis über den zweiten Halbleiterchip hinaus und deckt diesen ab. Ein elektrisch leitender Anschlussblock ist elektrisch leitend an den zweiten Lastanschluss des zweiten Halbleiterchips angeschlossen, wobei der Anschlussblock oder ein Abschnitt des Anschlussblocks zwischen dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper angeordnet ist. Zwei dielektrische erste Trennwände sind zwischen dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper angeordnet, wobei der Anschlussblock zwischen den zwei ersten Trennwänden angeordnet ist.
Ein zweiter Aspekt betrifft ein Verfahren, mit dem ein gemäß dem ersten Aspekt ausgebildetes Halbleitermodul hergestellt wird. Hierzu wird das Halbleitermodul in ein dielektrisches Gehäuse eingesetzt und danach mit Hilfe von Verbindungselementen elektrisch verschaltet.
Ein dritter Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines gemäß dem ersten Aspekt ausgebildeten Halbleitermoduls, bei dem der erste Kühlkörper erdfrei ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:

1 ein Schaltbild eines Halbleitermoduls, das drei Halbbrücken aufweist.
2 ein Schaltbild eines Halbleitermoduls, das zwei Halbbrücken aufweist.
3 ein Schaltbild eines Halbleitermoduls, das eine Halbbrücke aufweist.
4 ein Schaltbild eines Halbleitermoduls mit mehreren Zwischenkreiskondensatoren.
5A eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe mit einem steuerbaren Halbleiterbauelement und einer Freilaufdiode, die gemeinsam auf einem Kühlkörper montiert und elektrisch leitend mit diesem verbunden sind.
5B einen Querschnitt durch einen vergrößert dargestellten Abschnitt einer Baugruppe gemäß 5A, bei der ein erstes Halbleiterbauelement und eine Freilaufdiode auf einem ersten Kühlkörper montiert und elektrisch leitend mit diesem verbunden sind.
5C einen Querschnitt durch einen vergrößert dargestellten Abschnitt einer Baugruppe gemäß 5A, bei der ein zweites Halbleiterbauelement und eine Freilaufdiode auf einem zweiten Kühlkörper montiert und elektrisch leitend mit diesem verbunden sind.
6A eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe mit einem steuerbaren Halbleiterbauelement, das auf einem Kühlkörper montiert und elektrisch leitend mit diesem verbunden ist.
6B einen Querschnitt durch einen vergrößert dargestellten Abschnitt einer Baugruppe gemäß 6A, bei ein erstes Halbleiterbauelement auf einem ersten Kühlkörper montiert und elektrisch leitend mit diesem verbunden ist.
6C einen Querschnitt durch einen vergrößert dargestellten Abschnitt einer Baugruppe gemäß 6A, bei der ein zweites Halbleiterbauelement auf einem zweiten Kühlkörper montiert und elektrisch leitend mit diesem verbunden ist.
7A einen Querschnitt durch einen vergrößert dargestellten Abschnitt einer Baugruppe gemäß 6A, bei der ein erstes Halbleiterbauelement auf einem ersten Kühlkörper montiert und elektrisch leitend mit diesem verbunden ist, wobei zum Ausgleich thermomechanischer Spannungen eine erste Ausgleichsschicht zwischen dem ersten Halbleiterbauelement und dem ersten Kühlkörper angeordnet ist.
8A einen Querschnitt durch einen vergrößert dargestellten Abschnitt einer Baugruppe gemäß 6A, bei der ein zweites Halbleiterbauelement auf einem zweiten Kühlkörper montiert und elektrisch leitend mit diesem verbunden ist, wobei zum Ausgleich thermomechanischer Spannungen eine zweite Ausgleichsschicht zwischen dem ersten Halbleiterbauelement und dem zweiten Kühlkörper angeordnet ist.
8 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe mit mehreren Kühlkörpern, auf denen jeweils wenigstens ein Halbleiterbauelement montiert und elektrisch leitend mit dem betreffenden Kühlkörper verbunden ist.
9 eine Querschnittsansicht einer Baugruppe gemäß 8, die in ein dielektrisches Gehäuse eingesetzt ist und an die Zwischenkreiskondensatoren angeschlossen sind.
10 eine perspektivische Ansicht einer nicht unter den Wortlaut der Ansprüche fallenden Baugruppe, die in ein dielektrisches Gehäuse eingesetzt ist und die mehrere Kühlkörper aufweist, auf denen jeweils wenigstens ein Halbleiterbauelement montiert und elektrisch leitend mit dem betreffenden Kühlkörper verbunden ist.
11 eine Querschnittsansicht einer nicht unter den Wortlaut der Ansprüche fallenden Baugruppe, die in ein dielektrisches Gehäuse eingesetzt ist und die drei Kühlkörper aufweist, auf denen jeweils wenigstens ein Halbleiterbauelement montiert und elektrisch leitend mit dem betreffenden Kühlkörper verbunden ist.
12 eine Querschnittsansicht einer nicht unter den Wortlaut der Ansprüche fallenden Baugruppe, die in ein dielektrisches Gehäuse eingesetzt ist und die zwei Kühlkörper aufweist, auf denen jeweils wenigstens ein Halbleiterbauelement montiert und elektrisch leitend mit dem betreffenden Kühlkörper verbunden ist.

Die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele erläuterten Merkmale können auf beliebige Weise miteinander kombiniert werden, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt ist.
Die 1, 2 und 3 zeigen Schaltbilder eines Halbleitermoduls 100 mit einer, zwei bzw. drei Halbbrücken HB, von denen jede ein erstes Halbleiterbauelement 1 und ein zweites Halbleiterbauelement 2 aufweist, die lediglich beispielhaft jeweils als n-Kanal IGBT ausgebildet sind. Grundsätzlich können das erste Halbleiterbauelement 1 und das zweite Halbleiterbauelement 2, unabhängig voneinander und in beliebigen Kombinationen miteinander, als p-Kanal Bauelemente oder als n-Kanal Bauelemente ausgebildet sein, und/oder als selbstleitende oder als selbstsperrende Bauelemente.
In jedem Fall besitzt das erste Halbleiterbauelement 1 einen ersten Lastanschluss 11 und einen zweiten Lastanschluss 12, zwischen denen eine erste Laststrecke ausgebildet ist, und das zweite Halbleiterbauelement 2 besitzt einen ersten Lastanschluss 21 und einen zweiten Lastanschluss 22, zwischen denen eine zweite Laststrecke ausgebildet ist. Die erste Laststrecke und die zweite Laststrecke sind zwischen einem ersten Schaltungsknoten 101 und einem zweiten Schaltungsknoten 102 elektrisch in Reihe geschaltet. Hierzu ist der zweite Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterbauelements1 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 21 des zweiten Halbleiterbauelements 2 verbunden.
Bei dem ersten Schaltungsknoten 101 kann es sich beispielsweise um einen ersten elektrischen Außenanschluss des Halbleitermoduls 100 handeln. Entsprechend kann es sich bei dem zweiten Schaltungsknoten 102 beispielsweise einen zweiten elektrischen Außenanschluss 102 des Halbleitermoduls 100 handeln. Als „Außenanschlüsse“ des Halbleitermoduls 100 werden generell Anschlüsse verstanden, an denen das Halbleitermodul 100 von außen elektrisch angeschlossen werden kann, also Anschlüsse, die von der Außenseite des Halbleitermoduls 100 her zugänglich sind.
Als Bauelementtypen kommen für das erste Halbleiterbauelement 1 und das zweite Halbleiterbauelement 2 unter anderem steuerbare Halbleiterschalter in Frage, die einen Steueranschluss 13 bzw. 23 aufweisen, mittels dem die erste bzw. zweite Laststrecke des betreffenden Halbleiterbauelements 1 bzw. 2 abhängig von einem an den Steueranschluss 13, 23 angelegten elektrischen Ansteuerpotential wahlweise in einen leitenden Zustand (Halbleiterschalter ist eingeschaltet, d.h. seine Laststrecke leitet) oder in einen sperrenden Zustand (Halbleiterschalter ist ausgeschaltet, d.h. seine Laststrecke sperrt) versetzt werden kann. Ebenso kann es sich bei dem ersten Halbleiterbauelement 1 und/oder dem zweiten Halbleiterbauelement 2 aber auch um ein Halbleiterbauelement ohne Steueranschluss handeln.
Geeignete Bauelementtypen für das erste Halbleiterbauelement 1 und das zweite Halbleiterschalter 2 sind beispielsweise Halbleiterschalter mit einem Steueranschluss wie z.B. MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), JFETs (Junction Field-Effect Transistors), HEMTs (High Electron Mobility Transistors), Thyristoren oder dergleichen, oder Halbleiterschalter ohne Steueranschluss wie beispielsweise Dioden.
Abhängig vom Bauelementtyp kann es sich bei dem ersten/zweiten Lastanschluss 11/12, 21/22 desselben Halbleiterschalters 1, 2 -je nach Art des Bauelements - beispielsweise um Drain- bzw. Source-Anschlüsse oder um Source- bzw. Drain-Anschlüsse oder um Emitter- bzw. Kollektor-Anschlüsse oder um Kollektor- bzw. Emitter-Anschlüsse oder um Anoden-/Kathoden-Anschlüsse oder um Kathoden-/Anoden-Anschlüsse handeln, und - sofern das Bauelement 1, 2 steuerbar ist - bei dem Steueranschluss 13, 23 um einen Gate- oder Basis-Anschluss.
Bei einem Leistungshalbleitermodul 100 kann es sich um ein beliebiges Stromrichter-, Umrichter- oder sonstiges leistungselektronisches Halbleitermodul handeln. Es kann z.B. eine Gleichrichterschaltung oder eine Wechselrichterschaltung aufweisen, oder eine Schaltung zur Ansteuerung einer - zum Beispiel induktiven - Last M, z.B. eines Motors.
Bei den Bauelementen kann es sich um laterale oder vertikale Bauelemente handeln, im Fall von HEMTs jedoch nur um laterale Bauelemente. Im Fall eines vertikalen Halbleiterbauelements 1, 2 weist dieses einen Halbleiterkörper auf, und der erste Lastanschluss 11, 21 und der zweite Lastanschluss 12, 22 sind auf entgegengesetzten Seiten des Halbleiterkörpers angeordnet.
Bei den Schaltbildern gemäß den 1, 2, 3 ist noch zur Laststrecke eines jeden der Halbleiterbauelemente 1, 2 jeweils eine optionale Freilaufdiode FWD antiparallel geschaltet. Solche Freilaufdioden FWD können optional auch in dem betreffenden Halbleiterbauelement 1, 2 integriert sein. Grundsätzlich ist es auch möglich, solche Freilaufdioden FWD außerhalb des Halbleitermoduls 100 anzuordnen.
Bei den gezeigten Beispielen weist jede Halbbrücke HB einen Ausgang 103₁ , 103₂ bzw. 103₃ auf, der im Wesentlichen auf demselben elektrischen Potential liegt, wie der zweite Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterbauelements 1 und der erste Lastanschluss 21 des zweiten Halbleiterbauelements 2 der betreffenden Halbbrücke HB. Bei jeder Halbbrücke HB kann auf deren Ausgang 103₁ , 103₂ bzw. 103₃ durch geeignete Ansteuerung ihrer Halbleiterbauelemente 1, 2 entweder das elektrische Potential V+ am ersten Schaltungsknoten 101 (erste Laststrecke leitet, zweite Laststrecke sperrt) oder das elektrische Potential V-am zweiten Schaltungsknoten 102 (erste Laststrecke sperrt, zweite Laststrecke leitet) aufgeschaltet werden. Hierdurch kann eine beliebige an den Ausgang angeschlossene Last, beispielsweise auch eine induktive Last wie z.B. ein Elektromotor, mit elektrischer Energie versorgt werden.
Das erste Versorgungspotential V+ kann beispielsweise größer sein, als das zweite Versorgungspotential V-. Zum Beispiel kann die Differenz zwischen dem ersten Versorgungspotential V+ und dem zweiten Versorgungspotential V- dauerhaft oder zumindest zeitweise wenigstens 10 V, wenigstens 100 V oder gar wenigstens 1000 V betragen. Bei der zwischen dem ersten Schaltungsknoten 101 und dem zweiten Schaltungsknoten 102 anliegenden Spannung, also der Potentialdifferenz zwischen V+ und V-, kann es sich insbesondere um eine Gleichspannung handeln, oder zumindest um eine Spannung, die einen signifikanten Gleichspannungsanteil aufweist, beispielsweise um eine Zwischenkreisspannung eines Umrichters.
Wenn in einem ersten Schaltzustand der Halbbrücke HB deren erstes Halbleiterbauelement 1 durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Ansteuerpotentials an den ersten Steueranschluss 13 eingeschaltet ist (d.h. die Laststrecke des ersten Halbleiterbauelements 1 leitet) und das zweite Halbleiterbauelement 2 durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Ansteuerpotentials an den zweiten Steueranschluss 23 ausgeschaltet ist (d.h. die Laststrecke des zweiten Halbleiterbauelements 2 sperrt), liegt der Schaltungsknoten zwischen der ersten Laststrecke und der zweiten Laststrecke und damit der Ausgang 103₁ , 103₂ bzw. 103₃ der betreffenden Halbbrücke HB auf dem ersten Versorgungspotential V+ (abgesehen von geringen Spannungsabfällen über der ersten Laststrecke und über den niederohmigen elektrischen Verbindungsleitungen).
Wenn weiterhin in einem zweiten Schaltzustand der Halbbrücke HB das erste Halbleiterbauelement 1 durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Ansteuerpotentials an den ersten Steueranschluss 13 ausgeschaltet ist (d.h. die Laststrecke des ersten Halbleiterbauelements 1 sperrt) und das zweite Halbleiterbauelement 2 durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Ansteuerpotentials an den zweiten Steueranschluss 23 eingeschaltet ist (d.h. die Laststrecke des zweiten Halbleiterbauelements 2 leitet), liegt der Schaltungsknoten zwischen der ersten Laststrecke und der zweiten Laststrecke und damit der Ausgang 103₁ , 103₂ bzw. 103₃ der betreffenden Halbbrücke HB auf dem zweiten Versorgungspotential V- (abgesehen von geringen Spannungsabfällen über der zweiten Laststrecke und über den niederohmigen elektrischen Verbindungsleitungen).
Somit kann durch Umschalten zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand das elektrische (Ausgangs-)Potential an dem Ausgang 103₁ , 103₂ bzw. 103₃ der betreffenden Halbbrücke HB zwischen dem ersten Versorgungspotential V+ und dem zweiten Versorgungspotential V- umgeschaltet werden. Insbesondere kann das Ausgangspotential durch hochfrequentes und wiederholtes Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand als Wechselpotential ausgebildet sein.
4 zeigt ein Halbleitermodul 100, das beispielsweise gemäß einer der 1, 2 oder 3 ausgebildet sein kann, sowie eine Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren 4, von denen jeder einen ersten Anschluss 41 und einen zweiten Anschluss 42 aufweist. Die Zwischenkreiskondensatoren 4 sind elektrisch zueinander parallel geschaltet, indem ihre ersten Anschlüsse 41 elektrisch leitend miteinander verbunden sind, und indem ihre zweiten Anschlüsse 42 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Außerdem sind die Zwischenkreiskondensatoren 4 jeweils mit ihren ersten Anschlüssen 41 elektrisch leitend mit dem ersten Schaltungsknoten 101 verbunden, und sie sind mit ihren zweiten Anschlüssen 42 elektrisch leitend mit dem zweiten Schaltungsknoten 102 verbunden. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel sind die Zwischenkreiskondensatoren 4 außerhalb des Halbleitermoduls 100 angeordnet. Alternativ dazu können aber auch einer, mehrere oder sämtliche Zwischenkreiskondensatoren 4 in das Halbleitermodul 100 integriert sein und somit einen Bestandteil des Halbleitermoduls 100 darstellen.
Bei Halbleitermodulen 100, die ein oder mehrere zu kühlende Halbleiterbauelemente 1, 2 aufweisen, kommt es häufig darauf an, dass die betreffenden Halbleiterbauelemente 1, 2 wirkungsvoll über einen Kühlkörper entwärmt werden, und/oder dass sie einen niederinduktiven Aufbau besitzen. Dies gilt grundsätzlich und unabhängig von der Art der zu realisierenden Schaltung. Insofern sind die vorangehend erläuterten Schaltungen gemäß den 1 bis 4 lediglich beispielhaft zu verstehen.
Nachfolgend werden verschiedene Beispiele gezeigt, wie sich in einem Halbleitermodul 100 ein niederinduktiver Aufbau und eine wirkungsvolle Entwärmung eines oder mehrerer Halbleiterbauelemente 1, 2 realisieren lassen. Für die jeweiligen Aufbauten werden beispielhaft die anhand der 1 bis 4 erläuterten Schaltungen zugrunde gelegt.
Wie aus den folgenden Beispielen in Verbindung mit den vorangehend erläuterten Schaltbildern hervorgeht, kann ein Halbleiterbauelement 1, 2 jeweils in einem Halbleiterchip realisiert sein. Daher wird bei den folgenden Ausführungsbeispielen sowohl für das erste Halbleiterbauelement als auch für den Halbleiterchip, in den das erste Halbleiterbauelement integriert ist, das Bezugszeichen „1“ verwendet. Entsprechend wird sowohl für das zweite Halbleiterbauelement als auch für den Halbleiterchip, in den das zweite Halbleiterbauelement integriert ist, das Bezugszeichen „2“ verwendet. Die entsprechenden Halbleiterchips werden dann auch als „erste Halbleiterchips 1“ bzw. als „zweite Halbleiterchips 2“ bezeichnet.
5A zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Baugruppe mit einem ersten Halbleiterchip 1 und einer Freilaufdiode FWD, die beide auf einem ersten Kühlkörper 51 angeordnet und elektrisch leitend mit diesem verbunden sind. Optional kann der erste Kühlkörper 51 eine Anzahl von ersten Kühlrippen und/oder Kühlpins 511 aufweisen. Außerdem zeigt 5A eine perspektivische Ansicht einer zweiten Baugruppe (für diese gelten, sofern sie von den Bezugszeichen der ersten Baugruppe abweichen, die Bezugszeichen in Klammern) mit einem zweiten Halbleiterchip 2 und einer Freilaufdiode FWD, die beide auf einem zweiten Kühlkörper 52 angeordnet und elektrisch leitend mit diesem verbunden sind. Optional kann der zweite Kühlkörper 52 eine Anzahl von zweiten Kühlrippen und/oder Kühlpins 521 aufweisen. 5B zeigt einen Querschnitt durch einen vergrößerten Abschnitt der ersten Baugruppe gemäß 5A, und 5B zeigt einen Querschnitt durch einen vergrößerten Abschnitt der zweiten Baugruppe gemäß 5A.
Indem bei der ersten Baugruppe der erste Halbleiterchip 1 auf dem ersten Kühlkörper 51 montiert ist, ohne dass sich zwischen dem ersten Halbleiterchip 1 und dem ersten Kühlkörper 51 eine dielektrische Schicht befindet, besteht eine hervorragende thermische Kopplung zwischen dem ersten Halbleiterchip 1 und dem ersten Kühlkörper 51. Hierdurch kann eine beim Betrieb der Anordnung im ersten Halbleiterchip 1 anfallende Abwärme hervorragend an den ersten Kühlkörper 51 abgeführt werden. Im Unterschied dazu ist bei herkömmlichen Anordnungen häufig eine dielektrische Keramikschicht zwischen dem Halbleiterchip und dem Kühlkörper angeordnet, die den Halbleiterchip gegenüber dem Kühlkörper elektrisch isoliert und die auch zu einer schlechteren thermischen Kopplung zwischen dem Halbleiterchip und dem Kühlkörper führt. Daher ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung keine dielektrische Keramikschicht zwischen dem ersten Halbleiterchip 1 und dem ersten Kühlkörper 51 angeordnet, oder es ist überhaupt keine dielektrische Schicht zwischen dem ersten Halbleiterchip 1 und dem ersten Kühlkörper 51 angeordnet. Entsprechen kann, alternativ oder zusätzlich, auch bei der zweiten Baugruppe zwischen dem zweiten Halbleiterchip 2 und dem zweiten Kühlkörper 52 keine dielektrische Keramikschicht angeordnet sein, oder es ist überhaupt keine dielektrische Schicht zwischen dem zweiten Halbleiterchip 2 und dem zweiten Kühlkörper 52 angeordnet.
Wie später noch ausführlicher erläutert wird, ist die erste Baugruppe so ausgelegt, dass ein Laststrom, der beim Betrieb der Anordnung die Laststrecke 11-12 des ersten Halbleiterchips 1 durchfließt, auch durch einen Abschnitt des ersten Kühlkörpers 51 fließt. Hierdurch können eine oder mehrere der bei herkömmlichen Anordnungen erforderlichen, langen und damit induktivitätsbehafteten Verbindungsleitungen entfallen, was zu einem niederinduktiven Gesamtaufbau beiträgt. Entsprechend kann, alternativ oder zusätzlich, auch die zweite Baugruppe so ausgelegt sein, dass ein Laststrom, der beim Betrieb der Anordnung die Laststrecke 21-22 des zweiten Halbleiterchips 2 durchfließt, auch durch einen Abschnitt des zweiten Kühlkörpers 52 fließt.
Um zu erreichen, dass ein die Laststrecke 11-12 bzw. 21-22 eines Halbleiterchips 1 bzw. 2 durchfließender Laststrom auch durch den Kühlkörper 51 bzw. 52 fließt, auf dem der betreffende Halbleiterchip 1 bzw. 2 angeordnet ist, ist einer (12 bzw. 22) seiner Lastanschlüsse 11, 12 bzw. 21, 22 mittels einer elektrisch leitenden Verbindungsschicht 71 bzw. 72 stoffschlüssig und elektrisch leitend mit dem betreffenden Kühlkörper 51 bzw. 52 verbunden, was in den 5B bzw. 5C gezeigt ist.
Eine elektrisch leitende Verbindungsschicht 71 bzw. 72 kann zum Beispiel durch Löten oder durch Sintern oder durch Kleben erzeugt werden.
Im Fall von Löten handelt es sich bei der Verbindungsschicht 71 bzw. 72 um eine Lotschicht. Um die Lötbarkeit zu verbessern, kann der betreffende erste bzw. zweite Kühlkörper 51 bzw. 52 an seiner Oberfläche optional eine dünne Haftverbesserungsschicht aufweisen, die zum Beispiel aus Nickel bestehen kann.
Im Fall von Sintern handelt es sich bei der Verbindungsschicht 71 bzw. 72 um eine Sinterschicht aus oder mit einem gesinterten Metallpulver, beispielsweise einem Silberpulver. Um eine gute Anhaftung der Sinterschicht an dem betreffenden ersten bzw. zweiten Kühlkörper 51 bzw. 52 und/oder an dem zweiten Lastanschluss 12 bzw. 22 des betreffenden ersten bzw. zweiten Halbleiterchips 1 bzw. 2 zu erreichen, können der betreffende erste bzw. zweite Kühlkörper 51 bzw. 52 und/oder der zweite Lastanschluss 12 bzw. 22 des betreffenden ersten bzw. zweiten Halbleiterchips 1 bzw. 2 an ihren Oberflächen optional eine dünne Haftverbesserungsschicht aufweisen, die zum Beispiel aus einem Edelmetall, z.B. Silber, bestehen kann.
Im Fall von Kleben handelt es sich bei der Verbindungsschicht 71 bzw. 72 um eine Klebeschicht.
Eine Verbindungsschicht 71 bzw. 72 kann sich durchgehend vom ersten bzw. zweiten Kühlkörper 51 bzw. 52 bis zum zweiten Lastanschluss 12 bzw. 22 des auf diesem Kühlkörper 51 bzw. 52 angeordneten, ersten bzw. zweiten Halbleiterchips 1 bzw. 2 erstrecken.
Auf entsprechende Weise können auch weitere Halbleiterchips, zum Beispiel Freilaufdioden FWD, zusammen mit dem ersten bzw. zweiten Halbleiterchip 1 bzw. 2 auf demselben Kühlkörper 1 bzw. 2 angeordnet und elektrisch leitend mit diesem verbunden werden.
Bei den gezeigten Beispielen sind die Halbleiterchips 1, 2 jeweils an ihren zweiten Lastanschlüssen 12 bzw. 22 stoffschlüssig mit dem betreffenden Kühlkörper 51 bzw. 52 verbunden. Ebenso wäre es jedoch möglich, den ersten Halbleiterchip 1 an seinem ersten Lastanschluss 11 stoffschlüssig mit dem ersten Kühlkörper 51 zu verbinden, und/oder den zweiten Halbleiterchip 2 an seinem ersten Lastanschluss 21 stoffschlüssig mit dem zweiten Kühlkörper 52 zu verbinden.
Eine einfache, einschichtige Verbindungsschicht 71 bzw. 72, wie sie anhand der 5B, 5C, 6B und 6C erläutert wurde, ist während des Betriebs umso stärken thermomechanischen Belastungen ausgesetzt, je großflächiger die mit der Verbindungsschicht 71 bzw. 72 befestigten Halbleiterchips 1 bzw. 2 sind. Eine solche Verbindungsschicht 71, 72 eignet sich vor allem für Halbleiterchips 1, 2, die eine Kantenlänge von kleiner oder gleich 5 mm aufweisen, wenn der betreffende Kühlkörper 51 bzw. 52 einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von mehr als 5 ppm/K besitzt, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn der betreffende Kühlkörper 51, 52 aus Aluminium besteht, oder einen Aluminiumkern aufweist, der oberflächlich mit einer dünne Haftverbesserungsschicht (Dicke der Haftverbesserungsschicht: z.B. kleiner oder gleich 15 µm) versehen ist.
Beliebig große Halbleiterchips 1, 2 lassen sich zusammen mit einer einfachen, einschichtigen Verbindungsschicht 71 bzw. 72 dann einsetzen, wenn sich der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Kühlkörpers 51, 52, mit dem der betreffende Halbleiterchip 1, 2 durch die einfache, einschichtige Verbindungsschicht 71 bzw. 72 verbunden wird, nicht allzu sehr (beispielsweise um weniger als ± 10 ppm/K) vom maximalen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Halbleiterkörpers 10 bzw. 20 des betreffenden Halbleiterchips 1 bzw. 2 unterscheidet. Ein geeigneter Kühlkörper 51, 52 kann beispielsweise ein Metallmatrixkompositmaterial (MMC-Material) aufweisen oder vollständig oder überwiegend aus einem Metallmatrixkompositmaterial bestehen, beispielsweise Aluminiumsiliziumkarbid (AlSiC).
Ebenso ist es möglich, dass ein Kühlkörper 51, 52 einen oberen Abschnitt 51t, 52t aufweist, der linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der geringer ist, als der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient eines unteren Abschnitts 51b, 52b. Optional kann der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des oberen Abschnitts 51t, 52t größer sein, als der Halbleiterkörper 10, 20 eines auf dem betreffenden Kühlkörper 51, 52 montierten Halbleiterchips 1, 2.
Beispielsweise kann der obere Abschnitt 51t, 52t ein Metallmatrixkompositmaterial (MMC-Material) aufweisen oder überwiegend aus einem Metallmatrixkompositmaterial bestehen, beispielsweise Aluminiumsiliziumkarbid (AlSiC). Der untere Abschnitt 51b, 52b kann beispielsweise Aluminium oder Kupfer oder eine Aluminiumlegierung oder eine Kupferlegierung aufweisen oder vollständig oder weit überwiegend daraus bestehen. Bei einem derart aufgebauten Kühlkörper 51, 52 ist der obere Abschnitt 51t, 52t zwischen dem unteren Abschnitt 51b, 52b und dem oder einem auf diesem Kühlkörper 51, 52 montierten Halbleiterchip 1, 2 angeordnet. Der Halbleiterchip 1, 2 ist dabei jeweils auf dem oberen Abschnitt 51t, 52t montiert, und zwar auf der dem unteren Abschnitt 51b, 52b abgewandten Seite des oberen Abschnitts 51t, 52t.
In einer Richtung senkrecht zu dem Oberflächenabschnitt des Kühlkörpers 51, 52, auf dem der betreffende Halbleiterchip 1, 2 montiert ist, kann sich der obere Abschnitt 51t, 52t beispielsweise über 10% bis 40% der Höhe des Kühlkörpers 51, 52 erstrecken. Größere oder kleinere Anteile sind jedoch ebenfalls möglich.
6A zeigt eine Anordnung, die sich von der Anordnung gemäß 5A lediglich dadurch unterscheidet, dass nur ein Halbleiterchip 1 bzw. 2 auf dem jeweiligen Kühlkörper 51 bzw. 52 montiert ist. Die 6B und 6C zeigen vergrößerte Abschnitte der Anordnung gemäß 6A für einen ersten Halbleiterchip 1, der auf einem ersten Kühlkörper 51 montiert ist (6B) bzw. für einen zweiten Halbleiterchip 2, der auf einem zweiten Kühlkörper 52 montiert ist (6C).
Optional kann zwischen einem Halbleiterchip 1, 2 und einem Kühlkörper 51 bzw. 52, auf dem der Halbleiterchip 1 bzw. 2 befestigt wird, eine erste bzw. zweite Ausgleichsschicht 75 bzw. 76 angeordnet werden, die erste bzw. zweite Laststrecke 11-12 bzw. 21-22 mit dem ersten bzw. zweiten Kühlkörper 51 bzw. 52 elektrisch leitend verbindet, was in 7A für die stoffschlüssige, elektrisch leitende Verbindung zwischen einem ersten Halbleiterchip 1 und einem ersten Kühlkörper 51 dargestellt ist, und in 7B für die stoffschlüssige, elektrisch leitende Verbindung zwischen einem zweiten Halbleiterchip 2 und einem zweiten Kühlkörper 52. Die erste Ausgleichsschicht 75 weist einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der größer ist, als der größte lineare thermische Ausdehnungskoeffizient eines ersten Halbleiterkörpers 10 des ersten Halbleiterchips 1, und kleiner, als ein linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient des ersten Kühlkörpers 51. Die zweite Ausgleichsschicht 76 weist einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der größer ist, als der größte lineare thermische Ausdehnungskoeffizient eines zweiten Halbleiterkörpers 20 des zweiten Halbleiterchips 2, und kleiner, als ein linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient des zweiten Kühlkörpers 52. Geeignete Materialien für die Ausgleichsschichten 75, 76 sind beispielsweise Molybdän (Mo) oder Kupfer (Cu) oder Kupfer-Wolfram (CuW). Der Ausgleich der thermomechanischen Spannungen ist umso wirkungsvoller, je größer die Dicke einer Ausgleichsschicht 75, 76 gewählt wird. Beispielsweise kann die Dicke im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm liegen. Kleinere oder größere Dicken sind jedoch ebenfalls möglich.
Die erste Ausgleichsschicht 75 kann mittels einer oberen Verbindungsschicht 71 mit dem zweiten Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterchips 1 verbunden sein, und mittels einer unteren Verbindungsschicht 73 mit dem ersten Kühlkörper 51. Die zweite Ausgleichsschicht 76 kann mittels einer oberen Verbindungsschicht 72 mit dem zweiten Lastanschluss 22 des zweiten Halbleiterchips 2 verbunden sein, und mittels einer unteren Verbindungsschicht 74 mit dem zweiten Kühlkörper 52. Die oberen bzw. unteren Verbindungsschichten 71, 72, 73, 74 können, in beliebigen Kombinationen miteinander, so ausgebildet sein wie die anhand der 5B, 5C, 6B und 6C erläuterten Verbindungsschichten 71, 72.
Dabei kann sich die Verbindungsschicht 71 durchgehend von der ersten Ausgleichsschicht 75 bis zum zweiten Lastanschluss 12 des ersten Halbleiterchips 1 erstrecken, und/oder die Verbindungsschicht 73 kann sich durchgehend von der ersten Ausgleichsschicht 75 bis zum ersten Kühlkörper 51 erstrecken. Alternativ oder zusätzlich kann sich die Verbindungsschicht 72 durchgehend von der zweiten Ausgleichsschicht 76 bis zum zweiten Lastanschluss 22 des zweiten Halbleiterchips 2 erstrecken, und/oder die Verbindungsschicht 74 kann sich durchgehend von der zweiten Ausgleichsschicht 75 bis zum zweiten Kühlkörper 52 erstrecken.
Optional vorhandene Freilaufdioden FWD können auf dieselbe Weise mit auf dem ersten und/oder zweiten Kühlkörper 51 bzw. 52 montiert werden wie der Halbleiterchip 1 bzw. 2, der auf demselben Kühlkörper 51 bzw. 52 moniert ist, wie die betreffende FWD.
8 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Halbleitermoduls 100, das wenigstens zwei elektrisch voneinander isolierte Kühlkörper aufweist, nämlich wenigstens einen ersten Kühlkörper 51 (hier lediglich beispielhaft: einen) und wenigstens einen (hier lediglich beispielhaft: drei) zweite Kühlkörper 52. Auf jedem ersten Kühlkörper 51 ist wenigstens ein erster Halbleiterchip 1 angeordnet und an einem seiner Lastanschlüsse 11, 12 (vorliegend lediglich beispielhaft an seinem ersten Lastanschluss 11) wie vorangehend (für den zweiten Lastanschluss 12) beschrieben stoffschlüssig und elektrisch leitend mit dem betreffenden ersten Kühlkörper 51 verbunden, so dass ein die Laststrecke 11-12 des jeweiligen ersten Halbleiterchips 1 durchfließender Laststrom über den betreffenden ersten Kühlkörper 51 fließt.
Auf jedem zweiten Kühlkörper 52 ist wenigstens ein zweiter Halbleiterchip 2 angeordnet und an einem seiner Lastanschlüsse 21, 22 (vorliegend lediglich beispielhaft an seinem ersten Lastanschluss 21) wie vorangehend (für den zweiten Lastanschluss 22) beschrieben stoffschlüssig und elektrisch leitend mit dem betreffenden zweiten Kühlkörper 52 verbunden, so dass ein die Laststrecke 21-22 des jeweiligen zweiten Halbleiterchips 2 durchfließender Laststrom über den betreffenden zweiten Kühlkörper 52 fließt.
Das Halbleitermodul 100 weist weiterhin ein elektrisch leitendes erstes Anschlusselement 61 auf, das hier optional als Abschnitt des ersten Kühlkörpers 51 ausgebildet ist. Der erste Kühlkörper 51 ist elektrisch zwischen das erste Anschlusselement 61 und die Laststrecke 11-12 eines jeden der ersten Halbleiterchips 1 geschaltet.
Außerdem weist das Halbleitermodul 100 für jeden der zweiten Kühlkörper 52 ein elektrisch leitendes zweites Anschlusselement 62 auf, das vorliegend jeweils optional als Abschnitt des betreffenden zweiten Kühlkörpers 52 ausgebildet ist. Jeder zweite Kühlkörper 52 ist elektrisch zwischen das zugehörige zweite Anschlusselement 62 und die Laststrecke 21-22 eines jeden der auf dem betreffenden zweiten Kühlkörper 52 angeordneten zweiten Halbleiterchips 2 geschaltet.
Weiterhin ist ein elektrisch leitender Anschlussblock 53 vorhanden, der elektrisch leitend (über ein oder mehr elektrische Verbindungselemente 7, beispielsweise Bonddrähte) an die zweiten Lastanschlüsse 22 der zweiten Halbleiterchips 2 angeschlossen ist. Hierzu können das oder die betreffenden elektrischen Verbindungselemente 7 direkt an den Anschlussblock 53 drahtgebondet, gelötet, geschweißt (insbesondere ultraschallgeschweißt) oder elektrisch leitend geklebt und dadurch elektrisch leitend mit dem dritten Anschlussblock 53 verbunden sein. Ein elektrisch leitendes drittes Anschlusselement 63 ist optional als Abschnitt des Anschlussblocks 53 ausgebildet. Wie dargestellt, kann der Anschlussblock 53 oder ein Abschnitt des Anschlussblocks 53 zwischen dem ersten Kühlkörper 51 und einem, mehreren oder jedem der zweiten Kühlkörper 52 angeordnet sein.
Ferner ist die Laststrecke 11-12 eines jeden der auf dem ersten Halbleiterkörper 51 angeordneten ersten Halbleiterchips 1 (über ein oder mehr elektrische Verbindungselemente 7, beispielsweise Bonddrähte) elektrisch in Reihe geschaltet zur Laststrecke 21-22 eines der auf dem zweiten Kühlkörper 52 angeordneten zweiten Halbleiterchips 2.
Hierzu können die ersten Halbleiterchips 1 einer solchen Reihenschaltung jeweils an demjenigen ihrer Lastanschlüsse 11, 12, der an ihrer dem ersten Kühlkörper 51 abgewandten Seite angeordnet ist (vorliegend sind das zweiten Lastanschlüsse 12 der ersten Halbleiterchips 1) jeweils durch ein oder mehrere Verbindungselemente 7 mit denjenigen der Lastanschlüsse 21, 22 der zweiten Halbleiterchips 2 dieser Reihenschaltung verbunden werden, die an der Seite des zweiten Halbleiterchips 2 angeordnet sind, die dem zweiten Kühlkörper 52, auf dem der betreffende zweite Halbleiterchip 2 angeordnet ist, abgewandt ist (vorliegend sind das zweiten Lastanschlüsse 22 der zweiten Halbleiterchips 2). Das oder die betreffenden elektrischen Verbindungselemente 7 können hierbei direkt an die betreffenden Lastanschlüsse 12 der ersten Halbleiterchips 1 und/oder die betreffenden Lastanschlüsse 22 der zweiten Halbleiterchips 2 drahtgebondet, gelötet, geschweißt (insbesondere ultraschallgeschweißt) oder elektrisch leitend geklebt und dadurch elektrisch leitend mit diesen verbunden sein.
Bei einem ersten Halbleiterchip 1, bei dem sich der erste Lastanschluss 11 und der zweite Lastanschluss 12 auf entgegen gesetzten Seiten des Halbleiterkörpers 10 dieses ersten Halbleiterchips 1 befinden, erfolgt eine direkte Verbindung mit einem Verbindungselement 7 immer an demjenigen der Lastanschlüsse 11, 12, der sich an der Seite des Halbleiterkörpers 10 dieses ersten Halbleiterchips 1 befindet, die dem ersten Kühlkörper 51, auf dem der betreffende erste Halbleiterchip 1 angeordnet ist, abgewandt ist.
Entsprechend erfolgt bei einem zweiten Halbleiterchip 2, bei dem sich der erste Lastanschluss 21 und der zweite Lastanschluss 22 auf entgegen gesetzten Seiten des Halbleiterkörpers 20 dieses zweiten Halbleiterchips 2 befinden, eine direkte Verbindung mit einem Verbindungselement 7 immer an demjenigen der Lastanschlüsse 21, 22, der sich an der Seite des Halbleiterkörpers 20 dieses zweiten Halbleiterchips 2 befindet, die dem zweiten Kühlkörper 52, auf dem der betreffende zweite Halbleiterchip 2 angeordnet ist, abgewandt ist.
Der Aufbau gemäß 8 entspricht dem Schaltbild gemäß 3, wobei der Laststrom durch die Laststrecke 21-22 des zweiten Halbleiterbauelements 2 einer jeden der Halbbrücken HB durch über einen anderen der zweiten Kühlkörper 52 zu dem jeweiligen zweiten Anschlusselement 62 fließt. Jedes der zweiten Anschlusselemente 62 entspricht damit einem anderen der Ausgänge 103₁ , 103₂ bzw. 103₃ .
Auf dieselbe Weise lässt sich eine Schaltung mit zwei Halbbrücken HB (siehe 2) mit einem ersten Kühlkörper 1 und zwei zweiten Kühlkörpern 52 realisieren, und eine Schaltung mit einer Halbbrücken HB (siehe 1) lässt sich mit einem ersten Kühlkörper 1 und einem zweiten Kühlkörpern 52 realisieren. In jedem Fall ist auf jedem ersten Kühlkörper 1 wenigstens ein erster Halbleiterchip 1 angeordnet, und auf jedem zweiten Kühlkörper 2 ist wenigstens ein zweiter Halbleiterchip 2 angeordnet. Die Laststrecke 11-12 eines jeden dieser ersten Halbleiterchips 1 ist mit der Laststrecke 21-22 eines dieser zweiten Halbleiterchips 2 zu einer Halbbrücke HB in Reihe geschaltet.
Ein Halbleitermodul 100 gemäß der vorliegenden Erfindung kann weitere Komponenten und Merkmale aufweisen, was nachfolgend unter Bezugnahme auf 9, lediglich beispielhaft, anhand des Halbleitermoduls 100 gemäß 8 erläutert wird. Das anhand von 9 erläuterte Prinzip besteht darin, dass ein Halbleitermodul 100 zwei oder mehr Kühlkörper 51, 52 aufweisen kann, die paarweise gegeneinander elektrisch isoliert sind. Das Halbleitermodul 100 gemäß 9 entspricht dem Halbleitermodul 100 gemäß 8, enthält jedoch noch weitere Bestandteile. Dabei zeigt 9 für i = 1, 2, 3 jeweils eine Schnittansicht, die sowohl durch das dem Ausgang 103i entsprechende Anschlusselement (hier: 61) und den zugehörigen zweiten Kühlkörper 52 verläuft, als auch durch den ersten Kühlkörper 51.
Zunächst enthält das Halbleitermodul 100 noch wenigstens einen Zwischenkreiskondensator 4 mit jeweils einem ersten Anschluss 41 und einem zweiten Anschluss 42, mit denen er zwischen den Schaltungsknoten 101 für die Zuführung eines elektrischen Potentials V+ und den Schaltungsknoten 102 für die Zuführung eines elektrischen Potentials V- geschaltet ist. Bei dem vorliegenden Beispiel entspricht der Schaltungsknoten 101 auf dem ersten Anschlusselement 61, und der Schaltungsknoten 102 entspricht dem dritten Anschlusselement 63. Allerdings handelt es sich hier lediglich um ein Beispiel. Grundsätzlich kann die Zuordnung zwischen den Schaltungsknoten 101, 102 einerseits und den Anschlusselementen 61, 62, 63 andererseits auch auf beliebige andere Art anders erfolgen.
Die elektrischen Verbindungen zwischen dem dem Schaltungsknoten 101 entsprechenden Anschlusselement (hier: 61) und dem ersten Anschluss 41 bzw. zwischen dem dem Schaltungsknoten 102 entsprechenden Anschlusselement (hier: 63) und dem zweiten Anschluss 42 können als beliebige elektrische Verbindungen realisiert sein, beispielsweise als Steckverbindungen (insbesondere auch als Press-Fit Einpressverbindungen), als Schraubverbindungen, als Klemmverbindungen. als Lötverbindungen, als Schweißverbindungen, oder als Druckkontaktverbindungen. Wie dargestellt können die der oder die Zwischenkreiskondensatoren 4 optional auf der den Halbleiterchips 1, 2 abgewandten Seite des der ersten bzw. zweiten Kühlkörper 51 bzw. 52 angeordnet sein. Ebenfalls optional kann bei jedem der Zwischenkreiskondensatoren 4 zumindest einer der Anschlüsse 41, 42 durch eine der genannten Verbindungstechniken direkt mit dem zugehörigen Kühlkörper 51, 52 verbunden werden (hier: die ersten Anschlüsse 41 sind direkt mit dem ersten Kühlkörper 1 verbunden).
Außerdem enthält das Halbleitermodul 100 wenigstens eine dielektrische erste Trennwand 201, 202, die zwischen dem ersten Kühlkörper 51 und dem zweiten Kühlkörper 52 angeordnet ist und diese voneinander elektrisch isoliert. Eine solche erste Trennwand 201, 202 kann beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien bestehen: Kunststoff (z.B. PTB = Polybutylenterephthalat); Epoxidharz; Glimmer; Keramik. Bei dem gezeigten Beispiel sind zwei erste Trennwände 201, 202 zwischen dem ersten Kühlkörper 51 und den zweiten Kühlkörpern 52 angeordnet. Beide erste Trennwände 201, 201 isolieren jeden der zweiten Kühlkörper 52 elektrisch gegenüber dem ersten Kühlkörper 51. Demgemäß ist jede der beiden ersten Trennwände 201, 202 zwischen jedem der zweiten Kühlkörper 52 und dem ersten Kühlkörper 51 angeordnet.
Außerdem ist der Anschlussblock 53 zwischen der ersten Trennwand 201 und der ersten Trennwand 202 angeordnet. Die erste Trennwand 201 isoliert den Anschlussblock 53 elektrisch gegenüber dem ersten Kühlkörper 51, und die erste Trennwand 202 isoliert den Anschlussblock 53 elektrisch gegenüber jedem der zweiten Kühlkörper 52.
Eine weitere Trennwand 205 kann zwischen den Kühlkörpern 51, 52 und dem oder den Zwischenkreiskondensatoren 4 angeordnet sein. Die weitere Trennwand 205, die beispielsweise aus demselben oder einem der für die ersten Trennwände 201, 202 genannten Materialien bestehen kann, kann Durchführungen aufweisen, durch die die elektrischen Anschlüsse 41, 42 der Zwischenkreiskondensatoren 4 hindurchgeführt sind.
Optional kann das Halbleitermodul 100 ein dielektrisches Gehäuse 200 aufweisen, und die ersten Trennwände 201, 202 und/oder die weitere Trennwand 205 können integrale Bestandteile des Gehäuses 200 darstellen, oder sie können als vom Gehäuse 200 getrennte Elemente vorliegen. Für das Gehäuse 200 eignen sich ebenfalls die für die ersten Trennwände 201, 202 genannten Materialien. Optional können das Gehäuse 200 und sämtliche Trennwände 201, 202, 205 aus demselben dielektrischen Material bestehen.
Zur Montage in dem Gehäuse 200 können die Kühlkörper 51, 52 mit Hilfe elektrisch isolierender Verbindungen 209 wie zum Beispiel Klebeverbindungen, Rastverbindungen, Steckverbindungen, Schraubverbindungen usw. an dem Gehäuse 200 befestigt werden. Beispielsweise können die Kühlkörper 51, 52 jeweils in einen entsprechenden Aufnahmebereich des Gehäuses 200 gesteckt, geklebt oder gedrückt werden.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines nicht unter den Wortlaut der Ansprüche fallenden Halbleitermoduls 100 mit drei ersten Kühlkörpern 51 und drei zweiten Kühlkörpern 52. Auf jedem der ersten Kühlkörper 51 ist ein erster Halbleiterchip 1 angeordnet und mit diesem ersten Kühlkörper 51 wie erläutert an einem seiner Lastanschlüsse 11, 12 stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden. Entsprechend ist auf jedem der zweiten Kühlkörper 52 ein zweiter Halbleiterchip 2 angeordnet und mit diesem zweiten Kühlkörper 52 wie erläutert an einem seiner Lastanschlüsse 21, 22 stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden. Der Aufbau der einzelnen bestückten ersten und zweiten Kühlkörper 51, 52 entspricht 6A. Allerdings handelt es sich hierbei lediglich um ein Beispiel. Generell besteht die Möglichkeit, ein Halbleitermodul 100 unter Verwendung von zwei oder mehr identischen Kühlkörper-Halbleiterchip-Einheiten aufzubauen, von denen jede einen Kühlkörper aufweist, der mit einem oder mehreren Halbleiterchips bestückt ist. Hierdurch entsteht eine hohe Flexibilität, da zur Herstellung eines Halbleitermoduls oder verschiedener Halbleitermodule weniger unterschiedliche Teile bereitgehalten werden müssen. Beispielsweise können identische Kühlkörper-Halbleiterchip-Einheiten zum Aufbau unterschiedlicher Halbleitermodule 100 eingesetzt werden, z.B. in einem H-Brückenmodul zur Ansteuerung eines Motors, oder in einem 3-Phasen-Umrichter oder dgl.
Das elektrische Verschalten der zu verschaltenden (identischen oder unterschiedlichen) Kühlkörper-Halbleiterchip-Einheiten mit Hilfe von Verbindungselementen 7 kann erfolgen, nachdem diese Kühlkörper-Halbleiterchip-Einheiten in das dielektrische Gehäuse 200 eingesetzt wurden.
Abhängig von der zu realisierenden Funktion des herzustellenden Halbleitermoduls 100 können die auch die Kühlkörper von zwei oder mehr Kühlkörper-Halbleiterchip-Einheiten elektrisch miteinander verbunden werden, was beispielsweise durch Verschrauben, Verlöten, Verschweißen, anhand von Steckverbindungen etc. erfolgen kann. Beispielsweise können die in 10 gezeigten ersten Kühlkörper 51 elektrisch miteinander verbunden werden, so dass sämtliche ersten Kühlkörper 51 elektrisch mit dem ersten Anschlusselement 61 verbunden sind. Analog dazu können die zweiten Kühlkörper 52 elektrisch miteinander verbunden werden, so dass sämtliche zweiten Kühlkörper 52 elektrisch mit dem zweiten Anschlusselement 62 verbunden sind.
Wie aus 10 ebenfalls hervorgeht, können verschiedene erste Kühlkörper 51 unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise kann nur einer der ersten Kühlkörper 51 einen Fortsatz aufweisen, der als erstes Anschlusselement 61 dient, während die anderen ersten Kühlkörper 51 keinen solchen Fortsatz aufweisen. Analog dazu können verschiedene zweite Kühlkörper 52 unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise kann nur einer der zweiten Kühlkörper 52 einen Fortsatz aufweisen, der als zweites Anschlusselement 62 dient, während die anderen zweiten Kühlkörper 52 keinen solchen Fortsatz aufweisen.
Sofern sowohl einer erster Kühlkörper 51 als auch ein zweiter Kühlkörper 52 einen Fortsatz 61 bzw. 62 aufweisen, können diese Kühlkörper optional identisch geformt sein.
Gemäß einer weiteren in 10 veranschaulichten Option kann ein Anschlussblock 63 nicht nur als einfache Stromschiene ausgebildet sein, sondern auch als Kühlkörper oder als Kühlkörper-Verbund mit mehreren elektrisch verbundenen Kühlkörpern. Dieser Kühlkörper oder zumindest einer der Kühlkörper eines Kühlkörper-Verbundes kann optional dieselbe Form aufweisen wie zumindest einer der einen Fortsatz 61, 62 aufweisenden ersten bzw. zweiten Kühlkörper 51 bzw. 52.
Wie weiterhin anhand von 11A sowie anhand eines vergrößerten Ausschnitts gemäß 11B gezeigt ist, kann ein nicht unter den Wortlaut der Ansprüche fallendes Halbleitermodul 100 eine Leiterplatte 300 mit einer Ansteuerschaltung zur Steuerung der ersten und zweiten Halbleiterchips 1, 2 aufweisen. Die Bestückung der Leiterplatte 300 ist zur Vereinfachung nicht dargestellt. Um die Leiterplatte 300 elektrisch leitend mit den Halbleiterchips 1, 2 zu verbinden, können elektrisch isolierende Schaltungsträger 8 verwendet werden, die jeweils auf einem mit einem Halbleiterchip 1, 2 bestückten Kühlkörper 51 bzw. 52 angeordnet sind und die eine obere Metallisierungsschicht 81 aufweisen, die durch einen dielektrischen Isolationsträger 80 des Schaltungsträgers 8 gegenüber dem betreffenden Kühlkörper 51, 52 elektrisch isoliert ist. Die obere Metallisierungsschicht 81 ist mit dem dielektrischen Isolationsträger 80 stoffsschlüssig verbunden.
Bei Bedarf kann die obere Metallisierungsschicht 81 auch zu zwei oder mehr voneinander beabstandeten Leiterflächen strukturiert sein. In jedem Fall stellt die obere Metallisierungsschicht 81 eine oder mehr Leiterflächen bereit, die als elektrische Montageflächen für Elemente verwendet werden können und die gegenüber dem betreffenden Kühlkörper 51, 52 elektrisch isoliert sein können.
Bei einem dielektrischen Isolationsträger 80 kann es sich beispielsweise um eine dünne Keramikschicht (z.B. Al2O3, AlN, Si3N4) handeln. Optional kann ein Schaltungsträger 8 auch eine untere Metallisierungsschicht 82 aufweisen, die auf der der oberen Metallisierungsschicht 81 abgewandten Seite des Isolationsträgers 20 angeordnet und stoffschlüssig mit diesem verbunden ist. Die untere Metallisierungsschicht 82 kann dazu dienen, den Schaltungsträger 8, mittels einer Verbindungsschicht 71, 72, beispielsweise durch Löten, Sintern oder Kleben, stoffschlüssig mit dem betreffenden Kühlkörper 51 bzw. 52 zu verbinden.
Die Montage der Leiterplatte 300 kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass auf die oberen Metallisierungsschichten 81 der Schaltungsträger 8 leitende Pins 9 montiert werden, auf die die Leiterplatte 300 gesteckt, geschraubt, gelötet oder geklemmt und dadurch elektrisch leitend mit den ersten und zweiten Halbleiterchips 1 bzw. 2 verbunden werden kann. Die Pins 9 können hierzu direkt an die betreffende obere Metallisierungsschicht 21 gelötet oder geschweißt werden, oder sie können wie dargestellt jeweils in eine elektrisch leitende Hülse 90 eingesteckt werden, die auf die betreffende obere Metallisierungsschicht 21 gelötet, geschweißt oder elektrisch leitend geklebt ist.
Wie weiterhin noch in 11A schematisch gezeigt ist, können die Halbleiterchips 1, 2 mit einer dielektrischen Vergussmasse 210 abgedeckt werden, die sich jeweils ausgehend von dem Kühlkörper 51, 52, auf dem der betreffende Halbleiterchip 1, 2 montiert ist, bis über den betreffenden Halbleiterchip 1, 2 hinaus erstreckt. Bei der Vergussmasse 210 kann es sich beispielsweise um ein Silikongel handeln. In 11B ist die Vergussmasse 210 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Allerdings ist in 11B gezeigt, dass sich das Gehäuse 200 und optional auch die ersten Trennwände 201, 202 bis über die den Kühlkörpern 51, 52 abgewandten Oberseiten der Halbleiterchips 1, 2 über die Bestückungsseite der Kühlkörper 51, 52 nach oben erstrecken können, so dass sie als Rahmen genutzt werden können, der ein Auslaufen der Vergussmasse 210 verhindert.
Wie ebenfalls in 11A gezeigt ist, kann ein Anschlussblock 53 auch als Kühlkörper ausgebildet sein. Wie dargestellt kann der oder ein zweiter Kühlkörper 52 zwischen dem oder einem ersten Kühlkörper 51 und dem Anschlussblock 53 angeordnet sein. Ebenso ist es jedoch möglich , dass der oder ein erster Kühlkörper 51 zwischen dem oder einem zweiten Kühlkörper 52 und dem Anschlussblock 53 angeordnet ist, oder, wie in den 9 und 10 dargestellt, dass der Anschlussblock 53 zwischen dem oder einem ersten Kühlkörper 51 und dem oder einem zweiten Kühlkörper 52 angeordnet ist. In sämtlichen Fällen kann ein elektrischer Anschlussblock 53 als Kühlkörper ausgebildet sein, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist.
Wie 11A außerdem zu entnehmen ist, kann sich das erste Anschlusselement 61 eines ersten Kühlkörpers 51 an der der Bestückungsseite abgewandten Seite des ersten Kühlkörpers 51 befinden. Alternativ oder zusätzlich kann sich das zweite Anschlusselement 62 eines zweiten Kühlkörpers 52 an der der Bestückungsseite abgewandten Seite des zweiten Kühlkörpers 52 befinden. Sofern der oder die betreffenden ersten Kühlkörper 51 und/oder die betreffenden zweiten Kühlkörper 52 in einem Gehäuse 200 angeordnet sind, können optional sämtliche dieser ersten und zweiten Anschlusselemente 61, 62 auf derselben Seite des Gehäuses 200 aus diesem herausgeführt werden. Sofern ein oder mehrere Anschlussblöcke 53 mit jeweils einem dritten Anschlusselement 63 vorhanden sind, können auch die dritten Anschlusselemente 63 auf derselben Seite aus dem Gehäuse 200 herausgeführt werden, aus der auch die ersten und zweiten Anschlusselemente 61, 62 herausgeführt werden.
Gemäß einer weiteren, ebenfalls in den 11A und 11B gezeigten Option kann in einen Kühlkörper 51, 52 unterhalb eines jeden Halbleiterchips 1 bzw. 2 eine dünne Keramikschicht 85 eingebettet sein, um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Kühlkörpers 51, 52 lokal zu verringern. Die Dicke einer derartigen Keramikschicht 85 kann beispielsweise wenigstens 0,1 mm und/oder höchstens 1 mm betragen. Abstand zwischen einer solchen Keramikschicht 85 und der unterhalb des betreffenden Halbleiterchips 1, 2 befindlichen Oberfläche des Kühlkörpers 51 bzw. 52 kann zum Beispiel wenigstens 1 mm und/oder höchstens 4 mm betragen.
12 zeigt noch eine nicht unter den Wortlaut der Ansprüche fallende Ausgestaltung, bei der ein oder mehr erste Halbleiterchips 1 wie erläutert auf einem ersten Kühlkörper 51 montiert und jeweils an einem ihrer Lastanschlüsse 11, 12 elektrisch leitend mit diesem verbunden sind., und bei der ein oder mehr zweite Halbleiterchips 2 wie erläutert auf einem zweiten Kühlkörper 52 montiert und an einem ihrer Lastanschlüsse 21, 22 elektrisch leitend mit diesem verbunden sind. Die ersten und zweiten Kühlkörper 51, 52 sind wiederum einem dielektrischen Gehäuse 200 angeordnet. Eine dielektrische erste Trennwand 201 isoliert den oder die ersten Kühlkörper 51 elektrisch gegenüber dem oder den zweiten Kühlkörpern 52. Auch hier ist jeweils die Laststrecke 11-12 eines der ersten Halbleiterchips 1 mit einer Laststrecke 21-22 eines der zweiten Halbleiterchips 2 elektrisch in Reihe geschaltet.
Das erste Anschlusselement 61 ist hier elektrisch leitend mit dem ersten Kühlkörper 51 verbunden, und das zweite Anschlusselement 62 ist elektrisch leitend mit dem zweiten Kühlkörper 52. Bei dem gezeigten Beispiel ist das erste und das zweite Anschlusselement 61 bzw. 62 jeweils als leitender Pins 9 ausgebildet, der auf den betreffenden Kühlkörper 51 bzw. 52 gesteckt, geschraubt, gelötet oder geklemmt und dadurch elektrisch leitend mit diesem verbunden werden kann. Die Pins 9 können hierzu direkt an den betreffenden Kühlkörper 51 bzw. 52 gelötet oder geschweißt werden, oder sie können wie dargestellt jeweils in eine elektrisch leitende Hülse 90 eingesteckt werden, die auf den betreffenden Kühlkörper 51 bzw. 52 gelötet, geschweißt oder elektrisch leitend geklebt ist.
Wie ebenfalls aus 12 ersichtlich ist, kann eine elektrische Verschaltung eines Halbleitermoduls 100, soweit diese Verschaltung nicht über die Kühlkörper 51, 52 des Halbleitermoduls 100 verläuft, anhand von Verbindungselementen 401, 402, 403 erfolgen, die beispielsweise als flache, streifenförmige Bänder ausgebildet sein können, oder als Schienen. Geeignete Materialien für solche Verbindungselemente 401, 402, 403 weisen einen geringen spezifischen elektrischen Widerstand auf, der bevorzugt den spezifischen elektrischen Widerstand um nicht mehr als 5% übersteigt. Als Materialien eignen sich zum Beispiel Kupfer, oder Kupferlegierungen mit hohem Kupferanteil.
Bei sämtlichen Ausgestaltungen der Erfindung kann ein Kühlkörper 51, 52, 53, soweit vorhanden, optional eine Anzahl von Kühlrippen 511, 521 bzw. 531 aufweisen.
Ebenso optional können der der erste, ein erster oder jeder erste Kühlkörper 51 und der zweite, ein zweiter oder jeder zweite Kühlkörper 52 dieselbe Geometrie aufweisen, was fertigungstechnisch von Vorteil ist.
Die Erfindung wurde vorangehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Generell kann ein Halbleitermodul 100 der vorliegenden Erfindung so betrieben werden, dass der erste, ein erster oder jeder erste Kühlkörper 51 erdfrei (d.h. nicht mit Erdpotential verbunden) ist, und/oder dass der zweite, ein zweiter oder jeder zweite Kühlkörper 52 (soweit vorhanden) erdfrei ist.

Claims

Halbleitermodul mit einem ersten Leistungshalbleiterchip (1), einem elektrisch leitenden ersten Kühlkörper (51), und einem elektrisch leitenden ersten Anschlusselement (61), wobei der erste Leistungshalbleiterchip (1) einen ersten Lastanschluss (11) und einen zweiten Lastanschluss (12) aufweist, sowie eine zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) ausgebildete erste Laststrecke (11-12), der erste Leistungshalbleiterchip (1) auf dem ersten Kühlkörper (51) angeordnet ist, und der erste Kühlkörper (51) elektrisch zwischen die erste Laststrecke (11-12) und das erste Anschlusselement (61) geschaltet ist, einem zweiten Leistungshalbleiterchip (2), einem elektrisch leitenden zweiten Kühlkörper (52), und einem elektrisch leitenden zweiten Anschlusselement (62), wobei der zweite Leistungshalbleiterchip (2) einen ersten Lastanschluss (21) und einen zweiten Lastanschluss (22) aufweist, sowie eine zwischen dem ersten Lastanschluss (21) und dem zweiten Lastanschluss (22) ausgebildete zweite Laststrecke (21-22), der zweite Leistungshalbleiterchip (2) auf dem zweiten Kühlkörper (52) angeordnet ist, und der zweite Kühlkörper (52) elektrisch zwischen die zweite Laststrecke (21-22) und das zweite Anschlusselement (62) geschaltet ist, einer dielektrischen Vergussmasse (210), die sich ausgehend vom ersten Kühlkörper (51) bis über den ersten Halbleiterchip (1) hinaus erstreckt und diesen abdeckt, die sich ausgehend vom zweiten Kühlkörper (52) bis über den zweiten Halbleiterchip (2) hinaus erstreckt und diesen abdeckt; einem elektrisch leitenden Anschlussblock (53), der elektrisch leitend an den zweiten Lastanschluss (22) des zweiten Halbleiterchips (2) angeschlossen ist, wobei der Anschlussblock (53) oder ein Abschnitt des Anschlussblocks (53) zwischen dem ersten Kühlkörper (51) und dem zweiten Kühlkörper (52) angeordnet ist; und zwei dielektrischen ersten Trennwänden (201, 202), die zwischen dem ersten Kühlkörper (51) und dem zweiten Kühlkörper (52) angeordnet sind, wobei der Anschlussblock (53) zwischen den zwei ersten Trennwänden (201, 202) angeordnet ist.
Halbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem die einzige elektrisch leitende Verbindung zwischen der ersten Laststrecke (11-12) und dem ersten Anschlusselement (61) durch den ersten Kühlkörper (51) führt.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem keine dielektrische Schicht zwischen dem ersten Leistungshalbleiterchip (1) und dem ersten Kühlkörper (51) angeordnet ist.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer ersten Ausgleichsschicht (75), die zwischen dem ersten Leistungshalbleiterchip (1) und dem ersten Kühlkörper (51) angeordnet ist; die erste Laststrecke (11-12) mit dem ersten Kühlkörper (51) elektrisch leitend verbindet; und einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer ist, als ein linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient eines ersten Halbleiterkörpers (10) des ersten Halbleiterchips (1), und kleiner als ein linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient des ersten Kühlkörpers (51).
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der erste Kühlkörper (51) eine Anzahl erster Kühlrippen und/oder erster Kühlpins (511) aufweist.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die einzige elektrisch leitende Verbindung zwischen der zweiten Laststrecke (21-22) und dem zweiten Anschlusselement (62) über den zweiten Kühlkörper (52) führt.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem keine dielektrische Schicht zwischen dem zweiten Leistungshalbleiterchip (2) und dem zweiten Kühlkörper (52) angeordnet ist.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer zweiten Ausgleichsschicht (74), die zwischen dem zweiten Leistungshalbleiterchip (2) und dem zweiten Kühlkörper (52) angeordnet ist; die zweite Laststrecke (21-22) mit dem zweiten Kühlkörper (52) elektrisch leitend verbindet; und einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer ist, als ein linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient eines zweiten Halbleiterkörpers (20) des zweiten Halbleiterchips (2), und kleiner als ein linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient des zweiten Kühlkörpers (52).
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der zweite Kühlkörper (52) eine Anzahl zweiter Kühlrippen und/oder zweiter Kühlpins (521) aufweist.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die ersten Trennwände (201, 202) jeweils Kunststoff aufweisen oder aus Kunststoff bestehen; oder Glimmer aufweisen oder aus Glimmer bestehen; oder Keramik aufweisen oder aus Keramik bestehen.
Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem der erste Kühlkörper (51) und der zweite Kühlkörper (52) dieselbe Geometrie aufweisen.
Halbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Laststrecke (11-12) und die zweite Laststrecke (21-22) zu einer Halbbrücke (HB) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Verfahren, mit dem ein Halbleitermodul hergestellt wird, das gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist, wobei das Halbleitermodul in ein dielektrisches Gehäuse (200) eingesetzt und danach mit Hilfe von Verbindungselementen (7) elektrisch verschaltet wird.
Verfahren zum Betrieb eines Halbleitermoduls (100), das gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist, und bei dem der erste Kühlkörper (51) erdfrei ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der zweite Kühlkörper (52) erdfrei ist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem das Halbleitermodul (100) gemäß Anspruch 12 ausgebildet ist und bei dem der zweite Kühlkörper (52) dauerhaft auf dem Potential eines Schaltungsknotens zwischen der ersten Laststrecke (11-12) und der zweiten Laststrecke (21-22) liegt, und der erste Kühlkörper (51) dauerhaft auf dem Potential eines positiven oder negativen Versorgungsanschlusses (101, 102) der Halbbrücke.