DE102015120157A1 - Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einer Mehrzahl von Potentialflächen - Google Patents

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Frank Stiegler
Stefan Schmitt
Harald Kobolla
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Abstract

Vorgestellt wird eine leistungselektronische Schalteinrichtung ausgebildet mit einem Substrat, das eine Mehrzahl von Potentialflächen aufweist, wobei mindestens zwei unterschiedliche Potentiale jeweils mindestens einer dieser Potentialflächen zugeordnet sind, wobei auf einer ersten Leiterbahn, ausgebildet durch mindestens eine Potentialfläche ersten Potentials eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen in einer n×m-Matrix, ausgerichtet in x-y-Richtung, angeordnet sind, die zueinander parallel geschaltet sind und ein Stromventil ausbilden. Hierbei können die Halbleiterbauelemente auf eine Mehrzahl von Potentialflächen ersten Potentials, die die erste Leiterbahn ausbilden, verteil sein.

Description

  • Die Erfindung beschreibt eine leistungselektronische Schalteinrichtung, wie sie Grundelement von Leistungshalbleitermodulen oder komplexeren leistungselektronischen Systeme ist. Abgestellt wird hier auf ein einziges Stromventil, wobei die erfinderische Idee selbstverständlich auch auf eine Mehrzahl von Stromventilen, beispielsweise angeordnet in Halb- oder Vollbrückentopologie beispielhaft innerhalb eines Leistungshalbleitermoduls, unmittelbar Anwendung findet.
  • Der zu Grunde liegende Stand der Technik wird beispielhaft gebildet durch die DE 10 2014 102 018 B3 . Diese offenbart eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit zwei Stromventilen auf jeweils einer Potentialfläche, ausgebildet als jeweils eine Leiterbahn eines fachüblichen Substrats. Die Stromventile sind jeweils ausgebildet aus einer Mehrzahl parallel geschalteter Halbleiterbauelemente, hier IGBTs und antiparallel geschaltete Dioden. Hierbei sind jeweils dem Substrat abgewandte zweite Lastkontaktflächen eines IGBT und einer Diode direkt mittels Bonddrähten miteinander verbunden. Der jeweilige IGBT, bzw. dessen zweite Kontaktfläche, ist weiterhin mittels einer weiter geführten Drahtbondverbindung mit einer Potentialfläche mit unterschiedlichem Potential verbunden.
  • Fachübliche Verbindungseinrichtung, die in derartigen Schalteinrichtungen verwendet werden sind die genannten Drahtbondverbindungen, worunter hier auch Bändchenbondverbindungen verstanden sein sollen, sowie moderne Verbindungseinrichtungen, die auf Folienstapeln basieren und beispielhaft aus der DE 10 2007 006 706 A1 bekannt sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bekannte leistungselektronische Schalteinrichtungen bezüglich ihrer Stromtragfähigkeit und ihrer homogenen Belastung der ein Stromventil bildenden Halbleiterbauelemente zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Erfindungsgemäß ist die leistungselektronische Schalteinrichtung ausgebildet mit einem Substrat, das eine Mehrzahl von Potentialflächen aufweist, mit mindestens zwei unterschiedlichen Potentialen, die jeweils mindestens einer dieser Potentialflächen zugeordnet sind, wobei auf einer ersten Leiterbahn, ausgebildet durch mindestens eine Potentialfläche ersten Potentials eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen in einer n×m-Matrix, ausgerichtet in x-y-Richtung, angeordnet sind, die zueinander parallel geschaltet sind und ein Stromventil ausbilden. Hierbei ist „n“ mindestens eins und die n Halbleiterbauelemente sind in x-Richtung nebeneinander angeordnet, während „m“ größer als eins ist und die m Halbleiterbauelemente in y-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Hierbei können die Halbleiterbauelemente auf eine Mehrzahl von Potentialflächen ersten Potentials, die die erste Leiterbahn ausbilden, verteil sein. Unter der Ausrichtung in x-y-Richtung ist keine im mathematisch strengen Sinne, sondern eine grundsätzliche Ausrichtung zu verstehen, die gewisse Lagetoleranzen beinhaltet, ohne die Grundidee der matrixartigen Anordnung zu verlassen.
  • In x-Richtung ist auf beiden Seiten neben der ersten Leiterbahn eine zweite Leiterbahn angeordnet, die ausgebildet ist durch mindestens eine Potentialfläche zweiten Potentials. Die Halbleiterbauelemente sind mit ihrer jeweils ersten der ersten Leiterbahn zugewandten Lastkontaktfläche mit der ersten Leiterbahn elektrisch leitend verbunden während die zweiten Lastkontaktflächen der n in x-Richtung nebeneinander angeordneten Halbleiterbauelemente miteinander leitend verbunden sind. Zudem sind die jeweils in x-Richtung äußersten Halbleiterbauelemente mit der daneben angeordneten Potentialfläche zweiten Potentials, also der zweiten Leiterbahn, elektrisch leitend verbunden.
  • Es ist jeweils vorteilhaft, wenn die elektrisch leitende Verbindung zwischen den zweiten Lastkontaktflächen der Leistungshalbleiterbauelemente untereinander mittels einer ersten Verbindungseinrichtung ausgebildet sind und die jeweiligen elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den zweiten Lastkontaktfläche der Leistungshalbleiterbauelemente und den zugeordneten seitlich in x-Richtung neben der ersten Leiterbahn angeordnete Potentialflächen mittels einer zweiten Verbindungseinrichtungen ausgebildet sind. Insbesondere können die erste und zweite Verbindungseinrichtung grundsätzlich technisch identisch ausgebildet sein.
  • Eine bevorzugte Variante hierbei ist, wenn die erste oder zweite oder beide Verbindungseinrichtungen als Drahtbondverbindung, oder wie oben genannt als Bändchenbondverbindung, ausgebildet sind.
  • Ein weitere bevorzugt Variante hierbei ist, wenn die erste oder zweite oder beide Verbindungseinrichtungen als Folienstapel gemäß dem oben genannte Stand der Technik ausgebildet sind.
  • Es kann bevorzugt sein, wenn eine Potentialfläche zweiten Potentials die erste Leiterbahn U-förmig umfasst und dabei Bereiche aufweist, die in x-Richtung seitlich neben dieser Leiterbahn angeordnet sind.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn zwei Potentialflächen jeweils zweiten Potentials in x-Richtung seitlich neben der ersten Leiterbahn angeordnet sind und wobei die zweiten Potentialflächen mittels einer dritten Verbindungseinrichtung miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Hierbei kann diese dritte Verbindungseinrichtung eine oder mehrere Potentialflächen ersten Potentials überspannen. Hierzu kann die dritte Verbindungseinrichtung als Drahtbondverbindung oder als Folienstapel ausgebildet sein.
  • Es kann weiterhin bevorzugt sein, wenn eine Mehrzahl von Potentialflächen ersten Potentials mittels einer vierten Verbindungseinrichtung miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Hierzu kann die vierte Verbindungseinrichtung als Drahtbondverbindung oder als Folienstapel oder als Lotbrücke ausgebildet sein.
  • Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn alle Verbindungseinrichtungen einer leistungselektronischen Schalteinrichtung im Grund gleichartig ausgebildet sind, insbesondere wenn sie als Folienstapel ausgebildet sind. Besonders vorteilhaft ist es wenn sie alle zu einem einzigen Folienstapel entarten.
  • Eine vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen leistungselektronische Schalteinrichtung ergibt sich, wenn diese Schaltungseinrichtung bezüglich der Anordnung der Leistungshalbleiterbauelemente und bezüglich der Potentialflächen mit erstem oder zweitem Potential symmetrisch zu einer ersten Symmetrieachse in y-Richtung ausgebildet ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Schaltungseinrichtung bezüglich der Anordnung der Leistungshalbleiterbauelemente und bezüglich der Potentialflächen mit erstem oder zweitem Potentials symmetrisch zu einer zweiten Symmetrieachse in x-Richtung ausgebildet ist. Hierbei ist die Lage von Potentialflächen dritten Potentials mit Hilfspotentialen, wie beispielhaft Gatepotential zur Ansteuerung von schaltbaren Leistungshalbleiterbauelementen, grundsätzlich unbeachtlich. Im Sinne einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können diese dritten Potentialflächen in die symmetrische Ausgestaltung einbezogen sein.
  • Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung einzeln oder in beliebigen sich nicht per se ausschließenden Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend und im Folgenden genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Erläuterung der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtungen oder Teilen hiervon.
  • 1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltung mit Halbleiterbauelementen angeordnet in einer 1×3 Matrix.
  • 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltung mit Halbleiterbauelementen angeordnet in einer 3×3 Matrix.
  • 3 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltung mit Halbleiterbauelementen angeordnet in einer 1×3 Matrix.
  • 4 zeigt eine vierte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltung mit Halbleiterbauelementen angeordnet in einer 3×3 Matrix.
  • 5 zeigt eine fünfte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltung mit Halbleiterbauelementen angeordnet in einer 3×3 Matrix.
  • 6 zeigt in Schnittansicht die fünfte Ausgestaltung der leistungselektronischen Schaltung mit einer ersten Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung.
  • 7 zeigt in Schnittansicht die fünfte Ausgestaltung der leistungselektronischen Schaltung mit einer zweiten Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung.
  • Die Darstellungen der 1 bis 5 zeigen eine Draufsicht in eine x-y-Ebene auf die jeweilige Schalteinrichtung, während die 6 und 7 ein Schnittansicht in einer x-z-Ebene darstellen.
  • 1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtung mit Halbleiterbauelementen 50 angeordnet in einer 1×3 Matrix. Dargestellt sind drei parallel geschaltete Halbleiterbauelemente 50, hier ausgebildet als Leistungstransistoren mit integrierter Freilaufdiode, die mit ihrer ersten rückseitigen Lastkontaktfläche 500, vgl. 6, auf einer Potentialfläche 20 ersten Potentials angeordnete und damit elektrisch leitend verbunden sind. Diese Verbindung erfolgt fachüblich, also beispielhaft mittels einer Lot- oder Sinterverbindung. Diese erste Potentialfläche 20 entspricht hier der ersten Leiterbahn der Schalteinrichtung.
  • Weiterhin weist diese erste Leiterbahn eine Kontaktfläche 200 zur externen elektrischen Verbindung auf. Diese Kontaktfläche 200 kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit in einem Leistungshalbleitermodul beispielhaft dem Wechselspannungslastanschluss entsprechen.
  • Weiterhin dargestellt ist eine Potentialfläche 30 zweiten Potentials, die diejenige ersten Potentials und damit die erste Leiterbahn U-förmig umfasst und die zweite Leiterbahn ausbildet. Diese Potentialfläche 30 weist ebenfalls eine Kontaktfläche 300 zur externen elektrischen Verbindung auf. Diese Kontaktfläche 300 entsprich in dem beispielhaften Leistungshalbleitermodul beispielhaft dem Gleichspannungslastanschluss negativer Polarität.
  • Zur Ansteuerung des Leistungstransistoren 50 weist die Schalteinrichtung weiterhin zwei Potentialflächen 40, 400 dritten Potentials auf. Ein erste 40 dieser Potentialflächen dient dem direkten Anschluss, mittels einer Drahtbondverbindung 42 der Gatekontaktflächen der schaltbaren Leistungshalbleiterbauelemente 50, während die zweite 400 der externen Verbindung beispielhaft mittels einer fachüblichen Kontaktfeder dient. Die Verbindung der jeweiligen Gatekontaktfläche mit einer zugeordneten Potentialfläche dritten Potentials ist hier und im Folgenden fachüblich also mittels der genannten Drahtbondverindung 42 oder der mittels eines Folienstapels, genauer mittels einzelnen Teile dieses Folienstapels.
  • Fachüblich sind die genannten Potentialflächen 20, 30, 40, bzw. die dadurch ausgebildeten Leiterbahnen auf einem isolierenden Basissubstrat 10 angeordnet.
  • Erfindungsgemäß sind die zweiten Lastkontaktflächen 502 aller Leistungshalbleiterbauelemente 50 jeweils in x-Richtung mittels einer zweiten Verbindungseinrichtung 602, 604 mit den in x-Richtung seitlich neben der ersten Leiterbahn angeordneten Potentialflächen 30 zweiten Potentials, bzw. Bereichen der zweiten Leiterbahn, elektrisch leitend verbunden. Die zweite Verbindungseinrichtung 602, 604 ist hier und bei den folgenden 2 bis 5, jeweils ohne Beschränkung der Allgemeinheit, vgl. 6 und 7, das Drahtbondverbindung dargestellt.
  • 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltung mit Halbleiterbauelementen 50 angeordnet in einer 3×3 Matrix. Diese Schalteinrichtung ist grundsätzlich analog derjenigen gemäß 1 ausgebildet.
  • Im Unterschied zur 1 sind hier auf einer Potentialfläche 20 ersten Potentials, also die erste Leiterbahn, zwei mal drei IGBTs 50 jeweils in y-Richtung angeordnet, wobei in x-Richtung zwischen benachbarten IGBTs 50 jeweils eine Freilaufdiode 52 angeordnet ist. Die Potentialflächen 40 dritten Potentials, also Gatepotentials, liegen in freigesparten Bereichen der Potentialfläche 20 ersten Potentials, wobei eine dieser Potentialflächen 40 dritten Potentials eine Kontaktfläche 400 zur externen Verbindung mittels einer fachüblichen Kontaktfeder aufweist.
  • Erfindungsgemäß sind die zweiten Lastkontaktflächen 502 aller in x-Richtung nebeneinander angeordneter Leistungshalbleiterbauelemente 50, 52 mittels einer ersten Verbindungseinrichtung 600 seriell elektrisch leitend miteinander verbunden. Ebenso erfindungsgemäß sind die zweiten Lastkontaktflächen 502 der äußersten Leistungshalbleiterbauelemente 50 jeweils in x-Richtung mittels einer zweiten Verbindungseinrichtung 602, 604 mit der beiderseits daneben angeordneten Potentialfläche 30 zweiten Potentials, also der zweiten Leiterbahn die die erste U-förmig umfasst, elektrisch leitend verbunden.
  • 3 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltung mit Halbleiterbauelementen 50 angeordnet in einer 1×3 Matrix. Diese Schalteinrichtung ist wiederum grundsätzlich analog derjenigen gemäß 1 ausgebildet.
  • Im Unterschied zur 1 sind hier auf einer Potentialfläche 20 ersten Potentials, also der ersten Leiterbahn, drei MOS-FETs 50 in y-Richtung angeordnet. Neben dieser Leiterbahn sind zwei schmale Potentialflächen 40 dritten Potentials, wiederum Gatepotential, angeordnet. Jeweils in x-Richtung weiter seitlich ist auf jeder Seite der ersten Leiterbahn jeweils eine Potentialfläche 30, 32 zweiten Potentials angeordnet. Diese sind mittels eines dritten Verbindungsmittels 36, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit eine Drahtbondverbindung, zu einer gemeinsamen zweiten Leiterbahn verbunden.
  • An den in y-Richtung gelegenen Enden jeder Potentialfläche 20, 30, 32 ersten und zweiten Potentials sind Kontaktfläche 200, 300 zur externen elektrischen Verbindung angeordnet.
  • Die gesamte Ausgestaltung ist bezüglich einer ersten Symmetrieachse B, die in y-Richtung zentral durch die Potentialfläche 20 ersten Potential verläuft, symmetrisch ausgebildet. In dieser Ausgestaltung ist in diese Symmetrie über die genannten Anforderungen, nämlich bezüglich der Anordnung der Leistungshalbleiterbauelemente 50 und der Potentialflächen 20, 30, 32 mit erstem und zweitem Potentials, die Anordnung der Potentialflächen 40 dritten Potentials und die Anordnung der Kontaktflächen 200, 300 der Potentialflächen 20, 30, 32 ersten und zweiten Potentials, in diese Symmetrie einbezogen. Weiterhin liegt hier Symmetrie bezüglich der Anordnung und Ausgestaltung der ersten und zweiten Verbindungseinrichtung 600, 602, 604 vor.
  • Zudem ist diese Ausgestaltung symmetrisch zu einer zweiten Symmetrieachse C, die senkrecht auf der ersten steht und somit in x-Richtung verläuft. Diese zweite Symmetrieachse C schneidet hierbei das mittlerer Leistungshalbleiterbauelement.
  • 4 zeigt eine vierte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltung mit Halbleiterbauelementen angeordnet in einer 3×3 Matrix. Diese Schalteinrichtung verbindet wesentliche Merkmale der 2 mit Merkmalen der 3.
  • Das Stromventil ist hier wiederum ausgebildet mittels sechs Leistungstransistoren 50, speziell IGBTs, und drei antiparallel geschalteten Freilaufdioden 52. Die IGBTs 50 sind in einer ersten und dritten Spalte angeordnet, die Dioden 52 in einer dazwischen angeordneten zweiten Spalte. All diese Leistungshalbleiterbauelemente 50, 52 sind auf einer Potentialfläche 20 ersten Potentials angeordnet, die Aussparungen für Potentialflächen 40 dritten Potentials, Gatepotentials, aufweist und die erste Leiterbahn ausbildet. Weiterhin weist die Potentialfläche 20 ersten Potentials weitere Aussparungen auf in denen weitere Potentialflächen 34 zweiten Potentials angeordnet sind. Diese ergänzen die beiden seitliche neben der Potentialfläche 20 ersten Potentials gelegenen zwei Potentialflächen 30, 32 zweiten Potentials zu einer zweiten Leiterbahn.
  • Hierzu ist die linke, seitliche Potentialfläche 30 zweiten Potentials mittels einer dritten Verbindungseinrichtung 606 mit den zusätzlichen Potentialflächen 34 elektrisch leitend verbunden. Ebenso ist die rechte, seitliche Potentialfläche 32 zweiten Potentials mit den zusätzlichen Potentialflächen 34 zweiten Potentials verbunden.
  • Auch diese Ausgestaltung ist bezüglich einer ersten Symmetrieachse, die in y-Richtung zentral durch die Potentialfläche 20 ersten Potential verläuft, symmetrisch ausgebildet. Diese Symmetrie ist wesentlich für und beschränkt auf die Anordnung der Leistungshalbleiterbauelemente 50, 52, die Ausbildung der ersten und zweiten Verbindungseinrichtung 600, 602, 604 und die Anordnung der Potentialflächen 20, 30, 32, 34 mit erstem und zweitem Potential. Derartige Symmetrie führt letztendlich zu einer gleichmäßigen Stromverteilung innerhalb der Potentialflächen 20, 30, 32, 34 und somit schließlich zu einer gleichmäßigen Belastung aller das Stromventil ausbildenden Leistungshalbleiterbauelemente 50, 52 und dadurch zu einem hervorragenden Verhältnis aus Halbleiterfläche und Belastbarkeit der leistungselektronischen Schalteinrichtung im Betrieb.
  • 5 zeigt eine fünfte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltung mit Halbleiterbauelementen angeordnet in einer 3×3 Matrix. Der grundsätzliche Aufbau gleich demjenigen gemäß 4.
  • Allerdings ist hier die erste Leiterbahn ausgebildet aus drei Potentialflächen 20, 22, 24 ersten Potentials, die mittels einer im Grund fachüblich ausgebildeten vierten Verbindungseinrichtung 608 miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Auf jeder dieser Potentialflächen 20, 22, 24 ersten Potentials, also der ersten Leiterbahn, sind drei MOS-FETS 50, als insgesamt neun Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet. Zwischen diesen Potentialflächen angeordnet und von der vierten Verbindungseinrichtung 608 überbrückt sind zwei Potentialflächen 40 dritten Potentials, wiederum Gatepotentials. Diese sind hier, wie auch in den bisherigen Figuren mit den Gatekontaktflächen der schaltbaren Leistungshalbleiterbauelemente 50, also der IGBTs oder der MOS-FETs fachüblich mittels einer Drahtbondverbindung oder mittels des Folienstapels elektrisch leitend verbunden.
  • Die Kontaktfläche 200 zur externen elektrischen Verbindung der ersten Leiterbahn ist hier auf der mittleren Potentialfläche 22 ersten Potentials angeordnet.
  • Dargestellt sind weiterhin zwei in x-Richtung seitlich zur ersten Leiterbahn angeordnete Potentialflächen 30, 32 zweiten Potentials, die mittels einer dritten Verbindungseinrichtung 606 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
  • Die erste und zweite Verbindungseinrichtung 600, 602, 604 ist erfindungsgemäß wie beispielhaft zu 2 beschrieben ausgebildet.
  • Die 6 und 7 zeigen einen Schnitt durch die Ausgestaltung der leistungselektronischen Schalteinrichtung gemäß 5 im Schnitt entlang der Schnittlinie A-A.
  • 6 zeigt in Schnittansicht die fünfte Ausgestaltung der leistungselektronischen Schaltung mit einer ersten Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung.
  • Dargestellt ist ein Isolierstoffkörper 10 als Substrat der leistungselektronischen Schalteinrichtung. Auf diesem Substrat 10 sind Leiterbahnen angeordnet. Die erste Leiterbahn ist hierbei gebildet aus drei Potentialflächen 20, 22, 24 ersten Potentials, die vgl. 5 und hier nicht dargestellt, miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Auf diesen Potentialflächen 20, 22, 24 ist jeweils ein Leistungshalbleiterbauelement 50 dargestellt, das mit seiner ersten Lastkontaktfläche 500 mit der zugeordneten Potentialfläche 20, 22, 24 ersten Potentials elektrisch leitend verbunden ist.
  • Weiterhin dargestellt sind zwei Potentialflächen 30, 32 zweiten Potentials, die beiderseits in x-Richtung seitlich neben der ersten Leiterbahn angeordnet sind. Der Vollständigkeit halber sind auch die Potentialflächen 40 dritten Potentials dargestellt.
  • Die zweiten Lastkontaktflächen 502 der Leistungshalbleiterbauelement 50, angeordnet auf der den Potentialflächen 20, 22, 24 gegenüberliegenden Hauptfläche der Leistungshalbleiterbauelemente 50, sind miteinander mittels einer ersten Verbindungseinrichtung 600 hier ausgebildet als Drahtbondverbindung elektrisch leitend miteinander verbunden. Die jeweils äußersten Leistungshalbleiterbauelemente 50 sind mit der jeweils zugeordneten seitlich in x-Richtung benachbarten Potentialfläche 30, 32 zweiten Potentials mittels einer zweiten Verbindungseinrichtung 602, 604, hier ebenfalls als Drahtbondverbindung ausgebildet elektrisch leitend verbunden. Die erste und zweite Verbindungseinrichtung 600, 602, 604 entarten hier in besonders bevorzugter Weise zu einer einteiligen, also aus einer Mehrzahl jeweils durchgehender Drähte, von den einer dargestellt ist, bestehenden, Drahtbondverbindung, die von der linken Potentialfläche 30 zweiten Potentials über die zweiten Lastkontaktflächen 502 bis zur rechten Potentialfläche 32 zweiten Potentials reicht.
  • 7 zeigt in Schnittansicht die fünfte Ausgestaltung der leistungselektronischen Schaltung mit einer zweiten Ausgestaltung der ersten und zweiten Verbindungseinrichtung 610, 612, 614. Das Substrat 10, die Potentialflächen 20, 22, 24, 30, 32, 40, sowie die Leistungshalbleiterbauelemente 50 sind identisch denjenigen gemäß 6. Zusätzlich dargestellt, als ein Beispiel für eine typische Anwendung, ist ein Kühlkörper 16 und eine thermisch leitende Verbindungsschicht 14 zwischen diesem und der leistungselektronischen Schalteinrichtung.
  • Unterschiedlich zu 6 in der Ausgestaltung der leistungselektronischen Schalteinrichtung ist die Ausgestaltung der ersten und zweiten Verbindungseinrichtung, die hier zu einem beides umfassenden fachüblichen Folienstapel 61 entartet.
  • Dieser Folienstapel 61 besteht hier aus zwei in sich strukturierten metallischen Folien mit einer dazwischen angeordneten elektrisch isolierenden Folie. Die zweite den Leistungshalbleiterbauelementen 50 abgewandte metallische Folie bildet die erste Verbindungseinrichtung 610 aus, indem oberhalb der zweiten Lastkontaktflächen 502 der Leistungshalbleiterbauelemente 50 Durchkontaktierungen durch die isolierende Folie angeordnet sind, die die zweite metallische Folie an diesen Stellen mit der ersten, den Leistungshalbleiterbauelementen 50 zugewandten, metallischen Folie verbindet. Die erste metallisch Folie ist mit den zweiten Kontaktflächen 502 der Leistungshalbleiterbauelement 50 fachüblich, mittels einer Lot,- Klebe- oder Sinterverbindung elektrisch leitend verbunden.
  • Die jeweilige zweite Verbindungseinrichtung 612, 614 ist ausgebildet durch die jeweilige erste metallische Folie, die von dem jeweils in x-Richtung äußersten, also dem linken bzw. rechten, Leistungshalbleiterbauelement 50 zur zugeordneten in x-Richtung seitlich benachbarten Potentialfläche 30, 32 zweiten Potentials reicht. Die erste metallische Folie ist mit dieser jeweiligen Potentialfläche 30, 32, mittels einer Lot,- Klebe- oder Sinterverbindung, elektrisch leitend verbunden.
  • Zur internen Isolation kann eine fachübliche Vergussmasse 12 zwischen den Verbindungseinrichtungen und dem Substrat bzw. den Potentialflächen angeordnete sein. Diese ist in der Regel auch bei Ausgestaltung der Verbindungseinrichtungen, sowohl der ersten und zweiten, wie auch der oben beschriebenen dritten und vierten, als Drahtbondverbindung, dann allerdings diese bedeckend vorgesehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014102018 B3 [0002]
    • DE 102007006706 A1 [0003]

Claims (13)

  1. Leistungselektronische Schalteinrichtung mit einem Substrat (10), das eine Mehrzahl von Potentialflächen (20, 22, 24, 30, 32, 34) aufweist, mit mindestens zwei unterschiedlichen Potentialen, die jeweils mindestens einer dieser Potentialflächen zugeordnet sind, wobei auf einer ersten Leiterbahn, ausgebildet durch mindestens eine Potentialfläche (20, 22, 24) ersten Potentials eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen (50, 52) in einer n×m-Matrix, ausgerichtet in x-y-Richtung, angeordnet sind, die zueinander parallel geschaltet sind und ein Stromventil ausbilden und wobei in x-Richtung auf beiden Seiten neben der ersten Leiterbahn eine zweite Leiterbahn angeordnet ist, ausgebildet durch mindestens eine Potentialfläche (30, 32, 34) zweiten Potentials, wobei die Halbleiterbauelemente (50, 52) mit ihrer jeweils ersten der ersten Leiterbahn zugewandten Lastkontaktfläche (500) mit dieser Leiterbahn elektrisch leitend verbunden sind und wobei die zweiten Lastkontaktflächen (502) der n in x-Richtung nebeneinander angeordneten Halbleiterbauelemente (50, 52) miteinander leitend verbunden sind und wobei die jeweils in x-Richtung äußersten Halbleiterbauelemente 50 mit der daneben angeordneten Potentialfläche (30, 32) zweiten Potentials elektrisch leitend verbunden sind.
  2. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitende Verbindung zwischen den zweiten Lastkontaktflächen (502) der Leistungshalbleiterbauelemente (50, 52) miteinander mittels einer ersten Verbindungseinrichtung 600, 610 ausgebildet sind und die jeweiligen elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den zweiten Lastkontaktfläche (502) der Leistungshalbleiterbauelemente (50, 52) und den zugeordneten Potentialflächen (30, 32) zweiten Potentials mittels einer zweiten Verbindungseinrichtungen (602, 604, 612, 614) ausgebildet sind.
  3. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste und zweite Verbindungseinrichtung grundsätzlich technisch identisch ausgebildet sind.
  4. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste oder zweite oder beide Verbindungseinrichtungen (600, 602, 604) als Drahtbondverbindung ausgebildet sind.
  5. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste oder zweite oder beide Verbindungseinrichtungen (610, 612, 614) als Folienstapel (61) ausgebildet sind.
  6. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, wobei eine Potentialfläche 30 zweiten Potentials die erste Leiterbahn U-förmig umfasst und dabei Bereiche aufweist, die in x-Richtung seitlich neben dieser Leiterbahn angeordnet sind.
  7. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, wobei zwei Potentialflächen (20, 22) jeweils zweiten Potentials in x-Richtung seitlich neben der ersten Leiterbahn angeordnet sind und wobei diese zweiten Potentialflächen (20, 24) mittels einer dritten Verbindungseinrichtung (606) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
  8. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 7, wobei die dritte Verbindungseinrichtungen (606) als Drahtbondverbindung oder als Folienstapel ausgebildet ist.
  9. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Potentialflächen (20, 22, 24) ersten Potentials mittels einer vierten Verbindungseinrichtung (608) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
  10. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 9, wobei die vierte Verbindungseinrichtungen (608) als Drahtbondverbindung oder als Folienstapel ausgebildet ist.
  11. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltungseinrichtung bezüglich der Anordnung der Leistungshalbleiterbauelemente (50, 52) und bezüglich der Potentialflächen (20, 22, 24, 30, 32, 34) mit erstem oder zweitem Potentials symmetrisch zu einer ersten Symmetrieachse (B) in y-Richtung ausgebildet ist.
  12. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 11, wobei die Schaltungseinrichtung bezüglich der Anordnung der Leistungshalbleiterbauelemente (50, 52) und bezüglich der Potentialflächen (20, 22, 24, 30, 32, 34) mit erstem oder zweitem Potentials symmetrisch zu einer zweiten Symmetrieachse (C) in x-Richtung ausgebildet ist.
  13. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Symmetrie bezüglich der Anordnung und Ausgestaltung der ersten und zweiten Verbindungseinrichtung (600, 602, 604, 610, 612, 614) ausgebildet ist.
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