-
Stand der Technik
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul. Das Halbleitermodul umfasst wenigstens drei oder nur drei Phasenschalter. Die Phasenschalter weisen jeweils wenigstens zwei oder mehrere Halbleiterschalter-Halbbrücken umfassend einen High-Side-Halbleiterschalter und einen Low-Side-Halbleiterschalter auf. Das Halbleitermodul ist flach ausgebildet, wobei die Halbleiterschalter jeweils planar oder flach ausgebildet sind. Die Halbleiterschalter einer Halbbrücke sind entlang einer Halbleiterlängsachse angeordnet. Bei dem Halbleitermodul sind wenigstens für jede Phase des Halbleitermoduls wenigstens zwei Halbbrücken elektrisch zueinander parallel geschaltet, wobei wenigstens zwei Halbbrücken zueinander parallel angeordnet sind und sich gemeinsam in einer Halbleiterebene erstrecken. Das Halbleitermodul weist zum elektrischen Kontaktieren der Schaltstreckenanschlüsse der Halbleiterschalter jeweils eine sich längserstreckende Kontaktstromschiene auf. Die Kontaktstromschiene ist zu der Halbleiterlängsachse mit wenigstens einer Querkomponente oder quer angeordnet. Die Kontaktstromschienen sind jeweils ausgebildet, die Schaltstreckenanschlüsse der zueinander parallel geschalteten Halbleiterschalter miteinander elektrisch zu verbinden.
-
Durch die Anordnung der Halbleiterschalter in dem vorbeschriebenen Halbleitermodul kann das Halbleitermodul vorteilhaft kompakt aufgebaut sein. Bevorzugt ist eine Längserstreckung der Halbleiterschalter größer als eine Breitenerstreckung der Halbleiterschalter.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Kontaktstromschienen in einer gemeinsamen Kontaktstromschienenebene. So kann das Halbleitermodul vorteilhaft kompakt aufgebaut sein. Bevorzugt kontaktiert die Kontaktstromschiene den Schaltstreckenanschluss auf einem Längsabschnitt der Kontaktstromschiene. Bevorzugt ist der elektrische Kontakt durch ein elektrisches Verbindungsmittel, beispielsweise eine durch ein Lotmittel oder Sintermetall gebildete Metallbrücke ausgebildet. So kann die Kontaktstromschiene vorteilhaft mehrere Schaltstreckenanschlüsse zueinander verschiedener Halbleiterschalter, welche beispielsweise zueinander parallel geschaltet werden sollen, elektrisch miteinander verbinden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Halbleiterschalter jeweils als Feldeffekttransistor ausgebildet. Weiter bevorzugt sind die Halbleiterschalter jeweils als Teil einer sich entlang der Halbleiterlängsachse erstreckenden Halbleiterstruktur, bevorzugt Pin-Fin-Halbleiterstruktur ausgebildet, wobei entlang der Halbleiterlängsachse jeweils zueinander benachbarte Halbleiterschalter derart miteinander verbunden sind, dass bei der Pin-Fin-Halbleiterstruktur durch zueinander benachbarte Halbleiterschalter gemeinsames Source- und Drain-Anschlüsse gebildet sind. Bevorzugt wechseln die Source- und Drain-Anschlüsse entlang der Halbleiterlängsachse einander ab. Die Halbleiterstruktur bildet bevorzugt einen insbesondere einstückigen Festkörper, in dem die Halbleiterschalter und die Halbleiterschalter-Halbbrücken ausgebildet sind.
-
Das Halbleitermodul kann so vorteilhaft besonders kompakt ausgebildet sein. Weiter vorteilhaft können die Source- und Drain-Anschlüsse durch die Stromschienen gezielt kontaktiert und sich zueinander parallel erstreckende Pin-Fin-Halbleiterstrukturen – bevorzugt an den gleichen Schaltstreckenanschlüssen – miteinander verbunden sein.
-
Bei der Pin-Fin-Halbleiterstruktur ist bevorzugt eine alternierende Abfolge von Source- und Drain-Anschlüssen gebildet, wobei zwischen einem Source- und Drainanschluss der Halbleiterstruktur entlang der Halbleiterlängsachse eine Halbleiterschalter-Halbbrücke mit einem Phasenanschluss ausgebildet ist. Die unmittelbar zueinander benachbarten Halbleiterschalter-Halbbrücken weisen so bevorzugt gemeinsame Anschlüsse, insbesondere den Source- oder Drain-Anschluss, zur Stromversorgung auf.
-
So kann gemäß der alternierenden Abfolge der Source- und Drainanschlüsse welche zur Stromversorgung der Halbbrücken ausgebildet sind, entlang der Halbleiterlängsachse auf einen Source-Anschluss ein Drain-Anschluss folgen, auf den Drain-Anschluss folgt entlang der Halbleiterlängsachse weiter ein Source-Anschluss und entlang der Halbleiterlängsachse wieder ein weiterer Drain-Anschluss. Die Pin-Fin-Halbleiterstruktur kann vorteilhaft derart gebildet sein, dass ein Source-Anschluss einen Source-Anschluss für zwei zueinander verschiedene, entlang der Längsachse zueinander benachbart angeordnete FET-Transistoren von zueinander verschiedenen Halbleiterschalter-Halbbrücken bildet. Der Drain-Anschluss des FET-Transistors kann entlang der Längsachse mit einem Drain-Anschluss eines dazu benachbart angeordneten Feldeffekttransistors einen gemeinsamen Drain-Anschluss bilden. Der Source-Anschluss des zuvor erwähnten dazu benachbart angeordneten Feldeffekttransistors kann wiederum einen gemeinsamen Source-Anschluss mit einem wiederum dazu benachbart angeordneten Feldeffekttransistor bilden. So kann vorteilhaft platzsparend eine Halbleiterstruktur zum Ausbilden einer Halbleiterschalter-Halbbrücke gebildet sein, bei der die Halbbrücken über die entlang der Halbleiterlängsachse einander abwechselnd angeordneten gemeinsamen Source- beziehungsweise Drainanschlüsse miteinander verbunden sind.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind entlang der Längsachse der Halbleiterstruktur wenigstens zwei Phasenanschlüsse für denselben Phasenschalter des Halbleitermoduls gebildet, wobei das Halbleitermodul für zueinander verschiedene Phasenschalter jeweils wenigstens eine sich längs erstreckende Phasenstromschiene aufweist, deren Längserstreckung mit wenigstens einer Querkomponente oder quer zu der Stromschiene verläuft. Die Phasenstromschiene ist bevorzugt mit den wenigstens zwei Phasenanschlüssen für dieselbe Phase des Halbleitermoduls elektrisch verbunden. So können entlang der Längsachse der Halbleiterstruktur aufeinanderfolgende Feldeffekttransistoren elektrisch parallel zusammenarbeiten. So kann vorteilhaft von den Feldeffekttransistoren gemeinsam ein großer Strom geschaltet werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform erstrecken sich die Phasenstromschienen in einer gemeinsamen Stromschienenebene. So kann das Halbleitermodul vorteilhaft platzsparend ausgebildet sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Stromschienenebene wenigstens eine Versorgungsschiene ausgebildet, welche sich parallel zu der Stromschiene in der Stromschienenebene erstreckt. So können die Halbleiterschalter vorteilhaft über eine gemeinsame Ebene, nämlich der Stromschienenebene mit Strom versorgt werden und an dieselbe Ebene – als Halbbrücke geschaltet – ihren Ausgangsstrom abgeben.
-
Vorteilhaft erstrecken sich bei dem Halbleitermodul – beginnend von den Halbleiterschaltern in Form der Pin-Fin-Halbleiterstrukturen, die in zueinander parallelen, aufeinanderfolgenden Ebenen angeordnete Elemente, beispielsweise die Halbleiterstrukturen oder die Kontaktstromschienen beziehungsweise Stromschienen, jeweils quer zueinander. Dadurch können die Halbleiterstrukturen durch die Kontaktstromschienen beziehungsweise die Stromschienen gezielt elektrisch an den Schaltstreckenanschlüssen kontaktiert werden. Weiter vorteilhaft können die Stromschienen durch die Phasenstromschienen, welche jeweils quer zu den Stromschienen verlaufen, die Stromschienen gezielt kontaktieren, sodass beispielsweise durch eine Phasenstromschiene mit einem entsprechenden Längsabschnitt der Phasenstromschiene diejenigen Stromschienen kontaktiert werden, die als eine Ausgangsphase zusammengefasst sind. Bevorzugt ist zwischen den Stromschienen und den Kontaktstromschienen und/oder den Kontaktstromschienen und den Halbleiterstrukturen eine elektrische Isolierschicht angeordnet, welche ausgebildet ist, die Stromschienen von den Kontaktstromschienen zu isolieren. Bevorzugt sind in der Isolierschicht Kontaktlöcher ausgebildet, in denen ein elektrisches Verbindungselement, insbesondere eine Metallbrücke in Form eines Lotmittels oder Sintermetalls angeordnet ist, mit dem ein Verbindungsknoten zwischen der Stromschiene und der Kontaktstromschiene gebildet ist. Die Isolierschicht ist bevorzugt durch Moldmasse oder eine Prepregschicht, insbesondere faserverstärkte Epoxidharzschicht gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist in der Stromschienenebene wenigstens eine positive Versorgungsschiene und wenigstens eine negative Versorgungsschiene ausgebildet, welche sich parallel zu der wenigstens einen Stromschiene erstrecken. Die Versorgungsschienen und die Stromschienen, welche jeweils die Phasenausgänge der Halbleiterschalter-Halbbrücken kontaktieren, können so platzsparend in der gemeinsamen Ebene angeordnet sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Halbleitermodul wenigstens eine lötfähig und flach ausgebildete Leiterbahn auf, welche sich mit ihrer flachen Erstreckung parallel zu der Stromschienenebene erstreckt. Bevorzugt ist die Leiterbahn mit wenigstens einer Phasenstromschiene der Stromschienenebene elektrisch verbunden. So kann die Ausgangsphase des Halbleitermoduls vorteilhaft platzsparend und effizient nach außen geführt sein.
-
Die Verbindungsstellen zwischen elektrischen Leitern, beispielsweise der Stromschiene oder der Phasenstromschiene, welche zwischen zwei zueinander parallel angeordneten Ebenen ausgebildet ist, kann beispielsweise in Form einer Aussparung in der Isolierschicht – beispielsweise mittels Ätztechnik oder Maskentechnik erzeugt werden, wobei die Aussparung – beispielsweise mittels Galvanisieren – mit einem Verbindungsmetall, beispielsweise Wolfram, oder Titan als Verbindungsmittel oder einem zinnhaltigen Lotmittel ausgefüllt sein kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Halbleitermoduls ist für jede Phase eine Leiterbahn ausgebildet, welche mit den Phasenstromschienen für die jeweilige Phase elektrisch verbunden ist. Die Leiterbahnen erstrecken sich bevorzugt in einer gemeinsamen Leiterbahnebene. So kann das Halbleitermodul vorteilhaft flach und platzsparend ausgebildet sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Kontakt zwischen zwei übereinanderliegenden Ebenen mittels wenigstens eines quer zu der Ebene verlaufenden elektrischen Verbindungsmittels, bevorzugt einer elektrischen Metallbrücke erzeugt. Die Metallbrücke ist bevorzugt eine Metallbrücke aus Wolfram oder Titan, oder eine Wolfram- und/oder Titanhaltige Metallbrücke. Die Metallbrücke ist beispielsweise mittels Sintern, Galvanisieren oder mittels Plasmaspritzen oder mittels thermischen Spritzen erzeugt.
-
Bevorzugt ist durch das Halbleitermodul eine B6-Brücke gebildet. Dadurch kann die B6-Brücke platzsparend bereitgestellt werden.
-
Vorteilhaft kann eine elektrische Maschine, insbesondere elektronisch kommutierte Maschine mit einem Stator und einem Rotor das Halbleitermodul als Leistungsendstufe, insbesondere Inverter, zum Bestromen des Stators aufweisen. Weiter vorteilhaft kann eine Servolenkung, ein elektrisch getriebenes Fahrrad oder ein Schrittmotor das Halbleitermodul als Leistungsendstufe aufweisen.
-
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmalen.
-
1 zeigt eine Halbleiteranordnung für ein Halbleitermodul, bei der sich jeweils entlang einer Halbleiterlängsachse zueinander parallel erstreckende Festkörper-Halbleiterstrukturen ausgebildet sind, wobei an jede Halbleiterstruktur entlang der Halbleiterlängsachse aneinandergereihte Halbleiterschalter-Halbbrücken ausgebildet sind;
-
2 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für eine Halbleiteranordnung als Teil eines Halbleitermoduls, bei dem mehrere jeweils an zueinander verschiedenen Halbleiterstrukturen ausgebildete Halbleiterschalter-Halbbrücken mit Kontakt-Stromschienen miteinander an Kontaktstellen, insbesondere Kontaktlöchern in der Isolierschicht elektrisch verbunden sind;
-
3 zeigt – schematisch – die 1 dargestellte Halbleiteranordnung, bei der mehrere Kontaktstromschienen mittels parallel zu diesen verlaufenden Stromschienen elektrisch kontaktiert sind;
-
4 zeigt das in 3 dargestellte Halbleitermodul in einer Schnittdarstellung;
-
5 zeigt die in 3 dargestellte Halbleiteranordnung, bei der die Stromschienen mittels Leiterbahnen kontaktiert sind;
-
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleitermodul, das die in den 4 und 5 dargestellte Halbleiterstruktur umfasst;
-
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleitermodul, das die in den 4 und 5 dargestellte Halbleiterstruktur umfasst und bei dem Anschlüsse zur Stromversorgung mittels Leiterbahnen elektrisch verbunden sind.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Halbleiteranordnung als Teil eines Halbleitermoduls 1. Das Halbleitermodul 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Halbleiterstruktur 2, eine Halbleiterstruktur 3, eine Halbleiterstruktur 4, eine Halbleiterstruktur 5 und eine Halbleiterstruktur 6. Die Halbleiterstrukturen sind beispielsweise jeweils als Pin-Fin-Struktur ausgebildet.
-
Die Halbleiterstruktur 2 weist eine Halbleiterlängsachse 35 auf. Entlang der Halbleiterlängsachse 35 sind an der Halbleiterstruktur 2 zueinander benachbart angeordnete Transistoren, in diesem Ausführungsbeispiel Feldeffekttransistoren, ausgebildet.
-
Die Halbleiterstruktur 2 umfasst wenigstens einen High-Side-Halbleiterschalter 14 und einen Low-Side-Halbleiterschalter 15, welche entlang der Halbleiterlängsachse 35 angeordnet sind und gemeinsam eine Halbleiterschalter-Halbbrücke bilden.
-
Die Halbleiterstruktur 2 weist einen Längsabschnitt auf, welcher einen Körper, auch Body 7 genannt, bildet und welcher an den Drain-Anschluss 9 anschließt. Entlang der Halbleiterlängsachse 35 ist zu dem Body 7 eine Driftzone 8 angeordnet, an welche entlang der Längsachse zu der Driftzone 8 benachbart ein Phasenanschluss 10 ausgebildet ist. Der Phasenanschluss 10 bildet in diesem Ausführungsbeispiel einen Source-Anschluss des Halbleiterschalters 14, wobei der Body 7 und die Driftzone 8 Bestandteil des Halbleiterschalters 14 sind.
-
Die Halbleiterstruktur 2 weist zu dem Phasenanschluss 10 benachbart entlang der Halbleiterlängsachse 35 einen weiteren Längsabschnitt auf, welcher einen Body 11 für den Halbleiterschalter 15 ausbildet. Der Phasenanschluss 10 bildet in diesem Ausführungsbeispiel für den Halbleiterschalter 15, welcher einen Low-Side-Halbleiterschalter ausbildet, den Drain-Anschluss. Entlang der Halbleiterlängsachse 35 ist auch ein Source-Anschluss 13 für den Low-Side-Halbleiterschalter 15 ausgebildet, wobei sich zwischen dem zuvor genannten Body 11 und dem Source-Anschluss 13 eine Driftzone 12 erstreckt.
-
Die Halbleiterstrukturen 3, 4, 5 und 6 sind entsprechend der Halbleiterstruktur 2 ausgebildet, wobei die Halbleiterstrukturen 3, 4, 5 und 6 wie die Halbleiterstruktur 2 Längsabschnitte aufweisen, welche jeweils einen Source-Anschluss, einen Phasenanschluss oder einen Drain-Anschluss ausbilden. Die Halbleiterstrukturen 3, 4, 5 und 6 sind zu der Halbleiterstruktur 2 jeweils parallel und voneinander beabstandet angeordnet, wobei Längsabschnitte der weiteren Halbleiterstrukturen 3, 4, 5 und 6, welche jeweils einen Schaltstreckenanschluss ausbilden, entlang der Halbleiterlängsachse 35 zueinander gegenüberliegend angeordnet sind, sodass sich Schaltstreckenanschlüsse mit derselben Benennung, beispielsweise ein Source-Anschluss oder ein Drain-Anschluss oder ein Phasenanschluss, entlang einer gemeinsamen Achse erstrecken, welche quer zur Halbleiterlängsachse 35 verläuft. Auf die Weise kann mittels der so gebildeten Anordnung der Halbleiterstrukturen 2, 3, 4, 5 und 6 eine Art Matrixstruktur gebildet sein.
-
An der Halbleiterstruktur 2 ist zu dem Source-Anschluss 13 des Low-Side-Halbleiterschalters 15 ein Low-Side-Halbleiterschalter 16 ausgebildet, sodass die Low-Side-Halbleiterschalter 16 und 15 den Source-Anschluss 13 als gemeinsamen Source-Anschluss 13 aufweisen. Zu dem Low-Side-Halbleiterschalter 16 ist entlang der Halbleiterlängsachse 35 ein High-Side-Halbleiterschalter 17 angeordnet, welcher einen zu dem Source-Anschluss 13 entlang der Halbleiterlängsachse 35 beabstandet angeordneten Phasenanschluss 18 und einen zu dem Phasenanschluss 18 entlang der Halbleiterlängsachse 35 beabstandet angeordneten Drain-Anschluss 19 aufweist. Mittels des High-Side-Halbleiterschalters 14 und des Low-Side-Halbleiterschalters 15 ist eine Halbleiterschalter-Halbbrücke gebildet und mittels des Low-Side-Halbleiterschalters 16 und des High-Side-Halbleiterschalters 17 ist eine weitere Halbleiterschalter-Halbbrücke gebildet. Die Halbleiterstruktur 2 kann noch weitere entlang der Halbleiterlängsachse 35 angeordnete Halbleiterschalter-Halbbrücken aufweisen, welche miteinander elektrisch verbunden sind und einen gemeinsamen Festkörper, insbesondere Festkörper-Strang bilden.
-
Die Schaltstreckenanschlüsse der Halbleiterschalter der Halbleiterstrukturen 2, 3, 4, 5 und 6 können so – wie im Folgenden in 2 gezeigt – mittels Kontaktstromschienen miteinander verbunden werden. Auf diese Weise sind Halbleiterschalter-Halbbrücken zueinander verschiedene und parallel angeordnete Halbleiterstrukturen, wie die Halbleiterstrukturen 2, 3, 4, 5 und 6 elektrisch miteinander parallel verschaltet.
-
Die entlang der Halbleiterlängsachse 35 aufeinander folgenden Halbleiterschalter-Halbbrücken sind hinsichtlich ihrer Anschlussfolge derart zueinander gespiegelt, dass Schaltstreckenanschlüsse der Halbleiterschalter-Halbbrücken, welche zur Stromversorgung vorgesehen sind – wie beispielsweise der Source-Anschluss 13 oder die Drain-Anschlüsse 9 und 19 –, von entlang der Halbleiterlängsachse 35 zueinander benachbart angeordneten Halbleiterschalter-Halbbrücken gemeinsam genutzt werden können. So weisen unmittelbar zueinander benachbart angeordnete Halbleiterschalter-Halbbrücken jeweils denselben Stromversorgungsanschluss auf, welcher als Längsabschnitt und somit als Teil der Halbleiterstruktur 2 in dem Halbleitermaterial der Halbleiterstruktur 2 – beispielsweise als elektrisches Kontaktierungsfeld – ausgebildet ist.
-
2 zeigt die in 1 bereits teilweise dargestellte Halbleiterstruktur als Teil des Halbleitermoduls 1. 2 zeigt zusätzlich zu den in 1 bereits dargestellten Halbleiterstrukturen 2, 3, 4, 5 und 6 weitere Halbleiterstrukturen, welche sich parallel zu der Längsachse 35 zueinander beabstandet erstrecken. Die Schaltstreckenanschlüsse der Halbleiterstrukturen wie die Halbleiterstruktur 2, welche quer zur Halbleiterlängsachse 35 einander gegenüberliegend oder gegenüberliegend zueinander beabstandet angeordnet sind, sind jeweils mittels einer Kontaktstromschiene elektrisch miteinander verbunden. Dazu ist an den Halbleiterstrukturen wie der Halbleiterstruktur 2 an dem Schaltstreckenanschluss wie dem Schaltstreckenanschluss 9, nämlich dem Drain-Anschluss 9, ein elektrischer Kontakt als elektrisch leitfähige Metallbrücke 74 als elektrisches Verbindungsmittel in dem Kontaktloch in einer Isolierschicht – beispielsweise mittels Ätzen oder mittels Maskentechnik – ausgebildet, mit dem der Drainanschluss 9 mit der Kontaktstromschiene 20 elektrisch verbunden ist.
-
Die Kontaktstromschiene 20 bildet in diesem Ausführungsbeispiel einen positiven Anschluss zur Stromversorgung der Halbleiterschalter-Halbbrücken, welche wie die Halbleiterschalter-Halbbrücke umfassend den High-Side-Halbleiterschalter 14 und den Low-Side-Halbleiterschalter 15 umfassend, zueinander parallel angeordnet sind. Zur Kontaktstromschiene 20 erstreckt sich parallel und von der Kontaktstromschiene 20 beabstandet eine Kontakt-Phasenstromschiene 21, welche mit dem Phasenanschluss 10 und den dem Phasenanschluss 10 der Halbleiterstrukturen 3, 4, 5 und 6 entsprechenden Anschlüssen elektrisch verbunden ist. Dazu können die Halbleiterstrukturen wie die Halbleiterstruktur 2 an dem Längsabschnitt, welcher durch die Kontaktphasenstromschiene 21 kontaktiert ist, eine leitfähige Metallisierung aufweisen, die an die Metallbrücke in dem Kontaktloch ankoppeln kann.
-
Zu der Kontaktphasenstromschiene 21 erstreckt sich parallel eine weitere Kontaktstromschiene 22, welche als negative Kontaktstromschiene elektrisch mit den Source-Anschlüssen der Halbleiterstrukturen, wie dem Source-Anschluss 13 der Halbleiterstruktur 2 elektrisch verbunden ist. Zu der Kontaktstromschiene 22 erstreckt sich parallel eine Kontaktphasenstromschiene 23, welche mit dem Phasenanschluss wie dem Phasenanschluss 18 der Halbleiterschalter-Halbbrücke umfassenden High-Side-Halbleiterschalter 17 und den Low-Side-Halbleiterschalter 16 umfasst, elektrisch verbunden ist. Zu der Kontaktphasenstromschiene 23 erstreckt sich parallel eine positive Kontaktstromschiene 24, welche mit den Drain-Anschlüssen wie dem Drain-Anschluss 19 der zueinander parallel angeordneten Halbleiterstrukturen wie der Halbleiterstruktur 2 elektrisch verbunden ist. Die Drain-Anschlüsse der Halbleiterstrukturen 3, 4, 5 und 6, welche dem Drain-Anschluss 19 entsprechen und diesem beabstandet gegenüberliegen, weisen somit – verbunden durch die Kontaktstromschiene 24 – dasselbe Potential auf.
-
Zu der Kontaktstromschiene 24 ist entlang der Halbleiterlängsachse 35 beabstandet eine weitere Phasenkontaktstromschiene 25 parallel angeordnet, auf die eine weitere zur Phasenkontaktstromschiene 25 parallel verlaufende negative Kontaktstromschiene 26 folgt. Auf die negative Kontaktstromschiene 26 folgt sich parallel dazu erstreckend eine weitere Phasenkontaktstromschiene 27, auf die sich dazu parallel erstreckend eine positive Kontaktstromschiene 28 erstreckt.
-
Die Kontaktstromschienen wie die bereits genannten Kontaktstromschienen 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 und 28 erstrecken sich jeweils in einer gemeinsamen Stromschienenebene.
-
Die Halbleiterstrukturen wie die Halbleiterstrukturen 2, 3, 4, 5 und 6 erstrecken sich jeweils in einer gemeinsamen Halbleiterebene, welche zur Kontaktstromschienenebene parallel angeordnet ist.
-
Mittels der so ausgebildeten Halbleiteranordnung für das Halbleitermodul 1 kann vorteilhaft aufwandsgünstig eine Parallelschaltung von vielen Halbleiterschalter-Halbbrücken gebildet sein, wobei die Halbleiterschalter-Halbbrücken jeweils entlang der Halbleiterlängsachse von Halbleiterstrukturen wie der Halbleiterstruktur 2 ausgebildet sind.
-
Die Kontaktstromschienen wie die Kontaktstromschiene 20 erstrecken sich in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils mit ihrer Längserstreckung quer zur Halbleiterlängsachse 35. So ist mittels der zueinander parallel verlaufenden Halbleiterstrukturen wie die Halbleiterstruktur 2 und der Kontaktstromschienen wie die Kontaktstromschiene 20 ein Matrix-Kontaktsystem gebildet, bei dem Längsabschnitte der Halbleiterstrukturen wie der Halbleiterstruktur 2 mit derselben elektrischen Funktion, beispielsweise einem Source-Anschluss, einem Drain-Anschluss oder einem Phasenanschluss, mittels der Kontaktstromschienen elektrisch miteinander verbunden und so elektrisch parallel geschaltet sind.
-
3 zeigt die in den 1 und 2 bereits dargestellte Halbleiteranordnung für das Halbleitermodul 1. Das in 3 teilweise dargestellte Halbleitermodul 1 weist zusätzlich zu den Halbleiterstrukturen wie der Halbleiterstruktur 2 und zu den Kontaktstromschienen wie der Kontaktstromschiene 20 weitere Stromschienen 29, 30 und 31 auf, welche sich zueinander parallel erstreckend in einer gemeinsamen Stromschienenebene erstrecken, welche parallel zur Kontaktstromschienenebene verläuft, in welcher die Kontaktstromschienen wie die Kontaktstromschiene 20 angeordnet sind.
-
Die Stromschiene 29 bildet in diesem Ausführungsbeispiel eine positive Stromschiene, welche mit einem Längsabschnitt mit der positiven Kontaktstromschiene 28, mit einem weiteren Längsabschnitt mit der positiven Kontaktstromschiene 24 und mit einem weiteren Längsabschnitt mit der positiven Kontaktstromschiene 20 elektrisch verbunden ist. Die elektrische Verbindung zwischen der Stromschiene 29 und den Kontaktstromschienen 20, 24 und 28 ist beispielsweise mittels einer Metallbrücke, beispielsweise eines Lotmittels erzeugt. Von den Metallbrücken ist die Metallbrücke 75 beispielhaft bezeichnet. Die Metallbrücke kann in einem zylinderförmigen Kontaktloch zylinderförmig, oder einem rechteckigen Kontaktloch quaderförmig ausgebildet sein.
-
Die Stromschiene 29 ist von den übrigen Kontaktstromschienen wie den negativen Kontaktstromschienen 26 und 22 elektrisch isoliert und von den Phasenstromschienen wie der Phasenstromschiene 21, der Phasenstromschiene 23, der Phasenstromschiene 25 und der Phasenstromschiene 27 elektrisch isoliert.
-
Die Stromschiene 30 bildet eine Phasenstromschiene und ist mit entsprechenden Längsabschnitten, welche einer Kontaktphasenstromschiene gegenüberliegen, mit den entsprechenden Kontaktphasenstromschienen elektrisch verbunden. Die Phasenstromschiene 30 ist so mittels eines Längsabschnitts mit der Phasenkontaktstromschiene 27, mittels eines weiteren Längsabschnitts mit der Phasenkontaktstromschiene 25, mittels eines weiteren Längsabschnitts mit der Phasenkontaktstromschiene 23 und mittels eines weiteren Längsabschnitts mit der Phasenkontaktstromschiene 21 mittels einer Metallbrücke, insbesondere Lotmittel, elektrisch verbunden.. Die Phasenstromschiene 30 ist von den Kontaktstromschienen, welche einen Stromversorgungsanschluss für die Halbleiterstrukturen bilden, elektrisch isoliert. Die Phasenstromschiene 30 bildet somit für die in der Kontaktstromschienenebene angeordneten Kontaktstromschienen, welche mit den Phasenanschlüssen der Halbleiterstrukturen verbunden sind, einen elektrischen Abgriff, welcher die Phasenanschlüsse der sich dazu weiter parallel erstreckenden Halbleiterstrukturen elektrisch miteinander verbindet. Auf diese Weise kann platzsparend eine kompakte Halbleiteranordnung gebildet sein, bei der viele Halbleiterschalter-Halbbrücken, welche sich entlang der Halbleiterstrukturen längserstreckend ausgebildet sind, elektrisch miteinander parallel geschaltet sind.
-
Die in 3 dargestellte Halbleiterstruktur weist auch eine in der Stromschienenebene parallel zu den bereits erwähnten Stromschienen verlaufende positive Stromschiene 32, eine weitere negative Stromschiene 34 und eine Phasenstromschiene 33 auf. Die Phasenstromschiene 33 bildet einen weiteren Phasenanschluss der Halbleiteranordnung, welcher zu dem Phasenanschluss, gebildet durch die Phasenschiene 30, verschieden ist. Dazu weist die Halbleiteranordnung weitere Phasenkontaktstromschienen 63, 64, 65 und 66 auf, welche sich in derselben Kontaktstromschienenebene erstrecken, wie die Kontaktstromschiene 20. Die Phasenkontaktstromschiene 63 verläuft zur Phasenkontaktstromschiene 21 koaxial und ist von der Phasenkontaktstromschiene 21 entlang ihrer Längserstreckung mittels eines Abstandes 37 beabstandet. Die Phasenkontaktstromschienen 21 und 63 sind so elektrisch voneinander getrennt. Die Halbleiterschalter-Halbbrücken, welche mit ihrem Ausgangsanschluss mit der Phasenkontaktstromschiene 63 verbunden sind, sind zur Stromversorgung mit der positiven Kontaktstromschiene 20 und mit der negativen Kontaktstromschiene 22 elektrisch verbunden. So können in derselben Ebene, nämlich der Kontaktstromschienenebene, zueinander verschiedene parallel geschaltete Halbleiterschalter-Halbbrückengruppen gebildet sein, welche jeweils zueinander verschiedene Phasen einer elektrischen Maschine bestromen können.
-
Die Phasenstromschiene 33 ist mit den Phasenkontaktstromschienen 63, 64, 65 und 66 elektrisch verbunden, und bildet so einen gemeinsamen Ausgangsanschluss für die mit diesen Phasenkontaktstromschienen verbundenen Halbleiterschalter-Halbbrücken der parallel dazu angeordneten Halbleiterstrukturen wie der Halbleiterstruktur 2.
-
Die Stromschiene 34 bildet eine negative Stromschiene zur Versorgung der Halbleiterstrukturen und ist mit den negativen Kontaktstromschienen 26 und 22 elektrisch verbunden. Die Stromschiene 32 ist als positive Stromschiene mit den Kontaktstromschienen 28, 24 und 20 elektrisch verbunden.
-
Die Kontaktstromschienen wie die Kontaktstromschiene 20 erstrecken sich jeweils entlang einer in 3 dargestellten Längsachse 36. Die Längsachse 36 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel quer oder wenigstens mit einer Querkomponente zur Halbleiterlängsachse 35.
-
Dargestellt ist auch eine Schnittlinie 38, zu der die folgende 4 eine Schnittdarstellung zeigt.
-
4 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der in 3 dargestellten Schnittlinie 38. Die in 4 dargestellte Schnittdarstellung zeigt die Halbleiterstrukturen 2, 3, 4, 5 und 6, die quer dazu verlaufende Phasenkontaktstromschiene 21 und die Phasenstromschiene 30. Die Halbleiterstrukturen 2, 3, 4, 5 und 6 sind in einer gemeinsamen Halbleiterebene 70 angeordnet. Die Kontaktstromschienen wie die Phasenkontaktstromschiene 21 sind in einer Kontaktstromschienenebene 71 angeordnet, die sich zur Ebene 70 parallel ertreckt. Die Längsabschnitte der Halbleiterstrukturen wie der Halbleiterstrukturen 2, 3, 4, 5 und 6, welche den Phasenanschluss bilden, sind jeweils mittels eines elektrischen Verbindungsmittels, insbesondere Metallbrücke 41, insbesondere Lotmittel, welches beispielhaft bezeichnet ist, mit der Phasenkontaktstromschiene 21 elektrisch verbunden. Die Phasenkontaktstromschiene 21 ist mittels eines elektrischen Verbindungsmittels, beispielsweise einer Metallbrücke 42, insbesondere Lotmittel, mit der Stromschiene 30 elektrisch verbunden. die Stromschiene 30 verläuft in einer Stromschienenebene 72, die sich zur Kontaktstromschienenebene 71 parallel erstreckt. Die Lotmittel 41 und 42 bilden somit eine Metallbrücke als elektrische Kontaktierung in einem Kontaktierungsloch, das die Kontaktierungsebenen, insbesondere die Stromschienenebene 72 und die Kontaktstromschienenebene 71, beziehungsweise die Halbleiterebene 70 elektrisch miteinander verbindet.
-
Die Stromschiene 30 ist mittels eines elektrischen Verbindungsmittels 43 mit einer elektrischen Leiterbahn 40 verbunden. Das elektrische Verbindungsmittel 43 ist beispielsweise eine Metallbrücke oder ein Lotmittel.
-
Die Leiterbahn 40 bildet für das Halbleitermodul 1 eine äußere elektrische Kontaktierungsschicht, welche beispielsweise mit einem elektrischen Draht, einem Bonddraht oder einem Lead-Frame, auch Stanzgitter genannt, elektrisch verlötet oder ultraschallverschweißt werden kann. Die Leiterbahn 40 verläuft in einer Leiterbahnebene 73, die sich zur Stromschienenebene 72 parallel beabstandet erstreckt.
-
Das in 4 in der Schnittdarstellung gezeigte Halbleitermodul 1 weist auch einen Mold-Körper 39 auf, welcher die Halbleiterstrukturen 2, die Kontaktstromschienen wie die Phasenkontaktstromschiene 21 und die Stromschienen wie die Phasenstromschiene 30 einschließt.
-
5 zeigt das in den 1, 2 und 3 teilweise dargestellte Halbleitermodul 1, bei dem die in 4 dargestellte Leiterbahn 40 in einer Aufsicht sichtbar ist. Das teilweise dargestellte Halbleitermodul 1 umfasst in 5 die Leiterbahn 40, welche einen äußeren elektrischen Phasenanschluss des Halbleitermoduls 1 bildet und eine Leiterbahn 47, welche einen äußeren Anschluss zur positiven Stromversorgung für die Halbleiterschalter-Halbbrücken der Halbleiterstrukturen wie der Halbleiterstruktur 2 bildet.
-
Die Leiterbahnen wie die Leiterbahnen 40 und 47 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Leiterbahn 40 ist mit einem Flächenbereich 46 mit einem Längsabschnitt der Stromschiene 30 verbunden. Die Leiterbahn 47 ist mit einem Flächenbereich 45 mit einem Längsabschnitt der positiven Stromschiene 29 und mit einem weiteren Flächenbereich 48 mit der positiven Stromschiene 32 verbunden.
-
Die elektrische Verbindung an den Flächenbereichen ist durch Kontaktlöcher in einer elektrischen Isolierschicht, insbesondere Moldmasse oder eine Epoxidharzschicht gebildet, welche sich zwischen der Leiterbahnenebene und der Stromschienenebene erstreckt. Auf diese Weise ist die Leiterbahn 47 von den Phasenstromschienen wie der Phasenstromschiene 30 und den negativen Stromschienen wie der Stromschiene 34 elektrisch isoliert.
-
Zwischen den Stromschienen wie der Stromschiene 29 oder der Phasenstromschiene 30 und den Kontaktstromschienen wie der Kontaktstromschiene 20 erstreckt sich ebenfalls eine elektrische Isolierschicht, welche an den entsprechenden Kontaktstellen zwischen der Stromschiene und der Kontaktstromschiene ein Kontaktierungsloch aufweist, welches mit einem elektrischen Verbindungsmittel als Metallbrücke angefüllt ist, das die Stromschiene und die parallel dazu verlaufende Kontaktstromschiene an dem Kontaktierungsloch elektrisch miteinander verbindet.
-
6 zeigt das Halbleitermodul 1 in einer Aufsicht. Das Halbleitermodul 1 weist sich zueinander parallel verlaufend und längs erstreckende Leiterbahnen auf, von denen die Leiterbahn 40 und 47 bereits in 5 dargestellt wurden. Das Halbleitermodul 1 weist in 6 auch eine negative Leiterbahn 49 zur Stromversorgung der Halbleiterschalter-Halbbrücken auf, welche gemeinsam mit der positiven Leiterbahn 47 die Leiterbahn 40, die einen Phasenausgang für die Halbbrücken bildet, zwischeneinander einschließen. Zu der Leiterbahn 47 verläuft in der Leiterbahnebene parallel eine weitere Leiterbahn 50, welche einen zu dem Phasenanschluss, gebildet durch die Leiterbahn 40 verschiedenen Phasenanschluss bildet. Der Phasenanschluss, gebildet durch die Leiterbahn 40, bildet in einem Dreiphasensystem eine U-Phase. Der Phasenanschluss, gebildet durch die Leiterbahn 50, bildet in einem Dreiphasensystem eine V-Phase. Das Halbleitermodul 1 weist auch eine Leiterbahn 52 auf, welche sich parallel zur Leiterbahn 50 erstreckt und mit einer weiteren Phase des Halbleitermoduls elektrisch verbunden ist, welche in diesem Beispiel eine weitere von drei Phasen, nämlich eine W-Phase bildet. Die Leiterbahn 52 ist elektrisch mit einem weiteren Flächenbereich der in 3 bereits dargestellten Halbleiteranordnung elektrisch verbunden, welcher in 3 nicht dargestellt ist und welcher sich entlang Längsachse 36 in 3 benachbart und elektrisch isoliert von den Kontaktstromschienen 63, 64, 65 und 66 erstrecken kann.
-
Das Halbleitermodul 1 weist auch eine Leiterbahn 51 auf, welche einen negativen Anschluss zur Stromversorgung der Halbleiterschalter-Halbbrücken bildet und welche zwischen den Leiterbahnen 50 und 52 angeordnet ist. Das Halbleitermodul 1 weist auch eine Leiterbahn 53 auf. Die Leiterbahn 53 bildet einen positiven Anschluss zur Stromversorgung der Halbleiterschalter-Halbbrücken und schließt zusammen mit der Leiterbahn 51 den durch die Leiterbahn 52 gebildeten Phasenanschluss, der in diesem Beispiel eine W-Phase bildet, zwischeneinander ein.
-
Das Halbleitermodul 1 weist somit zur Stromversorgung der Halbleiterschalter-Halbbrücken zwei positive elektrische Anschlüsse, gebildet durch die Leiterbahnen 47 und 53, und zwei negative elektrische Anschlüsse, gebildet durch die Leiterbahnen 51 und 49, auf. So kann das Halbleitermodul 1, insbesondere die Halbleiterschalter-Halbbrücken, niederohmig und/oder niederinduktiv mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Leiterbahnen zur Stromversorgung können beispielsweise mittels eines – nicht dargestellten – Lead-Frame mit entsprechender Fingerstruktur, elektrisch verbunden werden, sodass die Leiterbahnen zur Stromversorgung mit gleicher Polung elektrisch miteinander verbunden sind. Das in 6 dargestellte Halbleitermodul 1 weist auch jeweils durch einen Leiterbahnbereich gebildete elektrische Steueranschlüsse zum Steuern der Halbleiterschalter der Halbleiterstrukturen wie die Halbleiterstruktur 2 auf, von denen ein Steueranschluss 67 beispielhaft bezeichnet ist. 7 zeigt eine Variante des in 6 bereits dargestellten Halbleitermoduls 1, nämlich ein Halbleitermodul 60. Das Halbleitermodul 60 weist die zuvor genannten Verbindungen der Leiterbahnen zur elektrischen Stromversorgung der Halbleiterschalter-Halbbrücken in Form von Leiterbahnverbindungen in der Leiterbahnenebene auf. Das Halbleitermodul 60 weist eine positive Leiterbahn 50, eine parallel dazu beabstandet verlaufende Leiterbahn 57 auf, welche einen Leiterbahnabschnitt 56 als Phasenanschluss für eine W-Phase zwischeneinander einschließen. Zum Phasenanschluss 56 verläuft ein weiterer Phasenanschluss 58, welcher eine weitere Phase des Halbleitermoduls 60 bildet. Parallel dazu weist das Halbleitermodul 60 einen weiteren Leiterbahnabschnitt 61 auf, welcher eine weitere Phase, insbesondere U-Phase des Halbleitermoduls 60 bildet. Ein sich zwischen den Leiterbahnabschnitten 58 und 61 erstreckender positiver Leiterbahnabschnitt 59 ist mit der positiven Leiterbahn 55 mittels einer Leiterbahnverbindung elektrisch verbunden. Das Halbleitermodul 60 weist auch eine Leiterbahn 62 auf, welche sich parallel zu der Leiterbahn 59 erstreckt und welche einen negativen Anschluss des Halbleitermoduls 60 bildet und gemeinsam mit der Leiterbahn 59 zum Phasenanschluss, gebildet durch die Leiterbahn 61, zwischeneinander einschließt.
-
An dem Halbleitermodul 60 ist auch eine weitere negative Leiterbahn 57 zur Stromversorgung des Halbleitermoduls ausgebildet, welche von den Leiterbahnen 56 und 58 in der Leiterbahnebene angeschlossen ist. Die negativen Leiterbahnen 57 und 62 sind mittels einer weiteren Leiterbahn elektrisch miteinander verbunden, welche sich quer zu den Leiterbahnen 57 und 62 erstreckt. Auf diese Weise bilden die negativen Leiterbahnen 57 und 62 in der Leiterbahnebene eine Art Fingerstruktur. An dem in 7 dargestellten Halbleitermodul 60 ist ebenfalls ein Steueranschluss 67 zum gemeinsamen Steuern der Halbleiterschalter für eine Phase ausgebildet. Auf diese Weise kann ein Halbleitermodul zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, umfassend drei Phasen oder mehr als drei Phasen, beispielsweise vier, fünf, sechs, sieben, acht oder neun Phasen, aufwandsgünstig bereitgestellt sein.
-
Jede Phase des Halbleitermoduls kann dazu in der Kontaktstromschienenebene durch zueinander verschiedene, elektrisch voneinander getrennte Phasenkontaktstromschienen ausgebildet sein.
