DE102016104284B4 - Gekapselte Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Metallformkörper als erstem Anschlussleiter - Google Patents

Gekapselte Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Metallformkörper als erstem Anschlussleiter Download PDF

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Abstract

Gekapselte Leistungshalbleitereinrichtung (1) mit einem Metallformkörper (2), der einen ersten Anschlussleiter ausbildet,wobei ausgehend von der ersten Hauptfläche (20) des Metallformkörpers (2) eine erste Ausnehmung (22) mit einer ersten Grundfläche (220) ausgebildet ist in der ein erstes Leistungshalbleiterbauelement (30) angeordnet ist, wobei dessen erste der ersten Grundfläche (220) zugewandte Kontaktfläche (300) mit dieser Grundfläche (220) elektrisch leitend verbunden ist,wobei ausgehend von der zweiten Hauptfläche (24) des Metallformkörpers (2) eine zweite Ausnehmung (26) mit einer zweiten Grundfläche (260) ausgebildet ist in der ein zweites Leistungshalbleiterbauelement (32) angeordnet ist, wobei dessen erste der zweiten Grundfläche (260) zugeordnete Kontaktfläche (320) mit dieser Grundfläche (260) elektrisch leitend verbunden ist,wobei auf beiden Hauptflächen (20, 24), zumindest die jeweilige Ausnehmung (22, 26) ausfüllend und vollständig überdeckend jeweils eine Isolierschicht (40, 42) angeordnet ist,wobei die erste Isolierschicht (40) eine elektrisch leitende erste Durchkontaktierung (50) aufweist, die eine zweite Kontaktfläche (302) des ersten Leistungshalbleiterbauelements (30) mit einer auf der ersten Isolierschicht (40) angeordneten ersten Leiterfläche (60) elektrisch leitend verbindet und wobei die zweite Isolierschicht (42) eine elektrisch leitende zweite Durchkontaktierung (52) aufweist, die eine zweite Kontaktfläche (322) des zweiten Leistungshalbleiterbauelements (32) mit einer auf der zweiten Isolierschicht (42) angeordneten zweiten Leiterfläche (62) elektrisch leitend verbindet, wobei das zweite Leistungshalbeiterbauelement (32) eine der Grundfläche (260) der zweiten Ausnehmung (26) abgewandte zweite weitere Kontaktfläche (330) aufweist und wobei dieser zweiten weiteren Kontaktfläche (330) eine zweite weitere Durchkontaktierung (530) zugeordnet ist, die diese zweite weitere Kontaktfläche (330) mit einer auf der zweiten Isolierschicht (42) angeordneten weiteren zweiten Leiterfläche (630) elektrisch leitend verbindet.

Description

  • Die Erfindung beschreibt eine gekapselte Leistungshalbleitereinrichtung, die beispielhaft als eine Gleichrichterschaltung oder als Wechselrichterschaltung ausgebildet ist.
  • Aus der DE 10 2011 000 751 A1 ist ein Verfahren bekannt, umfassend das Bereitstellen eines Trägers, der einen ersten Hohlraum aufweist, das Bereitstellen einer dielektrischen Folie mit einer an der dielektrischen Folie angebrachten Metallschicht, das Platzieren eines ersten Halbleiterchips in dem ersten Hohlraum des Trägers und das Aufbringen der dielektrischen Folie auf den Träger.
  • Aus der DE 10 2012 111 788 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die einen ersten Leistungshalbleiterchip mit einer ersten Kontaktstelle und einer zweiten Kontaktstelle auf einer ersten Fläche und einer dritten Kontaktstelle auf der zweiten Fläche umfasst. Die Vorrichtung umfasst ferner einen zweiten Leistungshalbleiterchip mit einer ersten Kontaktstelle und einer zweiten Kontaktstelle auf einer ersten Fläche und einer dritten Kontaktstelle auf der zweiten Fläche. Der erste und der zweite Leistungshalbleiterchip sind übereinander angeordnet und die erste Fläche des ersten Leistungshalbleiterchips ist in die Richtung der ersten Fläche des zweiten Leistungshalbleiterchips gewandt. Außerdem ist der erste Leistungshalbleiterchip seitlich zumindest teilweise außerhalb des Umrisses des zweiten Leistungshalbleiterchips angeordnet.
  • Aus dem Stand der Technik, beispielhaft offenbart in der EP 2 881 985 A1 , ist eine gekapselte Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Metallkörper und zwei Leistungshalbleiterbauelement bekannt, wobei die Leistungshalbleiterbauelemente stapelartig auf dem Metallformkörper angeordnet sind. Die Leistungshalbleiterbauelemente sind mittels eines isolierenden Materials gekapselt, wobei das isolierende Material auch die Anschlussleitungen der Leistungshalbleiterbauelemente mit umschließt.
  • In Kenntnis dieser genannten Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gekapselte Leistungshalbleitereinrichtung vorzustellen, die den Stand der Technik insbesondere in der Möglichkeit der effizienten Kühlung und symmetrischen Anordnung weiterbildet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Erfindungsgemäß ist die gekapselte Leistungshalbleitereinrichtung ausgebildet mit einem Metallformkörper, der einen ersten Anschlussleiter ausbildet. Ausgehend von der ersten Hauptfläche des Metallformkörpers ist eine erste Ausnehmung mit einer ersten Grundfläche ausgebildet in der ein erstes Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist, wobei dessen erste der ersten Grundfläche zugewandte Kontaktfläche mit dieser Grundfläche elektrisch leitend verbunden ist. Ausgehend von der zweiten Hauptfläche des Metallformkörpers ist eine zweite Ausnehmung mit einer zweiten Grundfläche ausgebildet in der ein zweites Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist, wobei dessen erste der zweiten Grundfläche zugeordnete Kontaktfläche mit dieser Grundfläche elektrisch leitend verbunden ist. Auf beiden Hauptflächen, und zumindest die jeweilige Ausnehmung ausfüllend und vollständig überdeckend ist jeweils eine Isolierschicht angeordnet, wobei die erste Isolierschicht eine elektrisch leitende erste Durchkontaktierung aufweist, die eine zweite Kontaktfläche des ersten Leistungshalbleiterbauelements mit einer auf der ersten Isolierschicht angeordneten ersten Leiterfläche elektrisch leitend verbindet und wobei die zweite Isolierschicht eine elektrisch leitende zweite Durchkontaktierung aufweist, die eine zweite Kontaktfläche des zweiten Leistungshalbleiterbauelements mit einer auf der zweiten Isolierschicht angeordneten zweiten Leiterfläche elektrisch leitend verbindet, wobei das zweite Leistungshalbeiterbauelement eine der Grundfläche der zweiten Ausnehmung abgewandte zweite weitere Kontaktfläche aufweist und wobei dieser zweiten weiteren Kontaktfläche eine zweite weitere Durchkontaktierung zugeordnet ist, die diese zweite weitere Kontaktfläche mit einer auf der zweiten Isolierschicht angeordneten weiteren zweiten Leiterfläche elektrisch leitend verbindet.
  • Vorzugsweise bildet der erste Anschlussleiter einen Wechselspannungsanschluss aus, während die erste und zweite Leiterfläche weitere Anschlussleiter ausbilden, die die Gleichspannungsanschlüsse ausbilden.
  • Es ist bevorzugt, wenn mindestens eines der Leistungshalbleiterbauelemente in thermischem Kontakt mit einer zugeordneten Kühleinrichtung steht, die auf der dem Metallformkörper abgewandten Seite dieser Leiterfläche angeordnet, und vorzugsweise durch eine elektrisch isolierende Zwischenlage davon isoliert, ist. Insbesondere kann hierbei die jeweilige Isolierschicht und die zugeordnete isolierende Zwischenlage zu einer gemeinsamen Isolierlage entarten.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn das erste Leistungshalbeiterbauelement eine der Grundfläche der ersten Ausnehmung zugewandte erste weitere Kontaktfläche aufweist, die vorzugsweise als Steuerkontaktfläche ausgebildet ist und wobei dieser ersten weitere Kontaktfläche eine vom Metallformkörper elektrisch isolierte erste weitere Durchkontaktierung zugeordnet ist, die diese erste weitere Kontaktfläche mit einer auf der zweiten Isolierschicht angeordneten ersten weiteren Leiterfläche elektrisch leitend verbindet.
  • Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die zweite weitere Kontaktfläche e als Steuerkontaktfläche ausgebildet ist.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die zweite Leiterfläche, die erste weitere Leiterfläche und die zweite weitere Leiterfläche aus einer in sich strukturierten, und damit elektrisch voneinander isolierte Leiterbahnen ausbildenden, Metallfolie gebildet sind. Hierbei können die Leiterbahnen der Metallfolie auf der dem Metallformkörper abgewandten Seite mit einer Isolierstofffolie bedeckt sein. Weiterhin können beide Folien adhäsiv miteinander verbunden sein.
  • Besonders bevorzugt ist es, wenn die erste und zweite weitere Leiterfläche mit einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterbauelemente verbunden sind.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn der Metallformkörper einen Hohlraum zur Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente aufweist. Hierbei kann der Hohlraum einen Teil einer Heatpipe ausbildet. Alternativ kann der Hohlraum dazu eingerichtet sind mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium durchströmt zu werden.
  • Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale mehrfach in der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung vorhanden sein. Beispielhaft handelt es sich bei dem genannten ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelement jeweils um mindestens ein Leistungshalbleiterbauelement. Es können somit gleichartige Leistungshalbleiterbauelemente mehrfach vorhanden sein, es kann insbesondere ein Leistungshalbleiterbauelement auch als eine Parallelschaltung zweier unterschiedlicher Leistungshalbleiterbauelement ausgebildet sein, insbesondere als Parallelschaltung eines Leistungstransistors mit einer Freilaufdiode. Ebenso sind die jeweiligen Durchkontaktierungen bevorzugt mehrfach vorhanden.
  • 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 Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 6 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon.
    • 2 und 3 zeigen Schnittansichten von verschiedenen Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung.
    • 1 und 4 zeigen weitere Ausgestaltungen zur Erläuterung der Erfindung.
    • 5 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung.
    • 6 zeigt eine erläuternde Schnittansicht einer Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung.
  • 1 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine Leistungshalbleitereinrichtung 1 in Ausgestaltung einer Einphasengleichrichterschaltung. Dargestellt ist ein Metallformkörper 2, aus Kupfer oder einem anderen Material mit geringem spezifischen Widerstand, der einen ersten Anschlussleiter, hier denjenigen des Wechselspannungsanschlusses ausbildet. Zur externen Verbindung ist hier ohne dass es hierauf beschränkt wäre eine Schraubverbindung 28 durch ein zugehörige Aufnahme 280 dargestellt. In dieser Ausgestaltung des Metallformkörpers 2 weist dieser einer erste und eine dazu parallele zweite Hauptfläche 20, 24 auf, wobei der Metallformkörper 2 eine Dicke also einen Abstand der Hauptflächen 20, 24 zueinander von 1,2mm aufweist. Bevorzugt sind Dicken des Metallformkörpers 2 zwischen 0,8mm bis 2mm, wobei abhängig von weiteren Parametern auch Dicken zwischen 0,5mm und 0,8mm oder auch jenseits von 2mm möglich sind.
  • Ausgehend von der ersten, in dieser und den weiteren Darstellung der unteren, Hauptfläche 20 ist hier eine erste Ausnehmung 22 angeordnet. Diese erste Ausnehmung 22 dient der Aufnahme eines ersten Leistungshalbleiterbauelements 30, hier einer Diode, genauer einer Leistungsdiode. Die Ausnehmung 22 weist eine Tiefe auf, die vorzugsweise der Dicke der Diode 30, typisch zwischen 60µm und 200µm, zumindest bis auf wenige zehn Prozent, entspricht. Die Diode 30 schließt also idealerweise bündig mit der zugeordneten ersten Hauptfläche 22 ab, ragt ein wenig über diese hinaus oder ist ein wenig gegenüber dieser zurückversetzt. Die Diode 30, genauer deren erste Kontaktfläche 300, ist mit der ersten Grundfläche 220 der ersten Ausnehmung 22 elektrisch leitend, insbesondere mittels einer Sinter-, Löt oder Klebeverbindung, verbunden.
  • Ausgehend von der zweiten, in dieser und den weiteren Darstellung der oberen, Hauptfläche 24 ist eine zweite Ausnehmung 26 seitlich versetzt zur ersten Ausnehmung 22, angeordnet. In dieser zweiten Ausnehmung 26 ist analog zur ersten Ausnehmung 22 ein zweites Leistungshalbleiterbauelement 32, hier eine zweite Leistungsdiode, angeordnet.
  • Wie dargestellt ist auf der gesamten ersten und zweiten Hauptfläche 20, 24, mit Ausnahme des Bereichs zur externen Verbindung, eine dünne Isolierschicht 40, 42 angeordnet. Der Werkstoff dieser Isolierschicht 40, 42 ist hier bevorzugt ein fachübliches Leiterplattenbasismaterial, wie beispielhaft Epoxyid- oder Phenolharz, und füllt zusätzlich die freien Volumenbereiche der jeweiligen Ausnehmungen 22, 26 aus und überdeckt auch das jeweils in dieser Ausnehmung 22, 26 angeordnete Leistungshalbleiterbauelement 30, 32 vollständig. Der Werkstoff der Isolierschicht 40, 42 kann weiterhin auch, wie hier dargestellt, mindestens eine Seitenfläche des Metallformkörpers 2 ganz oder teilweise überdecken.
  • Auf einem Abschnitt der ersten Isolierschicht 40 und somit elektrisch isoliert vom Metallformkörper 2 ist eine erste Leiterfläche 60, die hier einen Anschlussleiter, genauer einen Gleichspannungsanschluss negativen Potentials ausbildet, angeordnet. Zur elektrischen Verbindung dieser ersten Leiterfläche 60 mit der zweiten Kontaktfläche 302 des ersten Leistungshalbleiterbauelements 30 sind in der dazwischen liegenden ersten Isolierschicht 40 erste Durchkontaktierungen 50 angeordnet. Diese sind beispielhaft hergestellt mittels Laserbohren durch die erste Leiterfläche und die erste Isolierschicht und anschließendes galvanisieren der entstandenen Löcher.
  • Zur äußeren elektrischen Isolierung der ersten Leiterfläche 60 ist weiterhin eine erste isolierende Zwischenlage 70, die erste Leiterfläche 60 und hier auch die erste Isolierlage 40 und einen Teil des Bereichs zur externen Verbindung überdeckend, angeordnet.
  • Auf einem Abschnitt der zweiten Isolierschicht 42 und somit elektrisch isoliert vom Metallformkörper 2 ist eine zweite Leiterfläche 62, die hier einen Anschlussleiter, genauer einen Gleichspannungsanschluss positiven Potentials ausbildet, angeordnet. Zur elektrischen Verbindung dieser zweiten Leiterfläche 62 mit der zweiten Kontaktfläche 322 des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 32 sind in der dazwischen liegenden zweite Isolierschicht 42 zweite Durchkontaktierungen 52 angeordnet. Diese sind wie oben beschrieben hergestellt.
  • Zur äußeren elektrischen Isolierung der zweiten Leiterfläche 62 ist weiterhin eine zweite isolierende Zwischenlage 72, die Leiterfläche 62 und hier auch die zweite Isolierlage 42 und einen Teil des Bereichs zur externen Verbindung überdeckend, angeordnet.
  • Zur Abfuhr der durch Leitungs- und Schaltverluste in den Leistungshalbleiterbauelemente 30, 32 entstehenden Wärme ist hier auf der ersten und zweiten Isolierlage 70, 72 jeweils eine Kühleinrichtung 80, 82, jeweils ausgeführt als Luftkühleinrichtung und auch jeweils flüchtend mit dem zugeordnete Leistungshalbleiterbauelement 30, 32 und dieses hier allseits überragend, angeordnet.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn die Leistungshalbleitereinrichtung 1 nur eine, bevorzugt die zweite Kühleinrichtung 82, aufweist, dann kann im Rahmen der Anwendung der Leistungshalbleitereinrichtung 1 die erste Kühleinrichtung 80 spezifisch ausgewählt werden, vgl. 3.
  • 2 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 in Ausgestaltung einer Halbbrückenwechselrichterschaltung, bei der die Leistungshalbleiterbauelemente 30, 32 als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind und jeweils eine weitere Kontaktfläche 310, 330, eine Steuerkontaktfläche, aufweisen.
  • Grundsätzlich ist der Metallformkörper 2 mit seinen Ausnehmungen 22, 26 gleichartig demjenigen gemäß 1 ausgebildet. Zusätzlich weist der Metallformkörper 2 hier allerdings eine von der ersten Grundfläche 220 der ersten Ausnehmung 22 zur zweiten Hauptfläche 24 reichende weitere Ausnehmung 210 auf, die mit dem Werkstoff der Isolierschicht 40, 42 gefüllt ist und in der eine erste weitere vom Metallformkörper 2 elektrisch isolierte erste weitere Durchkontaktierung 510 ausbildet ist.
  • Diese erste weitere Durchkontaktierung 510 verbindet den Steueranschluss, der auf der der ersten Grundfläche 220 der ersten Ausnehmung 22 zugewandten Seite angeordnet ist, und damit die erste weitere Kontaktfläche 310 des ersten Leistungshalbleiterbauelement 30, mit einer ersten weiteren Leiterfläche 610, angeordnet auf der zweiten Hauptfläche 24 und elektrisch von dieser isoliert mittels des zweiten Isolierstoffs 42.
  • Ebenso auf der zweiten Hauptfläche 24 angeordnet und elektrisch von dieser isoliert ist eine zweite weitere Leiterfläche 630 angeordnet. Diese ist mit dem Steueranschluss, der auf der der zweiten Grundfläche 260 der zweiten Ausnehmung 26 abgewandten Seite des Leistungshalbleiterbauelements 32 angeordnet ist, und damit die zweite weitere Kontaktfläche 330 des zweiten Leistungshalbleiterbauelement 32 ausbildet, mittels einer zweiten weiteren Durchkontaktierung 530 durch die zweite Isolierschicht 42 elektrisch leitend verbunden. Diese erste und zweite weitere Leiterfläche 610, 630 dient somit der Ansteuerung des jeweiligen Leistungshalbleiterbauelements 30, 32 der Leistungshalbleitereinrichtung.
  • In dieser Ausgestaltung entartet die erste und zweite Isoliersicht 40, 42 zu einer einzigen Isolierschicht, die zudem auch die elektrisch Isolation gegen andere Potentiale aller Durchkontaktierungen ausbildet.
  • 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 in Ausgestaltung einer Halbbrückenwechselrichterschaltung, bei der die Leistungshalbleiterbauelemente 30, 32 als Leistungstransistoren mit antiparallel geschalteten Leistungsdioden ausgebildet sind, wobei jeder Leistungstransistor analog den Feldeffekttransistoren gemäß 2 jeweils eine weitere Kontaktfläche 310, 330, eine Steuerkontaktfläche, aufweist. Die beiden einander zugeordneten Leistungshalbleiterbauelemente, also der Leistungstransistor und die antiparallel geschalteten Leistungsdiode sind jeweils in einer gemeinsamen Ausnehmung angeordnet.
  • Sämtliche Durchkontaktierungen sind grundsätzlich gleich ausgebildet wie unter 1 und 2 bereits beschrieben.
  • Wesentlich ist hier jedoch, dass im Unterschied zu 1 und 2 die erste und zweite Isoliersicht 40, 42 und auch die isolierende Zwischenlage 70, 72 zu einer einzigen Isolierlage entarten, die aus dem Werkstoff der Isolierschichten besteht. Diese Isolierlage wird allerdings bevorzugt nicht in einem Arbeitsschritt sondern in eine Abfolge mehrerer Arbeitsschritte ausgebildet. In jeweiligen Zwischenschritten werden beispielhaft Durchkontaktierungen ausgebildet und Leiterflächen angeordnet. Die Isolierlage bildet hier insbesondere auch die elektrisch Isolation gegen andere Potentiale aller Durchkontaktierungen aus. Bevorzugt ausgebildet wird die Isolierlage, wie auch die Durchkontaktierungen oder die Verbindungen mit den Leiterflächen mittels aktueller, fachüblicher Techniken der Leiterplattenherstellung.
  • Weiterhin, aus Gründen der Übersichtlichkeit beabstandet, dargestellt ist eine erste und zweite Kühleinrichtung 80, 82. Die zweite Kühleinrichtung 82 ist hier wieder als Luftkühleinrichtung ausgebildet, wobei sie von allen Potentialen der Leistungshalbleitereinrichtung elektrisch isoliert angeordnet ist und wesentliche Bereiche der zweiten Hauptfläche 24 überdeckt. Die erste Kühleinrichtung 80, die vorzugsweise erst beim der Verwendung angeordnet wird ist als Flüssigkeitskühleinrichtung ausgebildet und wird zur ersten Hauptfläche 20 und elektrisch davon isoliert angeordnet.
  • 4 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine weitere Leistungshalbleitereinrichtung 1 in Ausgestaltung einer Einphasengleichrichterschaltung, bei der das erste und zweite Leistungshalbleiterbauelement 30 ,32 als zwei parallel geschaltete Leistungsdioden ausgebildet sind. Diese beiden jeweiligen Leistungsdioden sind jeweils in einer gemeinsamen Ausnehmung 22, 26 angeordnet. Hierbei ist die erste Ausnehmung 22 der ersten Hauptfläche 20 nicht vollständig zu der zweiten Ausnehmung 26 der zweiten Hauptfläche 24 versetzt. Die übrige Ausgestaltung des Metallformkörpers 2 entspricht derjenigen gemäß 1.
  • Die Ausgestaltung der ersten und zweiten Leiterfläche 60, 62 wie auch der Isolierlage als solcher mit den ersten und zweiten Durchkontaktierungen 50, 52 entspricht derjenigen gemäß 3.
  • 5 zeigt eine Draufsicht in Richtung der zweiten Hauptfläche 22 auf eine erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung. Dargestellt ist quasi von unten nach oben eine erste Leiterfläche 60, erste Leistungshalbleiterbauelemente 30, ein Metallformkörper 2, zweite Leistungshalbleiterbauelemente 32 angeordnet in zweiten Ausnehmungen 220, eine zweite Leiterfläche 62 sowie eine erste und eine zweite weitere Leiterfläche 610, 630.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die ersten Ausnehmungen, wie auch die Isolierlage im Sinn der 3 und 4, sowie eine erste und zweite Kühleinrichtung nicht dargestellt.
  • 6 zeigt eine erläuternde Schnittansicht einer Weiterbildung der Erfindung. Hierbei ist der Metallformkörper 2 derart weitergebildet, dass er im Inneren einen Hohlraum 90 zur Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente 30, 32 aufweist. Dieser Hohlraum 90 ist hier als ein Teil einer Heatpipe ausgebildet. Alternativ kann der Hohlraum auch Teil einer Luft- oder Flüssigkeitskühlung sein und hierzu nicht dargestellte Kühlrippen oder Kühlfinger aufweisen. Ein wesentlicher Vorteil der hiermit erzielten Kühlung des Metallformkörpers 2 liegt darin, dass der Wärmeübergang zu den Leistungshalbleiterbauelementen 30, 32 mit einem metallischen Werkstoff, wie beispielhaft Lot, erfolgen kann und somit der Wärmewiderstand bei diesem Übergang geringer ist als bei einem isolierenden Werkstoff.
  • Dieser Hohlraum samt zugehöriger weiterer Kühleinrichtung kann zusätzlich zur ersten oder zweiten oder beiden Kühleinrichtungen vorhanden sein. Deren effiziente Kühlung beruht insbesondere darauf, dass die Dicke und damit der Wärmewiderstand der Schichten aus isolierendem Werkstoff möglichst dünn ausgestaltet sind, ohne dabei die elektrische Sicherheit zu vernachlässigen.

Claims (11)

  1. Gekapselte Leistungshalbleitereinrichtung (1) mit einem Metallformkörper (2), der einen ersten Anschlussleiter ausbildet, wobei ausgehend von der ersten Hauptfläche (20) des Metallformkörpers (2) eine erste Ausnehmung (22) mit einer ersten Grundfläche (220) ausgebildet ist in der ein erstes Leistungshalbleiterbauelement (30) angeordnet ist, wobei dessen erste der ersten Grundfläche (220) zugewandte Kontaktfläche (300) mit dieser Grundfläche (220) elektrisch leitend verbunden ist, wobei ausgehend von der zweiten Hauptfläche (24) des Metallformkörpers (2) eine zweite Ausnehmung (26) mit einer zweiten Grundfläche (260) ausgebildet ist in der ein zweites Leistungshalbleiterbauelement (32) angeordnet ist, wobei dessen erste der zweiten Grundfläche (260) zugeordnete Kontaktfläche (320) mit dieser Grundfläche (260) elektrisch leitend verbunden ist, wobei auf beiden Hauptflächen (20, 24), zumindest die jeweilige Ausnehmung (22, 26) ausfüllend und vollständig überdeckend jeweils eine Isolierschicht (40, 42) angeordnet ist, wobei die erste Isolierschicht (40) eine elektrisch leitende erste Durchkontaktierung (50) aufweist, die eine zweite Kontaktfläche (302) des ersten Leistungshalbleiterbauelements (30) mit einer auf der ersten Isolierschicht (40) angeordneten ersten Leiterfläche (60) elektrisch leitend verbindet und wobei die zweite Isolierschicht (42) eine elektrisch leitende zweite Durchkontaktierung (52) aufweist, die eine zweite Kontaktfläche (322) des zweiten Leistungshalbleiterbauelements (32) mit einer auf der zweiten Isolierschicht (42) angeordneten zweiten Leiterfläche (62) elektrisch leitend verbindet, wobei das zweite Leistungshalbeiterbauelement (32) eine der Grundfläche (260) der zweiten Ausnehmung (26) abgewandte zweite weitere Kontaktfläche (330) aufweist und wobei dieser zweiten weiteren Kontaktfläche (330) eine zweite weitere Durchkontaktierung (530) zugeordnet ist, die diese zweite weitere Kontaktfläche (330) mit einer auf der zweiten Isolierschicht (42) angeordneten weiteren zweiten Leiterfläche (630) elektrisch leitend verbindet.
  2. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Anschlussleiter einen Wechselspannungsanschluss ausbildet und wobei die erste und zweite Leiterfläche (60, 62) weitere Anschlussleiter ausbilden, die die Gleichspannungsanschlüsse ausbilden.
  3. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Leiterflächen (60, 62) in thermischem Kontakt mit einer zugeordneten Kühleinrichtung (80, 82) steht, die auf der dem Metallformkörper (2) abgewandten Seite dieser Leiterfläche (60, 62) angeordnet, und vorzugsweise durch eine elektrisch isolierende Zwischenlage (70, 72) davon isoliert, ist.
  4. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Leistungshalbeiterbauelement (30) eine der Grundfläche (220) der ersten Ausnehmung (22) zugewandte erste weitere Kontaktfläche (310) aufweist, die vorzugsweise als Steuerkontaktfläche ausgebildet ist und wobei dieser ersten weitere Kontaktfläche (310) eine vom Metallformkörper (2) elektrisch isolierte erste weitere Durchkontaktierung (510) zugeordnet ist, die diese erste weitere Kontaktfläche (310) mit einer auf der zweiten Isolierschicht (42) angeordneten weiteren ersten Leiterfläche (610) elektrisch leitend verbindet.
  5. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite weitere Kontaktfläche (330) als Steuerkontaktfläche ausgebildet ist.
  6. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Leiterfläche (62), die erste weitere Leiterfläche (610) und die zweite weitere Leiterfläche (630) aus einer in sich strukturierten, und damit elektrisch voneinander isolierte Leiterbahnen ausbildenden, Metallfolie gebildet sind.
  7. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Leiterbahnen der Metallfolie auf der dem Metallformkörper (2) abgewandten Seite mit einer Isolierstofffolie bedeckt sind und vorzugsweise beide Folien adhäsiv miteinander verbunden sind.
  8. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei erste und zweite weitere Leiterfläche (610, 630) mit einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Leistungshalbleiterbauelemente (30, 32) verbunden sind.
  9. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Metallformkörper (2) einen Hohlraum (90) zur Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente (30, 32) aufweist.
  10. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 9, wobei der Hohlraum (90) einen Teil einer Heatpipe ausbildet.
  11. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 9, wobei der Hohlraum (90) dazu eingerichtet ist mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium durchströmt zu werden.
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