DE102019108988B3 - Leistungshalbleitermodul und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Leistungshalbleitermodul und verfahren zur herstellung desselben Download PDF

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Jürgen Högerl
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Abstract

Leistungshalbleitermodul mit einem Leistungshalbleiterchip, der zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat angeordnet und elektrisch mit dem ersten und zweiten Substrat gekoppelt ist, und einem Temperatursensor, der zwischen dem ersten und zweiten Substrat und seitlich neben dem Leistungshalbleiterchip angeordnet ist, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem ersten Substrat und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der ersten Seite angeordnet und elektrisch mit dem ersten Substrat gekoppelt ist und wobei ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt ist.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Leistungshalbleitermodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls.
  • HINTERGRUND
  • Leistungshalbleitermodule werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, zum Beispiel im Automobilbereich. Es kann gewünscht sein, Leistungshalbleitermodule in einem weiten Temperaturbereich mit geringen Leistungsreserven zu betreiben. Es kann auch wünschenswert sein, die Sperrschichttemperatur der in den Leistungshalbleitermodulen enthaltenen Leistungschips zu messen, um z.B. die Betriebseffizienz zu erhöhen. Das Hinzufügen eines Temperatursensors zu Leistungshalbleitermodulen kann jedoch das elektrische Routing komplizieren und die Streuinduktivität im Leistungshalbleitermodul erhöhen. Die Platzierung eines Temperatursensors an der Peripherie des Leistungshalbleitermoduls kann diese Probleme verringern, kann jedoch zu falschen oder langsamen Temperaturmessungen führen. Die US 2009/0140369 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul, bei welchem ein Chip zwischen einem DCB und einem Leiterrahmen angeordnet und elektrisch mit diesen verbunden ist. Ein Temperatursensor ist zwischen dem Chip und dem Leiterrahmen angeordnet, sodass eine Unterseite des Temperatursensors dem Chip und eine laterale Seite dem Leiterrahmen zugewandt ist. Weitere Leistungshalbeitermodule sind in der DE 10 2013 213 448 A1 , der EP 3 054 480 A2 und der US 2016/0240510 A1 offenbart. Neue Konzepte für Leistungshalbleitermodule und neue Verfahren zur Herstellung von Leistungshalbleitermodulen können helfen, diese Probleme zu überwinden.
  • Das Problem, auf dem die Erfindung beruht, wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Beispiele werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • KURZFASSUNG
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Leistungshalbleitermodul, umfassend: einen Leistungshalbleiterchip, der zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat angeordnet und elektrisch mit dem ersten und zweiten Substrat gekoppelt ist, und einen Temperatursensor, der zwischen dem ersten und zweiten Substrat und seitlich neben dem Leistungshalbleiterchip angeordnet ist, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem ersten Substrat und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der ersten Seite angeordnet und elektrisch mit dem ersten Substrat gekoppelt ist und wobei ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt ist.
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Leistungshalbleitermodul, umfassend: einen Leistungshalbleiterchip, der zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat angeordnet und elektrisch mit dem ersten und zweiten Substrat gekoppelt ist, und einen Temperatursensor, der zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat so angeordnet ist, dass eine erste Seite des Temperatursensors dem Leistungshalbleiterchip zugewandt ist und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster und ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt sind.
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen eines Leistungshalbleiterchips zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat und elektrisches Koppeln des Leistungshalbleiterchips mit dem ersten und zweiten Substrat und Anordnen eines Temperatursensors zwischen dem ersten und zweiten Substrat seitlich neben dem Leistungshalbleiterchip, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem ersten Substrat und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der ersten Seite angeordnet und elektrisch mit dem ersten Substrat gekoppelt ist und wobei ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt ist.
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen eines Leistungshalbleiterchips zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat und elektrisches Koppeln des Leistungshalbleiterchips mit dem ersten und zweiten Substrat und Anordnen eines Temperatursensors zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem Leistungshalbleiterchip zugewandt ist und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster und ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt sind.
  • Figurenliste
  • Die beiliegenden Zeichnungen illustrieren Beispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der Offenbarung. Andere Beispiele und viele der beabsichtigten Vorteile der Offenbarung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht zueinander. Gleiche Referenznummern bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
    • 1 zeigt eine Seitenansicht eines ersten Leistungshalbleitermoduls, bei dem ein Temperatursensor seitlich neben einem Leistungshalbleiterchip angeordnet ist.
    • 2 zeigt eine Seitenansicht eines zweiten Leistungshalbleitermoduls, wobei ein Temperatursensor seitlich neben einem Leistungshalbleiterchip zwischen zwei Wärmespreizern angeordnet ist.
    • 3 zeigt eine Seitenansicht eines dritten Leistungshalbleitermoduls, wobei ein Temperatursensor auf einem Leistungshalbleiterchip angeordnet ist.
    • 4 zeigt eine Seitenansicht eines vierten Leistungshalbleitermoduls, wobei ein Temperatursensor auf einer isolierenden Schicht über einem Leistungshalbleiterchip angeordnet ist.
    • 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls.
    • 6 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen. Für den Fachmann mag es jedoch offensichtlich sein, dass ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung mit einem geringeren Grad an spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt, um die Beschreibung eines oder mehrerer Aspekte der Offenbarung zu erleichtern. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, „oben“, „unten“ usw. verwendet, die sich auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) bezieht. Da die Komponenten der Offenbarung in verschiedenen Orientierungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung verwendet.
  • Die Begriffe „gekoppelt“ und „verbunden“ sowie deren Ableitungen können verwendet werden. Es sollte verstanden werden, dass diese Begriffe verwendet werden können, um anzuzeigen, dass zwei Elemente zusammenwirken oder miteinander interagieren, unabhängig davon, ob sie in direktem physischen oder elektrischen Kontakt stehen oder nicht; zwischen den „gekoppelten“, „gebundenen“ oder „verbundenen“ Elementen können Zwischenelemente oder Schichten vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die „gekoppelten“, „befestigten“ oder „verbundenen“ Elemente in direktem Kontakt miteinander stehen.
  • Der (die) unten beschriebene(n) Halbleiterchip(s) kann (können) aus speziellem Halbleitermaterial hergestellt sein, z.B. aus Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN oder aus jedem anderen Halbleitermaterial. Die nachfolgend beschriebenen Leistungshalbleitermodule können AC/DC- oder DC/DC-Wandlerschaltungen, Leistungs-MOS-Transistoren, Leistungs-Schottky-Dioden, JFETs (Junction Gate Field Effect Transistors), Leistungs-Bipolartransistoren, logisch integrierte Schaltungen usw. umfassen.
  • 1 zeigt eine Seitenansicht eines Leistungshalbleitermoduls 100, das ein erstes Substrat 101 und ein zweites Substrat 102, einen Leistungshalbleiterchip 103 und einen Temperatursensor 104 umfasst. Das erste und das zweite Substrat 101, 102 sind einander gegenüberliegend angeordnet, und der Leistungshalbleiterchip 103 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat 101, 102 angeordnet und elektrisch mit dem ersten und dem zweiten Substrat 101, 102 gekoppelt.
  • Der Temperatursensor 104 umfasst eine erste Seite 104_1 und eine gegenüberliegende zweite Seite 104_2, wobei der Temperatursensor 104 zwischen dem ersten und zweiten Substrat 101, 102 seitlich neben dem Leistungshalbleiterchip 103 so angeordnet ist, dass die erste Seite 104_1 dem ersten Substrat 101 und die zweite Seite 104_2 dem zweiten Substrat 102 zugewandt ist. Außerdem ist ein erster elektrischer Kontakt 105 des Temperatursensors 104 auf der ersten Seite 104_1 angeordnet und elektrisch mit dem ersten Substrat 101 gekoppelt und ein zweiter elektrischer Kontakt 106 des Temperatursensors 104 ist auf der zweiten Seite 104_2 angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat 102 gekoppelt.
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 kann so konfiguriert sein, dass es starke elektrische Ströme und/oder hohe Spannungen verarbeiten kann, und kann beispielsweise eine Halbbrückenschaltung, einen einzelnen Schalter oder eine Dreiphasenschaltung umfassen. Das Leistungshalbleitermodul 100 kann für den Einsatz in einem Fahrzeug, z.B. einem Automobil, konfiguriert sein. Das Leistungshalbleitermodul 100 kann externe Kontakte, z.B. Leistungs- und Steuerkontakte, umfassen. Nach einem Beispiel umfassen die Leistungskontakte einen ersten Leistungskontakt, der so konfiguriert ist, dass er an eine positive Versorgungsspannung (VDD) gekoppelt werden kann, einen zweiten Leistungskontakt, der so konfiguriert ist, dass er an eine negative Versorgungsspannung (VSS) gekoppelt werden kann, und einen dritten Leistungskontakt, der als Phase konfiguriert ist. Die externen Kontakte können zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat 101, 102 angeordnet sein, z.B. auf dem ersten Substrat 101 und/oder auf dem zweiten Substrat 102, und können z.B. mit dem ersten und/oder dem zweiten Substrat 101, 102 verlötet oder gesintert sein. Die externen Kontakte können Teil eines Leadframes sein.
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 kann für eine beidseitige Kühlung konfiguriert sein. Das heißt, das Leistungshalbleitermodul 100 kann so konfiguriert sein, dass es an dem ersten Substrat 101 und auch an dem zweiten Substrat 102 gekühlt wird. Zum Beispiel kann ein erster Kühlkörper auf dem ersten Substrat 101 und ein zweiter Kühlkörper auf dem zweiten Substrat 102 angeordnet werden. Der (Die) Kühlkörper kann (können) eine Metallplatte, einen Kühlkanal, der ein Kühlfluid enthält, usw. umfassen. Die ersten und/oder zweiten Substrate 101, 102 können direkt an die Kühlkörper gekoppelt sein oder sie können indirekt über eine Schicht aus thermischem Grenzflächenmaterial an die Kühlkörper gekoppelt sein.
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 kann alle geeigneten Abmessungen und Formen haben und kann beispielsweise eine Kantenlänge von 1 cm oder mehr, 5 cm oder mehr, 10 cm oder mehr usw. haben. Das Leistungshalbleitermodul 100 kann auch jede geeignete Gesamtdicke t1 haben. Die Gesamtdicke t1 kann z.B. 1,5 cm oder weniger, 1,2 cm oder weniger oder 0,8 cm oder weniger betragen. Darüber hinaus kann eine zwischen dem ersten und zweiten Substrat 101, 102 gemessene Dicke t2 z.B. 1,2cm oder weniger, 1cm oder weniger, 0,75cm oder weniger oder 0,65cm oder weniger betragen.
  • Das erste Substrat 101 und/oder das zweite Substrat 102 kann z.B. ein DCB (Direct-Copper-Bond), ein DAB (Direct-Aluminum-Bond), ein AMB (Active-Metal-Brazing), eine PCB (Leiterplatte) oder ein Leadframe sein. Das erste und das zweite Substrat 101, 102 können vom gleichen Typ oder von verschiedenen Typen sein. Der Leistungshalbleiterchip 103 und der Temperatursensor 104 können jeweils elektrisch mit Leiterbahnen des ersten Substrats 101 und des zweiten Substrats 102 gekoppelt sein. Auch die externen Kontakte des Leistungshalbleitermoduls 100 können elektrisch mit den Leiterbahnen gekoppelt sein.
  • Der Leistungshalbleiterchip 103 kann z.B. ein FET (Feldeffekttransistor) oder ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) sein. Der Leistungshalbleiterchip 103 kann eine vertikale Transistorstruktur aufweisen, wobei eine erste Leistungselektrode auf einer ersten Seite (dem ersten Substrat 101 zugewandt) und eine zweite Leistungselektrode auf einer zweiten Seite (dem zweiten Substrat 102 zugewandt) angeordnet ist. Die erste Leistungselektrode kann mit dem ersten Substrat 101 elektrisch gekoppelt sein, z.B. durch eine Lötverbindung oder eine Sinterverbindung. Die zweite Leistungselektrode kann elektrisch mit dem zweiten Substrat 102 gekoppelt sein, z.B. durch eine Löt- oder Sinterverbindung.
  • Nach einem Beispiel kann ein leitender Abstandshalter z.B. zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Substrat 102 angeordnet sein. Der leitende Abstandshalter kann z.B. einen Metallblock wie einem Cu-Block umfassen.
  • Der Leistungshalbleiterchip 103 kann eine Steuerelektrode, z.B. eine Gate-Elektrode, umfassen, die auf der zweiten Seite angeordnet ist. Die Steuerelektrode kann mit dem zweiten Substrat 102 elektrisch gekoppelt sein, z.B. durch eine Löt- oder Sinterverbindung. Zwischen der Steuerelektrode und dem zweiten Substrat 102 kann ein weiterer leitender Abstandshalter angeordnet sein. Der weitere leitende Abstandshalter kann z.B. eine Lotkugel umfassen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Steuerelektrode mit dem ersten Substrat 101 elektrisch gekoppelt wird, z.B. mit einem Bonddraht.
  • Der Temperatursensor 104 kann jeder geeignete Typ von Temperatursensor sein. Der Temperatursensor 104 kann z.B. einen Thermistor, d.h. einen Widerstand mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, umfassen. Der Temperatursensor 104 kann z.B. einen NTC (negativer thermischer Koeffizient) umfassen.
  • Der Temperatursensor 104 kann im Leistungshalbleitermodul 100 vertikal angeordnet sein, d.h. der erste elektrische Kontakt 105 ist dem ersten Substrat zugewandt und der zweite elektrische Kontakt 106 ist dem zweiten Substrat zugewandt. Außerdem kann ein Stromfluss oder Spannungsabfall entlang des Temperatursensors 104 zwischen dem ersten und zweiten Substrat 101, 102 stattfinden.
  • Der erste elektrische Kontakt 105 kann über das erste Substrat 101 mit einem ersten externen Steuerkontakt des Leistungshalbleitermoduls 100 elektrisch gekoppelt sein und der zweite elektrische Kontakt 106 kann über das zweite Substrat 102 mit einem zweiten externen Steuerkontakt des Leistungshalbleitermoduls 100 elektrisch gekoppelt sein. Nach einem Beispiel sind der erste und der zweite externe Steuerkontakt jeweils auf dem ersten Substrat 101 oder auf dem zweiten Substrat 102 angeordnet, z.B. nebeneinander.
  • Der Temperatursensor 104 kann mit dem ersten Substrat 101 über eine Löt- oder Sinterverbindung und mit dem zweiten Substrat 102 über eine weitere Löt- oder Sinterverbindung elektrisch gekoppelt sein. Nach einem Beispiel ist ein leitender Abstandshalter zwischen dem ersten Substrat 101 und dem ersten elektrischen Kontakt 105 und/oder ein leitender Abstandshalter zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt 106 und dem zweiten Substrat 102 angeordnet. Der/die leitende(n) Abstandshalter kann/können z.B. einen Metallblock wie einen Cu-Block umfassen. Der/die leitende(n) Abstandhalter kann/können so konfiguriert sein, dass er/sie als Wärmespreizer wirkt/wirken.
  • Der Temperatursensor 104 kann im Wesentlichen „flach“ sein, d.h. der Temperatursensor 104 kann senkrecht zur Richtung t1 eine Länge und Breite haben, die größer sind als seine Dicke entlang t1. Der Temperatursensor 104 kann z.B. eine Länge und Breite von 2 mm oder weniger, 1,5 mm oder weniger oder 1 mm oder weniger haben. Der Temperatursensor 104 kann z.B. eine Dicke von 1 mm oder weniger, 0,5 mm oder weniger oder 0,2 mm oder weniger haben.
  • Der Temperatursensor 104 und der Leistungshalbleiterchip 103 sind nicht monolithisch aufgebaut. Stattdessen ist der Temperatursensor 104 ein separates Bauteil und ist z.B. seitlich neben dem Leistungshalbleiterchip 103, z.B. in einem definierten Abstand, angeordnet. Der genaue Abstand zwischen dem Temperatursensor 104 und dem Leistungshalbleiterchip 103 kann ein Kompromiss sein zwischen der Platzierung des Temperatursensors 104 so nahe wie möglich neben dem Leistungshalbleiterchip 103 zur Verbesserung der Genauigkeit der Temperaturerfassung und der Notwendigkeit, elektrisches Routing auf dem ersten und zweiten Substrat 101, 102 für den Leistungshalbleiterchip 103 bereitzustellen.
  • Nach einem Beispiel umfasst das Leistungshalbleitermodul 100 einen ersten Leistungshalbleiterchip und einen zweiten Leistungshalbleiterchip (z.B. dem Leistungshalbleiterchip 103). Der erste Leistungshalbleiterchip kann ein High-Side-Schalter (z.B. einer Halbbrückenschaltung) und der zweite Leistungshalbleiterchip ein Low-Side-Schalter (z.B. der Halbbrückenschaltung) sein. In diesem Fall kann der Temperatursensor 104 neben dem Low-Side-Schalter angeordnet und so konfiguriert sein, dass er die Sperrschichttemperatur am Low-Side-Schalter misst. Die Anordnung des Temperatursensors 104 neben dem Low-Side-Schalter anstelle des High-Side-Schalters kann die erforderliche elektrische Isolierung zwischen dem Temperatursensor 104 und dem jeweiligen Leistungshalbleiterchip verringern.
  • Nach einem Beispiel kann das Leistungshalbleitermodul 100 auch einen Formkörper umfassen (nicht in 1 dargestellt). Der Formkörper kann z.B. zwischen dem ersten und zweiten Substrat 101, 102 angeordnet sein. Der Formkörper kann den Leistungshalbleiterchip 103 und auch den Temperatursensor 104 verkapseln. Der Formkörper kann auch in einem Spalt zwischen dem Temperatursensor 104 und dem Leistungshalbleiterchip 103 angeordnet sein. Die Außenflächen des ersten und zweiten Substrats 101, 102, die vom Leistungshalbleiterchip 103 und dem Temperatursensor 104 abgewandt sind, müssen nicht von dem Formkörper bedeckt sein.
  • Der Temperatursensor 104 kann so konfiguriert sein, dass er eine Temperatur innerhalb des Leistungshalbleitergehäuses 100 misst. Zum Beispiel kann der Leistungshalbleiterchip 103 je nach seiner aktuellen Arbeitsbelastung eine bestimmte Menge an Wärme erzeugen, und der Temperatursensor 104 kann so konfiguriert sein, dass er die aktuelle Chiptemperatur misst. Es kann wünschenswert sein, die Temperatur des Leistungshalbleiterchips 103 sehr genau (z.B. innerhalb einer Fehlerspanne von ±2% bis 5%) und mit sehr geringer Zeitverzögerung (z.B. weniger als eine Mikrosekunde) zu messen. Dadurch kann es möglich sein, das Leistungshalbleitermodul 100 in einem weiten Temperaturbereich mit nur geringer Leistungsreserve zu betreiben. Die Erfordernis, eine große Leistungsspanne berücksichtigen zu müssen, kann die Kosten eines Leistungshalbleitermoduls erhöhen, da dafür mehr von der teuren Leistungsfläche eines Leistungshalbleiterchips zur Verfügung gestellt werden muss.
  • Der Temperatursensor 104 ist elektrisch an beide Substrate 101, 102 gekoppelt und benötigt daher möglicherweise weniger Platz (insbesondere weniger Platz für die elektrische Leiterbahn) auf jedem einzelnen Substrat 101, 102 im Vergleich zu einem Sensor, bei dem beide Kontakte an dasselbe Substrat gekoppelt sind. Der Temperatursensor 104 kann auch weniger vertikalen Platz (entlang der Richtung t1) benötigen als herkömmliche Temperatursensoren (die eine Höhe von 1,2 mm entlang der Richtung t1 aufweisen können).
  • Die Verwendung eines separaten Temperatursensors 104 und eines Leistungshalbleiterchips 103 anstelle der monolithischen Integration beider Komponenten in einem einzigen Chip kann helfen, Kosten zu sparen. Der Leistungshalbleiterchip 103 kann zum Beispiel aus SiC bestehen, das um ein Vielfaches teurer sein kann als das Material, aus dem der Temperatursensor 104 besteht.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren Leistungshalbleitermoduls 200. Das Leistungshalbleitermodul 200 kann ähnlich oder identisch mit dem Leistungshalbleitermodul 100 sein, mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede.
  • Das Leistungshalbleitermodul 200 umfasst das erste und zweite Substrat 101, 102, den Leistungshalbleiterchip 103 und den Temperatursensor 104. Das Leistungshalbleitermodul 200 kann außerdem einen ersten leitenden Abstandshalter 201, einen zweiten leitenden Abstandshalter 202 und einen dritten leitenden Abstandshalter 203 umfassen.
  • Der erste und zweite leitende Abstandshalter 201, 202 können auch als „Wärmespreizer“ bezeichnet werden und sie können so konfiguriert sein, dass sie die vom Leistungshalbleiterchip 103 erzeugte Wärme über den Temperatursensor 104 verteilen.
  • Der erste leitende Abstandshalter 201 kann zwischen dem Temperatursensor 104 (insbesondere dem ersten elektrischen Kontakt 105) und dem ersten Substrat 101 und der zweite leitende Abstandshalter 202 kann zwischen dem Temperatursensor 104 (insbesondere dem zweiten elektrischen Kontakt 106) und dem zweiten Substrat 102 angeordnet sein. Der dritte leitende Abstandshalter 203 kann zwischen dem Leistungshalbleiterchip 103 (insbesondere einer Leistungselektrode) und dem zweiten Substrat 102 angeordnet sein. Die leitenden Abstandshalter 201, 202 und 203 können mit dem ersten und/oder zweiten Substrat 101, 102 durch Löt- oder Sinterverbindungen gekoppelt sein. Die leitenden Abstandshalter 201, 202 und 203 können mit dem Temperatursensor 104 bzw. dem Leistungshalbleiterchip 103 über Löt- oder Sinterverbindungen gekoppelt sein. Nach einem Beispiel können zumindest einige der Lötverbindungen Diffusionslot umfassen. Die leitenden Abstandshalter 201, 202 und 203 können Metallblöcke sein und ein geeignetes Metall wie Al oder Cu oder eine Metalllegierung enthalten.
  • Nach einem Beispiel können die ersten und zweiten leitenden Abstandshalter 201, 202 kleinere seitliche Abmessungen als der Temperatursensor 104 haben. Insbesondere kann sich der Temperatursensor 104 über den Umfang des ersten und zweiten leitenden Abstandshalters 201, 202 in allen seitlichen Richtungen erstrecken, wie in 2 dargestellt. Dies kann die Gefahr von Spannungsüberschlägen zwischen dem ersten und zweiten leitenden Abstandshalter 201, 202 verringern.
  • Nach einem anderen Beispiel können die leitenden Abstandshalter 201, 202 stattdessen größere laterale Abmessungen als der Temperatursensor 104 haben und sich insbesondere über den Umfang des Temperatursensors 104 in allen seitlichen Richtungen erstrecken.
  • Das Leistungshalbleitermodul 200 kann auch eine oder mehrere Kontaktkugeln 204 umfassen, die zwischen dem Leistungshalbleiterchip 103 und dem zweiten Substrat 101 angeordnet sind. Die Kontaktkugel(n) 204 kann (können) z.B. aus einem Lötmaterial bestehen. Die eine oder mehrere Kontaktkugeln 204 können so konfiguriert sein, dass sie eine oder mehrere Steuerelektroden (z.B. eine Gate-Elektrode) auf dem Leistungshalbleiterchip 103 mit dem zweiten Substrat 102 koppeln. Nach einem Beispiel werden anstelle von Kontaktkugeln Bonddrähte verwendet. Nach einem weiteren Beispiel werden anstelle von Kontaktkugeln ein oder mehrere weitere leitende Abstandshalter verwendet.
  • 3 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren Leistungshalbleitermoduls 300, das zu den Leistungshalbleitermodulen 100 und 200 ähnlich oder identisch sein kann, mit Ausnahme der unten beschriebenen Unterschiede.
  • Anstatt wie bei den Leistungshalbleitermodulen 100 und 200 den Temperatursensor und den Leistungshalbleiterchip seitlich nebeneinander anzuordnen, ist beim Leistungshalbleitermodul 300 der Temperatursensor 301 auf dem Leistungshalbleiterchip 103 angeordnet. Eine erste Seite des Temperatursensors 301 ist dem Leistungshalbleiterchip 103 zugewandt und eine gegenüberliegende zweite Seite dem zweiten Substrat 102.
  • Das Leistungshalbleitermodul 300 umfasst einen leitenden Abstandshalter 302, der eine Leistungselektrode des Leistungshalbleiterchips 103 mit dem zweiten Substrat 102 koppelt. Der leitende Abstandshalter 302 umfasst eine Kavität 304 und der Temperatursensor 301 ist innerhalb der Kavität 304 angeordnet. Der leitende Abstandshalter 302 kann bis auf die Kavität 304 identisch mit dem dritten leitenden Abstandshalter 203 des Leistungshalbleitermoduls 200 sein.
  • Die Kavität 304 kann z.B. die Form einer Stufe, eines Ausschnitts oder einer im Wesentlichen rechteckigen Einbuchtung im leitenden Abstandshalter 302 haben. Die Kavität 304 kann an einem distalen Ende des leitenden Abstandshalters gegenüber dem zweiten Substrat 102 so angeordnet sein, dass der Temperatursensor 301 innerhalb der Kavität mit dem zweiten Substrat 102 gekoppelt sein kann. Der Temperatursensor 301 kann zum Beispiel in direktem Kontakt mit dem zweiten Substrat 102 stehen. Der leitende Abstandshalter 302 kann so konfiguriert sein, dass ein elektrischer Strom durch den leitenden Abstandshalter 302 seitlich neben der Kavität 304 zwischen dem Leistungshalbleiterchip 103 und dem zweiten Substrat 102 fließen kann.
  • Zwischen dem leitenden Abstandshalter 302 und dem Temperatursensor 301 kann eine Isolierschicht 303 angeordnet sein. Die Isolierschicht 303 kann so konfiguriert sein, dass sie den Temperatursensor 301 vom leitenden Abstandshalter 302 (und auch vom Leistungshalbleiterchip 103) elektrisch isoliert. Die Isolierschicht 303 kann zum Beispiel ein Polymer, einen Kunststoff oder eine Keramik umfassen. Die Isolierschicht 303 kann ausreichend dick sein, um den Temperatursensor 301 wirksam vom leitenden Abstandshalter 302 zu isolieren.
  • Nach einem Beispiel kann die Isolierschicht 303 auf dem Temperatursensor 301 bereitgestellt werden. Bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 300 wird der Temperatursensor 300 mit der bereits aufgebrachten Isolierschicht 303 innerhalb der Kavität 304 angeordnet. Nach einem anderen Beispiel wird die Isolierschicht 303 auf der Oberfläche der Kavität 304 angebracht. In diesem Fall wird bei der Herstellung des Leistungshalbleitermoduls 300 der Temperatursensor 301 in der Kavität 304 über der Isolierschicht 303 angeordnet. In jedem Fall kann die Bereitstellung der Isolierschicht 303 die Abscheidung der Isolierschicht 303 mit einer geeigneten Oberflächenbeschichtungstechnik umfassen.
  • Nach einem Beispiel kann der Temperatursensor 301 in Form eines verkapselten Chips (z.B. eines verkapselten NTC) bereitgestellt werden, und die Isolierschicht 303 kann dem Verkapselungskörper entsprechen.
  • Nach einem Beispiel kann es in dem Falle, dass die Isolierschicht 303 auf dem Temperatursensor 301 bereitgestellt wird, notwendig sein, die Isolierschicht 303 so zu beschneiden, dass der Temperatursensor 301 sauber in die Kavität 304 passt. Das Trimmen kann zum Beispiel ein Lasertrimmen für hohe Genauigkeit umfassen.
  • Die Isolierschicht 303 kann den Temperatursensor 303 nur auf den Seiten bedecken, die dem leitenden Abstandshalter 302 zugewandt sind. Nach einem Beispiel ist es jedoch auch möglich, dass die Isolierschicht 303 zusätzliche Seiten des Temperatursensors 301 bedeckt, insbesondere alle Seiten.
  • Der Temperatursensor 301 kann einen ersten elektrischen Kontakt 305 und einen zweiten elektrischen Kontakt 306 umfassen. Der erste und der zweite elektrische Kontakt 305, 306 können beide auf der zweiten Seite des Temperatursensors 301 gegenüber dem zweiten Substrat 102 angeordnet sein. Der erste und der zweite elektrische Kontakt 305, 306 können mit Leiterbahnen auf dem zweiten Substrat 102 gekoppelt sein. Für den Fall, dass die Isolierschicht 303 die zweite Seite des Temperatursensors 301 bedeckt, können der erste und zweite elektrische Kontakt 305, 306 an der Isolierschicht 303 freigelegt sein.
  • Im Gegensatz zum Temperatursensor 104 darf der Temperatursensor 301 nicht auf gegenüberliegenden Seiten elektrische Kontakte aufweisen, sondern nur auf einer Seite (z.B. der zweiten Seite wie oben beschrieben). Daher kann ein Stromfluss oder Spannungsabfall durch den Temperatursensor 301 nicht in vertikaler, sondern in horizontaler Richtung (senkrecht zur Richtung von t1) erfolgen.
  • Abgesehen von den oben beschriebenen Unterschieden kann der Temperatursensor 301 mit dem Temperatursensor 104 der Leistungshalbleitermodule 100 und 200 identisch sein.
  • Die Platzierung des Temperatursensors 301 über dem Leistungshalbleiterchip 103 kann den Vorteil sehr schneller und genauer Messungen der Sperrschichttemperatur bieten. Der Temperatursensor 301 kann auch weniger durch ein thermisches Streufeld innerhalb des Leistungshalbleitermoduls 300 beeinflusst sein. Die Anordnung des Temperatursensors 301 im Leistungshalbleitermodul 300 kann auch weniger Platz beanspruchen als andere Anordnungen (z.B. laterale Anordnungen). Darüber hinaus kann der Temperatursensor 301 nach einem Beispiel ohne einen Lötschritt in der Kavität 304 angeordnet sein.
  • 4 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren Leistungshalbleitermoduls 400, das zu dem Leistungshalbleitermodul 300 ähnlich oder identisch sein kann, mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede.
  • Beim Leistungshalbleitermodul 400 ist der Temperatursensor 301 nicht in einer Kavität eines leitenden Abstandshalters angeordnet. Stattdessen ist der Temperatursensor 301 auf einem isolierenden Träger 401 angeordnet. Der isolierende Träger 401 ist zwischen dem Leistungshalbleiterchip 103 und dem zweiten Substrat 102 angeordnet und kann so konfiguriert sein, dass er den Temperatursensor 301 vom Leistungshalbleiterchip 103 elektrisch isoliert. Außerdem kann ein leitender Abstandshalter 402 zwischen dem Leistungshalbleiterchip 103 und dem zweiten Substrat 102 (seitlich neben dem isolierenden Träger 401) angeordnet sein.
  • Der Temperatursensor 301 kann auf dem isolierenden Träger 401 so angeordnet sein, dass er in direktem Kontakt mit dem zweiten Substrat 102 steht. Zur Kopplung des Temperatursensors 301 (insbesondere der elektrischen Kontakte 305, 306) an das zweite Substrat 102 kann eine Löt- oder Sinterverbindung verwendet werden. Falls eine Lötstelle verwendet wird, kann jedes geeignete Lot, z.B. ein Diffusionslot, verwendet werden.
  • Der isolierende Träger 401 kann jedes geeignete elektrisch isolierende Material enthalten oder aus diesem bestehen. Der isolierende Träger 401 kann beispielsweise Keramik, Kunststoff oder Polymer umfassen oder aus diesen bestehen. Der isolierende Träger 401 kann aus einem kohäsiven Materialblock bestehen. Der isolierende Träger 401 kann z.B. in einem Bestückungsverfahren auf dem Leistungshalbleiterchip 103 angeordnet werden. Nach einem Beispiel kann der isolierende Träger 401 auf dem Leistungshalbleiterchip 103 z.B. mit Klebstoff befestigt sein. Weiterhin kann der Temperatursensor 301 auf dem isolierenden Träger 401 z.B. mit Klebstoff befestigt sein.
  • Der leitende Abstandshalter 402 kann identisch mit dem leitenden Abstandshalter 302 des Leistungshalbleitermoduls 300 sein, außer dass er keine Kavität für den Temperatursensor 401 enthalten muss.
  • Der isolierende Träger 401 und der leitende Abstandshalter 402 können aneinander liegen oder es kann ein Spalt zwischen dem isolierenden Träger 401 und dem leitenden Abstandshalter 402 bestehen. Darüber hinaus kann auch ein Spalt zwischen dem Temperatursensor 401 und dem leitenden Abstandshalter 402 vorhanden sein. Das Leistungshalbleitermodul 400 kann einen Formkörper umfassen, wobei das Formmaterial insbesondere in einem Spalt zwischen dem isolierenden Träger 401 und dem leitenden Abstandshalter 402 und/oder in einem Spalt zwischen dem Temperatursensor 301 und dem leitenden Abstandshalter 402 angeordnet sein kann.
  • Im Vergleich zum Leistungshalbleitermodul 300 kann es einfacher sein, den Temperatursensor 301 auf dem isolierenden Träger 401 anzuordnen, anstatt ihn in der Kavität 304 anzuordnen. Die Anordnung des Temperatursensors 301 im Leistungshalbleitermodul 400 kann jedoch noch immer den erwähnten Vorteil sehr schneller und genauer Temperaturmessungen im Vergleich zum Leistungshalbleitermodul 300 bieten.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls. Das Verfahren 500 kann zum Beispiel zur Herstellung der Leistungshalbleitermodule 100 und 200 verwendet werden.
  • Das Verfahren 500 umfasst bei 501 das Anordnen eines Leistungshalbleiterchips zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat und die elektrische Kopplung des Leistungshalbleiterchips mit dem ersten und zweiten Substrat und bei 502 das Anordnen eines Temperatursensors zwischen dem ersten und zweiten Substrat seitlich neben dem Leistungshalbleiterchip, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem ersten Substrat und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der ersten Seite angeordnet und elektrisch mit dem ersten Substrat gekoppelt ist und wobei ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt ist.
  • Nach einem Beispiel umfasst das Verfahren 500 ferner die Anordnung eines ersten Wärmespreizers zwischen der ersten Seite des Temperatursensors und dem ersten Substrat und die Anordnung eines zweiten Wärmespreizers zwischen der zweiten Seite und dem zweiten Substrat.
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens 600 zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls. Das Verfahren 600 kann z.B. zur Herstellung der Leistungshalbleitermodule 300 und 400 verwendet werden.
  • Das Verfahren 600 umfasst bei 601 das Anordnen eines Leistungshalbleiterchips zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat und das elektrische Koppeln des Leistungshalbleiterchips mit dem ersten und zweiten Substrat und bei 602 das Anordnen eines Temperatursensors zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem Leistungshalbleiterchip und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster und ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt sind.
  • Nach einem Beispiel umfasst das Verfahren 600 ferner die Anordnung eines elektrisch leitenden Abstandshalters zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat und die elektrische Kopplung einer Leistungselektrode des Leistungshalbleiterchips mit dem zweiten Substrat unter Verwendung des Abstandshalters.
  • BEISPIELE
  • Im Folgenden werden die Leistungshalbleitermodule und die Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls anhand bestimmter Beispiele näher erläutert.
  • Beispiel 1 ist ein Leistungshalbleitermodul, das folgendes umfasst: einen Leistungshalbleiterchip, der zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat angeordnet und elektrisch mit dem ersten und zweiten Substrat gekoppelt ist, einen Temperatursensor, der zwischen dem ersten und zweiten Substrat seitlich neben dem Leistungshalbleiterchip angeordnet ist, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem ersten Substrat und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der ersten Seite angeordnet und elektrisch mit dem ersten Substrat gekoppelt ist und wobei ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt ist.
  • Beispiel 2 ist das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 1, das ferner umfasst: einen ersten Wärmespreizer und einen zweiten Wärmespreizer, wobei der erste Wärmespreizer zwischen der ersten Seite des Temperatursensors und dem ersten Substrat und der zweite Wärmespreizer zwischen der zweiten Seite und dem zweiten Substrat angeordnet ist.
  • Beispiel 3 ist das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 2, wobei der erste Wärmespreizer ein erster Metallblock ist und der zweite Wärmespreizer ein zweiter Metallblock ist.
  • Beispiel 4 ist das Leistungshalbleitermodul aus Beispiel 2 oder 3, wobei sich der Temperatursensor in allen lateralen Richtungen über den Umfang des ersten und zweiten Wärmespreizers hinaus erstreckt.
  • Beispiel 5 ist das Leistungshalbleitermodul aus einem der Beispiele 2 bis 4, wobei der Temperatursensor unter Verwendung von Diffusionslot an den ersten und zweiten Wärmespreizer gekoppelt ist.
  • Beispiel 6 ist das Leistungshalbleitermodul aus einem der vorhergehenden Beispiele, wobei der Temperatursensor einen Widerstand mit einem negativen Wärmekoeffizienten aufweist.
  • Beispiel 7 ist das Leistungshalbleitermodul eines der vorhergehenden Beispiele, wobei das erste und das zweite Substrat Substrate eines der folgenden Typen sind: Direct-Copper-Bonding, Direct-Aluminum-Bonding oder Active-Metal-Brazing.
  • Beispiel 8 ist ein Leistungshalbleitermodul, umfassend: einen Leistungshalbleiterchip, der zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat angeordnet und elektrisch mit dem ersten und zweiten Substrat gekoppelt ist, einen Temperatursensor, der zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat so angeordnet ist, dass eine erste Seite des Temperatursensors dem Leistungshalbleiterchip zugewandt ist und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster und ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt sind.
  • Beispiel 9 ist das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 8, ferner umfassend: einen elektrisch leitenden Abstandshalter, der zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat angeordnet ist und eine Leistungselektrode des Leistungshalbleiterchips mit dem zweiten Substrat elektrisch koppelt.
  • Beispiel 10 ist das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 9, wobei der Temperatursensor innerhalb einer Kavität im Abstandshalter angeordnet ist.
  • Beispiel 11 ist das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 10, ferner umfassend: eine elektrisch isolierende Schicht, die zwischen dem Temperatursensor und dem Abstandshalter gebildet ist, um den Temperatursensor vom Abstandshalter elektrisch zu isolieren.
  • Beispiel 12 ist das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 9, ferner umfassend: einen elektrisch isolierenden Träger, der zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat seitlich neben dem Abstandshalter angeordnet ist, wobei der Temperatursensor auf dem Träger angeordnet und durch den Träger elektrisch vom Leistungshalbleiterchip isoliert ist.
  • Beispiel 13 ist das Leistungshalbleitermodul von Beispiel 12, wobei der Träger Keramik umfasst oder aus Keramik besteht.
  • Beispiel 14 ist das Leistungshalbleitermodul aus einem der vorhergehenden Beispiele, ferner umfassend: eine Lotkugel, die zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat angeordnet ist und eine Steuerelektrode des Leistungshalbleiterchips mit dem zweiten Substrat elektrisch koppelt.
  • Beispiel 15 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen eines Leistungshalbleiterchips zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat und elektrisches Koppeln des Leistungshalbleiterchips mit dem ersten und zweiten Substrat, Anordnen eines Temperatursensors zwischen dem ersten und zweiten Substrat seitlich neben dem Leistungshalbleiterchip, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem ersten Substrat und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der ersten Seite angeordnet und elektrisch mit dem ersten Substrat gekoppelt ist und wobei ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt ist.
  • Beispiel 16 ist das Verfahren des Beispiels 15, das ferner umfasst: Anordnen eines ersten Wärmespreizers zwischen der ersten Seite des Temperatursensors und dem ersten Substrat und Anordnen eines zweiten Wärmespreizers zwischen der zweiten Seite und dem zweiten Substrat.
  • Beispiel 17 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen eines Leistungshalbleiterchips zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat und elektrisches Koppeln des Leistungshalbleiterchips mit dem ersten und zweiten Substrat, Anordnen eines Temperatursensors zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem Leistungshalbleiterchip und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster und ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt sind.
  • Beispiel 18 ist das Verfahren des Beispiels 17, ferner umfassend: Anordnen eines elektrisch leitenden Abstandshalters zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat und elektrisches Koppeln einer Leistungselektrode des Leistungshalbleiterchips mit dem zweiten Substrat unter Verwendung des Abstandshalters.
  • Beispiel 19 ist eine Vorrichtung mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens aus einem der Beispiele 15 bis 18.
  • Obwohl die Offenbarung in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen illustriert und beschrieben wurde, können an den illustrierten Beispielen Änderungen und/oder Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Insbesondere in Bezug auf die verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Baugruppen, Vorrichtungen, Schaltkreise, Systeme usw.) erfüllt werden, sollen die zur Beschreibung dieser Komponenten verwendeten Begriffe (einschließlich eines Verweises auf ein „Mittel“), sofern nicht anders angegeben, allen Komponenten oder Strukturen entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente erfüllen (z.B. funktional gleichwertig sind), auch wenn sie nicht strukturell gleichwertig zu der offengelegten Struktur sind, die die Funktion in den hier illustrierten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung erfüllt.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Leistungshalbleitermodul
    101
    erstes Substrat
    102
    zweites Substrat
    103
    Leistungshalbleiterchip
    104
    Temperatursensor
    104_1
    erste Seite
    104_2
    zweite Seite
    105
    erster elektrischer Kontakt
    106
    zweiter elektrischer Kontakt
    200
    Leistungshalbleitermodul
    201
    erster leitender Abstandshalter
    202
    zweiter leitender Abstandshalter
    203
    dritter leitender Abstandshalter
    204
    Kontaktkugel
    300
    Leistungshalbleitermodul
    301
    Temperatursensor
    302
    leitender Abstandshalter
    303
    Isolierschicht
    304
    Kavität
    305
    erster elektrischer Kontakt
    306
    zweiter elektrischer Kontakt
    400
    Leistungshalbleitermodul
    401
    isolierender Träger
    402
    leitender Abstandshalter

Claims (18)

  1. Leistungshalbleitermodul, umfassend: einen Leistungshalbleiterchip, der zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat angeordnet und elektrisch mit dem ersten und zweiten Substrat gekoppelt ist, einen Temperatursensor, der zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat so angeordnet ist, dass eine erste Seite des Temperatursensors dem Leistungshalbleiterchip und eine gegenüberliegende zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster und ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt sind.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen elektrisch leitenden Abstandshalter, der zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat angeordnet ist und eine Leistungselektrode des Leistungshalbleiterchips mit dem zweiten Substrat elektrisch koppelt.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, wobei der Temperatursensor innerhalb einer Kavität im Abstandshalter angeordnet ist.
  4. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine elektrisch isolierende Schicht, die zwischen dem Temperatursensor und dem Abstandshalter gebildet ist, um den Temperatursensor vom Abstandshalter elektrisch zu isolieren.
  5. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen elektrisch isolierenden Träger, der zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat seitlich neben dem Abstandshalter angeordnet ist, wobei der Temperatursensor auf dem Träger angeordnet und vom Leistungshalbleiterchip durch den Träger elektrisch isoliert ist.
  6. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 5, wobei der Träger Keramik umfasst oder aus Keramik besteht.
  7. Leistungshalbleitermodul, umfassend: einen Leistungshalbleiterchip, der zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat angeordnet und elektrisch mit dem ersten und zweiten Substrat gekoppelt ist, einen Temperatursensor, der zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat und seitlich neben dem Leistungshalbleiterchip so angeordnet ist, dass eine erste Seite des Temperatursensors dem ersten Substrat und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der ersten Seite angeordnet und elektrisch mit dem ersten Substrat gekoppelt ist und wobei ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt ist.
  8. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 7, ferner umfassend: einen ersten Wärmespreizer und einen zweiten Wärmespreizer, wobei der erste Wärmespreizer zwischen der ersten Seite des Temperatursensors und dem ersten Substrat und der zweite Wärmespreizer zwischen der zweiten Seite und dem zweiten Substrat angeordnet ist.
  9. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 8, wobei der erste Wärmespreizer ein erster Metallblock ist und wobei der zweite Wärmespreizer ein zweiter Metallblock ist.
  10. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 8 oder 9, wobei sich der Temperatursensor in allen seitlichen Richtungen über den Umfang des ersten und zweiten Wärmespreizers hinaus erstreckt.
  11. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Temperatursensor durch Diffusionslot mit dem ersten und zweiten Wärmespreizer gekoppelt ist.
  12. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Temperatursensor einen Widerstand mit einem negativen Wärmekoeffizienten aufweist.
  13. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und zweite Substrat Substrate eines der folgenden Typen sind: Direct-Copper-Bond, Direct-Aluminum-Bond oder Active-Metal-Brazing.
  14. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Lotkugel, die zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat angeordnet ist und eine Steuerelektrode des Leistungshalbleiterchips mit dem zweiten Substrat elektrisch koppelt.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen eines Leistungshalbleiterchips zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat und elektrisches Koppeln des Leistungshalbleiterchips mit dem ersten und zweiten Substrat, Anordnen eines Temperatursensors zwischen dem ersten und zweiten Substrat seitlich neben dem Leistungshalbleiterchip, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem ersten Substrat und eine zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der ersten Seite angeordnet und elektrisch mit dem ersten Substrat gekoppelt ist und wobei ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Anordnen eines ersten Wärmespreizers zwischen der ersten Seite des Temperatursensors und dem ersten Substrat und Anordnen eines zweiten Wärmespreizers zwischen der zweiten Seite und dem zweiten Substrat.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Verfahren umfasst: Anordnen eines Leistungshalbleiterchips zwischen einem ersten und einem zweiten Substrat und elektrisches Koppeln des Leistungshalbleiterchips an das erste und zweite Substrat, Anordnen eines Temperatursensors zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat, sodass eine erste Seite des Temperatursensors dem Leistungshalbleiterchip und eine gegenüberliegende zweite Seite des Temperatursensors dem zweiten Substrat zugewandt ist, wobei ein erster und ein zweiter elektrischer Kontakt des Temperatursensors auf der zweiten Seite angeordnet und elektrisch mit dem zweiten Substrat gekoppelt sind.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: Anordnen eines elektrisch leitenden Abstandshalters zwischen dem Leistungshalbleiterchip und dem zweiten Substrat und elektrisches Koppeln einer Leistungselektrode des Leistungshalbleiterchips mit dem zweiten Substrat unter Verwendung des Abstandshalters.
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