DE102020207708A1 - Leistungsmodul zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs mit optimierter Erfassung der Chip-Temperatur - Google Patents

Leistungsmodul zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs mit optimierter Erfassung der Chip-Temperatur Download PDF

Info

Publication number
DE102020207708A1
DE102020207708A1 DE102020207708.8A DE102020207708A DE102020207708A1 DE 102020207708 A1 DE102020207708 A1 DE 102020207708A1 DE 102020207708 A DE102020207708 A DE 102020207708A DE 102020207708 A1 DE102020207708 A1 DE 102020207708A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power module
temperature sensor
circuit breakers
layer
substrate layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020207708.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Kohr
Pengshuai Wang
Marcus Berner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Priority to DE102020207708.8A priority Critical patent/DE102020207708A1/de
Publication of DE102020207708A1 publication Critical patent/DE102020207708A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G01K1/143Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations for measuring surface temperatures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/36Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L24/37Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L24/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601Structure
    • H01L2224/0603Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32135Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/32145Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/36Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/37Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/37001Core members of the connector
    • H01L2224/3701Shape
    • H01L2224/37011Shape comprising apertures or cavities
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401Disposition
    • H01L2224/40135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/40137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H01L2224/40139Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate with an intermediate bond, e.g. continuous strap daisy chain
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401Disposition
    • H01L2224/40151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4847Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73263Layer and strap connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/8338Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/83399Material
    • H01L2224/834Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/83438Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/83447Copper [Cu] as principal constituent
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/83801Soldering or alloying
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838Bonding techniques
    • H01L2224/8385Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02Containers; Seals
    • H01L23/04Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02Containers; Seals
    • H01L23/04Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/053Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having an insulating or insulated base as a mounting for the semiconductor body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/1026Compound semiconductors
    • H01L2924/1027IV
    • H01L2924/10272Silicon Carbide [SiC]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/1026Compound semiconductors
    • H01L2924/1032III-V
    • H01L2924/1033Gallium nitride [GaN]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203Rectifying Diode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13064High Electron Mobility Transistor [HEMT, HFET [heterostructure FET], MODFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Leistungsmodul (100) zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs, umfassend mehrere Leistungsschalter, die auf einem Halbleitermaterial basieren und dazu ausgebildet sind, basierend auf einem ins Leistungsmodul (100) eingespeisten Eingangsstrom einen Ausgangsstrom zu erzeugen; einen Kühlkörper (118) zur Wärmeabfuhr von den Leistungsschaltern; eine Substratschicht (112) zum Anbinden der Leistungsschalter mit dem Kühlkörper (118); einen Temperatursensor (108) zur Ermittlung einer Temperatur der Leistungsschalter, wobei der Temperatursensor (108) derart angeordnet ist, dass der Temperatursensor (108) in einer senkrecht zur Substratschicht (112) zeigenden Richtung mit einem oder mehreren der Leistungsschalter überlappt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere der Leistungsmodule zum Betreiben eines Elektroantriebs für ein Fahrzeug.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Leistungsmodule, insbesondere integrierte Leistungsmodule, finden bei Kraftfahrzeugen zunehmend Anwendungen. Derartige Leistungsmodule werden bspw. in DC/AC-Wechselrichtern (Invertern) eingesetzt, die dazu dienen, elektrische Maschinen wie Elektromotoren mit einem mehrphasigen Wechselstrom zu bestromen. Dabei wird ein aus einem mittels einer DC-Energiequelle, etwa einer Batterie, erzeugter Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom umgewandelt. Die Leistungsmodule basieren auf Leistungshalbleitern, insbesondere Transistoren wie IGBTs, MOSFETs und HEMTs.
  • In Anwendungsfällen mit hohen Strömen, etwa 400V- oder 800V-Anwendungen, wird eine entsprechend große Menge an Wärme in den Leistungsmodulen erzeugt. Diese Wärme muss abgeführt werden, um eine Überhitzung der Leistungsschalter zu verhindern, die die Funktionalität der Leistungsmodule bzw. des Wechselrichters beeinträchtigen kann. Für diesen Zweck wird ein Kühlkörper im Leistungsmodul verwendet, mit dem sich die Leistungsschalter im thermischen Kontakt befinden. Üblicherweise handelt es sich beim Kühlkörper um einen Aluminiumkörper oder einen Kupferkörper, der die im Leistungsmodul erzeugte Wärme absorbiert. Um eine seitens des Aluminiumkörper verursachte Signalstörung zu vermeiden, werden die Leistungsschalter nicht direkt auf den Aluminiumkörper angebracht, sondern mit Hilfe eines isolierenden Substrats. Ein bekanntes Beispiel für das isolierende Substrat ist das sogeannte Direct Copper Bonded (DCB), welches üblicherweise zwei Kupferschichten und eine dazwischen angeordnete Isolierschicht umfasst.
  • Um eine Überhitzung des Leistungsmoduls zu vermeiden, ist es von Vorteil, die Temperatur der Leistungsschalter im Laufe der Zeit zu überwachen. Für diesen Zweck werden Temperatursensoren eingesetzt, die die im Bereich der Leistungsschalter herrschenden Temperaturen wiedergeben sollen. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Leistungsmodulen ist die Temperaturmessung aufgrund einer Vielzahl von parasitären Effekten, etwa Beeinflussung der gemessenen Temperatur durch in der Umgebung der jeweiligen Temperatursensoren befindlichen Bauteile, jedoch ungenau.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Temperatur der Leistungsschalter zuverlässiger zu bestimmen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Leistungsmodul und die Verwendung eines solchen Leistungsmoduls in einem Fahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
  • Das Leistungsmodul im Rahmen dieser Erfindung dient zum Betreiben eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs. Das Leistungsmodul wird vorzugsweise in einem DC/AC-Wechselrichter (Engl.: Inverter) eingesetzt. Insbesondere dient das Leistungsmodul zum Bestromen einer E-Maschine, beispielsweise eines Elektromotors und/oder eines Generators. Ein DC/AC-Wechselrichter wird dazu verwendet, aus einem mittels einer DC-Spannung einer Energiequelle, etwa einer Batterie, erzeugten Gleichstrom einen mehrphasigen Wechselstrom zu generieren.
  • Zum Einspeisen eines Eingangsstroms (Gleichstroms) weist das Leistungsmodul vorzugsweise einen Eingangskontakt mit einem Positivpol und einem Negativpol auf. Im Betrieb des Leistungsmoduls ist der Positivpol mit einem Positivanschluss der Batterie elektrisch leitend verbunden, wobei der Negativpol mit einem Negativanschluss der Batterie elektrisch leitend verbunden ist.
  • Das Leistungsmodul weist ferner eine Mehrzahl von Leistungsschaltern auf, die zum Dämpferkondensator parallelgeschaltet sind. Diese halbleiterbasierten Leistungsschalter diene dazu, um basierend auf dem eingespeisten Eingangsstrom einen Ausgangsstrom mittels Ansteuerung der einzelnen Leistungsschalter zu erzeugen. Die Ansteuerung der Leistungsschalter kann auf einer sogenannten Pulsbreitenmodulation beruhen.
  • Vorzugsweise wird aus den Leistungsschaltern eine Brückenschaltungsanordnung gebildet. Die Brückenschaltungsanordnung kann eine oder mehrere Brückenschaltungen umfassen, die etwa als Halbbrücken gebildet sind. Jede Halbbrücke umfasst einen Highside-Schalter (HS-Schalter) und einen zum Highside-Schalter reihengeschalteten Lowside-Schalter (LS-Schalter). Jede Halbbrücke ist einer Stromphase eines mehrphasigen Wechselstroms (Ausgangsstrom) zugeordnet. Der HS-Schalter und/oder der LS-Schalter umfasst einen oder mehrere Leistungshalbleiterbauteile wie IGBT, MOSFET oder HEMT. Das dem HS-Schalter bzw. LS-Schalter zugrunde liegende Halbleitermaterial umfasst vorzugsweise ein sogenanntes Wide-Bandgap-Semiconductor (Halbleiter mit einer großen Bandlücke) wie Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN).
  • Das Leistungsmodul weist ferner einen Kühlkörper auf, der zur Abfuhr von Wärme, die im Leistungsmodul, insbesondere in den Leistungsschaltern bei hohen Eingangsströmen erzeugt wird. Der Kühlkörper kann beispielsweise aus Aluminium und/oder einer Aluminium-Legierung gebildet sein. Das Leistungsmodul weist außerdem eine Substratschicht zum Anbinden der Leistungsschalter mit dem Kühlkörper auf. Bei der Substratschicht handelt es vorzugsweise um eine Direct Copper Bonded (DCB)-Substratschicht und/oder eine Keramikschicht.
  • Zur Ermittlung einer Temperatur der Leistungsschalter ist ein Temperatursensor im Leistungsmodul vorgesehen. Der Temperatursensor ist derart angeordnet, dass er in einer senkrecht zur Substratschicht zeigenden Richtung mit einem oder mehreren der Leistungsschalter überlappt. Die Substratschicht erstreckt sich üblicherweise in einer horizontalen Ebene. Der Temperatursensor ist daher mit zumindest einem der Leistungsschalter in einer vertikalen Richtung überlappend angeordnet.
  • Vorzugsweise wird an einem Ausgangskontakt des Leistungsmoduls schließlich der erzeugte Ausgangsstrom an einen zu bestromenden Elektrofahrzeugantrieb abgegeben.
  • Erfindungsgemäß ist der Temperatursensor nicht mehr direkt auf der Substratschicht, etwa der DCB-Schicht oder der Keramikschicht, angeordnet, sondern direkt auf zumindest einem Leistungsschalter. Dies begünstigt eine genaue Messung der Temperatur des zumindest einen Leistungsschalters, da der Temperatursensor nicht von diesem horizontal beabstandet, sondern vertikal mit diesem überlappend ist. Außerdem wird eine Verfälschung der gemessenen Temperatur aufgrund der mittels der DCB-Schicht bzw. der Keramikschicht übertragenen Kühlleistung des Kühlkörpers weitestgehend vermieden. Die Temperatur der Leistungsschalter kann besser nachvollzogen und laufend verfolgt werden. Eine Überhitzung kann hierdurch besser vorausgesehen werden. Auch eine Falschmeldung der Überhitzung kann effektiv vermieden werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Leistungsmodulen, bei denen der Temperatursensor direkt auf dem DCB angebracht bzw. verlötet wird, erfindungsgemäß ein DCB mit einer verringerten Fläche verwendet werden kann.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Leistungsmoduls gemäß einer Ausführungsform in einer Perspektivansicht;
    • 2 eine schematische Darstellung des Leistungsmoduls aus 1 in einer Seitenansicht;
    • 3 eine schematische Darstellung eines Leistungsmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Perspektivansicht;
    • 4 eine schematische Darstellung eines Leistungsmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Perspektivansicht;
    • 5 eine schematische Darstellung des Leistungsmoduls aus 4 in einer Seitenansicht;
    • 6 eine schematische Darstellung eines Leistungsmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Perspektivansicht;
    • 7 eine schematische Darstellung eines Leistungsmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Perspektivansicht; und
    • 8 eine schematische Darstellung des Leistungsmoduls aus 7 in einer Seitenansicht.
  • In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den einzelnen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.
  • Die in 1 bis 8 gezeigten verschiedenen Ausführungsformen der Leistungsmodule 100, 200, 300, 400, 500 weisen jeweils einen Leistungsschalter auf, der wie beispielhaft gezeigt einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (Engl.: insulated gate bipolar transistor, IGBT) 102, 202, 302, 402, 502 und eine Diode 104, 204, 304, 404, 504 umfasst. Der Leistungsschalter ist auf einer Substratschicht 112, 212, 312, 412, 512 angebracht. Vorzugsweise ist die jeweilige Substratschicht 112, 212, 312, 412, 512 als Direct Copper Bonded (DCB)-Schicht ausgebildet, die eine erste Kupferlage 113, 313, 513, eine zweite Kupferlage 115, 315, 515 sowie eine zwischen diesen angeordnete Isolierlage 114, 314, 514 umfasst. Die Substratschicht 112, 212, 312, 412, 512 ist mittels einer Verbindungsschicht 116 an einem Kühlkörper 118, 218, 318, 418, 518 angebracht, der als Kühlplatte ausgebildet ist.
  • Der IGBT 102, 202, 302, 402, 502 und die Diode 104, 204, 304, 404, 504 sind jeweils mittels einer Verbindungsschicht 117, 217, 317, 417, 517 auf einem ersten Abschnitt 1132, 2132, 3132, 4132, 5132 der ersten Kupferlage 113, 313, 513 angebunden.
  • Ein Temperatursensor 108, 208, 308, 408, 508 ist im jeweiligen Leistungsmodul 100, 200, 300, 400, 500 enthalten. Zum Auslesen und/oder zwecks Energieversorgung des Temperatursensors 108, 208, 308, 408, 508 sind zwei Leitungen 109, 209, 309, 409, 509 vorgesehen, die zwischen dem Temperatursensor 108, 208, 308, 408, 508 und einem Rahmen 111, 211, 311, 411, 511 verlegt sind. Der Rahmen 111, 211, 311, 411, 511 ist vorzugsweise aus Kunststoff gebildet. Zwei Signalanschlüsse 110, 210, 310, 410, 510, die den beiden Leitungen 109, 209, 309, 409, 509 zugeordnet sind, sind am Rahmen 111, 211, 311, 411, 511 angeordnet. Der Rahmen 111, 211, 311, 411, 511 ist auf dem Kühlkörper 118, 218, 318, 418, 518, vorzugsweise auf der Seite, auf der der Leistungsschalter angeordnet ist, angebracht.
  • Auf dem jeweiligen IGBT 102, 202, 302, 402, 502 sind des Weiteren ein Gate-Steuerelement 103, 203, 303, 403, 503 zur Ansteuerung der Gate-Elektrode des IGBT 102, 202, 302, 402, 502, und ein Detektionselement 101, 201, 301, 401, 501 zum Detektieren eines Drain-Source-Stroms des IGBT 102, 202, 302, 402, 502 bereitgestellt. Das Gate-Steuerelement 103, 203, 303, 403, 503 und das Detektionselement 101, 201, 301, 401, 501 sind in einem thermisch inaktiver Bereich (unbestromten Bereich) 105 des IGBT 102, 202, 302, 402, 502 angeordnet. Mehrere thermisch aktive Bereiche (bestromte Bereiche) 106 sind als quadratische Bereiche im jeweiligen IGBT 102, 202, 302, 402, 502 gezeigt, was jedoch lediglich eine beispielhafte Darstellung ist. Ersichtlich ist auch ein thermisch aktiver Bereich 107 der jeweiligen Diode 104, 204, 304, 404, 504.
  • Die jeweilige erste Kupferlage 113, 213, 313, 413, 513 umfasst zwei voneinander horizontal beabstandete Segmente, wobei der Leistungsschalter auf einem ersten Segment 1132, 2132, 3132, 4132, 5132 angeordnet ist.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform des Leistungsmoduls 100 ist der Temperatursensor 108 im thermisch inaktiven Bereich (unbestromten Bereich) 105 des IGBT 102 mittels einer Verbindungsschicht 119 angeordnet. Der Temperatursensor 108 ist hierbei von den thermisch aktiven Bereichen 106 des IGBT 102 beabstandet. Dennoch ist der Temperatursensor 108 mit dem IGBT 102 und somit mit dem Leistungsschalter vertikal, d.h. senkrecht zur Ebene der Substratschicht 112, überlappend angeordnet. In 2 ist diese Anordnung in einer Seitenansicht zu sehen. Der Bereich des IGBT 102 vertikal unterhalb des Temperatursensors 108 ist thermisch inaktiv, während der Bereich des IGBT 102 seitlich des Temperatursensors 108 thermisch aktiv ist. Hier ist außerdem ersichtlich, dass der Temperatursensor 108 mittels der Verbindungsschicht 119 auf dem IGBT 102 befestigt ist.
  • In der in 3 gezeigten Ausführungsform des Leistungsmoduls 200 ist der Temperatursensor 208 im thermisch aktiven Bereich (bestromten Bereich) 207 der Diode 204 mittels einer Verbindungsschicht 219 angeordnet. In dieser Anordnung ist der Temperatursensor 208 daher mit der Diode 204 und somit mit dem Leistungsschalter vertikal überlappend angeordnet.
  • In der in 4 gezeigten Ausführungsform des Leistungsmoduls 300 ist ein Leitungsrahmen 320 vorgesehen, auf dem der Temperatursensor 308 angeordnet ist. Der Leitungsrahmen 320 ist an einem ersten Ende auf einem zweiten Segment 3132 der ersten Kupferlage 313, an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende auf dem IGBT 302 platziert. Der Leitungsrahmen 320 umfasst eine erste Ausnehmung 322 und eine zweite Ausnehmung 324. Die erste Ausnehmung 322 ist vertikal über den thermisch aktiven Bereichen (in 4 nicht sichtbar) des IGBT 302 angeordnet. Die zweite Ausnehmung 324 ist vertikal über dem thermisch aktivem Bereich (in 4 nicht sichtbar) der Diode 304 angeordnet. Diese Anordnung ist auch in einer Seitenansicht in 5 gezeigt. Dort ist außerdem ersichtlich, dass der Leitungsrahmen 320 mittels einer Verbindungssicht 321 auf dem IGBT 302 und der Diode 304 befestigt ist. Außerdem ist der Temperatursensor 308 mittels einer Verbindungsschicht 319 auf dem Leitungsrahmen 320 befestigt. Der Temperatursensor 308 ist in der ersten Ausnehmung 322 aufgenommen. In dieser Anordnung ist der Temperatursensor 308 daher mit dem IGBT 302 und somit mit dem Leistungsschalter vertikal überlappend angeordnet.
  • In der in 6 gezeigten Ausführungsform des Leistungsmoduls 400 ist ein Leitungsrahmen 420 vorgesehen, auf dem der Temperatursensor 408 angeordnet ist. Der Leitungsrahmen 420 ist an einem ersten Ende auf einem zweiten Segment 4132 der ersten Kupferlage 413, an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende auf dem IGBT 402 platziert. Der Leitungsrahmen 420 umfasst ebenfalls eine erste Ausnehmung 422 und eine zweite Ausnehmung 424. Die erste Ausnehmung 422 ist vertikal über den thermisch aktiven Bereichen (in 6 nicht sichtbar) des IGBT 402 angeordnet. Die zweite Ausnehmung 424 ist vertikal über dem thermisch aktivem Bereich (in 6 nicht sichtbar) der Diode 404 angeordnet. Der Temperatursensor 408 ist in der zweiten Ausnehmung 424 aufgenommen. In dieser Anordnung ist der Temperatursensor 408 daher mit der Diode 404 und somit mit dem Leistungsschalter vertikal überlappend angeordnet.
  • In der in 7 gezeigten Ausführungsform des Leistungsmoduls 500 ist ebenfalls ein Leitungsrahmen 520 vorgesehen, auf dem der Temperatursensor 508 angeordnet ist. Der Leitungsrahmen 520 ist an einem ersten Ende auf einem zweiten Segment 5132 der ersten Kupferlage 513, an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende auf dem IGBT 502 platziert. Der Leitungsrahmen 520 umfasst ebenfalls eine erste Ausnehmung 522 und eine zweite Ausnehmung 524. Die erste Ausnehmung 522 ist vertikal über den thermisch aktiven Bereichen (in 7 nicht sichtbar) des IGBT 502 angeordnet. Die zweite Ausnehmung 524 ist vertikal über dem thermisch aktiven Bereich (in 7 nicht sichtbar) der Diode 504 angeordnet. Der Temperatursensor 508 ist in einem mittleren Bereich zwischen der ersten Ausnehmung 522 und der zweiten Ausnehmung 524 angeordnet, wobei der Temperatursensor 508 mit dem IGBT 502 und/oder der Diode 504 vertikal überlappt. Diese Anordnung ist auch in einer Seitenansicht in 8 gezeigt. Dort ist auch ersichtlich, dass der Leitungsrahmen 520 mittels einer Verbindungsschicht 521 auf dem IGBT 502 und der Diode 504 befestigt ist. Außerdem ist der Temperatursensor 508 mittels einer Verbindungsschicht 519 auf dem Leitungsrahmen 520 befestigt.
  • Die jeweilige Verbindungsschicht 117, 217, 317, 417, 517, 119, 219, 319, 419, 519, 321, 521 kann eine Lötschicht, eine Klebschicht aufweisend ein elektrisch isolierendes Schmiermaterial, oder eine Schweißschicht umfassen. Der Leitungsrahmen 320, 420, 520 ist vorzugsweise aus einem Metall, etwa Kupfer, gebildet.
  • Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung des Temperatursensors 108, 208, 308, 408, 508 im Leistungsmodul 100, 200, 300, 400, 500 kann die Temperatur des Leistungsschalters genauer und ohne äußere Einflüsse wie Kühlleistung des Kühlkörpers ermittelt werden. Außerdem ist aufgrund der unmittelbaren Nähe zu den thermisch aktiven Bereichen des Leistungsschalters die Temperaturmessung besonders genau und zuverlässig. Das thermische Verhalten des Leistungsmoduls 100, 200, 300, 400, 500 lässt sich daher besser ermitteln. Eine Überhitzung kann genauer detektiert werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 100, 200, 300, 400, 500
    Leistungsmodul
    101, 201, 301, 401, 501
    Detektionselement
    102,202,302,402,502
    IGBT
    103, 203, 303, 403, 503
    Gate-Steuerelement
    104, 204, 304, 404, 504
    Diode
    105, 205, 305, 405, 505; 107, 207
    unbestromter/thermisch inaktiver Bereich
    106, 206
    bestromter/thermischer aktiver Bereich
    108, 208, 308, 408, 508
    Temperatursensor
    109, 209, 309, 409, 509
    Leitungen
    110, 210, 310, 410, 510
    Signalanschlüsse
    111,211,311,411,511
    Rahmen
    1132, 2132, 3132, 4132, 5132
    erstes Segment
    1134, 2134, 3134, 4134, 5134
    zweites Segment
    112,212,312,412,512
    Substratschicht
    113, 313, 513
    erste Kupferlage
    114,314,514
    Isolierlage
    115, 315, 515
    zweite Kupferlage
    116,316,516
    Verbindungsschicht
    117, 217, 317, 417, 517
    Verbindungsschicht
    118,218,318,418,518
    Kühlkörper
    119, 219, 319, 419, 519
    Verbindungsschicht
    320, 420, 520
    Leitungsrahmen
    321, 521
    Verbindungsschicht
    322, 422, 522
    erste Ausnehmung
    324, 424, 524
    zweite Ausnehmung

Claims (8)

  1. Leistungsmodul (100) zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs, umfassend: - mehrere Leistungsschalter, die auf einem Halbleitermaterial basieren und dazu ausgebildet sind, basierend auf einem ins Leistungsmodul (100) eingespeisten Eingangsstrom einen Ausgangsstrom zu erzeugen; - einen Kühlkörper (118) zur Wärmeabfuhr von den Leistungsschaltern; - eine Substratschicht (112) zum Anbinden der Leistungsschalter mit dem Kühlkörper (118); - einen Temperatursensor (108) zur Ermittlung einer Temperatur der Leistungsschalter, wobei der Temperatursensor (108) derart angeordnet ist, dass der Temperatursensor (108) in einer senkrecht zur Substratschicht (112) zeigenden Richtung mit einem oder mehreren der Leistungsschalter überlappt.
  2. Leistungsmodul (100) nach Anspruch 1, wobei der Temperatursensor (108) den Leistungsschalter von einer von der Substratschicht (112) abgewandten Seite aus unmittelbar beaufschlagt.
  3. Leistungsmodul (100) nach Anspruch 2, wobei der Temperatursensor (108) auf einer unbestromten Fläche des Leistungsschalters angeordnet ist.
  4. Leistungsmodul (100) nach Anspruch 2, wobei der Temperatursensor (108) auf einer bestromten Fläche des Leistungsschalters angeordnet ist.
  5. Leistungsmodul (100) nach Anspruch 1, wobei ein Leitungsrahmen zwischen dem Temperatursensor (108) und dem Leistungsschalter angeordnet ist.
  6. Leistungsmodul (100) nach Anspruch 5, wobei der Leitungsrahmen aus einem Metall gebildet ist, wobei der Temperatursensor (108) mit einer ersten Verbindungsschicht zum Verbinden mit der Leitungsrahmen versehen ist, wobei eine zweite Verbindungsschicht zwischen dem Leitungsrahmen und dem Leistungsschalter in Direktverbindung mit Letzterem angeordnet ist.
  7. Verwendung des Leistungsmoduls (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche als Wechselrichter oder Teil hiervon in einem Fahrzeug, insbesondere einem Elektrofahrzeug und/oder einem Hybridfahrzeug.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls (100), umfassend: - Bereitstellen mehrerer Leistungsschalter, die auf einem Halbleitermaterial basieren und dazu ausgebildet sind, basierend auf einem ins Leistungsmodul (100) eingespeisten Eingangsstrom einen Ausgangsstrom zu erzeugen; - Bereitstellen eines Kühlkörpers (118) zur Wärmeabfuhr von den Leistungsschaltern; - Anbinden der Leistungsschalter mit dem Kühlkörper (118) mittels einer Substratschicht (112); - Anordnen eines Temperatursensors (108) zur Ermittlung einer Temperatur der Leistungsschalter, derart, dass der Temperatursensor (108) in einer senkrecht zur Substratschicht zeigenden Richtung mit einem oder mehreren der Leistungsschalter überlappt.
DE102020207708.8A 2020-06-22 2020-06-22 Leistungsmodul zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs mit optimierter Erfassung der Chip-Temperatur Pending DE102020207708A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020207708.8A DE102020207708A1 (de) 2020-06-22 2020-06-22 Leistungsmodul zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs mit optimierter Erfassung der Chip-Temperatur

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020207708.8A DE102020207708A1 (de) 2020-06-22 2020-06-22 Leistungsmodul zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs mit optimierter Erfassung der Chip-Temperatur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020207708A1 true DE102020207708A1 (de) 2021-12-23

Family

ID=78822987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020207708.8A Pending DE102020207708A1 (de) 2020-06-22 2020-06-22 Leistungsmodul zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs mit optimierter Erfassung der Chip-Temperatur

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020207708A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022201178B3 (de) 2022-02-04 2023-05-11 Zf Friedrichshafen Ag Produktionsoptimierter Stromrichter, insbesondere Wechselrichter
WO2023222195A1 (en) * 2022-05-17 2023-11-23 Hitachi Energy Switzerland Ag Power module and method for producing a power module

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009017816U1 (de) 2009-05-20 2010-05-27 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul
DE102013213448A1 (de) 2013-07-09 2015-01-15 Siemens Aktiengesellschaft Elektronikbaugruppe mit Leistungshalbleiter
US20170125998A1 (en) 2015-11-04 2017-05-04 MAGNETI MARELLI S.p.A. Electronic device with electronic power component and direct detection of the temperature of such a component

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009017816U1 (de) 2009-05-20 2010-05-27 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungshalbleitermodul
DE102013213448A1 (de) 2013-07-09 2015-01-15 Siemens Aktiengesellschaft Elektronikbaugruppe mit Leistungshalbleiter
US20170125998A1 (en) 2015-11-04 2017-05-04 MAGNETI MARELLI S.p.A. Electronic device with electronic power component and direct detection of the temperature of such a component

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022201178B3 (de) 2022-02-04 2023-05-11 Zf Friedrichshafen Ag Produktionsoptimierter Stromrichter, insbesondere Wechselrichter
WO2023222195A1 (en) * 2022-05-17 2023-11-23 Hitachi Energy Switzerland Ag Power module and method for producing a power module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014106133B4 (de) Leistungsmodul mit integriertem Stromsensor, Herstellungsverfahren dafür und Verfahren zum Erfassen von Strom, der in einem Leistungsmodul fließt
EP2532084B1 (de) Elektronische baugruppe zum schalten elektrischer leistung
DE102018100468A1 (de) Leistungsmodul für wechselrichter-schaltvorrichtungen, die von wirbelströmen abgeschirmte gate-spulen aufweisen
DE112018005978T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102012212119A1 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE102017100947B4 (de) Elektronische Komponente und Schaltkreis
DE102019108988B3 (de) Leistungshalbleitermodul und verfahren zur herstellung desselben
DE102017120747B4 (de) SMD-Gehäuse mit Oberseitenkühlung und Verfahren zu seiner Bereitstellung
DE102015224422A1 (de) Elektronische Schaltungseinheit
DE102020207708A1 (de) Leistungsmodul zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs mit optimierter Erfassung der Chip-Temperatur
DE102017222481A1 (de) Leistungsmodul für Leistungsumwandlungseinrichtung, Leistungsumwandlungseinrichtung und elekktrische Rotationsvorrichtung mit integriertem Steuergerät
DE102020214045A1 (de) Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, Leistungsmodul für einen Inverter und Inverter
DE102015108909A1 (de) Anordnung mehrerer Leistungshalbleiterchips und Verfahren zur Herstellung derselben
EP2704194B1 (de) Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls
DE112017007960B4 (de) Halbleitermodul und Leistungsumwandlungsvorrichtung
WO2009127179A1 (de) Verfahren zur herstellung und aufbau eines leistungsmoduls
DE102020208167A1 (de) Leistungsmodul zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs mit einer verbesserten Temperaturbestimmung der Leistungshalbleiter
DE102020207401A1 (de) Leistungsmodul zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs mit einer verbesserten Wärmeleitung für eine Ansteuerelektronik
DE112021001168B4 (de) Halbleiterbauteil
DE102015115312A1 (de) Halbleitermodul und Verfahren zum Betrieb eines Halbleitermoduls
DE102021203704A1 (de) Halbbrücke, Leistungsmodul und Inverter für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs
DE102021208767A1 (de) Halbbrücke für einen Inverter zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs, Leistungsmodul umfassend mehrere Halbbrücken, Inverter, Verfahren zum Herstellen eines Inverters
DE112018007231T5 (de) Halbleiterbauelement und Leistungswandler
DE102021208770A1 (de) Halbbrücke für einen Inverter zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs, Leistungsmodul umfassend mehrere Halbbrücken, Inverter, Verfahren zum Herstellen eines Inverters
DE102021208772B4 (de) Halbbrücke für einen Inverter zum Betreiben eines Elektrofahrzeugantriebs, Leistungsmodul umfassend mehrere Halbbrücken, Inverter, Verfahren zum Herstellen eines Inverters

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified