DE102022100034B3 - Leistungselektroniksystem, verfahren zur herstellung eines leistungselektroniksystems und verfahren zum schutz einer halbbrückenschaltung vor einer überlast oder einem überstrom - Google Patents

Leistungselektroniksystem, verfahren zur herstellung eines leistungselektroniksystems und verfahren zum schutz einer halbbrückenschaltung vor einer überlast oder einem überstrom Download PDF

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Abstract

Ein Leistungselektroniksystem weist auf: ein Leistungshalbleitermodul mit einer ersten Seite, einer gegenüberliegenden zweiten Seite und lateralen Seiten, die die erste und zweite Seite verbinden, wobei das Leistungshalbleitermodul aufweist: mindestens einen Leistungshalbleiterchip, der mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, eine erste Verkapselung, die den mindestens einen Leistungshalbleiterchip verkapselt, und mindestens einen externen Kontakt, der als Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung konfiguriert ist, wobei der externe Kontakt von der ersten Verkapselung an einer lateralen Seite des Leistungshalbleitermoduls freigelegt ist; ein Treibermodul, das über der ersten Seite des Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass es die Halbbrückenschaltung steuert; und einen Gradienten-Hall-Sensor, der über dem externen Kontakt angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass er einen durch den externen Kontakt fließenden Gleichstrom detektiert, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es ein Steuermuster der Halbbrückenschaltung auf der Grundlage eines von dem Gradienten-Hall-Sensor detektierten Gleichstromwertes modifiziert.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Leistungselektroniksystem, auf ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungselektroniksystems und auf ein Verfahren zum Schutz einer Halbbrückenschaltung vor einer Überlast oder einem Überstrom.
  • HINTERGRUND
  • Ein Leistungselektroniksystem kann ein Leistungshalbleitermodul und ein Treibermodul aufweisen, das so konfiguriert ist, dass es eine Leistungsschaltung des Leistungshalbleitermoduls, z.B. eine Halbbrückenschaltung, steuert. Ein elektrischer Fehler wie eine Überlast, ein Überstrom oder ein Kurzschluss in der Leistungsschaltung kann das Leistungshalbleitermodul und/oder eine mit dem Leistungshalbleitermodul gekoppelte Vorrichtung (z.B. eine Autobatterie) beschädigen. Ein solcher elektrischer Fehler kann zum Beispiel auftreten, wenn das Treibermodul falsche Steuersignale an das Leistungshalbleitermodul sendet. Um z.B. bleibende Schäden zu vermeiden oder um zu verhindern, dass eine Autobatterie Feuer fängt, kann es wünschenswert sein, die Leistungsschaltung so schnell wie möglich abzuschalten (bevor die Überlast oder der Überstrom zu hoch wird). Insbesondere Leistungshalbleitermodule, die SiC-Leistungshalbleiterchips aufweisen, müssen unter Umständen schneller abgeschaltet werden als Leistungshalbleitermodule, die IGBT-Chips aufweisen, um Schäden, einen Brand usw. zu vermeiden. Verbesserte Leistungselektroniksysteme, verbesserte Verfahren zur Herstellung eines Leistungselektroniksystems und verbesserte Verfahren zum Schutz einer Halbbrückenschaltung vor einer Überlast oder einem Überstrom können zur Lösung dieser und anderer Probleme beitragen. Die US 2019 / 0 229 640 A1 offenbart ein Leistungselektroniksystem mit einem Leistungsmodul, Treibermodulen und Gradienten-Hall-Sensoren, die zur Messung eines Phasenstroms ausgebildet sind, wodurch dieser reguliert werden kann. Die DE 10 2019 103 030 A1 offenbart die Messung eines Laststroms mittels Hall-Sensoren, um Überströme zu detektieren.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Beispiele sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • KURZFASSUNG
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Leistungselektroniksystem, aufweisend: ein Leistungshalbleitermodul mit einer ersten Seite, einer gegenüberliegenden zweiten Seite und lateralen Seiten, die die erste und zweite Seite verbinden, wobei das Leistungshalbleitermodul aufweist: mindestens einen Leistungshalbleiterchip, der mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, eine erste Verkapselung, die den mindestens einen Leistungshalbleiterchip verkapselt, und mindestens einen externen Kontakt, der als Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung konfiguriert ist, wobei der externe Kontakt von der ersten Verkapselung an einer lateralen Seite des Leistungshalbleitermoduls freigelegt ist; ein Treibermodul, das über der ersten Seite des Leistungshalbleitermoduls angeordnet und so konfiguriert ist, dass es die Halbbrückenschaltung steuert; und einen Gradienten-Hall-Sensor, der über dem externen Kontakt angeordnet und so konfiguriert ist, dass er einen durch den externen Kontakt fließenden Gleichstrom erfasst, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es ein Steuermuster der Halbbrückenschaltung auf der Grundlage eines von dem Gradienten-Hall-Sensor erfassten Gleichstromwerts modifiziert.
  • Verschiedene Aspekte beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungselektroniksystems, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Leistungshalbleitermoduls mit einer ersten Seite, einer gegenüberliegenden zweiten Seite und lateralen Seiten, die die erste und zweite Seite verbinden, wobei das Leistungshalbleitermodul aufweist: mindestens einen Leistungshalbleiterchip, der mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, eine erste Verkapselung, die den mindestens einen Leistungshalbleiterchip verkapselt, und mindestens einen externen Kontakt, der als ein Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung konfiguriert ist, wobei der externe Kontakt von der ersten Verkapselung an einer lateralen Seite des Leistungshalbleitermoduls freigelegt ist; Anordnen eines Treibermoduls über der ersten Seite des Leistungshalbleitermoduls, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es die Halbbrückenschaltung steuert; und Anordnen eines Gradienten-Hall-Sensors über dem externen Kontakt, wobei der Gradienten-Hall-Sensor so konfiguriert ist, dass er einen durch den externen Kontakt fließenden Gleichstrom erfasst, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es ein Steuermuster der Halbbrückenschaltung auf der Grundlage eines von dem Gradienten-Hall-Sensor erfassten Gleichstromwerts modifiziert.
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Verfahren zum Schutz einer Halbbrückenschaltung vor einer Überlast oder einem Überstrom, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Leistungshalbleitermoduls, das mindestens einen Leistungshalbleiterchip aufweist, wobei der mindestens eine Leistungshalbleiterchip mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, Erfassen eines Gleichstroms in einem externen Kontakt des Leistungshalbleitermoduls unter Verwendung eines Gradienten-Hall-Sensors, und auf der Grundlage eines erfassten Gleichstromwerts, Abschalten der Halbbrückenschaltung.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen zeigen Beispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Offenbarung. Andere Beispiele und viele der beabsichtigten Vorteile der Offenbarung werden in Anbetracht der folgenden detaillierten Beschreibung leicht zu erkennen sein. Die Elemente in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander. Identische Referenznummern bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
    • 1 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Leistungselektroniksystems, das ein Leistungshalbleitermodul, ein Treibermodul zur Steuerung des Leistungshalbleitermoduls und einen Gradienten-Hall-Sensor aufweist, der über einem externen Kontakt des Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist.
    • Die 2A und 2B zeigen eine Draufsicht ( 2A) und eine Seitenansicht (2B) eines weiteren beispielhaften Leistungselektroniksystems.
    • 3 zeigt eine Detailansicht von beispielhaften externen Kontakten eines Leistungshalbleitermoduls.
    • 4 zeigt eine beispielhafte elektrische Schaltung, die in einem Leistungshalbleitermodul eines Leistungselektroniksystems realisiert sein kann.
    • 5 zeigt eine Detailansicht eines beispielhaften Treibermoduls eines Leistungselektroniksystems.
    • 6 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Leistungselektroniksystems.
    • 7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Schutz einer Halbbrückenschaltung vor einer Überlast oder einem Überstrom.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung werden richtungsbezogene Begriffe wie „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, „oben“, „unten“ usw. in Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da die Komponenten der Offenbarung in einer Reihe von verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, wird die richtungsbezogene Terminologie nur zur Veranschaulichung verwendet. Es versteht sich, dass auch andere Beispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können.
  • Darüber hinaus kann ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt eines Beispiels zwar nur in Bezug auf eine von mehreren Ausführungsformen offenbart werden, doch kann ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, wie es für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes vermerkt oder technisch eingeschränkt ist. Soweit in der ausführlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen die Begriffe „umfassen“, „haben“, „mit“ oder andere Varianten davon verwendet werden, sind diese Begriffe in ähnlicher Weise umfassend zu verstehen wie der Begriff „aufweisen“. Die Begriffe „gekoppelt“ und „verbunden“ sowie deren Ableitungen können verwendet werden. Es ist davon auszugehen, 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 ob sie nicht in direktem Kontakt miteinander stehen; zwischen den „verbundenen“, „angebrachten“ oder „gekoppelten“ Elementen können Zwischenelemente oder Schichten vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die „verbundenen“, „angebrachten“ oder „gekoppelten“ Elemente in direktem Kontakt zueinander stehen. Auch der Begriff „beispielhaft“ ist lediglich als Beispiel gemeint und nicht als das Beste oder Optimum.
  • Der (die) im Folgenden beschriebene(n) Halbleiterchip(s) kann (können) aus einem bestimmten Halbleitermaterial, z.B. Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN, oder aus einem beliebigen anderen Halbleitermaterial hergestellt werden und kann (können) darüber hinaus ein oder mehrere anorganische und organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie z.B. Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle.
  • Der/die Halbleiterchip(s) kann/können Kontaktpads (oder Elektroden) aufweisen, die einen elektrischen Kontakt mit den in dem/den Halbleiterchip(s) enthaltenen integrierten Schaltungen ermöglichen. Die Elektroden können alle auf nur einer Hauptfläche des/der Halbleiterchips oder auf beiden Hauptflächen des/der Halbleiterchips angeordnet sein.
  • Ein effizientes Leistungselektroniksystem, ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungselektroniksystems oder ein Verfahren zum Schutz einer Halbbrückenschaltung vor einer Überlast oder einem Überstrom kann beispielsweise den Materialverbrauch, die ohmschen Verluste, den chemischen Abfall, usw. verringern und somit Energie- und/oder Ressourceneinsparungen ermöglichen. Verbesserte Leistungselektroniksysteme, verbesserte Verfahren zur Herstellung eines Leistungselektroniksystems und verbesserte Verfahren zum Schutz einer Halbbrückenschaltung vor Überlast oder Überstrom, wie in dieser Beschreibung angegeben, können somit zumindest indirekt zu grünen Technologielösungen beitragen, d.h. zu klimafreundlichen Lösungen, die eine Verringerung des Energie- und/oder Ressourcenverbrauchs ermöglichen.
  • 1 zeigt ein Leistungselektroniksystem 100, das ein Leistungshalbleitermodul 110, ein Treibermodul 120 und einen Gradienten-Hall-Sensor 130 aufweist.
  • Das Leistungshalbleitermodul 110 weist eine erste Seite 111, eine gegenüberliegende zweite Seite 112 und laterale Seiten 113 auf, die die erste und zweite Seite 111, 112 verbinden. Das Leistungshalbleitermodul 110 weist ferner mindestens einen Leistungshalbleiterchip 114, eine erste Verkapselung 115 und mindestens einen externen Kontakt 116 auf.
  • Der mindestens eine Leistungshalbleiterchip 114 bildet mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung. Der mindestens eine Leistungshalbleiterchip 114 kann so konfiguriert sein, dass er mit einem hohen elektrischen Strom und/oder einer hohen Spannung arbeitet. Gemäß einem Beispiel weist das Leistungshalbleitermodul 110 einen oder mehrere weitere Leistungshalbleiterchips auf, die den verbleibenden Teil der Halbbrückenschaltung bilden können und/oder die (allein oder zusammen mit dem Leistungshalbleiterchip 114) eine oder mehrere weitere elektrische Schaltungen bilden können, z.B. Halbbrückenschaltung(en), Vollbrückenschaltung(en), Inverterschaltung(en), Konverterschaltung(en), usw.
  • Die erste Verkapselung 115 verkapselt den mindestens einen Leistungshalbleiterchip 114. Die erste Verkapselung 115 kann so konfiguriert sein, dass sie den mindestens einen Leistungshalbleiterchip 114 vor Umwelteinflüssen schützt. Falls das Leistungshalbleitermodul 110 (einen) weitere(n) Leistungshalbleiterchip(s) aufweist, können die weiteren Leistungshalbleiterchips ebenfalls von der ersten Verkapselung 115 verkapselt sein. Die erste Verkapselung 115 kann zum Beispiel einen Kunststoffrahmen und/oder einen Formkörper aufweisen. Die ersten, zweiten und lateralen Seiten 111, 112, 113 des Leistungshalbleitermoduls 110 können Seiten der ersten Verkapselung 115 sein.
  • Der mindestens eine externe Kontakt 116 ist als ein Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung ausgebildet. Ferner kann der externe Kontakt 116 von der ersten Verkapselung 115 an einer lateralen Seite 113 des Leistungshalbleitermoduls 110 freigelegt sein. Der mindestens eine externe Kontakt 116 kann ein beliebiges geeignetes Metall, z.B. Al, Cu oder Fe, oder eine geeignete Metalllegierung aufweisen oder daraus bestehen. Gemäß einem Beispiel weist der externe Kontakt 116 ein Leiterrahmenteil auf oder besteht aus einem solchen. Der externe Kontakt 116 kann zum Beispiel eine Stromschiene aufweisen oder daraus bestehen.
  • Ein distales Ende 116' des externen Kontakts 116 kann so konfiguriert sein, dass es mit einer externen Vorrichtung, z.B. einer Spannungsquelle, verbunden werden kann. Das distale Ende 116' des externen Kontakts 116 kann beispielsweise über eine Lötstelle mit der externen Vorrichtung verbunden werden.
  • Das Leistungshalbleitermodul 110 kann einen oder mehrere weitere externe Kontakte aufweisen, die ähnlich oder identisch mit dem externen Kontakt 116 sein können. Das Leistungshalbleitermodul 110 kann beispielsweise weitere externe Kontakte aufweisen, die als Wechselstromkontakt(e) oder als Gleichstromkontakt(e) der Halbbrückenschaltung und/oder einer oder mehrerer weiterer im Leistungshalbleitermodul 110 enthaltener elektrischer Schaltungen ausgebildet sind. Der eine oder die mehreren weiteren externen Kontakte können an der gleichen lateralen Seite 113 des Leistungshalbleitermoduls 110 angeordnet sein wie der externe Kontakt 116. Zusätzlich oder alternativ können einer oder mehrere weitere externe Kontakte an einer oder mehreren weiteren lateralen Seiten 113 angeordnet sein, z.B. an der lateralen Seite 113 gegenüber der lateralen Seite 113 mit dem externen Kontakt 116.
  • Gemäß einem Beispiel sind alle externen Kontakte des Leistungshalbleitermoduls 110 in der gleichen Ebene angeordnet. Gemäß einem anderen Beispiel sind einer oder mehrere externe Kontakte in einer anderen Ebene angeordnet, z.B. in einer Ebene parallel zur Ebene des externen Kontakts 116, aber oberhalb oder unterhalb dieser Ebene.
  • Gemäß einem Beispiel weist das Leistungshalbleitermodul 110 einen Träger 117 auf, wobei der mindestens eine Leistungshalbleiterchip 114 auf dem Träger 117 angeordnet ist. Der mindestens eine Leistungshalbleiterchip 114 kann auch elektrisch mit dem Träger 117 gekoppelt sein, z.B. über eine Lötstelle. Der Träger 117 kann beispielsweise ein Leistungssubstrat des Typs Direct Copper Bond (DCB), Direct Aluminium Bond (DAB), Active Metal Brazing (AMB), usw. sein. Der externe Kontakt 116 kann auch auf dem Träger 117 angeordnet und mit diesem elektrisch verbunden sein, z.B. über eine Lötstelle. Der externe Kontakt 116 kann z.B. über den Träger 117 elektrisch mit dem Leistungshalbleiterchip 114 gekoppelt sein.
  • Gemäß einem Beispiel können der Leistungshalbleiterchip 114 und der externe Kontakt 116 auf derselben Seite des Trägers angeordnet sein, z.B. auf einer ersten Seite 117_1 des Trägers 117 (wobei die erste Seite 117_1 dem Treibermodul 120 gegenüberliegt). Gemäß einem Beispiel kann eine zweite Seite 117_2 des Trägers 117, wobei die zweite Seite 117_2 der ersten Seite 117_1 gegenüberliegt, von der Verkapselung 115 auf der zweiten Seite 112 des Leistungshalbleitermoduls freigelegt sein. Die zweite Seite 117_2 des Trägers 117 kann z.B. so ausgebildet sein, dass sie mit einer Grundplatte oder einem Kühlkörper verbunden werden kann. Insbesondere kann das Leistungshalbleitermodul 110 für eine direkte Flüssigkeitskühlung oder für eine indirekte Flüssigkeitskühlung konfiguriert sein.
  • Das Treibermodul 120 ist über der ersten Seite 111 des Leistungshalbleitermoduls 110 angeordnet. Das Treibermodul 120 kann z.B. direkt oberhalb der ersten Seite 111 angeordnet sein. Das Treibermodul 120 kann z.B. eine Leiterplatte (PCB) und eine auf der Leiterplatte angeordnete Treiberschaltung aufweisen. Das Treibermodul 120 ist so konfiguriert, dass es die Halbbrückenschaltung des Leistungshalbleitermoduls 110 steuert.
  • Gemäß einem Beispiel ist das Treibermodul 120 elektrisch mit dem Leistungshalbleitermodul 110 über Einpresspins (nicht gezeigt), die sich von der ersten Seite 111 des Leistungshalbleitermoduls 110 erstrecken, gekoppelt. Zusätzlich oder alternativ können auch andere Verbindungsmittel, z.B. Lötstellen, verwendet werden.
  • Der Gradienten-Hall-Sensor 130 ist über dem externen Kontakt 116 angeordnet. Insbesondere kann der Gradienten-Hall-Sensor 130 direkt über dem externen Kontakt 116 angeordnet sein. Der Gradienten-Hall-Sensor 130 kann außerhalb einer Grundfläche f des Trägers 117 angeordnet sein. Der Gradienten-Hall-Sensor 130 kann auch außerhalb einer Grundfläche der ersten Verkapselung 115 oder teilweise außerhalb einer Grundfläche der ersten Verkapselung 115 angeordnet sein.
  • Das Treibermodul 120, insbesondere eine Leiterplatte des Treibermoduls 120, kann eine erste Seite 121 und eine gegenüberliegende zweite Seite 122 aufweisen, wobei die zweite Seite 122 dem Leistungshalbleitermodul 110 zugewandt ist. Der Gradienten-Hall-Sensor 130 kann zum Beispiel an der zweiten Seite 122 angeordnet sein. Einer oder mehrere Halbleiter-Logikchips des Treibermoduls 120 können beispielsweise an der ersten Seite 121 angeordnet sein. Der Gradienten-Hall-Sensor 130 kann z.B. auf das Treibermodul 120 aufgeklebt, gelötet oder gesteckt sein.
  • Der Gradienten-Hall-Sensor 130 ist so konfiguriert, dass er einen Gleichstrom erfasst, der durch den externen Kontakt 116 fließt. Im Vergleich zu Einzel-Hall-Sensoren (oder Einzel-Hall-Effekt-Sensoren) können Gradienten-Hall-Sensoren (oder Gradienten-Hall-Effekt-Sensoren) eine höhere Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit bieten, zum Beispiel im Hinblick auf Probleme wie Streufelder, Fertigungstoleranzen und Luftspaltänderungen.
  • Der Gradienten-Hall-Sensor 130 kann elektrisch mit dem Treibermodul 120 gekoppelt und so konfiguriert sein, dass er dem Treibermodul 120 einen erfassten Gleichstromwert liefert. Die elektrische Verbindung zwischen dem Gradienten-Hall-Sensor 130 und dem Treibermodul 120 kann beispielsweise Stifte, z.B. Einpresspins, Bonddrähte und/oder Lötstellen aufweisen.
  • Gemäß einem Beispiel weist der Gradienten-Hall-Sensor 130 ein Sensormodul auf, wobei ein Gradienten-Hall-Sensorelement durch eine zweite Verkapselung gekapselt ist, die sich von der ersten Verkapselung 115 des Leistungshalbleitermoduls 110 unterscheidet. Die zweite Verkapselung kann zum Beispiel einen Kunststoffrahmen und/oder einen Formkörper aufweisen. Das Sensormodul kann ferner elektrische Kontakte aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie das Sensormodul mit dem Treibermodul 120 verbinden.
  • Das Treibermodul 120 ist so konfiguriert, dass es ein Steuermuster der Halbbrückenschaltung des Leistungshalbleitermoduls 110 auf der Grundlage eines von dem Gradienten-Hall-Sensor 130 erfassten Gleichstromwerts modifiziert. Beispielsweise kann der Gradienten-Hall-Sensor 130 einen vergleichsweise hohen Gleichstromwert erfassen, der auf eine Überlast, einen Überstrom oder einen Kurzschluss hinweist, und basierend auf dem erfassten Gleichstromwert kann das Treibermodul 120 ein Steuermuster der Halbbrückenschaltung modifizieren, beispielsweise durch Anhalten eines an die Halbbrückenschaltung übertragenen Impulsmusters oder durch Abschalten der Halbbrückenschaltung. Auf diese Weise kann eine Beschädigung des Leistungshalbleitermoduls 110 und/oder einer externen Vorrichtung, die mit dem Leistungshalbleitermodul 110 verbunden ist, verhindert werden.
  • Die 2A und 2B zeigen ein weiteres Leistungselektroniksystem 200, das ähnlich oder identisch mit dem Leistungselektroniksystem 100 sein kann, mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede. 2A zeigt eine Draufsicht auf die erste Seite 121 des Treibermoduls 120 und 2B zeigt eine Seitenansicht ähnlich wie 1.
  • Insbesondere weist das Leistungselektroniksystem 200 ein Leistungshalbleitermodul 210 auf, das ähnlich oder identisch mit dem Leistungshalbleitermodul 110 sein kann. Das Leistungselektroniksystem 200 weist auch das Treibermodul 120 und den Gradienten-Hall-Sensor 130 auf. Das Leistungshalbleitermodul 210 weist jedoch erste bis sechste externe Kontakte 216_1 bis 216_6 auf, die als Gleichstromkontakte ausgebildet sind. Das Leistungshalbleitermodul 210 weist zusätzlich einen siebten, achten und neunten externen Kontakt 216_7, 216_8, 216_9 auf, die als Phasenstromkontakte ausgebildet sein können.
  • Das Leistungshalbleitermodul 210 kann beispielsweise so konfiguriert sein, dass es dreiphasigen elektrischen Strom, z.B. für einen Elektromotor, bereitstellt. Das Leistungshalbleitermodul 210 kann zum Beispiel ein sogenanntes „Sixpack-Modul“ sein, das sechs Leistungshalbleiterchips 114 aufweist. Das Leistungshalbleitermodul 210 kann einen ersten Teil 211, einen zweiten Teil 212 und einen dritten Teil 213 aufweisen. Jeder der Teile 211, 212 und 213 kann eine Halbbrücke aufweisen, wobei die Halbbrücken miteinander gekoppelt sein können, um z.B. eine Inverterschaltung zu bilden. Die ersten und zweiten externen Kontakte 216_1 und 216_2 können Gleichstrom-Leistungskontakte und der siebte externe Kontakt 216_7 kann ein Phasenstromkontakt der ersten Halbbrücke sein. Der dritte und vierte externe Kontakt 216_3 und 216_4 können Gleichstrom-Leistungskontakte und der achte externe Kontakt 216_8 kann ein Phasenstromkontakt der zweiten Halbbrücke sein. Der fünfte und sechste externe Kontakt 216_5 und 216_6 können Gleichstrom-Leistungskontakte und der neunte externe Kontakt 216_9 kann ein Phasenstromkontakt der dritten Halbbrücke sein.
  • Wie in 2A gezeigt, kann das Leistungselektroniksystem 200 beispielsweise drei Gradienten-Hall-Sensoren 130_1, 130_2 und 130_3 aufweisen. Jeder Halbbrücke des Leistungshalbleitermoduls 210 kann einer der Gradienten-Hall-Sensoren 130_1, 130_2 und 130_3 zugeordnet sein. Mit anderen Worten, jeder der Teile 211, 212 und 213 kann einen externen Kontakt 216 aufweisen, der als externer Gleichstromkontakt ausgebildet ist, wobei an diesem externen Kontakt 216 kein Gradienten-Hall-Sensor 130 angeordnet ist. Dies ist möglich, weil es nicht notwendig sein muss, sowohl einen positiven Gleichstrom als auch den entsprechenden negativen Gleichstrom zu überwachen, um eine Überlast, einen Überstrom oder einen Kurzschluss zu erkennen. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Gradienten-Hall-Sensor 130 an beiden externen Kontakten 216 angeordnet ist, die als externe Gleichstromkontakte eines Teils 211, 212 oder 213 konfiguriert sind (der zweite Gradienten-Hall-Sensor kann als redundanter Sensor verwendet werden) .
  • Wie in 2B gezeigt, kann das Treibermodul 120 (insbesondere eine Leiterplatte des Treibermoduls 120) in einer ersten Ebene angeordnet sein, der externe Kontakt 216_5 kann in einer anderen zweiten Ebene angeordnet sein und der externe Kontakt 216_6 kann in einer dritten Ebene angeordnet sein, die sich von der ersten und zweiten Ebene unterscheidet. Gemäß einem anderen Beispiel sind beide Gleichstromkontakte 216_5 und 216_6 in derselben Ebene angeordnet. Die anderen Paare von Gleichstromkontakten 216_1, 216_2 und 216_3, 216_4 können auf ähnliche Weise angeordnet sein. Darüber hinaus können die Gradienten-Hall-Sensoren 130_1, 130_2 und 130_3 über denjenigen der Gleichstromkontakte 216_1 bis 216_6 angeordnet sein, die näher am Treibermodul 120 liegen (z.B. weil ein kürzerer Abstand zwischen Sensorelement und Strom ein stärkeres Sensorsignal liefert). Gemäß einem anderen Beispiel können die Gradienten-Hall-Sensoren 130_1, 130_2 und 130_3 über denjenigen der Gleichstromkontakte 216_1 bis 216_6 angeordnet sein, die weiter vom Treibermodul 120 entfernt sind (z.B. weil nicht genügend Platz für den Gradienten-Hall-Sensor über den Kontakten vorhanden ist, die näher am Treibermodul 120 liegen).
  • Ein Abstand d zwischen dem entsprechenden der externen Kontakte 216_1 bis 216_6 und dem entsprechenden der Gradienten-Hall-Sensoren 130_1, 130_2 und 130_3 kann beispielsweise 6mm oder weniger, oder 5mm oder weniger, oder 4mm oder weniger betragen. In ähnlicher Weise kann ein Abstand zwischen der zweiten Seite 122 des Treibermoduls 120 und den externen Kontakten 216_1 bis 216_6 beispielsweise 8,2mm oder weniger, oder 5,7mm oder weniger betragen.
  • Gemäß einem Beispiel weist die Leistungselektronik 200 zusätzliche Stromsensoren, z.B. Hall-Sensoren (insbesondere Gradienten-Hall-Sensoren), auf, die an den Phasenstromkontakten 216_7, 216_8 und 216_9 angeordnet sind, wobei diese zusätzlichen Stromsensoren zur Messung eines Wechselstroms in den externen Kontakten 216_7, 216_8 und 216_9 ausgebildet sind.
  • 3 zeigt eine Detailansicht des ersten und zweiten externen Kontakts 216_1 und 216_2 und einen Teil des Leistungshalbleitermoduls 210 aus 2A (der externe Kontakt 216_1 ist mit gestrichelten Linien dargestellt, um ihn besser vom externen Kontakt 216_2 unterscheiden zu können). Das Treibermodul 120 und der Gradienten-Hall-Sensor 130 sind in 3 weggelassen, um die externen Kontakte 216_1 und 216_2 detaillierter zu zeigen.
  • Gemäß dem in 3 gezeigten Beispiel können sich die externen Kontakte 216_1 und 216_2 in einem Überlappungsbereich 302 überlappen. Ein solcher Überlappungsbereich 302 kann beispielsweise dazu beitragen, die Streuinduktivität in dem Leistungshalbleitermodul 210 zu reduzieren. Dies bedeutet jedoch auch, dass der Überlappungsbereich 302 möglicherweise nicht für die Platzierung des Gradienten-Hall-Sensors 130 geeignet ist, da kein ausreichendes Signal vorhanden ist. Darüber hinaus sind die distalen Endbereiche 301 der externen Kontakte 216_1 und 216_2 nicht für die Platzierung des Gradienten-Hall-Sensors 130 geeignet, da die distalen Endbereiche 301 für die Kopplung mit einer externen Vorrichtung konfiguriert sind.
  • Aus diesen Gründen kann es sein, dass der Gradienten-Hall-Sensor 130 nur innerhalb der Grundfläche des in 3 gezeigten Sensorplatzierungsbereichs 303 platziert werden kann. Der Sensorplatzierungsbereich 303 kann ein vergleichsweise dünner Streifen zwischen den distalen Endbereichen 301 und dem Überlappungsbereich 302 sein. Es ist möglicherweise nicht wünschenswert, die Länge der externen Kontakte 216 zu vergrößern, um die Größe des Sensorplatzierungsbereichs 303 zu erhöhen, da dies wiederum die Induktivität des Leistungshalbleitermoduls 210 erhöhen würde.
  • Der Sensorplatzierungsbereich 303 kann zum Beispiel vollständig außerhalb einer Grundfläche der ersten Verkapselung 115, vollständig innerhalb einer Grundfläche der ersten Verkapselung 115 oder teilweise innerhalb und teilweise außerhalb einer Grundfläche der ersten Verkapselung 115 angeordnet sein. Für den Fall, dass der Sensorplatzierungsbereich 303 zumindest teilweise innerhalb der Grundfläche der ersten Verkapselung 115 angeordnet ist, kann die erste Verkapselung 115 eine Aussparung aufweisen, die zur Aufnahme des Gradienten-Hall-Sensors 130 konfiguriert ist. Gemäß einem Beispiel können die distalen Endbereiche 301 Löcher 304 aufweisen, die zur Kopplung der distalen Endbereiche 301 mit einer externen Vorrichtung, z.B. einem Kondensator, konfiguriert sind. In diesem Fall kann der Sensorplatzierungsbereich 303 zwischen dem überlappenden Bereich 302 und den Löchern 304 angeordnet sein. Gemäß einem anderen Beispiel weisen die distalen Endbereiche 301 keine Löcher auf.
  • 4 zeigt eine elektrische Schaltung 400, die in den Leistungshalbleitermodulen 110 und 210 realisiert werden kann. Die elektrische Schaltung 400 kann z.B. erste bis sechste Schalter 401 bis 406 aufweisen, die z.B. in einem oder mehreren Leistungshalbleiterchips 114 realisiert sein können. Die elektrische Schaltung 400 liefert dreiphasigen elektrischen Strom IU, IV und IW. Die Ströme IU, IV und IW können an den externen Kontakten 216_7, 216_8 und 216_9 bereitgestellt werden.
  • Die Pfeile A in 4 zeigen beispielhaft eine Überlast, einen Überstrom oder einen Kurzschluss an, der den dritten und vierten Schalter 403 und 404, aber keinen der Phasenstromkontakte (z.B. die externen Kontakte 216_7, 216_8 und 216_9, vgl. 2A) betrifft. Ein Stromsensor, der an einem der Phasenstromkontakte angeordnet ist, wäre daher nicht in der Lage, den in 4 gezeigten elektrischen Fehler zu erkennen. Durch die Erfassung des in den dritten und/oder vierten Schalter 403, 404 ein- oder ausfließenden Gleichstroms kann jedoch die Überlast, der Überstrom oder der Kurzschluss erkannt und der Stromkreis 400 modifiziert werden, z.B. durch Anhalten eines Pulsmusters (eines Treibersignals) oder durch Abschalten des Stromkreises 400.
  • Diese Abschaltung kann potenziell innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne erfolgen, z.B. 1,8µs oder weniger oder sogar 1,5us oder weniger, nachdem ein Gradienten-Hall-Sensor 130 die Überlast, den Überstrom oder den Kurzschluss erkannt hat. Insbesondere in dem Fall, dass die Schalter 401 bis 406 in einem oder mehreren SiC-Chips realisiert sind, kann es von Vorteil sein, das Auftreten eines elektrischen Fehlers innerhalb einer möglichst kurzen Zeitspanne zu erkennen. Die Erkennung der Überlast, des Überstroms oder des Kurzschlusses mit dem Gradienten-Hall-Sensor 130 oberhalb eines Gleichstromkontakts, wie hier gezeigt, kann schneller sein als die Verwendung einer DESAT-Erkennungsschaltung.
  • Die Messung der durch die externen Kontakte 216_1, 216_3 und 216_5 fließenden Gleichströme über die Gradienten-Hall-Sensoren 130_1, 130_2 und 130_3 (vgl. 2A) kann auch als Redundanz für eine Phasenstrommessung der Phasenströme IU, IV und IW verwendet werden (vgl. 4). Für den Fall, dass ein oder mehrere Phasenstromsensoren zur Messung der Phasenströme IU, IV und IW defekt sind, kann der Phasenstrom aus der Gleichstrommessung des entsprechenden Gradienten-Hall-Sensors 130_1, 130_2 oder 130_3 abgeleitet werden, da der Phasenstrom proportional zum entsprechenden Gleichstrom ist. Weiterhin kann das Sensorsignal der Gradienten-Hall-Sensoren 130_1, 130_2 und 130_3 z.B. für eine Online-Diagnose des Inverter-Wirkungsgrades des Leistungshalbleitermoduls 110 oder 210 verwendet werden.
  • 5 zeigt eine Detailaufnahme eines Teils der ersten Seite 121 eines beispielhaften Treibermoduls 120. Das Treibermodul 120 weist einen oder mehrere dedizierte Sensorbefestigungsbereiche 501 auf, wobei ein Gradienten-Hall-Sensor 130 in einem Sensorbefestigungsbereich 501 an dem Treibermodul 120 befestigt werden kann. Insbesondere kann ein Gradienten-Hall-Sensor 130 an der zweiten Seite 122 des Treibermoduls (vgl. 1) in einem Sensorbefestigungsbereich 501 befestigt werden.
  • Gemäß einem Beispiel ist das Treibermodul 120 (insbesondere eine Leiterplatte des Treibermoduls 120) in dem oder den Sensorbefestigungsbereichen 501 (d.h. in einem Bereich direkt oberhalb des Gradienten-Hall-Sensors 130) frei von jeglichen leitfähigen Schichten. In diesem Zusammenhang kann „frei von jeglichen leitfähigen Schichten“ bedeuten, dass tatsächlich kein leitfähiges Material in einem Sensoranbringungsbereich 501 angeordnet ist oder dass nur eine oder mehrere Leiterbahnen, die zur Kopplung des Gradienten-Hall-Sensors 130 mit dem Treibermodul 120 konfiguriert sind, aber kein anderes leitendes Material in dem Sensorbefestigungsbereich 501 angeordnet ist. Wenn die Sensorbefestigungsbereiche 501 frei von leitenden Schichten gehalten werden, können Streufelder reduziert werden, die die Sensorgenauigkeit negativ beeinflussen könnten.
  • 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zur Herstellung eines Leistungselektroniksystems. Das Verfahren 600 kann zum Beispiel zur Herstellung des Leistungselektroniksystems 100 oder 200 verwendet werden.
  • Das Verfahren 600 weist bei 601 einen Prozess des Bereitstellens eines Leistungshalbleitermoduls mit einer ersten Seite, einer gegenüberliegenden zweiten Seite und lateralen Seiten, die die erste und zweite Seite verbinden, auf, wobei das Leistungshalbleitermodul Folgendes umfasst: mindestens einen Leistungshalbleiterchip, der mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, eine erste Verkapselung, die den mindestens einen Leistungshalbleiterchip verkapselt, und mindestens einen externen Kontakt, der als Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung ausgebildet ist, wobei der externe Kontakt an einer lateralen Seite des Leistungshalbleitermoduls von der ersten Verkapselung freigelegt wird; das Verfahren 600 weist bei 602 einen Prozess des Anordnens eines Treibermoduls über der ersten Seite des Leistungshalbleitermoduls auf, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es die Halbbrückenschaltung steuert, und bei 603 einen Prozess des Anordnens eines Gradienten-Hall-Sensors über dem externen Kontakt, wobei der Gradienten-Hall-Sensor so konfiguriert ist, dass er einen durch den externen Kontakt fließenden Gleichstrom detektiert, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es ein Steuermuster der Halbbrückenschaltung auf der Grundlage eines von dem Gradienten-Hall-Sensor detektierten Gleichstromwertes modifiziert.
  • Gemäß einem Beispiel des Verfahrens 600 wird der Gradienten-Hall-Sensor auf einer Leiterplatte des Treibermoduls über dem externen Kontakt angebracht. Dies kann beispielsweise vor dem Anordnen des Treibermoduls über dem Leistungshalbleitermodul erfolgen. Gemäß einem Beispiel wird der Gradienten-Hall-Sensor über dem externen Kontakt angeordnet, nachdem der Leistungshalbleiterchip mit der ersten Verkapselung versehen worden ist. Der Gradienten-Hall-Sensor kann ein Sensormodul mit einer zweiten Verkapselung aufweisen, die ein Gradienten-Hall-Sensorelement einkapselt. Das Gradienten-Hall-Sensorelement kann beispielsweise mit der zweiten Verkapselung verkapselt werden, bevor der Gradienten-Hall-Sensor an dem Treibermodul angebracht wird.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zum Schutz einer Halbbrückenschaltung vor einer Überlast oder einem Überstrom oder einem Kurzschluss. Das Verfahren 700 kann beispielsweise zum Schutz einer Schaltung verwendet werden, die in dem Leistungshalbleitermodul 110 oder 210 vorhanden ist.
  • Das Verfahren 700 weist bei 701 einen Prozess des Bereitstellens eines Leistungshalbleitermoduls mit mindestens einem Leistungshalbleiterchip auf, wobei der mindestens eine Leistungshalbleiterchip mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, bei 702 einen Prozess des Erfassens eines Gleichstroms in einem externen Kontakt des Leistungshalbleitermoduls unter Verwendung eines Gradienten-Hall-Sensors und bei 703 einen Prozess des Abschaltens der Halbbrückenschaltung auf der Grundlage eines erfassten Gleichstromwerts.
  • BEISPIELE
  • Im Folgenden werden das Leistungselektroniksystem, das Verfahren zur Herstellung eines Leistungselektroniksystems und das Verfahren zum Schutz einer Halbbrückenschaltung anhand konkreter Beispiele näher erläutert.
  • Beispiel 1 ist ein Leistungselektroniksystem, das folgendes aufweist: ein Leistungshalbleitermodul mit einer ersten Seite, einer gegenüberliegenden zweiten Seite und lateralen Seiten, die die erste und die zweite Seite verbinden, wobei das Leistungshalbleitermodul folgendes aufweist: mindestens einen Leistungshalbleiterchip, der mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, eine erste Verkapselung, die den mindestens einen Leistungshalbleiterchip verkapselt, und mindestens einen externen Kontakt, der als Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung ausgebildet ist, wobei der externe Kontakt an einer lateralen Seite des Leistungshalbleitermoduls von der ersten Verkapselung freigelegt ist; ein Treibermodul, das über der ersten Seite des Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass es die Halbbrückenschaltung steuert; und einen Gradienten-Hall-Sensor, der über dem externen Kontakt angeordnet und so konfiguriert ist, dass er einen durch den externen Kontakt fließenden Gleichstrom erfasst, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es ein Steuermuster der Halbbrückenschaltung auf der Grundlage eines von dem Gradienten-Hall-Sensor erfassten Gleichstromwerts modifiziert.
  • Beispiel 2 ist das Leistungselektroniksystem von Beispiel 1, wobei das Modifizieren des Steuermusters das Anhalten eines Pulsmusters oder das Abschalten der Halbbrückenschaltung aufweist.
  • Beispiel 3 ist das Leistungselektroniksystem von Beispiel 1 oder 2, wobei das Treibermodul eine Leiterplatte aufweist, wobei der Gradienten-Hall-Sensor an einer zweiten Seite der Leiterplatte angebracht ist, die der ersten Seite des Leistungshalbleitermoduls gegenüberliegt.
  • Beispiel 4 ist das Leistungselektroniksystem von Beispiel 3, wobei die Leiterplatte in einem Bereich direkt über dem Gradienten-Hall-Sensor frei von leitenden Schichten ist.
  • Beispiel 5 ist das Leistungselektroniksystem von Beispiel 3 oder 4, wobei das Leistungshalbleitermodul einen weiteren externen Kontakt aufweist, der als weiterer Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung ausgebildet ist, wobei die Leiterplatte in einer ersten Ebene angeordnet ist, der externe Kontakt in einer anderen zweiten Ebene angeordnet ist und der weitere externe Kontakt in einer dritten Ebene angeordnet ist, die sich von der ersten und zweiten Ebene unterscheidet, und wobei ein Abstand zwischen der ersten und zweiten Ebene kleiner ist als ein Abstand zwischen der ersten und dritten Ebene.
  • Beispiel 6 ist das Leistungselektroniksystem nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei der Gradienten-Hall-Sensor außerhalb der ersten Verkapselung angeordnet ist.
  • Beispiel 7 ist das Leistungselektroniksystem eines der vorhergehenden Beispiele, wobei der mindestens eine Leistungshalbleiterchip auf einer ersten Seite eines Trägers angeordnet ist und wobei der Gradienten-Hall-Sensor außerhalb eines Umfangs der ersten Seite des Trägers angeordnet ist.
  • Beispiel 8 ist das Leistungselektroniksystem eines der vorhergehenden Beispiele, wobei das Leistungshalbleitermodul erste und zweite externe Kontakte aufweist, die einen Überlappungsbereich und distale Endbereiche aufweisen, wobei sich die ersten und zweiten externen Kontakte in dem Überlappungsbereich überlappen und wobei die distalen Endbereiche konfiguriert sind, um mit einer externen Vorrichtung gekoppelt zu werden, und wobei der Gradienten-Hall-Sensor zwischen dem Überlappungsbereich und den distalen Endbereichen angeordnet ist.
  • Beispiel 9 ist das Leistungselektroniksystem eines der vorhergehenden Beispiele, wobei der Gradienten-Hall-Sensor ein Sensormodul aufweist, wobei das Sensormodul elektrische Kontakte, die mit dem Treibermodul gekoppelt sind, und eine zweite Verkapselung aufweist, die den Gradienten-Hall-Sensor verkapselt.
  • Beispiel 10 ist das Leistungselektroniksystem eines der vorhergehenden Beispiele, wobei der Gradienten-Hall-Sensor einen schnellen digitalen Überstromausgang und einen analogen Ausgang für den Gleichstromwert aufweist, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es einen analogen Ausgangswert des analogen Ausgangs verwendet, um eine Online-Wirkungsgradberechnung und/oder eine Zustandsanalyse des Leistungshalbleitermoduls durchzuführen, oder wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es den analogen Ausgangswert als Redundanz für Sensorsignale von Phasenstromsensoren des Leistungselektroniksystems verwendet.
  • Beispiel 11 ist das Leistungselektroniksystem eines der vorhergehenden Beispiele, wobei ein Abstand zwischen dem externen Kontakt und dem Gradienten-Hall-Sensor 6mm oder weniger beträgt.
  • Beispiel 12 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungselektroniksystems, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Leistungshalbleitermoduls mit einer ersten Seite, einer gegenüberliegenden zweiten Seite und lateralen Seiten, die die erste und zweite Seite verbinden, wobei das Leistungshalbleitermodul aufweist: mindestens einen Leistungshalbleiterchip, der mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, eine erste Verkapselung, die den mindestens einen Leistungshalbleiterchip verkapselt, und mindestens einen externen Kontakt, der als Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung konfiguriert ist, wobei der externe Kontakt von der ersten Verkapselung an einer lateralen Seite des Leistungshalbleitermoduls freigelegt ist; Anordnen eines Treibermoduls über der ersten Seite des Leistungshalbleitermoduls, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es die Halbbrückenschaltung steuert; und Anordnen eines Gradienten-Hall-Sensors über dem externen Kontakt, wobei der Gradienten-Hall-Sensor so konfiguriert ist, dass er einen durch den externen Kontakt fließenden Gleichstrom detektiert, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es ein Steuermuster der Halbbrückenschaltung auf der Grundlage eines von dem Gradienten-Hall-Sensor detektierten Gleichstromwertes modifiziert.
  • Beispiel 13 ist das Verfahren von Beispiel 12, wobei das Anordnen des Gradienten-Hall-Sensors über dem externen Kontakt das Anbringen des Gradienten-Hall-Sensors an einer Leiterplatte des Treibermoduls aufweist.
  • Beispiel 14 ist das Verfahren von Beispiel 13, wobei die Leiterplatte in einem Bereich direkt über dem Gradienten-Hall-Sensor frei von leitenden Schichten ist.
  • Beispiel 15 ist das Verfahren nach einem der Beispiele 12 bis 14, wobei das Bereitstellen des Leistungshalbleitermoduls das Verkapseln des Leistungshalbleiterchips mit der Verkapselung aufweist, und wobei der Gradienten-Hall-Sensor über dem externen Kontakt angeordnet wird, nachdem der Leistungshalbleiterchip verkapselt wurde.
  • Beispiel 16 ist ein Verfahren zum Schutz einer Halbbrückenschaltung vor einer Überlast oder einem Überstrom, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Leistungshalbleitermoduls, das mindestens einen Leistungshalbleiterchip aufweist, wobei der mindestens eine Leistungshalbleiterchip mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, Erfassen eines Gleichstroms in einem externen Kontakt des Leistungshalbleitermoduls unter Verwendung eines Gradienten-Hall-Sensors, und auf der Grundlage eines erfassten Gleichstromwerts, Abschalten der Halbbrückenschaltung.
  • Beispiel 17 ist das Verfahren von Beispiel 16, wobei das Steuermuster der Halbbrückenschaltung 1,8µs oder weniger modifiziert wird, nachdem eine Überlast oder ein Überstrom durch den Gradienten-Hall-Sensor erfasst wurde.
  • Beispiel 18 ist eine Vorrichtung, die Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Beispiele 12 bis 17 aufweist.

Claims (17)

  1. Leistungselektroniksystem (100), aufweisend: ein Leistungshalbleitermodul (110) mit einer ersten Seite (111), einer gegenüberliegenden zweiten Seite (112) und lateralen Seiten (113), die die erste und zweite Seite (111, 112) verbinden, wobei das Leistungshalbleitermodul (110) aufweist: mindestens einen Leistungshalbleiterchip (114), der mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, eine erste Verkapselung (115), die den mindestens einen Leistungshalbleiterchip (114) einkapselt, und mindestens einen externen Kontakt (116), der als ein Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung konfiguriert ist, wobei der externe Kontakt (116) von der ersten Verkapselung (115) an einer lateralen Seite (113) des Leistungshalbleitermoduls (110) freigelegt ist, ein Treibermodul (120), das über der ersten Seite (111) des Leistungshalbleitermoduls (110) angeordnet und zum Steuern der Halbbrückenschaltung konfiguriert ist, und einen Gradienten-Hall-Sensor (130), der über dem externen Kontakt (116) angeordnet und so konfiguriert ist, dass er einen durch den externen Kontakt (116) fließenden Gleichstrom erfasst, wobei das Treibermodul (120) so konfiguriert ist, dass es ein Steuermuster der Halbbrückenschaltung auf der Grundlage eines von dem Gradienten-Hall-Sensor (130) erfassten Gleichstromwertes modifiziert.
  2. Leistungselektroniksystem nach Anspruch 1, wobei das Modifizieren des Steuermusters das Anhalten eines Pulsmusters oder das Abschalten der Halbbrückenschaltung aufweist.
  3. Leistungselektroniksystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Treibermodul (120) eine gedruckte Leiterplatte aufweist, wobei der Gradienten-Hall-Sensor (130) an einer zweiten Seite (122) der Leiterplatte angebracht ist, die der ersten Seite (111) des Leistungshalbleitermoduls (110) zugewandt ist.
  4. Leistungselektroniksystem (100) nach Anspruch 3, wobei die Leiterplatte in einem Bereich direkt oberhalb des Gradienten-Hall-Sensors (130) frei von leitenden Schichten ist.
  5. Leistungselektroniksystem (200) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Leistungshalbleitermodul (110) einen weiteren externen Kontakt (216) aufweist, der als weiterer Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung ausgebildet ist, wobei die Leiterplatte in einer ersten Ebene, der externe Kontakt (216) in einer davon verschiedenen zweiten Ebene und der weitere externe Kontakt (216) in einer von der ersten und zweiten Ebene verschiedenen dritten Ebene angeordnet ist, und wobei ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Ebene kleiner ist als ein Abstand zwischen der ersten und der dritten Ebene.
  6. Leistungselektroniksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gradienten-Hall-Sensor (130) außerhalb der ersten Verkapselung (115) angeordnet ist.
  7. Leistungselektroniksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Leistungshalbleiterchip (114) auf einer ersten Seite (117_1) eines Trägers (117) angeordnet ist, und wobei der Gradienten-Hall-Sensor (130) außerhalb einer Grundfläche der ersten Seite (117_1) des Trägers (117) angeordnet ist.
  8. Leistungselektroniksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leistungshalbleitermodul (100) erste und zweite externe Kontakte (216_1, 216_2) aufweist, die einen Überlappungsbereich (302) und distale Endbereiche (301) aufweisen, wobei die ersten und zweiten externen Kontakte (216_1, 216_2) sich in dem Überlappungsbereich (302) überlappen und wobei die distalen Endbereiche (301) so konfiguriert sind, dass sie mit einer externen Vorrichtung gekoppelt werden können, und wobei der Gradienten-Hall-Sensor (130) zwischen dem Überlappungsbereich (302) und den distalen Endbereichen (301) angeordnet ist.
  9. Leistungselektroniksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gradienten-Hall-Sensor (130) ein Sensormodul aufweist, wobei das Sensormodul mit dem Treibermodul (120) gekoppelte elektrische Kontakte und eine zweite Verkapselung aufweist, die den Gradienten-Hall-Sensor (130) verkapselt.
  10. Leistungselektroniksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gradienten-Hall-Sensor (130) einen schnellen digitalen Überstromausgang und einen Analogausgang für den Gleichstromwert aufweist, wobei das Treibermodul (120) so konfiguriert ist, dass es einen analogen Ausgangswert des analogen Ausgangs verwendet, um eine Online-Wirkungsgradberechnung und/oder eine Zustandsanalyse des Leistungshalbleitermoduls (110) durchzuführen, oder wobei das Treibermodul (120) so konfiguriert ist, dass es den analogen Ausgangswert als Redundanz für Sensorsignale von Phasenstromsensoren des Leistungselektroniksystems (100) verwendet.
  11. Leistungselektroniksystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand zwischen dem externen Kontakt (116) und dem Gradienten-Hall-Sensor (130) 6mm oder weniger beträgt.
  12. Verfahren (600) zum Herstellen eines Leistungselektroniksystems, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen (601) eines Leistungshalbleitermoduls mit einer ersten Seite, einer gegenüberliegenden zweiten Seite und lateralen Seiten, die die erste und zweite Seite verbinden, wobei das Leistungshalbleitermodul aufweist: mindestens einen Leistungshalbleiterchip, der mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, eine erste Verkapselung, die den mindestens einen Leistungshalbleiterchip einkapselt, und mindestens einen externen Kontakt, der als ein Gleichstromkontakt der Halbbrückenschaltung konfiguriert ist, wobei der externe Kontakt von der ersten Verkapselung an einer lateralen Seite des Leistungshalbleitermoduls freigelegt ist, Anordnen (602) eines Treibermoduls über der ersten Seite des Leistungshalbleitermoduls, wobei das Treibermodul zum Steuern der Halbbrückenschaltung konfiguriert ist, und Anordnen (603) eines Gradienten-Hall-Sensors über dem externen Kontakt, wobei der Gradienten-Hall-Sensor so konfiguriert ist, dass er einen Gleichstrom erfasst, der durch den externen Kontakt fließt, wobei das Treibermodul so konfiguriert ist, dass es ein Steuermuster der Halbbrückenschaltung auf der Grundlage eines von dem Gradienten-Hall-Sensor erfassten Gleichstromwertes modifiziert.
  13. Verfahren (600) nach Anspruch 12, wobei das Anordnen (603) des Gradienten-Hall-Sensors über dem externen Kontakt das Anbringen des Gradienten-Hall-Sensors an einer Leiterplatte des Treibermoduls aufweist.
  14. Verfahren (600) nach Anspruch 13, wobei die Leiterplatte in einem Bereich direkt über dem Gradienten-Hall-Sensor frei von leitenden Schichten ist.
  15. Verfahren (600) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Bereitstellen (601) des Leistungshalbleitermoduls das Verkapseln des Leistungshalbleiterchips mit der Verkapselung aufweist, und wobei der Gradienten-Hall-Sensor über dem externen Kontakt angeordnet wird, nachdem der Halbleiterchip verkapselt worden ist.
  16. Verfahren (700) zum Schutz einer Halbbrückenschaltung vor einer Überlast oder einem Überstrom, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen (701) eines Leistungshalbleitermoduls, das mindestens einen Leistungshalbleiterchip aufweist, wobei der mindestens eine Leistungshalbleiterchip mindestens einen Teil einer Halbbrückenschaltung bildet, Erfassen (702) eines Gleichstroms in einem externen Kontakt des Leistungshalbleitermoduls unter Verwendung eines Gradienten-Hall-Sensors, und basierend auf einem erfassten Gleichstromwert, Modifizieren (703) eines Steuermusters der Halbbrückenschaltung.
  17. Verfahren (700) nach Anspruch 16, wobei das Steuermuster 1,8µs oder weniger, nachdem eine Überlast oder ein Überstrom durch den Gradienten-Hall-Sensor erfasst wurde, modifiziert wird.
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