DE102022202894A1 - POWER MODULE AND METHOD FOR MOUNTING A POWER MODULE - Google Patents
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Abstract
Ein Leistungsmodul (20) wird bereitgestellt. Das Leistungsmodul (20) umfasst Folgendes: einen Träger (22); wenigstens eine elektronische Komponente (24, 26), die auf dem Träger (22) montiert ist; wenigstens eine Drahtbondung (28), die die elektronische Komponente (42) mit einer anderen elektronischen Komponente (24, 26) des Leistungsmoduls (20) oder mit einer elektrischen Leitung des Trägers (22) koppelt, wobei die Drahtbondung (28) eine Biegung (29) bildet; eine Ansteuerungsplatine (40), die auf dem Träger (22) oberhalb der elektronischen Komponente (24, 26) angeordnet ist und einen Anschluss (48) zum elektrischen Kontaktieren der Ansteuerungsplatine (40) und wenigstens eine Durchgangsaussparung (42), die sich durch die Ansteuerungsplatine (40) erstreckt, umfasst; und einen elektrisch leitfähigen Teil bei der Durchgangsaussparung (42), wobei der elektrisch leitfähige Teil elektrisch mit dem Anschluss (48) gekoppelt ist, wobei die Drahtbondung (28) und die Durchgangsaussparung (42) derart gebildet und angeordnet sind, dass sich die Biegung (29) der Drahtbondung (28) wenigstens in die Durchgangsaussparung (42) hinein erstreckt, und die Biegung (29) elektrisch mit dem elektrisch leitfähigen Teil gekoppelt ist.A power module (20) is provided. The power module (20) comprises: a carrier (22); at least one electronic component (24, 26) mounted on the carrier (22); at least one wire bond (28) which couples the electronic component (42) to another electronic component (24, 26) of the power module (20) or to an electrical line of the carrier (22), the wire bond (28) having a bend ( 29) forms; a control board (40) which is arranged on the carrier (22) above the electronic component (24, 26) and a connection (48) for electrically contacting the control board (40) and at least one through recess (42) which extends through the Control board (40) extends, includes; and an electrically conductive part at the through-hole (42), the electrically conductive part being electrically coupled to the terminal (48), the wire bond (28) and the through-hole (42) being formed and arranged such that the bend ( 29) of the wire bonding (28) extends at least into the passage recess (42), and the bend (29) is electrically coupled to the electrically conductive part.
Description
Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul und ein Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls.The invention relates to a power module and a method for producing the power module.
Ein herkömmliches Leistungsmodul kann einen Träger, eine elektronische Kompon ente, die auf dem Träger montiert ist, und eine Ansteuerungsplatine umfassen. Der Träger kann ein DBC(Direct Bonded Copper - direktgebondetes Kupfer)-Substrat oder ein isoliertes Metallsubstrat (IMS: Insulated Metall Substrate) umfassen. Die Ansteuerungsplatine kann zum elektrischen Kontaktieren und/oder Steuern der elektronischen Komponente ausgebildet sein, die auf dem Träger montiert ist.A conventional power module may include a carrier, an electronic component mounted on the carrier, and a driver board. The carrier may comprise a DBC (Direct Bonded Copper) substrate or an insulated metal substrate (IMS). The control board can be designed to electrically contact and/or control the electronic component that is mounted on the carrier.
Die elektronische Komponente kann eine aktive elektronische Komponente und/oder eine passive elektronische Komponente umfassen. Die passive elektronische Komponente kann einen Widerstand, einen Kondensator und/oder einen Leiter umfassen. Die aktive elektronische Komponente kann einen Chip und/oder einen Transistor umfassen. Die aktive elektronische Komponente kann als eine Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung ausgebildet sein. Die aktive elektronische Komponente kann als eine Hochleistungshalbleitervorrichtung ausgebildet sein. Das Leistungsmodul kann zwei oder mehr elektronische Komponenten umfassen, wobei manche der elektronischen Komponenten auf dem Träger angeordnet sein können und manche der elektronischen Komponenten auf der Ansteuerungsplatine angeordnet sein können.The electronic component may include an active electronic component and/or a passive electronic component. The passive electronic component may include a resistor, a capacitor and/or a conductor. The active electronic component may include a chip and/or a transistor. The active electronic component can be designed as a high-speed switching device. The active electronic component can be designed as a high-performance semiconductor device. The power module may include two or more electronic components, where some of the electronic components may be located on the carrier and some of the electronic components may be located on the control board.
In einer herkömmlichen Leistungsmodulstruktur können die elektronischen Komponenten, die auf dem Träger montiert sind, elektrisch mit anderen Komponenten, die auf dem Träger montiert sind, oder direkt mit dem Träger über einen oder mehrere entsprechende Bonddrähte kontaktiert sein. Die Ansteuerungsplatine kann über einen oder mehrere elektrisch leitfähige Stifte elektrisch und/oder mechanisch mit dem Träger gekoppelt sein. Jedoch können die Stifte eine große Induktivität in dem Leistungsmodul einführen. Die große Induktivität kann die elektronischen Komponenten und/oder Funktionen der elektronischen Komponenten beinträchtigen, insbesondere dann, falls die elektronischen Komponenten Halbleiterchips, z. B. basierend auf SiC, GaN oder GaO, umfassen und/oder falls die elektronischen Komponenten eine oder mehrere Schaltvorrichtungen, z. B. Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtungen, darstellen.In a conventional power module structure, the electronic components mounted on the carrier may be electrically contacted with other components mounted on the carrier or directly with the carrier via one or more corresponding bonding wires. The control board can be electrically and/or mechanically coupled to the carrier via one or more electrically conductive pins. However, the pins can introduce large inductance into the power module. The large inductance can affect the electronic components and/or functions of the electronic components, particularly if the electronic components are semiconductor chips, e.g. B. based on SiC, GaN or GaO, and / or if the electronic components include one or more switching devices, e.g. B. high-speed switching devices.
Alternativ dazu kann die Ansteuerungsplatine ohne irgendeinen Stift direkt mit den elektronischen Komponenten gekoppelt sein. Das kann die Induktivität reduzieren, aber manche neue Probleme können entstehen. Zum Beispiel können elektrische Kontakte der elektronischen Komponenten zu nahe beieinander zum Löten der Ansteuerungsplatine an die elektronischen Komponenten sein, wobei Kurzschlüsse entstehen können. Außerdem kann eine Toleranz einer Position der elektronischen Komponente auf dem Träger stark begrenzt werden. Ferner kann ein Wärmeausdehnungskoeffizient der elektronischen Komponenten stark von einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Ansteuerungsplatine abweichen. Dies kann zu einer Rissbildung in dem Lot, das die Ansteuerungsplatine mit den elektronischen Komponenten koppelt, führen, wenn sich eine Temperatur des Leistungsmoduls ändert. Des Weiteren ist eine Kopplung zwischen der elektronischen Komponente und der Ansteuerungsplatine möglicherweise nicht stark genug und kann die elektronische Komponente leicht von der Ansteuerungsplatine getrennt werden.Alternatively, the control board may be directly coupled to the electronic components without any pin. This can reduce the inductance, but some new problems can arise. For example, electrical contacts of the electronic components may be too close together for soldering the control board to the electronic components, which may result in short circuits. In addition, a tolerance of a position of the electronic component on the carrier can be greatly limited. Furthermore, a thermal expansion coefficient of the electronic components can differ greatly from a thermal expansion coefficient of the control board. This can result in cracking of the solder that couples the drive board to the electronic components when a temperature of the power module changes. Furthermore, a coupling between the electronic component and the driving board may not be strong enough and the electronic component may be easily separated from the driving board.
Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsmodul bereitzustellen, das wenigstens eine elektronische Komponente auf einem Träger umfasst, die mit einer Ansteuerungsplatine gekoppelt ist, wobei eine Kopplung zwischen der elektronischen Komponente, dem Träger und/oder der Ansteuerungsplatine nur eine kleine Induktivität einführt, und/oder wobei das Leistungsmodul eine hohe Leistungsfähigkeit der elektronischen Komponente ermöglicht.Therefore, it is an object of the present invention to provide a power module comprising at least one electronic component on a carrier coupled to a drive board, wherein coupling between the electronic component, the carrier and/or the drive board introduces only a small inductance , and/or wherein the power module enables high performance of the electronic component.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Montieren eines Leistungsmoduls bereitzustellen, das wenigstens eine elektronische Komponente auf einem Träger umfasst, die mit einer Ansteuerungsplatine gekoppelt ist, wobei das Verfahren dazu beiträgt, dass eine Kopplung zwischen der elektronischen Komponente, dem Träger und/oder der Ansteuerungsplatine nur eine kleine Induktivität einführt, und/oder dass das Leistungsmodul eine hohe Leistungsfähigkeit der elektronischen Komponente ermöglicht.It is another object of the present invention to provide a method of mounting a power module comprising at least one electronic component on a carrier coupled to a drive board, the method contributing to a coupling between the electronic component to the carrier and/or the control board only introduces a small inductance, and/or that the power module enables high performance of the electronic component.
Die Ziele werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erzielt. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.The goals are achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are given in the dependent claims.
Ein Aspekt betrifft ein Leistungsmodul. Das Leistungsmodul umfasst Folgendes: einen Träger; wenigstens eine elektronische Komponente, die auf dem Träger montiert ist; wenigstens eine Drahtbondung, die die elektronische Komponente mit einer anderen elektronischen Komponente des Leistungsmoduls oder mit einer elektrischen Leitung des Trägers koppelt, wobei die Drahtbondung eine Biegung bildet; eine Ansteuerungsplatine, die auf dem Träger oberhalb der elektronischen Komponente angeordnet ist und einen Anschluss zum elektrischen Kontaktieren der Ansteuerungsplatine und wenigstens eine Durchgangsaussparung, die sich durch die Ansteuerungsplatine erstreckt, umfasst; und einen elektrisch leitfähigen Teil bei der Durchgangsaussparung, wobei der elektrisch leitfähige Teil elektrisch mit dem Anschluss gekoppelt ist, wobei die Drahtbondung und die Durchgangsaussparung derart gebildet und angeordnet sind, dass sich die Biegung der Drahtbondung wenigstens in die Durchgangsaussparung hinein erstreckt, und die Biegung elektrisch mit dem elektrisch leitfähigen Teil gekoppelt ist.One aspect concerns a performance module. The power module includes: a carrier; at least one electronic component mounted on the carrier; at least one wire bond that couples the electronic component to another electronic component of the power module or to an electrical line of the carrier, the wire bond forming a bend; a drive board disposed on the carrier above the electronic component and comprising a terminal for electrically contacting the drive board and at least one through recess extending through the drive board; and one electrically conductive part in the through-hole, the electrically conductive part being electrically coupled to the terminal, the wire bond and the through-hole being formed and arranged such that the bend of the wire bond extends at least into the through-hole, and the bend is electrically connected to the electrically conductive part is coupled.
Die elektronische Komponente ist über die Biegung der Drahtbondung und den elektrisch leitfähigen Teil bei der Durchgangsaussparung mit der Ansteuerungsplatine gekoppelt. Die Kopplung der Biegung der Drahtbondung mit dem elektrisch leitfähigen Teil der Ansteuerungsplatine führt nur eine kleine Induktivität ein. Daher führt die Kopplung der elektronischen Komponente mit der Ansteuerungsplatine nur eine kleine Induktivität ein. Dementsprechend kann die elektronische Komponente mit einer hohen Leistungsfähigkeit betrieben werden. Dies kann zu einer hohen Leistungsfähigkeit des Leistungsmoduls beitragen.The electronic component is coupled to the control board via the bend of the wire bond and the electrically conductive part at the through hole. Coupling the bend of the wire bond to the electrically conductive part of the drive board introduces only a small inductance. Therefore, coupling the electronic component to the control board introduces only a small inductance. Accordingly, the electronic component can be operated with high performance. This can contribute to high performance of the power module.
Der Träger kann eine elektrisch leitfähige, erste Schicht, eine elektrisch isolierende, zweite Schicht auf der ersten Schicht und eine elektrisch leitfähige, dritte Schicht auf der zweiten Schicht umfassen. Der Träger kann zum Tragen und Kühlen der elektronischen Komponente bereitgestellt sein. In diesem Zusammenhang kann der Träger als ein Kühlkörper bezeichnet werden.The carrier may include an electrically conductive first layer, an electrically insulating second layer on the first layer and an electrically conductive third layer on the second layer. The carrier may be provided for supporting and cooling the electronic component. In this context, the carrier can be referred to as a heat sink.
Die elektronische Komponente kann eine aktive elektronische Komponente, z. B. ein Chip oder Transistor, oder eine passive elektronische Komponente, z. B. ein Widerstand, Kondensator oder eine Induktivität, sein. Die aktive elektronische Komponente kann einen Halbleiter-Die umfassen. Der Halbleiter-Die kann SiC, GaN oder GaO umfassen. Das Leistungsmodul kann zwei oder mehr elektronische Komponenten umfassen. Manche der elektronischen Komponenten können auf dem Träger angeordnet sein. Außerdem können manche der elektronischen Komponenten auf der Ansteuerungsplatine angeordnet sein.The electronic component can be an active electronic component, e.g. B. a chip or transistor, or a passive electronic component, e.g. B. a resistor, capacitor or an inductor. The active electronic component may include a semiconductor die. The semiconductor die may include SiC, GaN or GaO. The power module may include two or more electronic components. Some of the electronic components can be arranged on the carrier. In addition, some of the electronic components can be arranged on the control board.
Die Drahtbondung kann eine beliebige herkömmliche Drahtbondung sein. Die Drahtbondung kann Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold umfassen. Die Biegung kann durch die Drahtbondung zwischen einem Teil der Drahtbondung, der mit der elektronischen Komponente verbunden ist, und einem Teil der Drahtbondung, der mit der anderen elektronischen Komponente bzw. der elektrischen Leitung des Trägers verbunden ist, gebildet sein. Dass sich die Biegung der Drahtbondung „wenigstens“ in die Durchgangsaussparung hinein erstreckt, kann bedeuten, dass die Biegung innerhalb der Durchgangsaussparung angeordnet ist oder dass sich die Biegung durch die Durchgangsaussparung hindurch erstreckt.The wire bond can be any conventional wire bond. Wire bonding can include copper, aluminum, silver or gold. The bend may be formed by the wire bond between a part of the wire bond that is connected to the electronic component and a part of the wire bond that is connected to the other electronic component or the electrical line of the carrier. That the bend of the wire bond extends “at least” into the via recess may mean that the bend is located within the via recess or that the bend extends through the via recess.
Die Ansteuerungsplatine kann eine gedruckte Leiterplatte sein. Die Ansteuerungsplatine kann eine oder mehrere elektrische Leitungen umfassen, die die elektrisch leitfähigen Teile mit entsprechenden Anschlüssen oder mit elektronischen Komponenten auf der Ansteuerungsplatine, die mit den Anschlüssen gekoppelt sind, verbinden. Die Ansteuerungsplatine kann eine oder mehrere der Durchgangsaussparungen, z. B. zum Aufnehmen einer oder mehrerer entsprechender der Biegungen jeweiliger Drahtbondungen, umfassen. Die Durchgangsaussparungen können jeweils als Schlitze, z. B. kleine Schlitze, gebildet sein. Dass diese Schlitze „klein“ sind, kann bedeuten, dass sie mit einer Spielpassung für die entsprechenden Drahtbondungen gebildet sind und/oder dass sie einfach vollständig durch eine Bondsubstanz zum Bonden der Drahtbondungen an die elektrischen leitfähigen Teile bei den entsprechenden Schlitzen gefüllt werden.The control board can be a printed circuit board. The drive board may include one or more electrical leads that connect the electrically conductive parts to corresponding connectors or to electronic components on the drive board that are coupled to the connectors. The control board can have one or more of the through recesses, e.g. B. for receiving one or more corresponding ones of the bends of respective wire bonds. The passage recesses can each be used as slots, e.g. B. small slots can be formed. That these slots are "small" may mean that they are formed with a clearance fit for the corresponding wire bonds and/or that they are simply completely filled by a bonding substance for bonding the wire bonds to the electrically conductive parts at the corresponding slots.
Jeder elektrisch leitfähige Teil kann ein elektrisch leitfähiges Material umfassen, das innerhalb der und/oder wenigstens teilweise um die entsprechende Durchgangsaussparung herum angeordnet ist. Zum Beispiel kann eine Innenseitenwand der Durchgangsaussparung durch das elektrisch leitfähige Material teilweise oder vollständig bedeckt und/oder beschichtet sein. Alternativ dazu oder zusätzlich kann ein Rand, z. B. eine Kante, der Durchgangsaussparung durch das elektrisch leitfähige Material teilweise oder vollständig bedeckt und/oder beschichtet sein. Der elektrisch leitfähige Teil kann direkt oder über eine oder mehrere elektronische Komponenten, z. B. die elektronischen Komponenten, die auf der Ansteuerungsplatine angeordnet sind, mit dem Anschluss gekoppelt sein. Der elektrisch leitfähige Teil kann über eine oder mehrere elektrische Leitungen der Ansteuerungsplatine mit dem Anschluss gekoppelt sein.Each electrically conductive part may comprise an electrically conductive material disposed within and/or at least partially around the corresponding passage recess. For example, an inner side wall of the passage recess can be partially or completely covered and/or coated by the electrically conductive material. Alternatively or additionally, a border, e.g. B. an edge, the passage recess can be partially or completely covered and / or coated by the electrically conductive material. The electrically conductive part can be directly or via one or more electronic components, e.g. B. the electronic components that are arranged on the control board can be coupled to the connection. The electrically conductive part can be coupled to the connection via one or more electrical lines of the control board.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die Biegung der Drahtbondung durch die Durchgangsaussparung. Dies kann zu einer sehr guten und sicheren elektrischen Kopplung zwischen der Drahtbondung und dem elektrisch leitfähigen Teil der Durchgangsaussparung beitragen.According to one embodiment, the bend of the wire bond extends through the through hole. This can contribute to a very good and secure electrical coupling between the wire bond and the electrically conductive part of the through hole.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Biegung durch eine Bondsubstanz elektrisch mit dem elektrisch leitfähigen Teil der Durchgangsaussparung gekoppelt. Die Bondsubstanz kann ein Lot oder ein elektrisch leitfähiger Klebstoff sein.According to one embodiment, the bend is electrically coupled to the electrically conductive part of the passage recess by a bonding substance. The bonding substance can be a solder or an electrically conductive adhesive.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Durchgangsaussparung den Rand auf, der den elektrisch leitfähigen Teil umfasst. Der Rand kann eine Kante sein, die eine Öffnung der Durchgangsaussparung auf jener Seite der Ansteuerungsplatine, die dem Träger zugewandt ist, oder auf jener Seite der Ansteuerungsplatine, die von dem Träger abgewandt ist, umgibt. Der Rand kann durch das elektrisch leitfähige Material des elektrisch leitfähigen Teils teilweise oder vollständig bedeckt und/oder beschichtet sein.According to one embodiment, the passage recess has the edge that includes the electrically conductive part. The edge may be an edge that provides an opening of the passage recess on that side of the control board that faces the carrier, or on that side of the control board that faces away from the carrier. The edge can be partially or completely covered and/or coated by the electrically conductive material of the electrically conductive part.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der elektrisch leitfähige Teil über den gesamten Rand der Durchgangsaussparung. Dies trägt zu einer sehr guten und sicheren elektrischen Kopplung zwischen der Drahtbondung und dem elektrisch leitfähigen Teil der Durchgangsaussparung bei.According to one embodiment, the electrically conductive part extends over the entire edge of the passage recess. This contributes to a very good and secure electrical coupling between the wire bond and the electrically conductive part of the passage recess.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Träger ein Direktgebondetes-Kupfer-Substrat oder ein isoliertes Metallsubstrat. Dies trägt zu einer sehr guten Wärmedissipation von den elektronischen Komponenten weg, die auf dem Träger angeordnet sind, bei.According to one embodiment, the carrier is a direct bonded copper substrate or an insulated metal substrate. This contributes to very good heat dissipation away from the electronic components arranged on the carrier.
Gemäß einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente oder wenigstens eine weitere elektronische Komponente der Chipanordnung ein Hochleistungshalbleiterchip. Der Hochleistungshalbleiterchip kann zum Verarbeiten hoher Spannungen, zum Beispiel von mehr als 100 V, und/oder starker Ströme, zum Beispiel von mehr als 10 A, ausgebildet sein.According to one embodiment, the electronic component or at least one further electronic component of the chip arrangement is a high-performance semiconductor chip. The high-performance semiconductor chip can be designed to process high voltages, for example more than 100 V, and/or high currents, for example more than 10 A.
Merkmale, Ausführungsformen und/oder Vorteile bezüglich des obigen Leistungsmoduls können auch jeweils Merkmale, Ausführungsformen und/oder Vorteile eines Verfahrens zum Montieren des Leistungsmoduls betreffen, das nachfolgend erklärt wird.Features, embodiments and/or advantages relating to the above power module may also relate to features, embodiments and/or advantages of a method for assembling the power module, which will be explained below.
Ein anderer Aspekt betrifft das Verfahren zum Montieren des Leistungsmoduls, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen des Trägers; Montieren der wenigstens einen elektronischen Komponente auf dem Träger; Koppeln der elektronischen Komponente mit der anderen elektronischen Komponente des Leistungsmoduls oder mit der elektrischen Leitung des Trägers durch die wenigstens eine Drahtbondung, so dass die Drahtbondung die Biegung bildet; Anordnen der Ansteuerungsplatine auf dem Träger oberhalb der elektronischen Komponente, wobei die Ansteuerungsplatine den Anschluss zum elektrischen Kontaktieren der Ansteuerungsplatine, wenigstens eine Durchgangsaussparung, die sich durch die Ansteuerungsplatine hindurch erstreckt, und den elektrisch leitfähigen Teil, der bei der Durchgangsaussparung angeordnet ist und der elektrisch mit dem Anschluss gekoppelt ist, umfasst, wobei die Drahtbondung und die Durchgangsaussparung derart gebildet und angeordnet sind, dass sich die Biegung der Drahtbondung wenigstens in die Durchgangsaussparung hinein erstreckt; und elektrisches Koppeln der Biegung mit dem elektrisch leitfähigen Teil.Another aspect relates to the method of mounting the power module, the method comprising: providing the carrier; Mounting the at least one electronic component on the carrier; coupling the electronic component to the other electronic component of the power module or to the electrical line of the carrier through the at least one wire bond so that the wire bond forms the bend; Arranging the control board on the carrier above the electronic component, the control board having the connection for electrically contacting the control board, at least one through-hole which extends through the control board, and the electrically conductive part which is arranged at the through-hole and which is electrically connected coupled to the terminal, wherein the wire bond and the via recess are formed and arranged such that the bend of the wire bond extends at least into the via recess; and electrically coupling the bend to the electrically conductive part.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Drahtbondung und die Durchgangsaussparung derart gebildet und angeordnet, dass sich die Biegung der Drahtbondung durch die Durchgangsaussparung erstreckt.According to one embodiment, the wire bond and the via recess are formed and arranged such that the bend of the wire bond extends through the via recess.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Biegung durch eine Bondsubstanz elektrisch mit dem elektrisch leitfähigen Teil der Durchgangsaussparung gekoppelt.According to one embodiment, the bend is electrically coupled to the electrically conductive part of the passage recess by a bonding substance.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Durchgangsaussparung den Rand auf, der den elektrisch leitfähigen Teil umfasst.According to one embodiment, the passage recess has the edge that includes the electrically conductive part.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der elektrisch leitfähige Teil über den gesamten Rand der Durchgangsaussparung.According to one embodiment, the electrically conductive part extends over the entire edge of the passage recess.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Träger ein Direktgebondetes-Kupfer-Substrat oder ein isoliertes Metallsubstrat.According to one embodiment, the carrier is a direct bonded copper substrate or an insulated metal substrate.
Gemäß einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente oder wenigstens eine weitere elektronische Komponente des Leistungsmoduls ein Hochleistungshalbleiterchip.According to one embodiment, the electronic component or at least one further electronic component of the power module is a high-performance semiconductor chip.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und unter Bezugnahme auf mit diese erläutert. Nachfolgend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine Schnittseitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Leistungsmoduls. -
2 zeigt eine Draufsicht eines Trägers des Leistungsmoduls aus1 . -
3 zeigt eine Draufsicht einer Ansteuerungsplatine des Leistungsmoduls aus1 . -
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Montieren des Leistungsmoduls.
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1 shows a sectional side view of an exemplary embodiment of a power module. -
2 shows a top view of a carrier of the power module1 . -
3 shows a top view of a control board of the power module1 . -
4 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for assembling the power module.
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und ihre Bedeutungen sind in zusammengefasster Form in der Liste der Bezugszeichen unten aufgelistet. Im Prinzip sind identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen in den Figuren versehen.The reference numerals used in the drawings and their meanings are listed in summarized form in the list of reference numerals below. In principle, identical parts are given the same reference numbers in the figures.
Die elektronischen Komponenten 42 können jeweils eine aktive elektronische Komponente, z. B. ein Chip oder Transistor, oder eine passive elektronische Komponente, z. B. ein Widerstand, ein Kondensator oder eine Induktivität, sein. Das Leistungsmodul 20 umfasst möglicherweise nur eine oder mehr als zwei elektronische Komponenten 24, 26 auf dem Träger 22. Zum Beispiel kann das Leistungsmodul 20 eine oder mehrere weitere elektronische Komponenten auf der Ansteuerungsplatine 40, z. B. eine dritte elektronische Komponente 44 und/oder eine vierte elektronische Komponente 46, umfassen. Die elektronischen Komponenten 24, 26 des Trägers 20 können auf einer Seite des Trägers 22 angeordnet sein, die der Ansteuerungsplatine 40 zugewandt ist. Alternativ dazu oder zusätzlich können manche der elektronischen Komponenten 24, 26 des Trägers 22 auf einer Seite des Trägers 22 angeordnet sein, die von der Ansteuerungsplatine 40 abgewandt ist. Die elektronischen Komponenten 44, 46 der Ansteuerungsplatine 40 können auf einer Seite der Ansteuerungsplatine 40 angeordnet sein, die von dem Träger 22 abgewandt ist. Alternativ dazu oder zusätzlich können manche der elektronischen Komponenten 44, 46 der Ansteuerungsplatine 40 auf einer Seite der Ansteuerungsplatine 40 angeordnet sein, die dem Träger 22 zugewandt ist. Wenigstens eine der elektronischen Komponenten 24, 26, 44, 46 des Leistungsmoduls 20 kann ein Hochleistungshalbleiterchip sein. Der Hochleistungshalbleiterchip kann zum Verarbeiten hoher Spannungen, zum Beispiel von mehr als 100 V, und/oder starker Ströme, zum Beispiel von mehr als 10 A, ausgebildet sein. Die aktive elektronische Komponente kann einen Halbleiter-Die umfassen. Der Halbleiter-Die kann SiC, GaN oder GaO umfassen.The
Der Träger 22 kann eine elektrisch leitfähige, erste Schicht 30, eine elektrisch isolierende, zweite Schicht 32 auf der ersten Schicht 30 und eine elektrisch leitfähige, dritte Schicht 34 auf der zweiten Schicht 32 umfassen. Die erste, zweite und/oder dritte Schicht 30, 32, 34 können parallel zueinander sein. Die erste und zweite Schicht 30, 32 können einander vollständig überlappen, wobei äußere Kanten der ersten Schicht 30 bündig mit äußeren Kanten der zweiten Schicht 32 sein können. Die dritte Schicht 34 kann drei Abschnitte (siehe
Die Ansteuerungsplatine 40 kann eine gedruckte Leiterplatte (PCB: Printed Circuit Board) sein. Die Ansteuerungsplatine 40 kann eine oder mehrere (nicht gezeigte) elektrische Leitungen, z. B. Vias, umfassen, die innerhalb der Ansteuerungsplatine 40 eingebettet oder auf diese gedruckt sind. Die Ansteuerungsplatine 40 kann einen oder mehrere elektrische Anschlüsse 48 umfassen. Die elektrischen Anschlüsse 48 können zum Koppeln des Leistungsmoduls 22 mit einer oder mehreren (nicht gezeigten) externen Vorrichtungen, z. B. einer Steuerung zum Steuern des Leistungsmoduls 20, und/oder einer Last, die durch das Leistungsmodul 20 mit Energie versorgt wird, z. B. einem Elektromotor oder Aktor, und/oder mit einer Energiequelle, z. B. dem Stromnetz oder einem Generator, bereitgestellt sein. Die elektronischen Komponenten 44, 46 auf der Ansteuerungsplatine 40 können direkt oder indirekt mit den Anschlüssen 48 gekoppelt sein, z. B. durch die elektrischen Leitungen des Ansteuerungsports 40.The
Die Ansteuerungsplatine 40 umfasst wenigstens eine, bevorzugt mehrere Durchgangsaussparungen 42, die sich durch die Ansteuerungsplatine 40 erstrecken. Jede der Durchgangsaussparungen 42 kann die Form eines Schlitzes, insbesondere eines kleinen Schlitzes, aufweisen.The
Der Ansteuerungsport 40 umfasst wenigstens einen, bevorzugt mehrere elektrisch leitfähige Teile, z. B. wenigstens einen elektrisch leitfähigen Teil für jede der Durchgangsaussparungen 42. Der elektrisch leitfähige Teil ist bei der entsprechenden Durchgangsaussparung 42 angeordnet. Der elektrisch leitfähige Teil kann ein elektrisch leitfähiges Material umfassen, das innerhalb der entsprechenden Durchgangsaussparung 42 angeordnet ist. Zum Beispiel kann eine Innenseitenwand der Durchgangsaussparung 42 durch das elektrisch leitfähige Material teilweise oder vollständig bedeckt und/oder beschichtet sein. Alternativ dazu oder zusätzlich kann ein Rand, z. B. eine Kante, der entsprechenden Durchgangsaussparung 42 durch das elektrisch leitfähige Material teilweise oder vollständig bedeckt und/oder beschichtet sein. Der elektrisch leitfähige Teil kann direkt, d. h. über eine oder mehrere der elektrischen Leitungen der Ansteuerungsplatine 40, aber nicht über eine oder mehrere der elektronischen Komponenten 44, oder indirekt, d. h. über eine oder mehrere der elektronischen Komponenten 44, 46 der Ansteuerungsplatine 40, mit einem oder mehreren der Anschlüsse 48 gekoppelt sein. Der elektrisch leitfähige Teil kann über eine oder mehrere elektrische Leitungen der Ansteuerungsplatine 40 mit dem Anschluss 48 gekoppelt sein.The
Die elektronischen Komponenten 24, 26 des Trägers 22 sind durch wenigstens eine, bevorzugt mehrere Drahtbondungen 28 miteinander, mit dem Träger 22, z. B. mit einem oder mehreren Abschnitten der elektrisch leitfähigen dritten Schicht 34 des Trägers 22, und/oder mit der Ansteuerungsplatine 40 gekoppelt. Die Drahtbondungen 28, die die elektronischen Komponenten 24, 26 des Trägers 22 mit der Ansteuerungsplatine 40 koppeln, sind derart angeordnet, dass sie eine Biegung 29, z. B. eine Schleife oder Kurve, bilden. Zum Beispiel kann die Biegung 29 durch die Drahtbondung 28 zwischen einem Teil der Drahtbondung 28, der mit einer der elektronischen Komponenten, z. B. der ersten elektronischen Komponente 24, verbunden ist, und einem Teil der Drahtbondung 28, der mit einer anderen der elektronischen Komponenten verbunden ist, z. B. der zweiten elektronischen Komponente 26 bzw. dem entsprechenden Abschnitt der elektrisch leitfähigen dritten Schicht 34, gebildet sein. Die Drahtbondungen 28 können beliebige herkömmliche Drahtbondungen sein. Die Drahtbondungen 28 können Kupfer, Aluminium, Silber oder Gold umfassen.The
Wenigstens manche der Drahtbondungen 28, die die entsprechenden Biegungen 29 umfassen, und wenigstens manche der Durchgangsaussparungen 42 sind derart gebildet und angeordnet, dass sich die Biegungen 29 der entsprechenden Drahtbondungen 28 wenigstens in die oder durch die entsprechende Durchgangsaussparung 42 hinein erstrecken, wobei diese Biegungen 29 elektrisch mit den elektrisch leitfähigen Teilen bei den entsprechenden Durchgangsaussparungen 42 gekoppelt sind. Dass sich die Biegungen 29 der Drahtbondung 28 „wenigstens“ in die entsprechenden Durchgangsaussparungen 42 hinein erstrecken, kann bedeuten, dass die Biegungen 29 innerhalb der entsprechenden Durchgangsaussparungen 42 angeordnet sind oder dass sich die Biegungen 29 durch die entsprechenden Durchgangsaussparungen 42 hindurch erstrecken, wie in
Die elektronischen Komponenten 24, 26 des Trägers 22 und optional einer oder mehrere der Abschnitte der elektrisch leitfähigen dritten Schicht 34 des Trägers 22 sind über die entsprechenden Biegungen 29 der vorgesehenen Drahtbondungen 28 und die entsprechenden elektrisch leitfähigen Teile bei den jeweiligen Durchgangsaussparungen 42 mit der Ansteuerungsplatine 40 gekoppelt. Diese Biegungen 29 können durch eine Bondsubstanz elektrisch mit den entsprechenden elektrisch leitfähigen Teilen der jeweiligen Durchgangsaussparungen 42 gekoppelt sein. Die Bondsubstanz kann ein Lot oder ein elektrisch leitfähiger Klebstoff sein.The
Die Ansteuerungsplatine 40 kann zum Beispiel durch Schweißen, Löten und/oder Kleben an dem Träger 22 befestigt sein. Zum Beispiel können die Drahtbondungen 28, die mit der Ansteuerungsplatine 40 gekoppelt sind, die mechanische Befestigung des Ansteuerungsports 40 an dem Träger 22 bereitstellen. Jedoch ist diese Kopplung möglicherweise nicht stark genug. Daher können (nicht gezeigte) zusätzliche Befestigungsmittel zum mechanischen Befestigen der Ansteuerungsplatine 42 an dem Träger 22 angeordnet werden.The
Das Leistungsmodul 20 kann einen Vergusskörper 50 umfassen. Der Vergusskörper kann die Funktion eines Gehäuses des Leistungsmoduls 20 aufweisen. Der Vergusskörper 50 kann aus einem Vergussmaterial gefertigt sein. Insbesondere können der Träger 22, die elektronischen Komponenten 24, 26 des Trägers 22, die Drahtbondungen 28 und/oder die Ansteuerungsplatine 40 teilweise oder vollständig durch Verguss innerhalb des Vergusskörpers 50 eingebettet sein. Zum Beispiel können alle Komponenten des Leistungsmoduls 20, die oben genannt sind, vollständig innerhalb des Vergusskörpers 50 eingebettet sein. Alternativ dazu können die Komponenten teilweise innerhalb des Vergusskörpers 50 eingebettet sein, z. B. derart, dass eine Seite der Ansteuerungsplatine 40, die von dem Träger 22 abgewandt ist, frei von dem Vergussmaterial des Vergusskörpers 50 ist, wie in
In einem Schritt S2 wird ein Träger bereitgestellt, z. B. der obige Träger 22.In a step S2, a carrier is provided, e.g. B. the
In einem Schritt S4 wird wenigstens eine elektronische Komponente auf dem Träger montiert, z. B. die elektronischen Komponenten 24, 26 auf dem Träger 22.In a step S4, at least one electronic component is mounted on the carrier, e.g. B. the
In Schritt S6 kann eine der elektronischen Komponenten, z. B. die erste elektronische Komponente 24, durch wenigstens eine der Drahtbondungen 28 mit einer anderen elektronischen Komponente, z. B. der zweiten elektronischen Komponente 26, oder mit einer elektrischen Leitung des Trägers 22, die z. B. auf der oder durch die elektrisch leitfähige dritte Schicht 34 bereitgestellt wird, derart gekoppelt werden, dass die entsprechenden Drahtbondungen 28 jeweils eine Biegung 29 bilden, wie oben erklärt ist.In step S6, one of the electronic components, e.g. B. the first
In Schritt S8 wird eine Ansteuerungsplatine auf dem Träger oberhalb der elektronischen Komponenten angeordnet, z. B. wird die Ansteuerungsplatine 40 derart auf dem Träger 22 oberhalb der elektronischen Komponenten 24, 26 angeordnet, dass sich die Biegungen 29 der Drahtbondungen 28 wenigstens in, bevorzugt durch die entsprechenden Durchgangsaussparungen 42 hindurch erstrecken.In step S8, a control board is arranged on the carrier above the electronic components, e.g. B. the
In einem Schritt S10 werden die Biegungen 29, die sich durch die entsprechenden Durchgangsaussparungen 42 erstrecken, elektrisch mit den elektrisch leitfähigen Teilen der entsprechenden Durchgangsaussparungen 42, z. B. durch die obige Bondsubstanz, gekoppelt.In a step S10, the
In einem optionalen Schritt S12 kann ein Vergusskörper, z. B. der obige Vergusskörper 50, gebildet werden, um das Leistungsmodul 20 teilweise oder vollständig einzubetten, wie oben beschrieben ist.In an optional step S12, a casting body, e.g. B. the
Die Erfindung wird nicht durch die obigen Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel kann es mehr oder weniger elektronische Komponenten 24, 26, 44, 46, entsprechende Drahtbondungen 28, Biegungen 29 und entsprechenden Durchgangsaussparungen 42 mit elektrisch leitfähigen Teilen geben.The invention is not limited by the above embodiments. For example, there may be more or less
Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorhergehenden Beschreibung ausführlich veranschaulicht und beschrieben wurde, sind eine solche Veranschaulichung und Beschreibung veranschaulichend oder beispielhaft und nicht beschränkend zu betrachten; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können von einem Fachmann, der die beanspruchte Erfindung ausführt, aus einer Studie der Zeichnungen, der Offenbarung und der angehängten Ansprüche verstanden und bewirkt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus und schließt der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ eine Mehrzahl nicht aus. Ein einziger Prozessor oder eine einzige Steuerung oder andere Einheit kann die Funktionen einiger in den Ansprüchen genannter Gegenstände erfüllen. Die reine Tatsache, dass gewisse Maßnahmen in jeweils unterschiedlichen abhängigen Ansprüchen genannt sind, gibt nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als den Schutzumfang beschränkend ausgelegt werden.Although the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, such illustration and description are to be considered as illustrative or exemplary and not restrictive; the invention is not limited to the disclosed embodiments. Other variations of the disclosed embodiments may be understood and effected by one skilled in the art practicing the claimed invention from a study of the drawings, the disclosure and the appended claims. In the claims, the word “comprising” does not exclude other elements or steps and the indefinite article “a” or “an” does not exclude a plurality. A single processor or controller or other device can perform the functions of some of the items recited in the claims. The mere fact that certain measures are mentioned in different dependent claims does not indicate that a combination of these measures cannot be used advantageously. Any reference characters in the claims should not be construed as limiting the scope.
Liste der BezugszeichenList of reference symbols
- 2020
- LeistungsmodulPower module
- 2222
- Trägercarrier
- 2424
- erste elektronische Komponentefirst electronic component
- 2626
- zweite elektronische Komponentesecond electronic component
- 2828
- DrahtbondungWire bonding
- 2929
- Biegungbend
- 3030
- erste Schichtfirst layer
- 3232
- zweite Schichtsecond layer
- 3434
- dritte Schichtthird layer
- 3636
- erste Stiftaussparungfirst pin recess
- 4040
- AnsteuerungsplatineControl board
- 4242
- DurchgangsaussparungPassage recess
- 4444
- dritte elektrische Komponentethird electrical component
- 4646
- vierte elektrische Komponentefourth electrical component
- 4848
- AnschlussConnection
- 5050
- VergusskörperCasting body
- S2-S12S2-S12
- Schritte zwei bis zwölfSteps two to twelve
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022202894.5A DE102022202894A1 (en) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | POWER MODULE AND METHOD FOR MOUNTING A POWER MODULE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022202894.5A DE102022202894A1 (en) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | POWER MODULE AND METHOD FOR MOUNTING A POWER MODULE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022202894A1 true DE102022202894A1 (en) | 2023-09-28 |
Family
ID=87930447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022202894.5A Pending DE102022202894A1 (en) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | POWER MODULE AND METHOD FOR MOUNTING A POWER MODULE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07161925A (en) | 1993-12-09 | 1995-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | Power module |
DE112017002796T5 (en) | 2016-06-01 | 2019-02-28 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor power module |
-
2022
- 2022-03-24 DE DE102022202894.5A patent/DE102022202894A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH07161925A (en) | 1993-12-09 | 1995-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | Power module |
DE112017002796T5 (en) | 2016-06-01 | 2019-02-28 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor power module |
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