DE102022207899A1

DE102022207899A1 - Leistungshalbleitermodul

Info

Publication number: DE102022207899A1
Application number: DE102022207899.3A
Authority: DE
Inventors: Kevin Böhm; Ruben Bärenweiler; Ivonne Trenz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-08-01
Filing date: 2022-08-01
Publication date: 2024-02-01
Also published as: WO2024028275A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Leistungshalbleitermodul, aufweisend mindestens drei Phasen mit zugehörigen Stromanschlüssen und wenigstens eine Leiterplatte, und je Phase ein unterhalb der Stromanschlüsse angeordnetes Halbleiterpackage, aufweisend wenigstens zwei in die Leiterplatte eingebettete, laterale Leistungshalbleiterelemente, von denen jeweils eines als Highside-Schalter und eines als Lowside-Schalter dient. Die Leistungshalbleiterelemente sind mit den Stromanschlüssen über erste elektrisch leitfähige und wärmeableitende Schichten oder Inlays elektrisch kontaktiert, mindestens einer DC-Plus führenden Stromschiene und je Phase eine AC-Stromschiene, wobei die Stromschienen mit zugehörigen DC-Minus- und DC-Plus- und AC-Stromanschlüssen des Leistungshalbleitermoduls kontaktiert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität, insbesondere der Elektronikmodule für einen Elektroantrieb.
Die Verwendung von Elektronikmodulen, etwa Leistungselektronikmodulen, bei Kraftfahrzeugen hat in den vergangenen Jahrzehnten stark zugenommen. Dies ist einerseits auf die Notwendigkeit, die Kraftstoffeinsparung und die Fahrzeugleistung zu verbessern, und andererseits auf die Fortschritte in der Halbleitertechnologie zurückzuführen. Hauptbestandteil eines solchen Elektronikmoduls ist ein DC/AC-Wechselrichter (Inverter), der dazu dient, elektrische Maschinen wie Elektromotoren oder Generatoren mit einem mehrphasigen Wechselstrom (AC) zu bestromen. Dabei wird ein aus einem mittels einer DC-Energiequelle, etwa einer Batterie, erzeugter Gleichstrom in einen mehrphasigen Wechselstrom umgewandelt. Zu diesem Zweck umfassen die Inverter eine Vielzahl von Elektronikbauteilen, mit denen Brückenschaltungen (etwa Halbbrücken) realisiert werden, beispielsweise Halbleiterleistungsschalter, die auch als Leistungshalbleiter bezeichnet werden.
Aktuell verwendete GaN-Leistungshalbleiter für 400V-Systeme sind nur als Einzelschalter-Packages verfügbar. Diese sind für eine Montage auf einer PCB optimiert, aber nicht gut für Hochstromanwendungen (also 100A und mehr) geeignet, da sie schlecht zu entwärmen sind. Aktuell bekannte Modulaufbauten zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit sind ebenfalls nicht sinnvoll, da hier eine zu hohe Streuinduktivität in der Kommutierungszelle und eine zu schlechte Gate-Kontrolle durch lange Signalkontaktierung vorhanden sind. Insbesondere laterale Bauteile wie GaN-HEMTs lassen sich mit den bekannten Modul-Package-Methoden nur stark kompromissbehaftet integrieren.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Leistungshalbleitermodul bereitzustellen, welches laterale Leistungshalbleiterelemente besser integriert als bisher bekannte Module bzw. Packages.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Vorgeschlagen wird ein Leistungshalbleitermodul, aufweisend mindestens drei Phasen mit zugehörigen Stromanschlüssen und wenigstens eine Leiterplatte, und je Phase ein unterhalb der Stromanschlüsse angeordnetes Halbleiterpackage, aufweisend wenigstens zwei in die Leiterplatte eingebettete, laterale Leistungshalbleiterelemente, von denen jeweils eines als Highside-Schalter und eines als Lowside-Schalter dient. Die Leistungshalbleiterelemente sind mit den Stromanschlüssen über erste elektrisch leitfähige und wärmeableitende Schichten oder Inlays elektrisch kontaktiert, und auf der gegenüberliegenden Seite zu den jeweiligen Leistungshalbleiterelementen und damit verbunden sind zweite wärmeableitende Schichten oder Inlays vorgesehen. Außerdem ist eine unterhalb des Halbleiterpackages und mit den zweiten wärmeableitenden Schichten oder Inlays verbundene und thermisch gekoppelte Kühlanordnung vorgesehen, aufweisend mindestens einen zwischen den zweiten wärmeableitenden Schichten oder Inlays angeordneten Isolator und einen auf dessen Unterseite angeordneten Kühlkörper, wobei zwischen Isolator und Kühlkörper und mit jeweils einem der Leistungshalbleiterelemente thermisch gekoppelte Metallelemente angeordnet sind, die derart strukturiert sind, dass sie als zusätzliche Wärmeableitung und Wärmespreizung der Leistungshalbleiterelemente und als zusätzliche Stromführung dienen, wobei auf der Oberseite des Leistungshalbleitermoduls mindestens eine DC-Minus führende Stromschiene, mindestens eine DC-Plus führende Stromschiene und je Phase eine AC-Stromschiene angeordnet sind, wobei die Stromschienen mit zugehörigen DC-Minus- und DC-Plus- und AC-Stromanschlüssen des Leistungshalbleitermoduls kontaktiert sind.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass alle Halbleiterpackages auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind oder jedes Halbleiterpackage auf einer separaten Leiterplatte angeordnet ist.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass eine gemeinsame DC-Minus führende Stromschiene und eine gemeinsame DC-Plus führende Stromschiene für alle Halbleiterpackages vorgesehen ist, wobei je Halbleiterpackage eine eigene DC-Minus führende Stromschiene und eine eigene DC-Plus führende Stromschiene vorgesehen ist.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass auf der Oberseite und ein an einem äußeren Bereich der Leiterplatte ein erster Teil eines AC-Stromanschlusses angeordnet ist, gefolgt von einem ersten Teil eines DC-Plus-Stromanschlusses, wiederum gefolgt von einem zweiten Teil des AC-Stromanschlusses, gefolgt von einem DC-Minus-Stromanschluss, gefolgt von dem dritten Teil des AC-Stromanschlusses, gefolgt von dem zweiten Teil des DC-Plus-Stromanschlusses, welcher damit dem ersten Teil eines AC-Stromanschlusses gegenüberliegende angeordnet ist, und wobei je Halbleiterpackage zwei Halbbrücken vorgesehen sind, deren Highside-Schalter und Lowside-Schalter einander über den zweiten und den dritten Teil des AC-Stromanschlusses gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei auf der Unterseite der Leiterplatte. Außerdem erstreckt sich ein als AC-Stromführung dienendes Metallelement flächig unterhalb der AC-Stromanschlüsse und des DC-Plus-Stromanschlusses, und ist entweder im Bereich des DC-Minus-Stromanschlusses von mindestens einem als DC-Minus-Stromführung dienenden Metallelement derart unterbrochen, dass das als AC-Stromführung dienendes Metallelement mehrfach unterbrochen oder davon in zwei voneinander separierte Teile geteilt ist, wobei die mindestens eine DC-Plus führende Stromschiene derart gebildet ist, dass sie beide DC-Plus-Stromanschlüsse kontaktiert.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die DC-Minus führende Stromschiene unterhalb der DC-Plus führenden Stromschiene geführt ist und im Bereich einer Kontaktierung der DC-Plus führenden Stromschiene mit dem zugehörigen DC-Plus-Stromanschluss eine Öffnung aufweist, und die DC-Plus führende Stromschiene den DC-Plus-Stromanschluss mittels Durchsteigern kontaktiert.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass ein Rahmen vorgesehen ist, in den das Leistungshalbleitermodul derart integriert ist, dass Teile zumindest einer DC-Plus-Stromschiene in dem Rahmen integriert sind und die Kontaktierung beider DC-Plus-Stromschienen an einem den AC-Stromschienen gegenüberliegenden Bereich des Leistungshalbleitermoduls mittels einem I-Stoß oder einem Überlappstoß erfolgt, oder wobei die Kontaktierung beider DC-Plus-Stromschienen über eine in dem Rahmen integrierte und zwischen den Halbleiterpackages geführte DC-Plus-Stromschiene erfolgt.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass je Halbleiterpackage zwei Halbbrücken vorgesehen sind, von denen jede derart gebildet ist, dass der AC-Stromanschluss T-förmig in zwei zueinander senkrecht verlaufende AC-Teilanschlüsse unterteilt ist, von denen ein erster AC-Teilanschluss an einem äußeren Bereich der zugehörigen Halbbrücke und der zweite AC-Teilanschluss senkrecht dazu verläuft, und wobei jeweils ein DC-Minus-Stromanschluss und ein DC-Plus-Stromanschluss derart angeordnet sind, dass jeder auf einer anderen Seite des zweiten AC-Teilanschlusses verläuft, wobei die beiden Halbbrücken derart gespiegelt gebildet sind, dass sie sich den ersten AC-Teilanschluss und den DC-Minus-Stromanschluss teilen, und wobei Highside-Schalter und Lowside-Schalter jeder Halbbrücke einander gegenüber auf jeweils einer Seite des zweiten AC-Teilanschlusses angeordnet sind, und wobei auf der Unterseite der Leiterplatte sich ein als AC-Stromführung dienendes Metallelement flächig unterhalb der AC- und DC-Plus-Stromanschlüsse erstreckt und ein als DC-Minus-Stromführung dienendes Metallelement sich flächig unterhalb des DC-Minus-Stromanschlusses erstreckt, und wobei die DC-Plus- und die DC-Minus-Stromschienen auf der Oberseite des Leistungshalbleitermoduls an einem den AC-Stromschienen gegenüberliegenden Bereich kontaktiert sind.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass auf der Unterseite der Leiterplatte zwischen zwei als AC-Stromführung dienenden Metallelementen benachbarter Halbleiterpackages und an den äußeren Enden der Leiterplatte als DC-Plus-Stromführung dienende Metallelemente vorgesehen sind.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass sich zwei benachbarte Halbleiterpackages einen DC-Plus-Stromanschluss teilen.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Leiterplatte eine DBC-Leiterplatte ist und auf der Unterseite davon jeweils Einbuchtungen einer Stromführung in eine benachbarte Stromführung vorgesehen sind.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass mindestens als Gatekontakt gebildete Kontaktierungen den Highside-Schaltern und Lowside-Schaltern zugeordnet sind, um diese mit den zugehörigen Stromanschlüssen zu kontaktieren.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass zusätzliche Treiberkomponenten auf der Oberseite der Leiterplatte oder darin integriert angeordnet und mit dafür vorgesehenen Kontaktelementen kontaktierbar sind.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Kühlanordnung an der Unterseite des Halbleiterpackages als beidseitig metallisierter Isolator integriert ist, oder als externe Anordnung an dessen Unterseite verbunden ist.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass Stromschienen zur Kontaktierung der Stromanschlüsse im Falle, dass die DC-Stromanschlüsse eine vorgegebene Länge überschreiten, derart gebildet sind, dass sie sich in vorgegebenen Bereichen verkürzen.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Leistungshalbleiterelemente als GaN-HEMT gebildet sind.
Ferner ist eine Leistungselektronikeinrichtung vorgesehen, insbesondere ein Wechselrichter, aufweisend ein Leistungshalbleitermodul, das wie beschrieben ausgebildet ist.
Außerdem wird ein elektrischer Antrieb, umfassend einen elektrischen Achsantrieb, für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Maschine, einer Getriebeeinrichtung und der Leistungselektronikeinrichtung bereitgestellt.
Auch wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, aufweisend den elektrischen Antrieb, insbesondere den elektrischen Achsantrieb, und/oder die Leistungselektronikeinrichtung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
3 bis 18 zeigen unterschiedliche Ausführungen einer Version des Leistungshalbleitermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
19 bis 24 zeigen unterschiedliche Ausführungen einer Version des Leistungshalbleitermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.

In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Modul bzw. Package für neue, immer schneller schaltende Leistungshalbleiter bereitzustellen, das niedrigere Streuinduktivitäten, geringe parasitäre Kopplungen, sowie zusätzliche Gate-Treiber Komponenten im Package nahe am Halbleiter ermöglicht. Als laterale Leistungshalbleiter verwendbare Materialien sind solche Halbleiterverbindungen, die einen möglichst großen Bandabstand aufweisen, beispielsweise GaN (Galliumnitrid) oder Galliumoxid (β-Ga2O3).
Um ein Modul bzw. Package für neue, immer schneller schaltende Leistungshalbleiter bereitzustellen, ist es nötig, bestimmte Voraussetzungen zu erfüllen, d.h. es muss ein als Halbbrücken-Package dienendes Halbleiterpackage bereitgestellt werden, das für laterale Leistungshalbleiter optimiert ist. Vorteilhaft kann dieses in einfacher Weise zu einem Vollbrücken-Package ausgebaut werden. Außerdem ist zu beachten, dass eine Strom-Skalierung über die Anzahl der parallelen Leistungshalbleiter im Package oder die Anzahl der Packages pro Phase erfolgen muss. Ferner sind eine Oberseiten-Kontaktierung für die 3D-Kommutierungszelle, maximale Kriechstrecken bei minimaler Streuinduktivität der Kommutierungszelle, sowie kurze Signalkontaktierung für eine gute Gatekontrolle der in eine Leiterplatte (nachfolgend auch kurz PCB) integrierten Leistungshalbleiter vorzusehen. Außerdem muss das Konzept eine optimale Kontaktierung sowie Fanout (Aufspreizung der Kontakte) der Drain, Source und Gate (bei lateralen Bauteilen alles auf der Chip-Oberseite) ermöglichen. Auch sollten zusätzliche Gate-Treiberkomponenten direkt auf der Leiterplatte mit den integrierten Leistungshalbleitern durch eine zusätzliche Verdrahtungsebene vorgesehen werden können. Ebenso sollten Leistungshalbleiter, Treiberendstufen und Kontaktierungen in und/oder auf einem zusätzlichen Substrat, z.B. als PCB (organisch, keramisch) oder in PCB integriert, möglich sein.
Außerdem sollten bekannte Prozesse wie die Leistungskontaktierung z.B. über Laserschweißen, die Signalkontaktierung z.B. über Press-Fit oder Lötpin anwendbar sein. Die Rückseite des Packages sollte vorbereitet sein für stoffschlüssige Kühlerintegration für höchste Leistungsdichte des Systems durch z.B. Sintern, Löten, Verpressen mittels einem organischen Isolator etc., oder als Alternative sollte eine Verbindung mittels Nanowire möglich sein. Ebenso sollte eine isolierte und nicht-isolierte Rückseite (zur Kühlanbindung) möglich sein zur Anbindung des Kühlers über einen organischen Isolator, als IMS (Isolated Metal Substrate) oder als Substrat wie AMB/DBC/DPC.
Der grundsätzliche Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls ist in 1 (Stand der Technik) und 2 dargestellt. Gemeinsam mit dem Stand der Technik ist, dass das Leistungshalbleitermodul auf einer Oberseite davon angeordnete DC-Minus- und DC-Plus-Stromanschlüsse 48, 50 und mindestens einen AC-Stromanschluss 52 zur Kontaktierung zugehöriger Stromschienen 16, 18, 40 aufweist. Unterhalb der Stromanschlüsse 48, 50, 52 ist ein Halbleiterpackage 9 angeordnet, aufweisend wenigstens eine Leiterplatte 30 (eine für alle Halbleiterpackages 9 oder eine pro Halbleiterpackage 9) mit wenigstens zwei in die Leiterplatte 30 integrierten, d.h. eingebetteten, lateralen Leistungshalbleiterelementen 12, 14. Jeweils eines davon dient dabei als Highside-Schalter 12 und das andere als Lowside-Schalter 14. Die Leistungshalbleiterelemente 12, 14 sind außerdem mit den Stromanschlüssen 48, 50, 52 über erste, elektrisch leitfähige und wärmeableitende Schichten oder Inlays 20, 22, 38 elektrisch kontaktiert. Auf der gegenüberliegenden Seite zu den jeweiligen Leistungshalbleiterelementen 12, 14 und damit verbunden sind zweite, wärmeableitende Schichten oder Inlays 13, 15 vorgesehen, die je nach Ausführung elektrisch leitfähig sind und zumindest teilweise mit Source-Potential verbunden sind. Die Leistungshalbleiterelemente 12, 14 können wie im Stand der Technik mit den stromzuführenden Stromschienen 16, 18 über Vias 24, 26, 36, 44 kontaktiert sein.
Ferner ist eine unterhalb des Halbleiterpackages 9 und mit den zweiten wärmeableitenden Schichten oder Inlays 13, 15 verbundene und thermisch gekoppelte Kühlanordnung 10, 46 vorgesehen, aufweisend mindestens einen zwischen den zweiten wärmeableitenden Schichten oder Inlays 13, 15 angeordneten Isolator 46 und einen auf dessen Unterseite angeordneten Kühlkörper 10. Anders als in 1 (Stand der Technik) ist in 2 zu sehen, dass zwischen Isolator 46 und Kühlkörper 10 und mit jeweils einem der Leistungshalbleiterelemente 12, 14 thermisch gekoppelte Metallelemente 101, 102 angeordnet sind. Diese sind derart strukturiert, dass sie als zusätzliche Wärmeableitung und Wärmespreizung der Leistungshalbleiterelemente 12, 14 und in der in 2 gezeigten Ausführung als zusätzliche elektrische DC-Minus-Stromführung des Lowside-Schalters 14 und als zusätzliche AC-Stromführung des Highside-Schalters 12 dienen. Es kann aber auch zumindest teilweise Source-Potential des jeweiligen Leistungshalbleiterelements 12, 14 angelegt werden. Die AC-Stromführung wird durch das Metallelement 102 verbessert, da dadurch ein größerer Kupferquerschnitt als bisher vorhanden ist. Bisher ist lediglich unterhalb der Leistungshalbleiterelemente 12, 14 und oberhalb des Isolators 46 eine verhältnismäßig dünne Metallschicht 13, 15 (1) vorgesehen. Durch das Vorsehen der Metallelemente 101, 102, die mit der dünnen Metallschicht bzw. den Inlays 13, 15 über eine entsprechende Verbindungsschicht, z.B. eine Lot- oder Sinterschicht, verbunden sind, kann eine deutlich bessere Wärmeableitung, Wärmespreizung und auch eine höhere AC-Stromführung erreicht werden.
Die Kühlstruktur 10; 101, 102, 46 kann an der Unterseite des Halbleiterpackages 9 als separate Kühlstruktur gebildet und mit der Leiterplatte 30 über ein entsprechendes Verfahren, z.B. Sintern, mechanisch und thermisch (zur Wärmeableitung) verbunden sein. Dabei kann der Isolator 46 als organischer Isolator gebildet sein.
Die Kühlstruktur 10, 101, 102, 46 kann aber auch als beidseitig metallisierter Isolator, z.B. Keramik, an der Unterseite des Halbleiterpackages 9 integriert, oder Teil der Leiterplatte 30 sein, vergleichbar mit der Verwendung bzw. Integration einer IMS.
Die Leiterplatte 30 kann Stromleitungsschichtlagen aufweisen und z.B. als DBC (direct bonded copper)-Leiterplatte 30 gebildet sein, muss aber nicht. Sie besteht aus einem Substratmaterial mit vorgebbaren Eigenschaften. Bekannte Materialien sind bspw. FR-4, Teflon oder PTFE. Weiterhin kann das Substrat der Leiterplatte 30 organisch und keramisch als PCB oder als Embedded PCB oder als IMS Substrat ausgebildet sein. Wichtig ist lediglich, dass die lateralen Leistungshalbleiterelemente 12, 14 in der Leiterplatte 30 integriert, also darin vollständig eingebettet sind.
Aufbauend auf der in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Grundstruktur werden nachfolgend zwei unterschiedliche Packagedesigns mit mehreren möglichen Stromschienendesigns für die DC-Plus-Stromschienen 18 und die DC-Minus-Stromschienen 16 vorgestellt. Dabei ist stets das untere Substrat (Unterseite) strukturiert und wird als Kontaktierungsebene und thermische Anbindung verwendet. Das obere Substrat (Oberseite) weist die Leistungshalbleiter 12, 14, z.B. GaN-Halbleiter, sowie Treiberkomponenten und benötigte Kontaktierungen auf, und ist als sogenannte Embedded PCB gebildet, da zumindest die Leistungshalbleiter 12, 14 darin integriert sind. Außerdem sind alle sonstigen Kontaktierungen über eine (nicht gezeigte) Busbar (Stromschiene) mittels z.B. einer Schweißverbindung, sowie weitere Kontaktelemente wie Signalpins oder flexible Leiterplattenstreifen, die wie die Signalpins eine Verbindung zwischen Halbleiter und Treiberplatine herstellen, vorgesehen und über z.B. Löten oder Pressfit verbunden.
In den nachfolgenden Figuren sind die Unterseiten jeweils als eine Durchsicht durch die Oberseite dargestellt. Außerdem sind die Kontaktelemente in den gezeigten Ausführungen als Pins (Signalpins) ausgeführt. Sie können aber auch als flexible Leiterplatte ausgeführt sein.
In allen Ausführungen kontaktieren die AC-Stromschienen 40 ihren jeweils zugehörigen AC-Stromanschluss 52 und sind selbstverständlich nicht miteinander verbunden. Jeder der AC-Stromanschlüsse 52 dient als Anschluss für eine der Phasen 1, 2, 3. In den Figuren sind stets eine oder drei Phasen 1-3 gezeigt. Es können aber auch zwei oder vier oder mehr Phasen mit dem vorgeschlagenen Konzept ohne Schwierigkeiten realisiert werden. Die Kontaktierung aller Stromschienen erfolgt mittels bekannter, geeigneter Verfahren, z.B. Schweißen.
Es ist in allen Ausführungen möglich, dass die Halbleiterpackages 9 auf einer gemeinsamen Leiterplatte 30 oder jeweils separaten Leiterplatten 30 gebildet sind und über gemeinsame oder separate Stromschienen 48, 50 kontaktiert werden. Im Falle, dass jeweils eine gemeinsame Stromschiene 16 bzw. 18 verwendet wird, wird eine einstellbare Streuinduktivität der oberen und unteren Schleife durch die Breite der Durchsteiger 180 (durch Via in Stromschiene 16 geführte Stromschiene 18) der DC-Plus- Stromschiene 18 auf die untere Highside-Bank erreicht. Somit ergibt sich eine bessere Symmetrie. Im Falle, dass jeweils getrennte Stromschienen 16 bzw. 18 verwendet werden, können eine Optimierung der Stromverteilung sowie eine Reduzierung des Proximityeffekts und bessere magnetische Feldverläufe erreicht werden.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Oberseite der Leiterplatte 30, und 4 und 5 zeigen jeweils ein mögliches Design einer zugehörigen Unterseite der Leiterplatte 30.
In 3 sind auf der Oberseite in einem äußeren Bereich (in 3 oben) ein erster AC-Stromanschluss 52 gefolgt von dem DC-Plus-Stromanschluss 50, gefolgt von einem zweiten AC-Stromanschluss 52 und wieder gefolgt von einem DC-Minus-Stromanschluss 48 angeordnet. Auf diesen folgt noch ein weiterer AC-Stromanschluss 52 sowie ein DC-Plus-Stromanschluss 50, der dann das andere äußere Ende (in 3 unten) bildet.
In dieser Ausführung sind zwei Halbbrücken H1, H2 vorgesehen, deren Highside-Schalter 12 und Lowside-Schalter 14 einander jeweils über die AC-Stromanschlüsse 52, die nicht ganz außen liegen, hinweg gegenüberliegend angeordnet sind.
Die Unterseite ist derart gebildet, dass sie in zwei Teilbereiche aufgeteilt ist, von denen einer als Metallelement 102 zur AC-Stromführung und der andere als Metallelement 101 zur DC-Minus-Stromführung gebildet ist. Das als AC-Stromführung dienende Metallelement 102 erstreckt sich flächig unterhalb der AC-Stromanschlüsse 52.
In der in 4 gezeigten Ausführung ist das Metallelement 102 als eine über die gesamte Unterseite der Leiterplatte 30 reichende Fläche gebildet, die von mehreren Metallelementen 101 im Bereich des in dieser Ausführung mittig auf der Oberseite der Leiterplatte 30 angeordneten DC-Minus-Stromanschlusses 48 unterbrochen wird. Alternativ kann das Metallelement 101, wie in 5 dargestellt, als eine nicht unterbrochene Fläche gebildet sein und auch das Metallelement 102 im selben Bereich wie die unterbrochenen Flächen in 4 teilen, wobei die beiden geteilten Flächen des Metallelements 102 nicht mehr miteinander verbunden sind.
In 5 und 6 sind zur Realisierung der gezeigten drei Phasen 1, 2, 3 drei auf einer gemeinsamen Leiterplatte 30 gebildete und direkt aneinandergereihte Halbleiterpackages 9 gezeigt, wobei 5 die Oberseite und 6 die Unterseite der Leiterplatte 30 zeigt. Auf der Unterseite ist zu sehen, dass sich benachbarte Halbleiterpackages 9 ein als DC-Minus-Stromführung dienendes Metallelement 101 teilen. Auf der Oberseite ist zu sehen, dass sich die Halbleiterpackages 9 sowohl die DC-Minus als auch die DC-Plus Stromanschlüsse 48, 50 teilen.
In 7 und 8 sind zwei Möglichkeiten der Kontaktierung der DC-Minus als auch der DC-Plus Stromanschlüsse 48, 50 mittels DC-Minus- und DC-Plus-Stromschienen 18, 16 dargestellt. Die DC-Plus-Stromschiene 18 ist dabei oberhalb der DC-Minus-Stromschiene 16 geführt.
In der in 7 gezeigten Ausführung sind jeweils eine gemeinsame DC-Plus-Stromschiene 18 und eine gemeinsame DC-Minus-Stromschiene 16 vorgesehen, die durchgängig über alle Halbleiterpackages 9 geführt sind. Sie kontaktieren die DC-Minus und die DC-Plus Stromanschlüsse 48, 50. In 8 ist eine Alternative gezeigt, in welcher je Halbleiterpackage 9 separate DC-Minus und separate DC-Plus-Stromschienen 16, 18 vorgesehen ist
Um den äußersten DC-Plus Stromanschluss 50 zu kontaktieren, sind in den in 7 und 8 gezeigten Ausführungen in der DC-Plus-Stromschiene 18 sogenannte Durchsteiger 180 vorgesehen. Diese führen die DC-Plus-Stromschiene 18 an vorgegebenen Bereichen bis zum DC-Plus Stromanschluss 52. Da hierfür die DC-Minus-Stromschiene 16 passiert werden muss, ist diese an vorgegebenen Bereichen ausgeschnitten, um die Durchsteiger 180 passieren zu lassen. Die Durchsteiger 180 können aus der DC-Plus-Stromschiene 18 gebogene Laschen oder Beinchen oder ähnliche Formen sein, die zur Kontaktierung des DC-Plus Stromanschlusses 52 geeignet sind.
In einer weiteren Ausführung (9 bis 18) ist ein Rahmen 60 vorgesehen, in den das Leistungshalbleitermodul derart integriert ist, dass Teile zumindest einer DC-Plus-Stromschiene 18 in dem Rahmen integriert sind, wie in 9, 10 und 13 bis 16 gezeigt. Ein Anschluss an zusätzliche Komponenten wie z.B. Kondensatoren erfolgt über ein Anschweißen zusätzlicher Busbarkomponenten.
In einer Ausgestaltung erfolgt die Kontaktierung beider DC-Plus-Stromschienen 18 an einem den AC-Stromschienen 40 gegenüberliegenden Bereich des Leistungshalbleitermoduls mittels einem I-Stoß 181, also senkrecht zur Ebene der Leiterplatte 30, wie in 11 gezeigt, oder einem Überlappstoß 182 (auch als Durchschweißung bezeichnet), also in Verlängerung der Leiterplatte 30, wie in 11 gezeigt.
In den in 9 bis 12 gezeigten Ausführungen sind jeweils gemeinsame, durchgängige DC-Minus-Stromschienen 16 und DC-Plus-Stromschienen 18 über alle Halbleiterpackages 9 vorhanden. Die Form ist dabei auf die Anwendung angepasst. Die Stromschienen 16, 18 können also mehrfach gebogen bzw. stufenartig gebildet sein, wie in 11 und 12 gezeigt, oder andere Formen aufweisen. Auch können Ausschnitte vorhanden sein, wie in 7 und 8 gezeigt.
In einer alternativen, in 13 bis 18 gezeigten Ausgestaltung, erfolgt die Kontaktierung beider DC-Plus-Stromschienen 18 eines Halbleiterpackages 9 über jeweils eine in dem Rahmen 60 integrierte (umspritzte) und als Verbindungssteg zwischen den Halbleiterpackages 9 geführte DC-Plus-Stromschiene 18, welche die beiden DC-Plus-Stromschienen 18 miteinander verbindet, wie in 14 (Ansicht ohne Rahmen 60), 15 und 16 (Ansicht mit Rahmen 60) gut zu sehen. Deshalb sind auch jeweils separate DC-Minus-Stromschienen 16 vorhanden, da die DC-Plus-Stromschienen 18 über die Verbindungsstege im Rahmen 60 miteinander verbunden sind.
Wenn das Metallelement 101 (DC-Minus Stromführung) auf der Unterseite der Leiterplatte 30 derart gebildet ist, dass es das Metallelement 102 (AC-Stromführung) in zwei voneinander separierte Teile teilt, sollte die Leiterplatte 30 als DBC-Leiterplatte 30 gebildet sein, da ansonsten die zugehörige Phase 1, 2, 3 nicht mehr kontaktiert werden kann. Die AC-Kontaktierung erfolgt dann durch eine umlaufende DBC-Struktur, wie in 17 angedeutet. Diese Ausführung kann für alle in 3 bis 18 gezeigten Varianten angewendet werden.
In den in 9 bis 18 gezeigten Ausführungen sind die Halbleiterpackages 9 vorteilhaft auf separaten Leiterplatte 30 vorgesehen, können aber auch auf einer gemeinsamen Leiterplatte 30 gebildet sein.
Der Rahmen 60 ist als elektrisch nicht leitender Rahmen 60, z.B. aus Kunststoff gebildet.
In 19 ist eine Oberseite einer Leiterplatte 30 gemäß einer weiteren Ausführung gezeigt. In 20 ist die dazu zugehörige Unterseite gezeigt. In dieser Ausführung sind ebenfalls je Halbleiterpackage 9 zwei Halbbrücken H1, H2 vorgesehen, von denen jede derart gebildet ist, dass der auf der Oberseite angeordnete AC-Stromanschluss 52 T-förmig in zwei zueinander senkrecht verlaufende AC-Teilanschlüsse 52-1, 52-2 unterteilt ist, von denen ein erster AC-Teilanschluss 52-1 an einem äußeren Bereich der zugehörigen Halbbrücke H1, H2 (und meist auch an einem äußeren Bereich der Leiterplatte 30) und der zweite AC-Teilanschluss 52-2 senkrecht dazu verläuft. Jeweils ein DC-Minus-Stromanschluss 48 und ein DC-Plus-Stromanschluss 50 sind links bzw. rechts vom zweiten AC-Teilanschluss 52-2 (also diesen zwischen sich nehmend) angeordnet. Highside-Schalter 12 und Lowside-Schalter 14 jeder Halbbrücke H1, H2 sind einander gegenüber auf jeweils einer Seite des zweiten AC-Teilanschlusses 52-2 angeordnet.
Die beiden Halbbrücken H1, H2 sind dabei derart gebildet, dass sie sich den ersten AC-Teilanschluss 52-1 und den DC-Minus-Stromanschluss 48 teilen. Sie sind also an dem DC-Minus-Stromanschluss 48 gespiegelt. Wie in 21 bis 23 zu sehen, können mehrere Halbleiterpackages 9 auf einer gemeinsamen Leiterplatte 30 angeordnet sein, um einen mehrphasigen Anschluss bereitzustellen (hier drei Phasen 1, 2, 3). Im Falle, dass die Halbleiterpackages 9 auf separaten Leiterplatten 30 vorgesehen sind, teilen sie sich keinen DC-Plus-Stromanschluss 50, sondern es ist ein DC-Plus-Stromanschluss 50 auf einander gegenüberliegenden äußeren Seiten der Leiterplatte 30 vorgesehen. In der gezeigten Ausführung teilen sich zwei benachbarte Halbleiterpackages 9 den DC-Plus-Stromanschluss 50. Außerdem ist jeweils am äußeren Ende der Leiterplatte 30 ebenfalls ein DC-Plus-Stromanschluss 50 vorgesehen.
Die DC-Plus- und die DC-Minus-Stromschienen 16, 18 sind auf der Oberseite des Leistungshalbleitermoduls an einem den AC-Stromschienen 40 gegenüberliegenden Bereich mit den zugehörigen Stromanschlüssen 48, 50 kontaktiert, wie in 24 gezeigt.
Auf der Unterseite der Leiterplatte 30 erstreckt sich ein als AC-Stromführung dienendes Metallelement 102 flächig unterhalb der AC- und DC-Plus-Stromanschlüsse 50, 52, und ein als DC-Minus-Stromführung dienendes Metallelement 101 erstreckt sich flächig unterhalb des DC-Minus-Stromanschlusses 48, wie in 22 gezeigt. In diesem Fall kann es nötig sein, Metallbauteile auf den DC-Plus-Stromanschlüssen 50 vorzusehen, um den benötigten Querschnitt zur Stromführung bereitzustellen. In einer anderen Ausführung sind als DC-Plus-Stromführung dienende Metallelemente 103 zwischen zwei zweiten AC-Teilanschlüssen 52 benachbarter Halbleiterpackages 9, sowie jeweils am äußeren Ende der Leiterplatte 30 vorgesehen, wie in 23 zu sehen. So kann die Anforderung an den Querschnitt erfüllt werden.
In einer Ausführung ist die Leiterplatte 30 eine DBC-Leiterplatte 30 (DBC=Direct Bonded Copper), weist also eine Keramikschicht zwischen zwei Kupferlagen auf. In diesem Fall sind auf der Unterseite der Leiterplatte 30 jeweils Einbuchtungen von einer Stromführung 101-103 in eine benachbarte Stromführung 101-103 vorgesehen, wie in 23 zu sehen. Das heißt, dass die Metallelemente 101-103 nicht durchgängig gerade verlaufen. Durch die Einbuchtungen kann das Risiko eines Bruchs der Keramik der DBC verhindert werden.
In allen Ausführungen können außerdem mindestens zwei als Pins ausgeführte Kontaktelemente den Highside-Schaltern 12 und Lowside-Schaltern 14 zugeordnet und auf der Oberseite der Leiterplatte 30 vorgesehen sein, um diese mit den zugehörigen Stromanschlüssen 48, 50, 52 zu kontaktieren. Die Pins können dabei in dem mittigen Bereich jeder Halbbrücke H1, H2 angeordnet sein. Oberhalb und unterhalb der Pins können auch noch zusätzliche Treiberkomponenten vorgesehen sein, die mit einem dritten Pin kontaktiert werden.
In allen Ausführungen werden auf der Oberseite der Leiterplatte 30 die Stromanschlüsse 48, 50, 52 mittels Stromschienen 16, 18, 40 (Busbars) kontaktiert. Diese sind in ihrer Form auf das jeweilige Design der Leiterplatte 30 angepasst. Die Form der Stromschienen 16, 18, 40 ist abhängig von der Anordnung der Bauteile, d.h. sowohl der Stromanschlüsse 48, 50, 52, als auch der als Pins ausgeführten Kontaktelemente und der Treiberbausteine. So kann beispielsweise ein Teilbereich oder die komplette Mitte der Halbbrücke H1, H2 frei bleiben.
Bei den in 19 bis 24 gezeigten Ausführungen können die DC-Minus- und die DC-Plus-Stromschienen 16, 18 kondensatorseitig eingeschnürt werden, was zu einer geringen Erhöhung der Streuinduktivität führt, aber die Symmetrie der Ströme verbessert. Durch das Einschnüren bzw. Verkürzen der Stromschienen 16, 18 wird die Länge der Stromführung verkürzt und damit eine gleichmäßigere Stromverteilung erreicht. Welche der Stromschienen 16, 18 an welcher Stelle ist und wie diese kontaktiert wird, kann abhängig von der Ausführung bestimmt werden.
Grundsätzlich ist beim Design zu beachten, dass HEMTs auf der Substratseite Source-Potential haben müssen, also AC bei den Highside-Schaltern 12 und DC-Minus bei den Lowside-Schaltern 14.
Grundsätzlich sind alle Metallelemente 101-103 auf der Unterseite der Leiterplatte 30 elektrisch voneinander getrennt, z.B. über einen geeigneten Abstand.
Es können auch lediglich Kontaktelemente nur für die Gatekontaktierung, z.B. als zwei Pins oder als flexible Leiterplatte vorhanden sein. Diese dienen zur Kontaktierung von Highside-Schalter 12 oder Lowside-Schalter 14 mit den zugehörigen Stromanschlüssen 48, 50, 52. Ein weiteres Kontaktelement, z.B. ein dritter Pin oder ein Anschluss einer flexiblen Leiterplatte, kann vorhanden sein, um zusätzliche Treiberkomponenten zu kontaktieren.
Die beschriebenen Leistungshalbleitermodule, welche jeweils zwei Halbbrücken H1, H2 aufweisen, können auf Vollbrückenmodule, sogenannte B6-Module, erweitert werden. Hierzu werden mehrere Leistungshalbleitermodule benachbart zueinander angeordnet, wie beschrieben.
Vorteilhaft bei den vorgeschlagenen Designs ist, dass jeweils nur eine einzige DC-Minus- und eine DC-Plus-Stromschiene 16, 18 für alle Phasen 1-3 verwendet werden kann, aber auch, dass der Rahmen 60 als DC-Plus-Stromschiene 18 zur Verbindung aller DC-Plus-Stromanschlüsse 50 dienen kann. Es kann aber auch eine separate DC-Minus- und eine separate DC-Plus-Stromschiene 16, 18 pro Phase 1-3 verwendet werden.
Die vorgeschlagenen Leistungshalbleitermodule können einzeln hergestellt und parallel zueinander verbunden werden. Sie können aber auch auf einer gemeinsamen Leiterplatte 30 hergestellt werden. Um die Leiterplatten 30 wieder zu trennen, kann ein geeigneter Abstand vorgesehen sein, an dem die Leiterplatte 30 keine Bauteile aufweist und somit auseinandergeschnitten werden kann, wie z.B. in 5 und 6 gut zu erkennen. Hier kann die Trennung entlang der gestrichelten Linien erfolgen.
Das Leistungshalbleitermodul kann Teil eines Elektronikmoduls sein und findet Anwendung im Bereich der Leistungselektronik, insbesondere bei Leistungselektronikeinrichtungen wie Invertern im Bereich der Elektromobilität.
Ein Elektronikmodul im Rahmen dieser Erfindung dient zum Betreiben eines Elektroantriebs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs, und/oder elektrifizierten Achsen (elektrischer Achsantrieb). Das Elektronikmodul umfasst einen DC/AC-Wechselrichter (Engl.: Inverter). Es kann außerdem einen AC/DC-Gleichrichter (Engl.: Rectifier), einen DC/DC-Wandler (Engl.: DC/DC Converter), Transformator (Engl.: Transformer) und/oder eine PFC-Stufe und/oder einen anderen elektrischen Wandler oder ein Teil eines solchen Wandlers umfassen oder ein Teil hiervon sein. Insbesondere dient das Elektronikmodul zum Bestromen einer E-Maschine, beispielsweise eines Elektromotors und/oder eines Generators. Ein DC/AC-Wechselrichter dient vorzugsweise dazu, aus einem mittels einer DC-Spannung einer Energiequelle, etwa einer Batterie, erzeugten Gleichstrom einen mehrphasigen Wechselstrom zu erzeugen.
Inverter für Elektroantriebe von Fahrzeugen, insbesondere PKW und NKW, sowie Bussen, sind für den Hochvoltbereich ausgelegt und sind insbesondere in einer Sperrspannungsklasse von ab ca. 650 Volt ausgelegt.
Bezugszeichenliste

1, 2, 3: Phase 1, Phase 2, Phase 3
13, 15, 20, 22, 38: Metallschicht bzw. Inlay
12: Highside-Schalter (HSS)
14: Lowside-Schalter (LSS)
16: DC- Stromschiene/Busbar
18: DC+ Stromschiene/Busbar
180: Durchsteiger
181: I-Stoß
182: Durchschweißung
40: AC- Stromschiene/Busbar
48: DC-Minus-Stromanschluss
50: DC-Plus-Stromanschluss
52: AC-Stromanschluss
52-1, 52-2: AC-Teilanschlüsse
DC+: DC-Plus-Stromführung
DC-: DC-Minus-Stromführung
AC: AC-Stromführung
9: Halbleiterpackage
10: Kühlkörper
101, 102: Metallelemente
24, 26, 36, 44: Via
46: Isolator
30: Leiterplatte
H1, H2: Halbbrücken18
60: Rahmen

Claims

Leistungshalbleitermodul, aufweisend mindestens drei Phasen (1, 2, 3) mit zugehörigen Stromanschlüssen (48, 50, 52) und wenigstens eine Leiterplatte (30), und -je Phase (1, 2, 3) ein unterhalb der Stromanschlüsse (48, 50, 52) angeordnetes Halbleiterpackage (9), aufweisend wenigstens zwei in die Leiterplatte (30) eingebettete, laterale Leistungshalbleiterelemente (12, 14), von denen jeweils eines als Highside-Schalter (12) und eines als Lowside-Schalter (14) dient, und wobei die Leistungshalbleiterelemente (12, 14) mit den Stromanschlüssen (48, 50, 52) über erste elektrisch leitfähige und wärmeableitende Schichten oder Inlays (20, 22, 38) elektrisch kontaktiert sind, und auf der gegenüberliegenden Seite zu den jeweiligen Leistungshalbleiterelementen (12, 14) und damit verbundene zweite wärmeableitende Schichten oder Inlays (13, 15) vorgesehen sind, und - eine unterhalb des Halbleiterpackages (9) und mit den zweiten wärmeableitenden Schichten oder Inlays (13, 15) verbundene und thermisch gekoppelte Kühlanordnung (10, 46), aufweisend mindestens einen zwischen den zweiten wärmeableitenden Schichten oder Inlays (13, 15) angeordneten Isolator (46) und einen auf dessen Unterseite angeordneten Kühlkörper (10), wobei zwischen Isolator (46) und Kühlkörper (10) und mit jeweils einem der Leistungshalbleiterelemente (12, 14) thermisch gekoppelte Metallelemente (101, 102) angeordnet sind, die derart strukturiert sind, dass sie als zusätzliche Wärmeableitung und Wärmespreizung der Leistungshalbleiterelemente (12, 14) und als zusätzliche Stromführung dienen, wobei auf der Oberseite des Leistungshalbleitermoduls mindestens eine DC-Minus führende Stromschiene (16), mindestens eine DC-Plus führende Stromschiene (18) und je Phase (1, 2, 3) eine AC-Stromschiene (40) angeordnet sind, wobei die Stromschienen (16, 18, 40) mit zugehörigen DC-Minus- und DC-Plus- und AC-Stromanschlüssen (48, 50, 52) des Leistungshalbleitermoduls kontaktiert sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei alle Halbleiterpackages (9) auf einer gemeinsamen Leiterplatte (30) angeordnet sind oder jedes Halbleiterpackage (9) auf einer separaten Leiterplatte (30) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine gemeinsame DC-Minus führende Stromschiene (16) und eine gemeinsame DC-Plus führende Stromschiene (18) für alle Halbleiterpackages (9) vorgesehen ist, oder wobei je Halbleiterpackage (9) eine eigene DC-Minus führende Stromschiene (16) und eine eigene DC-Plus führende Stromschiene (18) vorgesehen ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei - auf der Oberseite und ein an einem äußeren Bereich der Leiterplatte (30) ein erster Teil eines AC-Stromanschlusses (52) angeordnet ist, gefolgt von einem ersten Teil eines DC-Plus-Stromanschlusses (50), wiederum gefolgt von einem zweiten Teil des AC-Stromanschlusses (52), gefolgt von einem DC-Minus-Stromanschluss (48), gefolgt von dem dritten Teil des AC-Stromanschlusses (52), gefolgt von dem zweiten Teil des DC-Plus-Stromanschlusses (50), welcher damit dem ersten Teil eines AC-Stromanschlusses (52) gegenüberliegende angeordnet ist, und wobei -je Halbleiterpackage (9) zwei Halbbrücken (H1, H2) vorgesehen sind, deren Highside-Schalter (12) und Lowside-Schalter (14) einander über den zweiten und den dritten Teil des AC-Stromanschlusses (52) gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei auf der Unterseite der Leiterplatte (30) - ein als AC-Stromführung dienendes Metallelement (102) sich flächig unterhalb der AC-Stromanschlüsse (52) und des DC-Plus-Stromanschlusses (50) erstreckt, und entweder im Bereich des DC-Minus-Stromanschlusses (48) von mindestens einem als DC-Minus-Stromführung dienenden Metallelement (101) derart unterbrochen ist, dass das als AC-Stromführung dienendes Metallelement (102) mehrfach unterbrochen oder davon in zwei voneinander separierte Teile geteilt ist, wobei die mindestens eine DC-Plus führende Stromschiene (18) derart gebildet ist, dass sie beide DC-Plus-Stromanschlüsse (50) kontaktiert.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4, wobei die DC-Minus führende Stromschiene (16) unterhalb der DC-Plus führenden Stromschiene (18) geführt ist und im Bereich einer Kontaktierung der DC-Plus führenden Stromschiene (18) mit dem zugehörigen DC-Plus-Stromanschluss (50) eine Öffnung aufweist, und die DC-Plus führende Stromschiene (18) den DC-Plus-Stromanschluss (50) mittels Durchsteigern(180) kontaktiert.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4, wobei ein Rahmen (60) vorgesehen ist, in den das Leistungshalbleitermodul derart integriert ist, dass Teile zumindest einer DC-Plus-Stromschiene (18) in dem Rahmen integriert sind und die Kontaktierung beider DC-Plus-Stromschienen (18) an einem den AC-Stromschienen (40) gegenüberliegenden Bereich des Leistungshalbleitermoduls mittels einem I-Stoß (181) oder einem Überlappstoß (182) erfolgt, oder wobei die Kontaktierung beider DC-Plus-Stromschienen (18) über eine in dem Rahmen (60) integrierte und zwischen den Halbleiterpackages (9) geführte DC-Plus-Stromschiene (18) erfolgt.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei je Halbleiterpackage (9) zwei Halbbrücken (H1, H2) vorgesehen sind, von denen jede derart gebildet ist, dass der AC-Stromanschluss (52) T-förmig in zwei zueinander senkrecht verlaufende AC-Teilanschlüsse (52-1, 52-2) unterteilt ist, von denen ein erster AC-Teilanschluss (52-1) an einem äußeren Bereich der zugehörigen Halbbrücke (H1, H2) und der zweite AC-Teilanschluss (52-2) senkrecht dazu verläuft, und wobei jeweils ein DC-Minus-Stromanschluss (48) und ein DC-Plus-Stromanschluss (50) derart angeordnet sind, dass jeder auf einer anderen Seite des zweiten AC-Teilanschlusses (52-2) verläuft, wobei die beiden Halbbrücken (H1, H2) derart gespiegelt gebildet sind, dass sie sich den ersten AC-Teilanschluss (52-1) und den DC-Minus-Stromanschluss (48) teilen, und wobei Highside-Schalter (12) und Lowside-Schalter (14) jeder Halbbrücke (H1, H2) einander gegenüber auf jeweils einer Seite des zweiten AC-Teilanschlusses (52-2) angeordnet sind, und wobei auf der Unterseite der Leiterplatte (30) sich ein als AC-Stromführung dienendes Metallelement (102) flächig unterhalb der AC- und DC-Plus-Stromanschlüsse (50, 52) erstreckt und ein als DC-Minus-Stromführung dienendes Metallelement (101) sich flächig unterhalb des DC-Minus-Stromanschlusses (48) erstreckt, und wobei die DC-Plus- und die DC-Minus-Stromschienen (16, 18) auf der Oberseite des Leistungshalbleitermoduls an einem den AC-Stromschienen (40) gegenüberliegenden Bereich kontaktiert sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 7, wobei auf der Unterseite der Leiterplatte (30) zwischen zwei als AC-Stromführung dienenden Metallelementen (102) benachbarter Halbleiterpackages (9) und an den äußeren Enden der Leiterplatte (30) als DC-Plus-Stromführung dienende Metallelemente (103) vorgesehen sind.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 7 oder 8, wobei sich zwei benachbarte Halbleiterpackages (9) einen DC-Plus-Stromanschluss (50) teilen.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Leiterplatte (30) eine DBC-Leiterplatte (30) ist und auf der Unterseite davon jeweils Einbuchtungen einer Stromführung (101-103) in eine benachbarte Stromführung (101-103) vorgesehen sind.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens als Gatekontakt gebildete Kontaktierungen den Highside-Schaltern (12) und Lowside-Schaltern (14) zugeordnet sind, um diese mit den zugehörigen Stromanschlüssen (48, 50, 52) zu kontaktieren.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzliche Treiberkomponenten auf der Oberseite der Leiterplatte (30) oder darin integriert angeordnet und mit dafür vorgesehenen Kontaktelementen kontaktierbar sind.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlanordnung (10, 46) an der Unterseite des Halbleiterpackages (9) als beidseitig metallisierter Isolator integriert ist, oder als externe Anordnung an dessen Unterseite verbunden ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Stromschienen (16, 18) zur Kontaktierung der Stromanschlüsse (48, 50) im Falle, dass die DC-Stromanschlüsse (48, 50) eine vorgegebene Länge überschreiten, derart gebildet sind, dass sie sich in vorgegebenen Bereichen verkürzen.
Leistungshalbleitermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leistungshalbleiterelemente (12, 14) als GaN-HEMT gebildet sind.
Leistungselektronikeinrichtung, insbesondere Wechselrichter, aufweisend ein Leistungshalbleitermodul, das nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Elektrischer Antrieb, umfassend einen elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Maschine, einer Getriebeeinrichtung und einer Leistungselektronikeinrichtung, wobei die Leistungselektronikeinrichtung nach Anspruch 16 ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug, aufweisend einen elektrischen Antrieb nach Anspruch 17 und/oder eine Leistungselektronikeinrichtung nach Anspruch 16.