DE19644009A1 - Großflächiges Hochstrommodul eines feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters - Google Patents

Großflächiges Hochstrommodul eines feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters

Info

Publication number
DE19644009A1
DE19644009A1 DE1996144009 DE19644009A DE19644009A1 DE 19644009 A1 DE19644009 A1 DE 19644009A1 DE 1996144009 DE1996144009 DE 1996144009 DE 19644009 A DE19644009 A DE 19644009A DE 19644009 A1 DE19644009 A1 DE 19644009A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
current module
low
area high
contact plate
voltage power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE1996144009
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE1996144009 priority Critical patent/DE19644009A1/de
Priority to EP97947012A priority patent/EP0938750A1/de
Priority to JP51988098A priority patent/JP2001502849A/ja
Priority to KR1019990703850A priority patent/KR20000052973A/ko
Priority to PCT/DE1997/002418 priority patent/WO1998019340A1/de
Publication of DE19644009A1 publication Critical patent/DE19644009A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01004—Beryllium [Be]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01066—Dysprosium [Dy]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01067—Holmium [Ho]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01068—Erbium [Er]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151—Die mounting substrate
    • H01L2924/1515—Shape
    • H01L2924/15158—Shape the die mounting substrate being other than a cuboid
    • H01L2924/15162—Top view

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein großflächiges Hochstrommo­ dul eines feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halblei­ terschalters, das n Halbleiterelemente und zwei großflächige, gegenüberliegende Kontaktplatten aufweist.
Die feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiter­ schalter gehören wie bipolare Leistungstransistoren (LTR) zu den nicht einrastenden, abschaltbaren Leistungs-Halbleiter­ schaltern, bei denen ständig am Steuereingang ein Steuersi­ gnal anstehen muß, damit sie im leitenden Zustand bleiben. Zu den feldgesteuerten, abschaltbaren Halbleiter-Bauelementen zählen beispielsweise der selbstsperrende Feldeffekttransi­ stor (MOSFET), der Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT), der feldgesteuerte Thyristor, auch als MOS Controlled Thyri­ stor (MCT) bezeichnet, . . .
Bei Leistungs-Halbleiterschaltern mit MOS-Steuereingang geht die Entwicklung immer mehr in Richtung hoher Stromtragfähig­ keit der Module. Zur Zeit sind Hochstrommodule erhältlich, die bei einer Sperrfähigkeit von 1700 V einen Drain-Source- Strom von 1200 A führen können. Mit dem Anstieg der Strom­ tragfähigkeit steigt auch der Wert der Stromänderungsge­ schwindigkeit, insbesondere beim Abschalten des Moduls, er­ heblich an. Ein derartiges Hochstrommodul kann wegen seiner großen Bauform (keine beidseitigen Druckkontakte, sondern einseitige Schraubanschlüsse) nicht mit einem abschaltbaren Thyristor (GTO) zu einer kompakten GTO-Kaskoden-Schaltung verschaltet werden. Außerdem haben diese beiden Leistungs- Halbleiterschalter auch unterschiedliche Bauformen, die nicht ohne großen Aufwand miteinander verschaltet werden können.
Mittels einer Kaskoden-Schaltung (Ansteuerung) werden die dy­ namischen Eigenschaften von GTO-Thyristoren wesentlich ver­ bessert, wogegen der zusätzliche Aufwand gegenüber einer kon­ ventionellen Ansteuerung gering ist. Eine GTO-Kaskoden-Schal­ tung weist eine kürzere Speicherzeit und Stromfallzeit auf, wobei sich das Abschaltvermögen des GTO-Thyristors ausweitet und der Beschaltungskondensator sich verkleinert. Außerdem kann auf eine aufwendige Ansteuereinheit (Gate-Unit) für den GTO-Thyristor verzichtet werden. Die Steuerung des Abschalt­ vorgangs geschieht leistungsarm über den Gateeingang des MOS- FET's der GTO-Kaskoden-Schaltung.
In der Veröffentlichung mit dem Titel "GTO thyristor and bi­ polar transistor cascode switches", abgedruckt in IEE PROCEEDINGS, Pt.B., Vol.137, No.3, May 1990, Seiten 141 bis 153 wird eine GTO-Kaskoden-Schaltung und eine Bipolar Transi­ tor Kaskoden-Schaltung besprochen. In der Fig. 15 dieser Ver­ öffentlichung ist eine konstruktive Ausführungsform einer Transistor-Kaskoden-Schaltung gemäß Fig. 1 dieser Veröffentli­ chung veranschaulicht. Dieser konstruktiven Ausführungsform (Spannverband) ist zu entnehmen, daß diese nicht kompakt ist, sondern viel Platz benötigt.
Aus der Veröffentlichung mit dem Titel "2000-A/1-mΩ Power MOSFET's in Wafer Repair Technique", abgedruckt in IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, Vol.37, No.5, May 1990, Seiten 1397 bis 1401 ist ein großflächiges Hochstrommodul ei­ nes feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschal­ ters gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dieser groß­ flächige MOSFET ist in einem scheibenförmigen Isoliergehäuse untergebracht, das stirnseitig jeweils eine großflächige Kon­ taktplatte aufweist. Dieses großflächige MOSFET weist im In­ neren einen kreisringförmigen aktiven Bereich auf, der mit 96 identischen Halbleiterzellen bedeckt ist. Jede Zelle stellt einen Leistungs-MOSFET dar, die gemeinsam in einem Waferpro­ zeß gefertigt worden sind. Nach der Waferherstellung wird je­ de Halbleiterzelle auf Funktionsfähigkeit getestet. Nachdem alle Halbleiterzellen auf dem Wafer getestet worden sind, werden diese Halbleiterzellen derart miteinander verschaltet, daß nur die intakten Halbleiterzellen elektrisch parallel ge­ schaltet sind. Für diese Verschaltung werden mehrere elek­ trisch leitende und elektrisch isolierende Schichten verwen­ det. Diese Silizium-Tablette ist dann in einem Thyristor- Scheibengehäuse untergebracht.
Mit einem derartigen Hochstrommodul eines MOSFET's können die bekannten GTO-Kaskoden-Schaltungen kompakter aufgebaut wer­ den. Die Herstelldung dieses großflächigen Hochstrom-MOSFET's ist jedoch sehr aufwendig und kostenintensiv.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bekannte großflächige Hochstrommodul derart zu verbessern, daß deren Herstellung sich wesentlich vereinfacht. Außerdem soll die Möglichkeit bestehen, dieses großflächige Hochstrommodul ei­ nes feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschal­ ters mit einer GTO-Thyristorscheibe zu einer hybriden GTO- Kaskode zu vereinigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, daß anstelle von n-Halbleiterzellen auf einem Sili­ zium-Wafer nun n separate, im Standardverfahren hergestellte Niedervolt-Leistungs-Chips verwendet werden, vereinfacht sich nicht nur der Aufbau des bekannten großflächigen Hochstrommo­ duls sehr, sondern auch dessen Herstellung. Außerdem kann das großflächige Hochstrommodul durch Änderung der Anzahl der Niedervolt-Leistungs-Chips einfach an den zu führenden Drain­ strom angepaßt werden. Die Drain-Anschlüsse dieser n Nieder­ volt-Leistungs-Chips werden mittels einer ersten großflächi­ gen Kontaktplatte und deren Source-Anschlüsse mittels einer zweiten großflächigen Kontaktplatte elektrisch parallel ge­ schaltet, wobei diese beiden Kontaktplatten an deren Berüh­ rungsstellen voneinander isoliert sind.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform eines ersten großflä­ chigen Hochstrommoduls sind die n Niedervolt-Leistungs-Chips in mehrere konzentrische Kreise angeordnet, wobei deren Steu­ er-Anschlüsse mit wenigstens einer Ringleitung miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Dadurch wird eine hohe An­ zahl von Niedervolt-Leistungs-Chips in das großflächige Hoch­ strommodul untergebracht, ohne daß der Aufbau dadurch kompli­ zierter wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des großflä­ chigen Hochstrommoduls ist die Kontaktplatte, die die Drain- Anschlüsse der n Niedervolt-Leistungs-Chips miteinander elek­ trisch leitend verbindet, in zwei voneinander isolierenden Teilen unterteilt, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der eine Teil der Kontaktplatte kreisringför­ mig und der andere Teil dieser Kontaktplatte kreisförmig aus­ gebildet sind und der kreisförmige Teil vom kreisringförmigen Teil umschlossen ist. Dadurch können die Drain-Anschlüsse ei­ nes Teils der n Niedervolt-Leistungs-Chips mittels der kreis­ ringförmigen Kontaktplatte, die Drain-Anschlüsse der anderen Niedervolt-Leistungs-Chips mittels der kreisförmigen Kontakt­ platte elektrisch parallel geschaltet werden. Die zweite großflächige Kontaktplatte bleibt dabei einstückig. Dadurch erhält man ein großflächiges Hochstrommodul, das zwei groß­ flächige feldgesteuerte, abschaltbare Leistungs-Halbleiter­ schalter aufweist, die einen gemeinsamen Source-Anschluß ha­ ben. Somit kann man eine komplette GTO-Kaskoden-Schaltung, bestehend aus einem GTO-Thyristor und zwei großflächigen, feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschaltern, komplett in einer Baueinheit aufbauen.
Bei einem zweiten großflächigen Hochstrommodul sind die n Niedervolt-Leistungs-Chips nicht zwischen zwei großflächigen Kontaktplatten angeordnet, sondern auf der Mantelfläche einer Kontaktplatte. Die beiden Kontaktplatten sind axial zueinan­ der angeordnet und durch eine Isolierung voneinander ge­ trennt. Auch bei diesem zweiten großflächigen Hochstrommodul sind die Drain-Anschlüsse der n Niedervolt-Leistungs-Chips mittels der Mantelfläche der ersten Kontaktplatte und die Source-Anschlüsse mittels der zweiten Kontaktplatte elek­ trisch parallel geschaltet. Diese Ausführungsform wird dann verwendet, wenn bei einer GTO-Kaskoden-Schaltung zwischen dem GTO-Thyristor und diesem zweiten großflächigen Hochstrommodul eine gute Wärme- und Druckübertragung gewährleistet werden soll.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform dieses zweiten groß­ flächigen Hochstrommoduls sind die beiden Kontaktplatten je­ weils in zwei ineinandersteckbare Teile unterteilt, wobei beide Mantelflächen der beiden Teile der ersten Kontaktplatte mit Niedervolt-Leistungs-Chips versehen sind. Somit erhält man ein zweites großflächiges Hochstrommodul, das zwei groß­ flächige, feldgesteuerte, abschaltbaren Leistungs-Halbleiter­ schalter mit einem gemeinsamen Source-Anschluß beinhaltet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung bezug genommen, in der mehrere Ausführungsbeispiele eines er­ sten und zweiten großflächigen Hochstrommoduls nach der Er­ findung schematisch veranschaulicht sind.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines ersten großflächigen Hochstrommoduls, wobei in
Fig. 2 eine Schnittdarstellung gemäß dem Schnitt A-B der Fig. 1 dargestellt ist, die
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines ersten groß­ flächigen Hochstrommoduls, wobei in
Fig. 4 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform darge­ stellt ist, in
Fig. 5 ist eine erste Ausführungsform eines zweiten großflä­ chigen Hochstrommoduls dargestellt, wogegen die
Fig. 6 eine vorteilhafte Ausführungsform dieses zweiten Hochstrommoduls zeigt.
In der Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines ersten großflächigen Hochstrommoduls eines feldgesteu­ erten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters darge­ stellt. Dieses Hochstrommodul weist zwei großflächige gegen­ überliegende Kontaktplatten 2 und 4 und n Niedervolt-Lei­ stungs-Chips 6 auf. Diese n Niedervolt-Leistungs-Chips 6 sind mit ihren Drain-Anschlüssen elektrisch leitend mit der Kon­ taktplatte 2 verbunden, wodurch diese Niedervolt-Leistungs- Chips 6 elektrisch parallel geschaltet sind. Die Source- Anschlüsse 8 dieser Chips sind mittels Bonddrähten mit der Kontaktplatte 4 elektrisch leitend verbunden, wodurch diese elektrisch parallel geschaltet sind. Die beiden Kontaktplat­ ten 2 und 4 sind an ihren Berührungsflächen mittels einer Isolierung 10 voneinander isoliert. Die Gate- und Source- Steueranschlüsse 12 und 14, die hier der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind, sind ebenfalls mittels einer Ringlei­ tung 16 (Fig. 2) elektrisch parallel geschaltet. Wie dieser Schnittdarstellung zu entnehmen ist, werden die Source- Anschlüsse 8 der n Niedervolt-Leistungs-Chips 6 mittels Bond­ drähte mit einem Kontaktring 18 elektrisch leitend verbun­ den. Dieser Kontaktring 18, mit dem die Source-Anschlüsse der n Niedervolt-Leistungs-Chips 6 elektrisch leitend verbunden sind, wird auch deshalb Sammelschiene genannt. Die großflä­ chige Kontaktplatte 4 weist zu diesen Sammelschienen 18 kor­ respondierende Stege 20 auf, die im zusammengebauten Zustand sich auf diesen Sammelschienen 18 abstützen. Durch diese Un­ terteilung der Kontaktplatte 4 vereinfacht sich die Herstel­ lung des großflächigen Hochstrommoduls wesentlich, da, wenn die Chips 6 mittels ihrer Drain-Anschlüsse mit der großflä­ chigen Kontaktplatte 2 elektrisch leitend verbunden sind, die Isolierungen 10 in die vorgesehenen Nuten bzw. Ausnehmungen der Kontaktplatte 2 gesteckt werden, in denen dann die Kon­ taktringe 18 gesteckt werden. Mit diesen Kontaktringen 18 werden die Source-Anschlüsse 8 der Chips 6 elektrisch leitend verbunden. Zum Schluß wird die Kontaktplatte 4, die als Lei­ stungs-Source-Anschluß dient, mit seinen korrespondierenden Stegen 20 auf die Kontaktringe 18 gesetzt und das Hochstrom­ modul verspannt.
Aus der Schnittdarstellung A-B der Fig. 2 ist zu erkennen, daß die n Niedervolt-Leistungs-Chips 6 in mehrere konzentrische Kreise angeordnet sind. Dadurch können die Gate- und Source­ steueranschlüsse 12 und 14 der vielen Chips 6 gleichzeitig mittels einer Ringleitung 16 kontaktiert werden. Diese Ring­ leitung 16 weist zwei Kreisringe 22 und 24 auf, deren Ring­ breiten unterschiedlich sind. Die beiden Kontaktringe 22 und 24 sind voneinander elektrisch isoliert. Mittels einer Zulei­ tung, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist, werden die beiden Ringleitungen 16 mit einem Gate- und Source-Steueranschluß des Hochstrommoduls elektrisch leitend verbunden. Die Anzahl der Niedervolt-Leistungs-Chips 6 für ein großflächiges Hochstrommodul hängt von dem zu führenden Drain-Sourcestrom und von dem Durchlaßwiderstand eines jeden Chips 6 ab.
Soll dieses Hochstrommodul mit einem GTO-Thyristor zu einer Kaskoden-Schaltung kombiniert werden, so ist die Kontaktplat­ te 2, die als Leistungs-Drain-Anschluß des Hochstrommoduls dient, mit einem Absatz versehen, so daß eine Auflagefläche für eine GTO-Thyristorscheibe entsteht. Dadurch erhält man eine hybride Integration einer GTO-Thyristorscheibe und die­ ses Hochstrommoduls, beispielsweise eines großflächigen Hoch­ strom-MOSFET-Moduls, wenn n Niedervolt-Leistungs-MOSFET's- Chips 6 verwendet werden. Bei einer Kombination mit einer GTO-Thyristorscheibe ist somit die Abmessung der Aufnahme flä­ che für die Chips 6 des Hochstrommoduls festgelegt. Soll das Hochstrommodul beispielsweise als großflächiges MOSFET-Modul Verwendung finden, so werden die Abmessungen des Moduls nur durch die Anzahl der benötigten Chips 6 bestimmt.
In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des ersten großflächigen Hochstrommoduls nach Fig. 1 dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in der Fig. 1 dar­ gestellten Ausführungsform dadurch, daß die großflächige Kon­ taktplatte 2 in zwei Teilkontaktplatten 26 und 28 unterteilt ist, die mittels einer Isolierung 30 voneinander elektrisch getrennt sind. Die eine Teilkontaktplatte 26 ist kreisförmig ausgebildet, wogegen die andere Teilkontaktplatte 28 ringför­ mig ausgebildet ist. Dabei sind die Abmessungen so gewählt, daß die Teilkontaktplatte 26 innerhalb der Teilkontaktplatte 28 angeordnet ist. Damit die kreisförmige Teilkontaktplatte 26 nicht aus der ihr umgebenden Teilkontaktplatte 28 heraus­ fallen kann, ist die Teilkontaktplatte 26 mit einem umlaufen­ den Absatz versehen. Mittels der Teilkontaktplatte 26 werden die inneren Niedervolt-Leistungs-Chips 6 (Fig. 2) bezüglich ihrer Drain-Anschlüsse elektrisch parallel geschaltet. Die n-6 Niedervolt-Leistungs-Chips 6, die gemäß der Fig. 2 in zwei konzentrische Kreise angeordnet sind, werden bezüglich ihrer Drain-Anschlüsse mittels der kreisringförmigen Teilkontakt­ platte 28 elektrisch parallel geschaltet.
Somit erhält man ein großflächiges Hochstrommodul, das bei­ spielsweise zwei Hochstrom-MOSFET-Module enthält, die einen gemeinsamen Leistungs-Source-Anschluß und getrennte Lei­ stungs-Drain-Anschlüsse aufweisen. Dadurch besteht die Mög­ lichkeit, eine GTO-Kaskoden-Schaltung, bestehend aus einem GTO-Thyristor und zwei MOSFET-Leistungsschaltern, in ein Hochstrommodul zu integrieren, wodurch ein GTO-Kaskoden- Bauelement entsteht; das als solches auch verwendet werden kann. Der Gate-Bereich der GTO-Thyristorscheibe liegt direkt auf der Teilkontaktplatte 26 auf, wogegen der Kathodenbereich dieser GTO-Thyristorscheibe auf der Teilkontaktplatte 28 auf­ liegt. Die beiden Hochstrom-MOSFET-Module benötigen deshalb eine unterschiedliche Anzahl von Chips 6, da das eine MOSFET- Modul den Strom des GTO-Thyristors im eingeschalteten Zustand führt und das andere MOSFET-Modul nur den Abschaltstrom für einige Mikrosekunden führen muß. Durch diese enge Anordnung der beiden MOSFET-Module innerhalb eines Hochstrommoduls ist die Streuinduktivität zwischen diesen beiden MOSFET-Modulen sehr klein. Dadurch besteht die Möglichkeit, Ströme im kA- Bereich innerhalb von wenigen 100 nsec vom Kathoden-MOSFET auf den Gate-MOSFET einer GTO-Kaskode kommutieren zu können.
In der Fig. 4 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des ersten großflächigen Hochstrommoduls veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform werden die Source-Anschlüsse der n Niedervolt-Leistungs-Chips 6 nicht mittels Bondtechnik mit der Kontaktplatte 4 elektrisch leitend verbunden, sondern mittels einer bekannten Niedertemperatur-Verbindungstechnik (NTV). Dabei erfolgt die Source-Kontaktierung großflächig über Platten oder Folien. Dadurch kann die Streuinduktivität innerhalb des Moduls noch weiter reduziert und seine Last­ wechselfestigkeit deutlich erhöht werden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen nun jeweils eine Ausführungsform eines zweiten Hochstrommoduls äquivalent zu den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 3 eines ersten Hochstrommoduls. Der we­ sentliche Unterschied zum ersten Hochstrommodul besteht dar­ in, daß die n Niedervolt-Leistungs-Chips 6 nicht mehr in ei­ ner Ebene, sondern räumlich angeordnet sind. Die beiden Kon­ taktplatten 2 und 4 sind stirnseitig mittels einer Isolier­ schicht 32 elektrisch voneinander getrennt. Die n Niedervolt- Leistungs-Chips 6 sind auf der Mantelfläche 34 der Kontakt­ platte 2 angeordnete und mittels dieser Mantelfläche 34 elek­ trisch parallel geschaltet. Die Source-Anschlüsse 8 jedes Chips 6 sind mittels Bondtechnik oder mittels der bekannten Niedertemperatur-Verbindungstechnik (NTV) verbundene Metall­ folien mit der Mantelfläche 36 der Kontaktplatte 4 elektrisch leitend verbunden. Damit die Chips 6 großflächig mit der Man­ telfläche 34 der Kontaktplatte 2 in Kontakt sind, ist diese Mantelfläche 34 als n-Ecke ausgebildet. Ebenso ist die Man­ telfläche 36 der Kontaktplatte 4 ausgebildet. Bei dieser Aus­ gestaltung des Hochstrommoduls wird eine GTO-Thyristorscheibe mit seiner Gate-Kathodenseite auf die Kontaktplatte 2 gelegt und dann verspannt. Da quer zur Richtung der Wärmeabführung von der GTO-Thyristorscheibe keine Niedervolt-Leistungs-Chips 6 und Hohlräume wie bei dem ersten Hochstrommodul gemäß Fig. 1 angeordnet sind, wird eine besonders gute Wärmeübertragung gewährleistet. Außerdem wird der Spanndruck einer eingebauten GTO-Kaskode großflächig durch das MOSFET-Modul übertragen. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß sich die Herstellung dieses großflächigen Hochstrommoduls wesent­ lich vereinfacht.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind wie bei der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 3 zwei Teilmodule zu einem Hochstrommodul zusammengefaßt. Dabei sind diese Teilmodule identisch aufge­ baut, damit das eine Teilmodul innerhalb des anderen Teilmo­ duls angeordnet werden kann, ist dieses Teilmodul ausgehöhlt. Dabei muß der Durchmesser dieser Ausnehmung größer sein als der Durchmesser des aufzunehmenden Teilmoduls, damit die Kon­ taktplatten 2, die jeweils als Leistungs-Drain-Anschluß Ver­ wendung finden, sich nicht berühren. Damit dieses Teilmodul in seiner Lage innerhalb des Teilmoduls fixiert ist, kann ein Isolierzylinder in den Zwischenraum 38 eingebracht werden.

Claims (10)

1. Großflächiges Hochstrommodul eines feldgesteuerten, ab­ schaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters, das n Halblei­ terelemente und zwei großflächige, gegenüberliegende Kontakt­ platten (2, 4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß für die n Halbleiterelemente jeweils ein feldgesteuerter, abschaltbarer Niedervolt-Leistungs-Chip (6) vorgesehen ist, deren Drain-Anschlüsse mittels der einen Kontaktplatte (2) und deren Source-Anschlüsse (8) mittels der anderen Kontakt­ platte (4) elektrisch parallel geschaltet sind, wobei diese Kontaktplatten (2, 4) an ihren Berührungsflächen jeweils von­ einander isoliert sind.
2. Großflächiges Hochstrommodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die n Niedervolt-Leistungs-Chips (6) in mehrere konzen­ trische Kreise angeordnet sind.
3. Großflächiges Hochstrommodul nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktplatte (4), die die Source-Anschlüsse (8) der n Niedervolt-Leistungs-Chips (6) miteinander elektrisch lei­ tend verbindet, mit mehreren konzentrisch angeordneten kreis­ förmigen Stegen (20) versehen ist.
4. Großflächiges Hochstrommodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die n Niedervolt-Leistungs-Chips (6) jeweils einen Gate- und einen Source-Steueranschluß (12, 14) aufweisen.
5. Großflächiges Hochstrommodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Steueranschlüsse (12) und die Source-Steueran­ schlüsse (14) der n Niedervolt-Leistungs-Chips (6) jeweils mittels einer Ringleitung (22, 24) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
6. Großflächiges Hochstrommodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnete, daß die Kontaktplatte (2), die die Drain-Anschlüsse der n Niedervolt-Leistungs-Chips (6) miteinander elektrisch leitend verbindet, in zwei voneinander isolierten Teilkontaktplatten (26, 28) unterteilt ist.
7. Großflächiges Hochstrommodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnete, daß die Teilkontaktplatte (28) kreisringförmig und die Teil­ kontaktplatten (26) kreisförmig ausgebildet sind, wobei diese beiden Teile (26, 28) ineinander steckbar sind.
8. Großflächiges Hochstrommodul eines feldgesteuerten, ab­ schaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters, das n Halbleiter­ elemente und zwei großflächige, gegenüberliegende Kontakt­ platten (2, 4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß für die n-Halbleiter-Elemente jeweils ein feldgesteuer­ ter, abschaltbarer Niedervolt-Leistungs-Chip (6) vorgesehen ist, die auf der Mantelfläche (34) der einen Kontaktfläche (2) angeordnet sind, daß die Drain-Anschlüsse dieser n Nie­ dervolt-Leistungs-Chips (6) mittels der Mantelfläche (34) elektrisch parallel geschaltet sind, daß die Source-Anschlüs­ se (8) der n Niedervolt-Leistungs-Chips (6) mittels einer Mantelfläche (36) der anderen Kontaktplatte (4) elektrisch parallel geschaltet sind und daß diese beiden Kontaktplatten (2, 4) mittels einer Isolierschicht (32) voneinander isoliert sind.
9. Großflächiges Hochstrommodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktplatten (2, 4) jeweils n-förmig ausgebildet sind.
10. Großflächiges Hochstrommodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochstrommodul in zwei Teilmodule unterteilt ist, die ineinander steckbar sind, wobei in einem Zwischenraum (38) ein Isolierzylinder eingebracht ist.
DE1996144009 1996-10-31 1996-10-31 Großflächiges Hochstrommodul eines feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters Withdrawn DE19644009A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996144009 DE19644009A1 (de) 1996-10-31 1996-10-31 Großflächiges Hochstrommodul eines feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters
EP97947012A EP0938750A1 (de) 1996-10-31 1997-10-20 Grossflächiges hochstrommodul eines feldgesteuerten, abschaltbaren leistungs-halbleiterschalters
JP51988098A JP2001502849A (ja) 1996-10-31 1997-10-20 電界制御型の遮断可能なパワー半導体スイッチの大面積大電流モジュール
KR1019990703850A KR20000052973A (ko) 1996-10-31 1997-10-20 필드 제어되는, 차단 가능한 파워 반도체 스위치의 대형 고전류모듈
PCT/DE1997/002418 WO1998019340A1 (de) 1996-10-31 1997-10-20 Grossflächiges hochstrommodul eines feldgesteuerten, abschaltbaren leistungs-halbleiterschalters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1996144009 DE19644009A1 (de) 1996-10-31 1996-10-31 Großflächiges Hochstrommodul eines feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19644009A1 true DE19644009A1 (de) 1998-05-07

Family

ID=7809732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1996144009 Withdrawn DE19644009A1 (de) 1996-10-31 1996-10-31 Großflächiges Hochstrommodul eines feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0938750A1 (de)
JP (1) JP2001502849A (de)
KR (1) KR20000052973A (de)
DE (1) DE19644009A1 (de)
WO (1) WO1998019340A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10048436A1 (de) * 2000-09-29 2002-04-18 Siemens Ag Elektronische Leistungsschaltervorrichtung
DE10200372A1 (de) * 2002-01-08 2003-07-24 Siemens Ag Leistungshalbleitermodul
WO2003065454A2 (en) * 2002-01-29 2003-08-07 Advanced Power Technology, Inc. Split-gate power module and method for suppressing oscillation therein
EP2790217A1 (de) * 2013-04-09 2014-10-15 ABB Technology AG Leistungshalbleitermodul

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3910470C2 (de) * 1988-03-31 1995-03-09 Toshiba Kawasaki Kk Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung mit in den beteiligten Chips verringerter Wärmebelastung, insb. Wärmespannung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5710958A (en) * 1980-06-25 1982-01-20 Shindengen Electric Mfg Co Ltd Semiconductor device
EP0064383A3 (de) * 1981-05-06 1984-06-27 LUCAS INDUSTRIES public limited company Ein Halbleitergehäuse
EP0499707B1 (de) * 1991-02-22 1996-04-03 Asea Brown Boveri Ag Abschaltbares Hochleistungs-Halbleiterbauelement
JP3180863B2 (ja) * 1993-07-27 2001-06-25 富士電機株式会社 加圧接触形半導体装置およびその組立方法
US5563447A (en) * 1993-09-07 1996-10-08 Delco Electronics Corp. High power semiconductor switch module

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3910470C2 (de) * 1988-03-31 1995-03-09 Toshiba Kawasaki Kk Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung mit in den beteiligten Chips verringerter Wärmebelastung, insb. Wärmespannung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 62-150871 A - in: Patents Abstracts of Japan, Sect. E, Vol. 11 (1987) No. 384 (E-565) *
JP 63-208262 A - in: Patents Abstracts of Japan, Sect. E, Vol. 12 (1988) No. 498 (E-698) *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10048436A1 (de) * 2000-09-29 2002-04-18 Siemens Ag Elektronische Leistungsschaltervorrichtung
DE10200372A1 (de) * 2002-01-08 2003-07-24 Siemens Ag Leistungshalbleitermodul
WO2003065454A2 (en) * 2002-01-29 2003-08-07 Advanced Power Technology, Inc. Split-gate power module and method for suppressing oscillation therein
WO2003065454A3 (en) * 2002-01-29 2004-02-26 Advanced Power Technology Split-gate power module and method for suppressing oscillation therein
US6939743B2 (en) 2002-01-29 2005-09-06 Advanced Power Technology, Inc. Split-gate power module and method for suppressing oscillation therein
US7342262B2 (en) 2002-01-29 2008-03-11 Microsemi Corporation Split-gate power module for suppressing oscillation therein
EP2790217A1 (de) * 2013-04-09 2014-10-15 ABB Technology AG Leistungshalbleitermodul
WO2014166928A1 (de) 2013-04-09 2014-10-16 Abb Technology Ag Leistungshalbleitermodul
US10483244B2 (en) * 2013-04-09 2019-11-19 Abb Schweiz Ag Power semiconductor module

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001502849A (ja) 2001-02-27
EP0938750A1 (de) 1999-09-01
WO1998019340A1 (de) 1998-05-07
KR20000052973A (ko) 2000-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006038479B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit zwei Mehrfach-Leistungshalbleiterbauelementen
EP1320133B1 (de) IGBT mit Trench-Gate-Struktur
EP0833392B1 (de) Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement
EP0833386B1 (de) Durch Feldeffekt steuerbares, vertikales Halbleiterbauelement
EP0499707B1 (de) Abschaltbares Hochleistungs-Halbleiterbauelement
EP0588026B1 (de) Abschaltbares Hochleistungs-Halbleiterbauelement
EP1318547B1 (de) Leistungshalbleiter-Modul
DE102015105821A1 (de) Vorrichtung mit mehreren Halbleiterchips und mehreren Trägern
EP1952439B1 (de) Halbleitervorrichtung mit einem eine ansteuereinheit enthaltenden gehäuse
EP0652594B1 (de) Integrierte Schaltungsanordnung mit Leistungsbauelement und Niederspannungsbauelementen
DE19935100A1 (de) Halbbrückenkonfiguration
EP0265833B1 (de) Halbleiterbauelement mit mindestens einem Leistungs-MOSFET
DE19519538A1 (de) Induktivitätsarme Schaltungsanordnung
DE102020214045A1 (de) Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, Leistungsmodul für einen Inverter und Inverter
DE19644009A1 (de) Großflächiges Hochstrommodul eines feldgesteuerten, abschaltbaren Leistungs-Halbleiterschalters
EP1642334A1 (de) Elektronisches leistungsmodul mit gummidichtung und entsprechendes herstellungsverfahren
DE19902749C2 (de) Leistungstransistoranordnung mit hoher Spannungsfestigkeit
EP1057249A1 (de) Matrixumrichter
EP2815430B1 (de) Halbleiteranordnung für einen stromsensor in einem leistungshalbleiter
EP3176822B1 (de) Elektrisch und thermisch effiziente leistungsbrücke
DE3542570A1 (de) Gate-turnoff-thyristor mit integrierter antiparalleler diode
DE2723951A1 (de) In zwei quadranten der strom- spannungs-charakteristik schaltbares leistungs-halbleiterbauelement
DE102019120972B4 (de) Anordnung zur Leistungsregelung
EP0088924A2 (de) Halbleiterbauelement in Modulbauweise
DE19732439B4 (de) Leistungshalbleiterbauelement auf Kühlkörper

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8130 Withdrawal