DE19914741A1 - Leistungshalbleitermodul - Google Patents

Leistungshalbleitermodul

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Reimund Pelmer
Reinhold Bayerer
Gottfried Ferber
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EUPEC GmbH
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Abstract

Es wird ein Leistunghalbleitermodul vorgeschlagen, das aus einem Gehäuse, einer Trägerplatte, zumindest einem Keramiksubstrat und das zumindest an seiner Oberseite mit einer Metallisierung versehen ist, besteht, sowie mit mehreren steuerbaren Halbleiterbauelementen, die auf der Oberseite des Keramiksubstrats elektrisch leitend angeordnet und über Bonddrähte miteinander verbunden sind. Das Leistungshalbleitermodul weist ferner mehrere externe Laststromanschlußelemente auf, die mit der Innenwand des Gehäuses verbunden sind und an ihren unteren Enden Bondflächen aufweisen, die mit den Laststromanschlüssen der Halbleiterbauelemente über Bonddrähte elektrisch leitend verbunden sind. Ferner ist ein mit Leiterbahnen strukturierter Rahmen vorgesehen, der mit der Innenwand des Gehäuses verbunden ist. Mehrere externe Steueranschlußelemente, die mit der Innenwand des Gehäuses verbunden sind und die auf seiner Oberfläche Bondflächen aufweisen, sind über Bonddrähte mit den Steueranschlüssen der Halbleiterbauelemente verbunden. Die Steueranschlußelemente sind weiterhin mit dem Rahmen elektrisch leitend verbunden. Hierdurch wird ein einfaches und kostengünstig herstellbares Leistungshalbleitermodul ermöglicht, wobei die Verbindung zwischen den Steueranschlußelementen und dem mit Leiterbahnen versehenen Rahmen über Bonddrähte erfolgen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit einem Gehäuse, einer Trägerplatte, zumindest einem Keramiksubstrat, das zumindest an seiner Oberseite mit einer Metallisierung versehen ist, mit mehreren steuerbaren Halbleiterbauelemen­ ten, die auf der Oberseite des Keramiksubstrats elektrisch leitend angeordnet sind und über Bonddrähte miteinander ver­ bunden sind. Es weist ferner mehrere externe Laststroman­ schlußelemente auf, die mit der Innenwand des Gehäuses ver­ bunden sind und an ihren unteren Enden Bondflächen aufweisen, die mit den Laststromanschlüssen der Halbleiterbauelemente über Bonddrähte elektrisch leitend verbunden sind. Ferner sind mehrere externe Steueranschlußelemente vorgesehen, die mit der Innenwand des Gehäuses verbunden sind.
Solche Leistungshalbleitermodule sind seit langem bekannt. In Fig. 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Lei­ stungshalbleitermodul dargestellt, bei dem Anschlußelemente 8 für die äußeren Anschlüsse in einem Gehäuse 1 angeordnet sind. Dabei sind die Anschlußelemente 8, die in Regel aus Kupfer bestehen, in das Gehäuse 1 eingespritzt. Das Gehäuse besteht in der Regel aus einem Kunststoff. Kunststoff hat aber die Eigenschaft beim Erkalten, das heißt also nach dem Spritzen zu Schrumpfen. Dies führt dazu, daß die Anschlußele­ mente 8 im Kunststoff in der Regel nicht fest verankert sind. An den unteren Enden der Anschlußelemente 8 im Gehäuseinneren sind Bonddrähte 7 aufgebondet, deren anderes Ende an Halblei­ terbauelementen 5 angebondet sind. Diese Bonddrähte bestehen in der Regel aus Aluminium. Die Halbleiterbauelemente 5 sind auf einem mit einer Metallisierung 4 versehenen Keramiksub­ strat 3 aufgebracht, welches ihrerseits auf einer Trägerplat­ te 2 befestigt ist. Dadurch, daß der Kunststoff nach dem Spritzen schrumpft, kann es dazu kommen, daß in Folge der mangelhaften, mechanischen Fixierung der Anschlußelemente 8 im Gehäuse 1 es zu fehlerhaften Bondverbindungen auf Anschluß (8) kommen. Dies führt zum Ausfall des Leistungshalbleitermo­ duls.
Es ist deshalb vorteilhaft, die Anschlußelemente in Öffnungen bzw. Führungselementen entlang des Gehäuses anzuordnen. Hier­ durch werden die Anschlußelemente in einem relativ einfachen Verfahren in das Kunststoffgehäuse fixiert. Ein derartiges Halbleiterbauelement ist beispielsweise aus der WO 98/52221 bekannt.
Die Halbleitermodule, die zum Beispiel die Funktion einer Halb- oder Vollbrücke übernehmen, weisen auf der Oberseite des Keramiksubstrats eine strukturierte Metallisierung auf. Die Metallisierung weist in der Regel mehrere Felder auf, auf denen sich jeweils eine - entsprechend der Anwendung - be­ stimmte Anzahl an Halbleiterbauelementen befindet. Die Halb­ leiterbauelemente werden über Steuerverbindungen, deren ex­ terne Anschlüsse aus dem Gehäuse heraus geführt sind, ange­ steuert. Hierzu werden sogenannte Einzelkopfdrähte verwendet. Die Kopfdrähte werden hierzu auf die Metallisierung gelötet, anschließend isoliert und mit Anschlußsteckern versehen. Nach dem manuellen Verlegen der präparierten Einzelkopfdrähte ent­ lang der Gehäusewände werden die Anschlußstecker in angeform­ te Halterungen der Modulgehäuse fixiert. Diese Vorgehensweise ist zeitaufwendig und kostenintensiv, da sie eine manuelle Tätigkeit verlangt. Zudem ist die elektrische Verschaltung zu den externen Steueranschlüssen unflexibel, da diese nicht in jedem Fall in unmittelbarer Nähe zu den im Gehäuseinneren liegenden Enden der Steueranschlüsse erfolgen kann, sondern das aufwendige und risikobehaftete - zum Beispiel bezüglich eines Kurzschlusses - Verlegen der Kopfdrähte in verschiede­ ner Form notwendig ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Leistungshalbleitermodul anzugeben, welches eine hohe Flexibilität bei der elektrischen Verschaltung beziehungswei­ se der Anordnung der Bauelemente auf einem Substrat ermög­ licht. Ferner soll das Leistungshalbleitermodul einfach und kostengünstig herstellbar sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem Halblei­ termodul bestehend aus:
  • - einem Gehäuse,
  • - einer Trägerplatte,
  • - zumindest einem Keramiksubstrat, das zumindest an seiner Oberseite mit einer Metallisierung versehen ist,
  • - mehreren steuerbaren Halbleiterbauelementen, die auf der Oberseite des Keramiksubstrats elektrisch leitend angeord­ net sind und über Bonddrähte miteinander verbunden sind,
  • - mehreren externen Laststromanschlußelementen, die mit der Innenwand der Gehäuses verbunden sind und an ihren unteren Enden Bondflächen aufweisen, die mit den Laststromanschlüs­ sen der Halbleiterbauelemente über Bonddrähte elektrisch leitend verbunden sind,
  • - einem mit Leiterbahnen strukturiertem Rahmen, der mit der Innenwand des Gehäuses verbunden ist und auf seiner Ober­ seite Bondflächen aufweist,
  • - mehren externen Steueranschlußelementen, die mit der Innen­ wand des Gehäuses verbunden sind, die mit dem Rahmen elek­ trisch leitend verbunden sind und die über Bonddrähte mit den Steueranschlüssen der Halbleiterbauelemente verbunden sind.
Das Vorsehen eines Rahmens mit einer strukturierten Metalli­ sierung erlaubt eine flexible und automatisierbare Leiterver­ bindung von Steuerleitungen mittels einer Drahtbondung. Die Metallisierung auf dem Rahmen erlaubt die verschiedensten Layouts. Hierdurch ist eine Leiterverbindung zwischen belie­ bigen Punkten im Modul möglich, wobei durch eine Drahtverbin­ dung nur sehr kurze Strecken überbrückt werden müssen. Da­ durch, daß die strukturisierte Metallisierung der Steueran­ schlüsse und die strukturierte Metallisierung des laststrom­ führenden Bauelemente auf getrennten Substraten angebracht sind, ist es möglich, auf jedem Keramiksubstrat nur eine ein­ zige Metallisierung (für die laststromführenden Bauelemente) aufzubringen. Dies hat zur Folge, daß die elektrisch leitfä­ higen Felder einer Metallisierung nicht einzeln gegeneinander isoliert werden müssen. Hierdurch kann zwischen den Feldern kein Kondensatoreffekt entstehen, so daß eine höhere Isolati­ onsfähigkeit erzielt wird. Dies wird vor allem dadurch er­ reicht, daß der Rahmen beziehungsweise die strukturierte Me­ tallisierung, welche die Steuerleitungen elektrisch miteinan­ der verbindet um die aktiven Bauteile angeordnet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht der Rahmen aus einer Leiterplatte. Leiterkarten sind preisgünstig herstell­ bar und weisen den Vorteil der Bondfähigkeit auf. Vorausset­ zung hierfür ist eine thermische und mechanische hinreichende Stabilität. Vorzugsweise wird bei einer bondbaren Leiterplat­ te das Verfahren der chemischen Vernickelung und Vergoldung eingesetzt. Die Verbindung zwischen dem Rahmen und den akti­ ven Elementen erfolgt vorzugsweise mit Aluminiumdrähten durch vollautomatische Dick-Drahtbonder.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen die externen Steueranschlußelemente an ihren unteren Enden Bondflächen auf, die mit der Leiterplatte über die Bonddrähte elektrisch leitend verbunden sind. Durch die Bondverbindung zwischen den Anschlußelementen und der strukturierten Leiterbahn auf dem Rahmen ist eine kostengünstige und schnelle Verbindung mög­ lich. Das gesamte Leistungshalbleitermodul kann somit einfach und kostengünstig hergestellt werden. Das Verbindungsmuster kann mittels einer Software, abhängig von der Metallisie­ rungsstruktur, realisiert werden und ist somit hochflexibel.
Vorteilhafterweise werden die auf der (Oberseiten-)Metalli­ sierung der Leiterplatte locker aufstehenden Laststrom- und Steueranschlußelemente mit einer zusätzlichen Bondverbindung mit der (Oberseiten-)Metallisierung der Leiterkarte verbun­ den. Hierdurch werden mögliche Lufteinschlüsse zwischen den Laststrom- bzw. Steueranschlußelemente und der Metallisierung unwirksam, die bei den locker aufstehenden Anschlußelementen durch die unsichere elektrische Verbindung ansonsten einen Kondensatoreffekt bewirken können.
Vorzugsweise ist die Leiterplatte mit der Innenwand des Ge­ häuses über eine Schnappverbindung kraftschlüssig verbunden. Hierdurch wird eine genaue Positionierung und feste Verbin­ dung an beliebiger Stelle im Leistungshalbleitermodul mög­ lich. Durch die feste Verbindung beziehungsweise Fixierung des Rahmens können keine Beschädigungen der Bondverbindungen durch eine Krafteinwirkung auftreten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind an der In­ nenwand des Gehäuses Führungselemente angeformt, durch die externen Laststrom- und Steueranschlußelemente durchgesteckt sind. Durch die Fixierung der Anschlußelemente (Steueran­ schlußelemente und Laststromanschlußelemente) wird eine Be­ schädigung der Bondverbindung zu dem Rahmen beziehungsweise zu dem Substrat mit den Bauelementen verhindert.
Vorteilhafterweise ist der Rahmen unterhalb der Unterkanten der Führungselemente und oberhalb der Oberseite der Kera­ miksubstrate angeordnet. Werden insbesondere unterhalb der Unterkanten der Führungselemente an der Innenwand des Gehäu­ ses zumindest zwei Nasen angeformt und der Rahmen zwischen die Unterkanten und die Nasen einrastend angeordnet, so ist eine Fixierung des Rahmens durch die Führungselemente nach oben und unten hin sichergestellt. Durch das Anheben des Rah­ mens gegenüber dem Keramiksubstrat kann eine Vergußmasse un­ terhalb des Rahmens fließen. Hierdurch wird weiterhin die Isolationsfestigkeit des Leistungshalbleitermodul erhöht, da beim Ausgießen des Gehäuseinneren durch die Vergußmasse keine Blasenbildung unterhalb des Rahmens möglich ist. Hierdurch werden schädliche Lufteinschlüsse verhindert. Insbesondere wenn das Rahmenmaterial und der Weichverguß sehr ähnliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen, können keine parasitäre Kapazitäten auftreten, die ein Teilentladung begünstigen.
Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Leiter­ platte beidseitig mit einer Metallisierung versehen ist, die mittels einer Durchkontaktierung elektrisch verbunden sind. Hierdurch wird ebenfalls ein Kondensatoreffekt verhindert, der die Isolationsfestigkeit des Leistungshalbleitermoduls verringern würde.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläu­ tert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Leistungshalbleitermodul im Querschnitt gemäß einer bekannten Ausführungsform,
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleitermodul in der Draufsicht,
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines Führungselemen­ tes für ein Laststromanschluß- oder Steueran­ schlußelement,
Fig. 4 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Lei­ stungshalbleitermodul und
Fig. 5 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausgestal­ tung des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermo­ duls.
Wie aus der Fig. 2 zu erkennen ist, weist das erfindungsge­ mäße Leistungshalbleitermodul in einem Gehäuse 1 eine Mehr­ zahl an Laststromanschlußelementen 8 sowie Steueranschlußele­ mente 9 auf. Im vorliegenden Bild sind sechs Laststroman­ schlußelemente dargestellt, wobei jeweils drei auf zwei ge­ genüberliegenden Seiten des Gehäuses 1 angeordnet sind. Die Steueranschlußelemente 9 befinden sich im vorliegenden Bei­ spiel an der Stirnseite des Gehäuses 1. Die Laststroman­ schlußelemente 8 und die Steueranschlußelemente 9 sind, wie in Fig. 3 gezeigt, über Führungselemente 14 mit dem Gehäuse 1 verbunden. Das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul weist weiterhin einen Rahmen 10 auf, der vorzugsweise aus ei­ ner Leiterplatte besteht. Dieser ist mit dem Gehäuse 1 ver­ bunden (in der Figur nicht sichtbar). Der Rahmen 10 weist mittig eine Ausnehmung auf, in welcher auf einer nicht sicht­ baren Trägerplatte zwei Keramiksubstrate 3 aufgebracht sind, wobei jedes dieser Keramiksubstrate 3 eine Metallisierung 4 an seiner Oberseite aufweist. Die Oberseite des Keramiksub­ strats 3 ist dabei dem Gehäuseinneren zugewandt. Auf der Me­ tallisierung 4 ist eine Mehrzahl an Halbleiterbauelementen 5 aufgebracht. Die Metallisierung 4 auf dem Substrat bildet da­ bei einen Kollektor. Die Halbleiterbauelemente 5 sind mittels Bonddrähten 7 sowohl untereinander als auch mit den Laststrom­ anschlußelementen 8 elektrisch verbunden. Die Bonddrähte 7 bestehen vorzugsweise aus Aluminiumdrähten. Die dem Ge­ häuseinneren zugewandte Seite des Rahmens weist eine struktu­ rierte Metallisierung (nicht eingezeichnet) auf, welche über Bonddrähte 7 mit den unteren Enden der Steueranschlußelemente 9 elektrisch verbunden ist. Die strukturierte Metallisierung ist weiterhin mit Steueranschlußelementen der Halbleiterbau­ elemente 5 verbunden. Die strukturierte Metallisierung auf dem Rahmen 10 kann dabei so ausgeführt werden, daß die Bond­ verbindung zwischen der strukturierten Metallisierung und dem jeweiligen Halbleiterbauelement 5 möglichst kurz ausgeführt werden kann. Das Design des strukturierten Metallisierung auf dem Rahmen 10 ist abhängig von der Anordnung der Halbleiter­ bauelemente 5 auf der Metallisierung 4 des Keramiksubstrates 3. Ferner sind die unteren Enden der Laststromanschlußelemen­ te 8 über Bonddrähte 7a mit der Metallisierung 11 verbunden, die mögliche Lufteinschlüsse zwischen den locker auf der Me­ tallisierung 11 aufstehenden Laststromanschlußelementen 8 und der Metallisierung 11 unwirksam machen.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls wird durch die Querschnittsdarstellungen in den Fig. 4 und 5 noch weiter verdeutlicht. In Fig. 4 wird deutlich, daß das Gehäuse 1 die Gestalt eines Rahmens aufweist, das heißt das Gehäuse keinen Boden beziehungsweise Deckel aufweist. Der Bo­ den wird durch eine Trägerplatte 2 gebildet, welcher gut wär­ meleitend ist. Auf der Trägerplatte 2 ist ein Keramiksubstrat 3 aufgebracht, welches auf seiner Oberseite (die dem Ge­ häuseinneren zugewandten Seite) eine Metallisierung 4 auf­ weist, auf der zumindest ein Halbleiterbauelement 5 aufge­ bracht ist. Weiterhin wird im Querschnitt ersichtlich, daß der Rahmen 10 um die aktiven Bauelemente angeordnet ist, das heißt sich entlang der Gehäusewandung ertreckt. Der Rahmen 10 weist auf seiner Oberseite eine strukturierte Metallisie­ rung in Form von Leiterbahnen 11 auf. Seine Unterseite ist ebenfalls metallisiert. Die elektrisch leitfähigen Flächen auf der Ober- und Unterseite des Rahmens sind mittels einer Durchkontaktierung 16 verbunden, um einen Kondensatoreffekt zu vermeiden. Dies ermöglicht eine sehr hohe Isolationsfe­ stigkeit des Leistungshalbleitermoduls. Ein Laststroman­ schlußelement 8 ist, durch ein Führungselement 14 gesteckt, mit dem Gehäuse 1 verbunden. Das untere Ende des Laststroman­ schlußelementes 8 ist über einen Bonddraht 7 zum Beispiel mit der Metallisierung 4 elektrisch verbunden. Ein Steueran­ schlußelement 9 ist ebenfalls über ein Führungselement 14 mit dem Gehäuse 1 verbunden. Eine elektrische Verbindung zwischen dem unteren Ende des Steueranschlußelementes 9 und einer Lei­ terbahn 11 des Rahmens 10 ist ebenfalls über einen Bonddraht 7 realisiert. In der Fig. 4 befinden sich der Rahmen 10 und das Keramiksubstrat 3 in einer Ebene.
Um die Isolationsfestigkeit des Leistungshalbleitermoduls weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, den Rahmen 10 gegen­ über dem Keramiksubstrat 3 zu erhöhen, das heißt weiter in Richtung des Gehäuseinneren anzubringen. Dies ist in Fig. 5 dargestellt. Die Fixierung des Rahmens 10 wird zum einen durch das Führungselement 14 und zum anderen durch eine Nase 15, die zum Beispiel in der Form eines Widerhakens an der Ge­ häusewand ausgeformt ist, möglich. Das Anheben des Rahmens 10 wird nach dem vollständigen elektrischen Kontaktieren mittels der Bonddrähte 7 durchgeführt, indem der gesamte Rahmen 10 über die Nase 15 nach oben geschoben wird. Hierdurch ist es möglich, einen Weichverguß (in der Figur nicht dargestellt) blasenfrei im Gehäuseinneren auszuführen, so daß keine schäd­ lichen Lufteinschlüsse unterhalb des Rahmens auftreten. Mög­ liche Lufteinschlüsse oberhalb des Rahmens werden durch Kurz­ schlußverbindungen und eine Durchkontaktierung 16 durch den Rahmen unwirksam gemacht. Es ist vorteilhaft, wenn das Mate­ rial des Rahmens (Leiterkarte) und der Weichverguß ähnliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen
Bezugszeichenliste
1
Gehäuse
2
Trägerplatte
3
Keramiksubstrat
4
Metallisierung
5
Halbleiterbauelement
6
Oberseite
7
Bonddraht
7
a Bonddraht
8
Laststromanschlußelement
9
Steueranschlußelementen
10
Rahmen
11
Leiterbahnen
12
Bondfläche
13
Schnappverbindung
14
Führungselement
15
Nase
16
Durchkontaktierung

Claims (9)

1. Leistungshalbleitermodul bestehend aus:
  • - einem Gehäuse (1),
  • - einer Trägerplatte (2),
  • - zumindest einem Keramiksubstrat (3), das zumindest an sei­ ner Oberseite mit einer Metallisierung (4) versehen ist,
  • - mehreren steuerbaren Halbleiterbauelementen (5) die auf der Oberseite (6) des Keramiksubstrats elektrisch leitend ange­ ordnet sind und über Bonddrähte (7) miteinander verbunden sind,
  • - mehreren externen Laststromanschlußelementen (8), die mit der Innenwand des Gehäuses (1) verbunden sind und an ihren unteren Enden Bondflächen aufweisen, die mit den Laststrom­ anschlüssen (8) der Halbleiterbauelemente (5) über Bond­ drähte (7) elektrisch leitend verbunden sind,
  • - einem mit Leiterbahnen (11) strukturiertem Rahmen (10), der mit der Innenwand des Gehäuses (11) verbunden ist und der auf seiner Oberseite Bondflächen aufweist, die über Bond­ drähte (7) mit den Steueranschlüssen der Halbleiterbauele­ mente (5) verbunden sind,
  • - mehreren externen Steueranschlußelementen (9), die mit der Innenwand des Gehäuses (1) verbunden sind, und die mit dem Rahmen (19) elektrisch leitend verbunden sind.
2. Leistungshalbleitermodul nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (10) aus einer Leiterplatte besteht.
3. Leistungshalbleitermodul nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die externen Steueranschlußelemente (9) an ihren unteren Enden Bondflächen aufweisen, die mit der Leiterplatte über Bonddrähte (7) elektrisch leitend verbunden sind.
4. Leistungshalbleitermodul nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Enden der externen Laststromanschlußelemente (8) über Bonddrähte (7a) mit der Metallisierung (11) des Rah­ mens (10) verbunden sind.
5. Leistungshalbleitermodul nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte mit der Innenwand des Gehäuses (1) über eine Schnappverbindung (13) kraftschlüssig verbunden ist.
6. Leistungshalbleitermodul nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand des Gehäuses (1) Führungselemente (14) angeformt sind, durch die die externen Laststrom- und Steuer­ anschlußelemente (9) durchgesteckt sind.
7. Leistungshalbleitermodul nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (10) unterhalb der Unterkanten der Führungs­ elemente (14) und oberhalb der Oberseiten der Keramiksubstra­ te (3) angeordnet ist.
8. Leistungshalbleitermodul nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Unterkanten der Führungselemente (14) an der Innenwand des Gehäuses (1) zumindest zwei Nasen (15) an­ geformt sind und der Rahmen zwischen die Unterkanten und die Nasen (15) einrastend angeordnet ist.
9. Leistungshalbleitermodul nach einem der Patentansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte beidseitig mit einer Metallisierung ver­ sehen ist, die mittels einer Durchkontaktierung (16) elek­ trisch verbunden sind.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7087990B2 (en) 2001-04-03 2006-08-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power semiconductor device
EP2037500A1 (de) 2007-09-11 2009-03-18 Siemens Aktiengesellschaft Leistungshalbleitermodul
CN1971905B (zh) * 2005-11-23 2010-05-19 塞米克朗电子有限及两合公司 具有接头元件的功率半导体模块
US7995356B2 (en) 2005-08-26 2011-08-09 Siemens Aktiengesellschaft Power semiconductor module comprising load connection elements applied to circuit carriers
EP2642835A3 (de) * 2012-03-23 2014-06-11 Toshiba Lighting & Technology Corporation Leiterplattenvorrichtung, Lampe und Herstellungsverfahren für Leiterplattenvorrichtung
DE102008012703B4 (de) * 2007-03-08 2015-05-28 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102012224355B4 (de) * 2012-04-11 2016-06-23 Mitsubishi Electric Corporation Leistungsmodul
JP2017208382A (ja) * 2016-05-16 2017-11-24 三菱電機株式会社 半導体装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0513410A1 (de) * 1991-05-15 1992-11-19 IXYS Semiconductor GmbH Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines solchen Moduls
DE19627858A1 (de) * 1996-07-11 1998-01-22 Eurotec Ges Fuer Energiesparte Komplexes Leistungsbauelement
DE19719703A1 (de) * 1997-05-09 1998-11-12 Eupec Gmbh & Co Kg Leistungshalbleitermodul mit Keramiksubstrat

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0513410A1 (de) * 1991-05-15 1992-11-19 IXYS Semiconductor GmbH Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines solchen Moduls
DE19627858A1 (de) * 1996-07-11 1998-01-22 Eurotec Ges Fuer Energiesparte Komplexes Leistungsbauelement
DE19719703A1 (de) * 1997-05-09 1998-11-12 Eupec Gmbh & Co Kg Leistungshalbleitermodul mit Keramiksubstrat

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7087990B2 (en) 2001-04-03 2006-08-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power semiconductor device
DE10156769B4 (de) * 2001-04-03 2006-11-30 Mitsubishi Denki K.K. Leistungshalbleitereinrichtung mit einem äußeren Verbindungsanschluß zum Führen eines großen Stromes
US7995356B2 (en) 2005-08-26 2011-08-09 Siemens Aktiengesellschaft Power semiconductor module comprising load connection elements applied to circuit carriers
DE112005003653B4 (de) * 2005-08-26 2013-05-16 Siemens Aktiengesellschaft Leistungshalbleitermodul mit auf Schaltungsträger aufgebrachten Lastanschlusselementen und Anschlussklemmelementen
CN1971905B (zh) * 2005-11-23 2010-05-19 塞米克朗电子有限及两合公司 具有接头元件的功率半导体模块
DE102008012703B4 (de) * 2007-03-08 2015-05-28 Fuji Electric Co., Ltd. Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
EP2037500A1 (de) 2007-09-11 2009-03-18 Siemens Aktiengesellschaft Leistungshalbleitermodul
EP2642835A3 (de) * 2012-03-23 2014-06-11 Toshiba Lighting & Technology Corporation Leiterplattenvorrichtung, Lampe und Herstellungsverfahren für Leiterplattenvorrichtung
DE102012224355B4 (de) * 2012-04-11 2016-06-23 Mitsubishi Electric Corporation Leistungsmodul
JP2017208382A (ja) * 2016-05-16 2017-11-24 三菱電機株式会社 半導体装置
US10290555B2 (en) 2016-05-16 2019-05-14 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device including sensor and driving terminals spaced away from the semiconductor device case wall
US10861756B2 (en) 2016-05-16 2020-12-08 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device including sensor and driving terminals spaced away from the semiconductor device case wall

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