DE4130160A1 - Elektronische schaltung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung, insbeson
ders Leistungshalbleiterschaltung gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Es sind elektronische Schaltungen bekannt, die auf einem oder
mehreren isolierenden Substraten mittels auf dem Substrat
festhaftender, strukturierter Kontaktflächen und darauf ange
brachten Halbleitertabletten Anschlußleiter aufweisen, welche
die Schaltung in einer geometrisch definierten Weise mit
externen Strom- und Steueranschlüssen verbinden. Die Geometrie
der Kontaktflächen auf dem Substrat stellt dabei die entspre
chende Schaltung dar, wobei die Halbleiteroberflächen und die
Kontaktflächen noch mittels interner Leiter (beispielsweise
Bonddrähte) entsprechend verbunden sind. Dabei werden alle
notwendigen elektrischen Verbindungen so auf Substratebene
ausgebildet, daß auf einem Substrat für einen Anschluß nach
außen immer nur ein bestimmter Anschlußleiterkontakt
existiert. Besonders bei Leistungshalbleiterschaltungen mit
erheblichen Stromdichten erfordert das auf Substratebene eine
dem ohm′schen Widerstand der Leiterbahnen angepaßte Bahnbreite
und eine erzwungene Geometrie der Kontaktflächen als Leiter
struktur, die der optimalen thermischen Verteilung der wär
meerzeugenden Halbleitertabletten auf dem auch zu Kühlzwecken
dienenden Substrat nicht Rechnung trägt. Da auf Substratebene
beispielsweise sich kreuz ende Leiterstrukturen nicht möglich
sind, ergeben sich Umwege und Umgehungen, die einer optimalen
Struktur entgegen stehen.
Des weiteren ergibt sich daraus eine erhebliche Flächenausdeh
nung, welche die Kosten für Substrat und anschließendem
Gehäuse erhöht. Des weiteren weisen Leiterteile die auf
Substratebene angeordnet sind eine höhere Leitungsinduktivität
auf, als beispielsweise übereinander in kleinerem Abstand
verlaufende Leiterteile, was bei Schaltvorgängen zu höheren
Überspannungen führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische
Schaltungsanordnung, insbesonders eine Leistungshalbleiter
schaltung zu schaffen, die bei gegebener Substratfläche opti
mierte ohm′sche Widerstände und niedrige elektrische Indukti
onswerte der Leitungen ergibt, sowie zuläßt, die wärmeerzeu
genden Halbleitertabletten so anzuordnen, daß sich eine
optimierte Ausnützung der Substratfläche zu Wärmeableitung
ergibt, was beispielsweise durch eine möglichst gleichmäßige
Verteilung der Wärmequellen über die Substratfläche gegeben
ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Schaltungsanordnung
ergibt sich der Vorteil eines kompakten, kostengünstigen
Aufbaues, der auf einer gegebenen Grundfläche eine hohe Strom
dichte ermöglicht und der durch eine flexible Anordnung der
Anschlußleiter an die konstruktiven und elektrischen Notwen
digkeiten beispielsweise einer Stromrichterschaltung anpaßbar
ist.
Die Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von den schematisch dargestellten
Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen elektronischen
Schaltungsanordnung und deren Erklärungen.
Fig. 1 zeigt schematisch das Grundprinzip der Erfindung auf:
Eine elektronische Schaltungsanordnung (10) mit einer Kühl
platte (12), die auch als Kühlkörper mit Kühlrippen ausge
bildet sein kann, an der in an sich bekannter Weise ein elek
trisch isolierendes Substrat (14) befestigt ist, wird durch
die Halbleiterelemente (16) und die Kontaktflächen (18) gebil
det, wobei innere Anschlußleiter (20), beispielsweise als
Bonddrähte, notwendige Verbindungen zwischen den Halbleitere
lementen und den auf der Oberseite des Substrates festhaften
den Kontaktflächen (18) herstellen.
Erfindungsgemäß besteht die elektronische Schaltung aus weite
ren, außerhalb des Substrates verlaufenden Anschlußleitern
(22, 26) die zwei Funktionen besitzen:
- a) die Verbindung von getrennt liegenden Kontaktflächen (18) untereinander oder zwischen Kontaktflächen (18) und Halb leiterelement (16) herzustellen
- b) mittels äußerer Anschlüsse (24) die Verbindung nach außen zum Zweck des Anschlusses der Schaltung an den Strom- oder Steuerkreis zu ermöglichen.
Durch die Anordnung der Anschlußleiter (22, 26) über dem
Substrat wird eine Leitungsführung auf dem Substrat vermieden,
was im Fall des Stromverlaufs des gezeichneten Beispiels zu
einem hohen Flächenverbrauch auf dem Substrat führen würde, da
die Anschlußleiter (22, 26) durch ihre mehrlagige Anordnung
Kreuzungen ermöglichen und weiter durch ihren geringen Abstand
zu den stromführenden Kontaktflächen (18) einen niedrigen
Induktivitätswert aufweisen. Außerdem können die Anschlußlei
ter (22, 26) durch eine entsprechend gewählte Stärke des Lei
ters kompakter ausgeführt werden, als die Leiterschicht der
Kontaktflächen (18), die auf dem Substrat vornehmlich nur in
einer begrenzten Schichtstärke ausgeführt werden kann.
Die Anschlußleiter (22, 26) gemäß der Erfindung können
einstückig oder auch mehrstückig zusammengesetzt verbunden
ausgeführt werden.
Die Verbindung der Anschlußleiter (22, 26) mit den Kontaktflä
chen (18) oder den Halbleitertabletten (16) kann stoffschlüs
sig mittels Löt-, Schweiß-Bondverbindung oder loslösbar mit
tels Druckkontakt hergestellt werden.
Durch eine entsprechende geometrische Formgebung der Anschluß
leiter (22, 26) kann die Lage der äußeren Anschlüsse (24) an
jeder Umfangsstelle des Substrates (14) oder der Kühlplatte
(123) wählbar, den konstruktiven Anforderungen der Stromrich
terschaltung gemäß, festgelegt werden.
Die in Fig. 2 angedeutete elektronische Schaltungsanordnung
(10) unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausbildung
dadurch, daß die Ebene der Anschlußleiter (22, 26) einen
bestimmten Winkel (beispielsweise 90°) zur Ebene der Kontakt
flächen (18) des Substrates (14) einnimmt und daß die
Anschlußleiter (22, 26) nahe beieinander geführt werden
können, was in bestimmten Stromrichterschaltungen zu einer
sehr kompakten Bauweise und zu niedrigen Induktivitätswerten
der Leiterführung führt. Des weiteren sei hier angedeutet, daß
durch die Anschlußleiter (22, 26) auch mehrere Substrate nach
den Ansprüchen der Erfindung verbunden werden können.
Claims (8)
1. Halbleiterschaltung (10), insbesondere Leistungshalbleiter
schaltung, bestehend aus mindestens einem isolierenden Sub
strat (14) mit darauf angebrachten Kontaktflächen (18) und
daran angebrachten Halbleitertabletten (16) und aus mindestens
einem metallischen Leiterteil (22, 26)
dadurch gekennzeichnet, daß
das mindestens eine Leiterteil (22, 26) außerhalb der Fläche
des mindestens einen Substrates (14) verläuft und mindestens
eine Kontaktfläche (18) und mindestens eine Halbleitertablette
(16) des mindestens einen Substrates (14) oder mehrere Kon
taktflächen (18) des mindestens einen Substrates (14) elek
trisch verbindet und einen äußeren Anschluß (24) aufweist.
2. Halbleiterschaltung (10) nach Anspruch 1 dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verbindung zwischen Kontaktfläche (18) oder
Halbleitertablette (16) und dem Leiterteil (22, 26) durch
stoffschlüssigen Kontakt hergestellt wird.
3. Halbleiterschaltung (10) nach Anspruch 1 dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verbindung zwischen Kontaktfläche (18) oder
Halbleitertablette (16) und dem Leiterteil (22, 26) durch los
lösbaren Kontakt hergestellt wird.
4. Halbleiterschaltung (10) nach Anspruch 1 dadurch gekenn
zeichnet, daß das mindestens eine Leiterteil (22, 26) in
wesentlichen Abschnitten parallel zur Substratfläche verläuft.
5. Halbleiterschaltung (10) nach Anspruch 1 dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leiterteile (22, 26) zueinander oder zu den
Kontaktflächen (18) des mindestens einen Substrates (14) im
geringen Abstand verlaufen.
6. Halbleiterschaltung (10) nach Anspruch 1 und 5 dadurch
gekennzeichnet, daß die Leiterteile (22, 26) voneinander oder
von Kontaktflächen (18) mit einem dünnen Isolator elektrisch
getrennt werden.
7. Halbleiterschaltung (10) nach Anspruch 1 dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leiterteile (22, 26) aus mehreren Leiter
stücken bestehen, die untereinander verbunden sind.
8. Halbleiterschaltung (10) nach Anspruch 1 dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Leiterteil (22, 26) die gleichnamigen Elek
troden mehrerer Halbleitertabletten (16) miteinander verbin
det.
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