DE8913465U1 - Module with at least one semiconductor switching element and a control circuit - Google Patents

Module with at least one semiconductor switching element and a control circuit

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Description

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Siemens AktiengesellschaftSiemens AG

Modul mit mindestens einem Halbleiterschaltelement und einer Ansteuerschaltung
5Module with at least one semiconductor switching element and a control circuit
5

Die Erfindung betrifft ein Modul mit mindestens einem Halbleiterschaltelement und einer Ansteuerschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a module with at least one semiconductor switching element and a control circuit according to the preamble of claim 1.

Es sind bereits eine Vielzahl von Modulen bekannt, die mindestens ein Halbleiterschaltelement, im allgemeinen ein Leistungshalblei terschaltelement, sowie eine Ansteuerschaltung zu dessen Ansteuerung aufweist. Insbesondere bei Schaltnetzteilen ist es zweckmäßig, das Halbleiterschaltelement und die Ansteuerschaltung in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen.A large number of modules are already known which have at least one semiconductor switching element, generally a power semiconductor switching element, and a control circuit for controlling it. In particular with switched-mode power supplies, it is expedient to arrange the semiconductor switching element and the control circuit in a common housing.

Solche Module wurden bisher in Hybridtechnik ausgeführt, die meist bipolare Schalttransistoren und Ansteuerschaltungen auf Keramiksubstrat in einem großen Leistungsgehäuse vorsehen. Das Problem bei diesen Lösungen ist, daß die Kombinationen wegen des großen Leistungsgehäuses oftmals teurer als die Einzelkomponenten sind.Such modules have so far been designed using hybrid technology, which usually provides bipolar switching transistors and control circuits on a ceramic substrate in a large power housing. The problem with these solutions is that the combinations are often more expensive than the individual components due to the large power housing.

Es sind monolithische Kombinationen bekannt geworden, bei denen jedoch zwei unterschiedliche Technologieanforderungen im Modul integriert werden mußten, das zu ungünstigen Lösungen führte. So ist beispielsweise die Herstellungstechnologie für das Halbleiterschaltelement, das an sich nur wenige Herstellungsmasken braucht, von seiner Struktur her nicht geeignet mit einer Ansteuerschaltung mit einer Vielzahl von Transistoren auf kleinster Chipfläche kombiniert zu werden. Schwierigkeiten ergeben sich bei dieser Lösung vor allem auch hinsichtlich der thermischen und spannungsmäßigen Entkopplung von Halbleiterschaltelement und Ansteuerschaltung.
35Monolithic combinations have become known, but in these two different technology requirements had to be integrated into the module, which led to unfavorable solutions. For example, the manufacturing technology for the semiconductor switching element, which in itself only requires a few manufacturing masks, is structurally unsuitable for being combined with a control circuit with a large number of transistors on a very small chip area. Difficulties arise with this solution, especially with regard to the thermal and voltage decoupling of the semiconductor switching element and the control circuit.
35

Eine wirtschaftliche Lösung für Schaltnetzteile der Leistungsklasse 20 bis 100 Watt unter Verwendung billiger IC-Gehäuse ist bisher nicht bekannt geworden.An economical solution for switching power supplies in the power class 20 to 100 watts using cheap IC housings has not yet been discovered.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Modul insbesondere für die Verwendung in einem Schaltnetzteil anzugeben, das die vorgenannten Nachteile vermsidet und unter Verwendung einfacher Herstellungstechnik realisierbar ist.The invention is therefore based on the object of specifying a module, in particular for use in a switching power supply, which avoids the aforementioned disadvantages and can be implemented using simple manufacturing technology.

Diese Aufgabe wird duch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 7 gelöst.This object is solved by the characterizing features of claim 1 or claim 7.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüehe. Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Erfindung beruht also im wesentlichen bei der ersten Lösung darauf, daß in einem Gehäuse des Moduls ein mit zwei voneinander potentialmäßig getrennten Montageflächen aufweisender metallischer Trägerkörper vorgesehen sowie ein Chip eines Halbleiterschaltelementes und ein Chip einer Ansteuerschaltung angeordnet ist. Dabei sitzt die Bezugspotentialfläche des Chips des Halbleiterschaltelementes elektrisch leitend auf der ersten Montageflache auf, die zur Wärmeableitung möglichst großflächig und mit mindestens einem Anschluß einstückig ausgebildet ist. Auf der zweiten Montagefläche sitzt das Chip der Ansteuerschaltung auf. Die extern zugänglichen Anschlüsse des Moduls sind innerhalb des Gehäuses mit Klemmen der Ansteuerschaltung sowie des Halbleiterschaltelementes verbunden. Ein weiterer Trägerkörper, insbesondere ein Keramiksubstrat, ist nicht notwendig.The invention is therefore essentially based on the first solution in that a metal carrier body with two mounting surfaces that are separated from each other in terms of potential is provided in a housing of the module, as well as a chip of a semiconductor switching element and a chip of a control circuit. The reference potential surface of the chip of the semiconductor switching element sits in an electrically conductive manner on the first mounting surface, which is as large as possible for heat dissipation and is designed in one piece with at least one connection. The chip of the control circuit sits on the second mounting surface. The externally accessible connections of the module are connected within the housing to terminals of the control circuit and the semiconductor switching element. A further carrier body, in particular a ceramic substrate, is not necessary.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, an die Anschlüsse der ersten Montagefläche einen Kühlkörper zur verbesserten Wärmeableitung anzuordnen. Dieser Kühlkörper kann entweder angesteckt oder mit den Anschlüssen der ersten Montagefläche fest verbunden sein.In a further development of the invention, it is provided to arrange a heat sink on the connections of the first mounting surface for improved heat dissipation. This heat sink can either be plugged in or firmly connected to the connections of the first mounting surface.

In einer zweiten Lösung der Erfindung sind die beiden Montageflächen auf einer gemeinsamen Metallfläche angeordnet. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn das Halbleiterschaltelement und die Ansteuerschaltung das gleiche Bezugspotential aufwei-In a second solution of the invention, the two mounting surfaces are arranged on a common metal surface. This is particularly advantageous when the semiconductor switching element and the control circuit have the same reference potential.

sen.sen.

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89G 19 5 IDE89G 19 5 IDE

Bevorzugt wird das Gehäuse des Moduls mit seinen Anschlüssen y nach einer vorgegebenen Gehäusenorm, beispielsweise DIP 18, DIPPreferably, the housing of the module with its connections y according to a specified housing standard, for example DIP 18, DIP

20 oder ähnlich, ausgebildet. Auf diese Weise kann ein platz- &aacgr;20 or similar. In this way, a space- &aacgr;

sparender Aufbau von Miniaturschaltnetzteilen ermöglicht wer- |economical construction of miniature switching power supplies is possible |

den, der z. B. für Steckernetzteile, Videorekorder oder Camkor- |the one that is used for plug-in power supplies, video recorders or camcorders, for example. |

der ohne Kühlkörper bis zu einer Leistung von 30 bis 50 Watt fwhich can deliver up to 30 to 50 watts of power without a heat sink.

verwendbar ist. Eine verbesserte Wärmeableitung kann durch den - Improved heat dissipation can be achieved by using the -

bereits erwähnten von extern an das Modul anschließbaren Kühl- i körper ermöglicht werden, so daß Leistungen des Schaltnetzteiles bis zu 100 Watt möglich sind.The previously mentioned heat sink can be connected externally to the module, so that switching power supplies up to 100 watts are possible.

Die wesentlichsten Vorteile der erfindungsgemäßen Ausbildung ;The most important advantages of the design according to the invention;

des Moduls bestehen in folgenden Punkten: t of the module consist of the following points: t

- Hochspannungstrennung von Ansteuerschaltung und Halbleiter- £- High-voltage separation of control circuit and semiconductor £

schaltelement (falls die erste Lösung gewählt wird), ffswitching element (if the first solution is chosen), ff

ifct'-'ifct'-'

- thermische Entkopplung von Ansteuerschaltung und Halbleiter- || schaltelement (falls die erste Lösung gewählt wird), i- thermal decoupling of control circuit and semiconductor || switching element (if the first solution is chosen), i

- niedriger thermischer Widerstand zwischen dem Chip des Halb- i leiterschaltelementes und der Leiterbahn der gedruckten 8- low thermal resistance between the chip of the semiconductor switching element and the conductor track of the printed 8

Schaltung, auf dem das Modul montiert ist, §Circuit on which the module is mounted, §

- eine gute Flexibilität, in dem verschiedene Chipgrößen des ;' Halbleiterschaltelementes im Modul einsetzbar sind, f- good flexibility, in that different chip sizes of the ;' semiconductor switching element can be used in the module, f

- die Möglichkeit der Montage des Moduls auf normalen IC-Fer- § tigungslinien, auf denen auch der mit den Chips des Halblei- S- the possibility of assembling the module on normal IC production lines, on which the chip assembly of the semiconductor is also carried out.

terschaltelementes und der Ansteuerschaltung versehene Trä- &idiagr; ter switching element and the control circuit provided with carrier &idiagr;

gerkörper mit Kunststoff umspritzt werden kann und f, ger body can be overmolded with plastic and f,

- die Verwendung eines billigen Normgehäuses für anwendungs- &iacgr;&iacgr; freundliche und automatengerechte Montage beim Kunden. \, - the use of a cheap standard housing for user-friendly and automated assembly at the customer's site. \,

S Als besonders vorteilhaft hat sich beim erfindungsgemäßen Modul
die Verwendung von unterschiedlichen Chips des Halbleiterschaltelementes sowie der Ansteuerschaltung herausgestellt. Damit
wird erreicht, daß das Halbleiterschaltelement und die Ansteu-S The module according to the invention has proven particularly advantageous
the use of different chips of the semiconductor switching element and the control circuit.
This ensures that the semiconductor switching element and the control

erschaltung nach unterschiedlichen Technologien wie gewohnt hergestellt und diese Chips dann auf den dafür vorgesehenen Montageflächen des Trägerkörpers plaziert werden können. Dadurchcircuits can be manufactured as usual using different technologies and these chips can then be placed on the mounting surfaces provided for them on the carrier body. This means

01 0301 03

89 G 1 9 5 10E89 G 1 9 5 10E

wird ein Höchstmaß an Flexibilität der in das Modul integrierbaren Chips von Halbleiterschaltelement und Ansteuerschaltung gewährleistet.A maximum degree of flexibility of the chips of semiconductor switching element and control circuit that can be integrated into the module is ensured.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von fünf als bevorzugte Ausführungsbeispiele zu wertenden Figuren näher erläutert. Im einzelnen zeigen:The invention is explained in more detail below using five figures which are to be regarded as preferred embodiments. In detail:

FIG 1 eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Modules,FIG 1 is a plan view of a first embodiment of a module according to the invention,

FIG 2 eine Aufsicht auf ein Modul nach FIG 1 mit Kühlkörper,FIG 2 is a plan view of a module according to FIG 1 with heat sink, FIG 3 eine Seitenansicht zu FIG 2,FIG 3 is a side view of FIG 2, FIG 4 eine Aufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einesFIG 4 is a plan view of a second embodiment of a

erfindungsgemäßen Modules undinventive module and

FIG 5 eine Aufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Modules mit einem SIL-Gehäuse und auf einer gemeinsamen Metallfläche angeordneten Montageflächen. FIG 5 is a plan view of a third embodiment of a module according to the invention with a SIL housing and mounting surfaces arranged on a common metal surface.

2Q In FlG 1 ist ein metallischer Trägerkörper 25 dargestellt, der eine erste Montagefläche 23 und eine zweite Montagefläche 24 sowie eine Vielzahl von Anschlüssen 1 bis 18, auch Pins genannt, aufweist. Die in FIG 1 dargestellte Struktur des Trägerkörpers 25 ist zweckmäßigeweise durch Heraustrennen von Metallteilen, beispielsweise Ausstanzen, aus einem gemeinsamen Metallband erfolgt und erlaubt die in FIG 1 beispielhaft gewählte eine DIP 18-Gehäusenorm. Die erste Montagefläche 23 ist von der zweiten Montagefläche 24 potentialmäßig getrennt, hier durch deren zweistückige und einen Abstand voneinander aufweisende Ausbildung.2Q FIG. 1 shows a metal carrier body 25 which has a first mounting surface 23 and a second mounting surface 24 as well as a large number of connections 1 to 18, also called pins. The structure of the carrier body 25 shown in FIG. 1 is expediently produced by separating metal parts, for example by punching them out, from a common metal strip and allows the DIP 18 housing standard selected as an example in FIG. 1. The first mounting surface 23 is electrically separated from the second mounting surface 24, here by their two-piece design with a distance between them.

An die erste Montagefläche 23 sind darüber hinaus weitere Anschlüsse, hier die Anschlüsse 1, 2, 3, 17 und 18 einstückig angeformt. Weiterhin sitzt auf der ersten Montagefläche 23 ein Klemmen bzw. Kontaktpads 30, 31 aufweisendes Chip 21 des Halbleiterschaltelementes mit seiner Bezugspotentialfläche elek-In addition, further connections, here connections 1, 2, 3, 17 and 18, are integrally formed on the first mounting surface 23. Furthermore, a chip 21 of the semiconductor switching element, which has terminals or contact pads 30, 31, is electrically connected to its reference potential surface on the first mounting surface 23.

_5 trisch leitend auf. Dazu kann das Chip 21 des Halbleiterschaltelementes, das bevorzugt ein Leistungs-MOS-FET ist, entweder mit der ersten Montagefläche 23 elektrisch leitend verklebt_ 5 electrically conductive. For this purpose, the chip 21 of the semiconductor switching element, which is preferably a power MOS-FET, can either be glued to the first mounting surface 23 in an electrically conductive manner

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89 G 19 5 10E89 G 19 5 10E

1 oder verlötet sein. Bei einem Leistungs-MOS-FET ist die Bezugspotentialfläche zugleich der Drainanschluß des Halbleiterschaltelementes. Der Sourceanschluß ist mit der Klemme 30 und der Gateanschluß mit der Klemme 31 des Chips 21 versehen, über eine elektrische Verbindung 50, die bei hohen Strömen aus parallel geschalteten Bonddrähten gebildet sein kann, ist die Klemme 30 des Chips 21 des Halbleiterschaltelementes an einen Anschluß 15 des Moduls angeschlossen. Die Klemme 31 und damit der Gateanschluß des Chips 21 des Halbleiterschaltelementes ist ebenfalls über eine elektrische Verbindung 51 an einen anderen Anschluß 5 des Moduls elektrisch leitend angeschlossen. Die Anschlüsse 1, 2, 3, 17 und 18 sind mit dem Bezugspotential, hier also dem Drainanschluß, des Halbleiterschaltelementes durch deren einstückige Ausbildung mit der ersten Montagefläche 23 verbunden.1 or soldered. In a power MOS-FET, the reference potential surface is also the drain connection of the semiconductor switching element. The source connection is provided with the terminal 30 and the gate connection with the terminal 31 of the chip 21. The terminal 30 of the chip 21 of the semiconductor switching element is connected to a connection 15 of the module via an electrical connection 50, which can be formed from bonding wires connected in parallel for high currents. The terminal 31 and thus the gate connection of the chip 21 of the semiconductor switching element is also electrically connected to another connection 5 of the module via an electrical connection 51. The connections 1, 2, 3, 17 and 18 are connected to the reference potential, in this case the drain connection, of the semiconductor switching element by their one-piece design with the first mounting surface 23.

Auf der zweiten Montagefläche 24 des Trägerkörpers 25 sitzt ein mit Klemmen 40 bis 47 versehenes Chip 22 einer Ansteuerschaltung auf. Zweckmäßigerweise ist das Chip 22 der Ansteuerschaltung mit einer Anschlußfläche auf die zweite Montagefläche 24 elektrisch leitend geklebt oder gelötet. Ein Anschluß 14 des Moduls ist mit dieser Anschlußfläche des Chips 22 der Ansteuerschaltung elektrisch leitend verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Anschluß 14 einstückig an die zweite Montagefläche 24 des Trägerkörpers 25 angeformt.A chip 22 of a control circuit provided with terminals 40 to 47 sits on the second mounting surface 24 of the carrier body 25. The chip 22 of the control circuit is expediently glued or soldered to the second mounting surface 24 in an electrically conductive manner with a connection surface. A connection 14 of the module is electrically conductively connected to this connection surface of the chip 22 of the control circuit. In this exemplary embodiment, the connection 14 is formed in one piece on the second mounting surface 24 of the carrier body 25.

Die Klemmen 40 bis 47 des Chips 24 der Ansteuerschaltung sind über elektrische Verbindungen 52, hier Bonddrähte, mit den Anschlüssen 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 elektrisch leitend verbunden. Diese bisher beschriebene Anordnung ist von einem Gehäuse 20 umgeben. Aus dem Gehäuse ragen lediglich die Anschlüsse 1 bis 18, über die der Anwender des Moduls Zugang zu den Klemmen der Chips 21, 22 des Halbleiterschaltelementes sowie der Ansteuerschaltung hat. Vorzugsweise ist das Gehäuse 20 und die Anschlüsse 1 bis 18 nach einer Gehäusenorm, beispielsweise DIP 18, DIP 20 oder ähnlichem, ausgeführt.The terminals 40 to 47 of the chip 24 of the control circuit are electrically connected to the terminals 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 and 13 via electrical connections 52, here bonding wires. This arrangement described so far is surrounded by a housing 20. Only the terminals 1 to 18 protrude from the housing, via which the user of the module has access to the terminals of the chips 21, 22 of the semiconductor switching element and the control circuit. The housing 20 and the terminals 1 to 18 are preferably designed according to a housing standard, for example DIP 18, DIP 20 or similar.

Es ist selbstverständlich auch möglich notwendige elektrische Verbindungen zwischen den Klemmen des Chips 21 des HaIb-It is of course also possible to make the necessary electrical connections between the terminals of the chip 21 of the half-

01 0501 05

89 G 19 5 1 OE89 G 19 5 1 OE

leiterschaltelementes und den Klemmen des Chips 22 der Ansteuerschaltung bereits innerhalb des Gehäuses 20 des Modules vorzusehen. Dazu kann beispielsweise eine elektrische Verbindung zwischen der Klemme 31, also dem Steueranschluß des Halbleiterschaltelementes, und einem oder mehrerer der Klemmen des Chips 22 der Ansteuerschaltung vorgesehen sein.conductor switching element and the terminals of the chip 22 of the control circuit already within the housing 20 of the module. For this purpose, for example, an electrical connection between the terminal 31, i.e. the control connection of the semiconductor switching element, and one or more of the terminals of the chip 22 of the control circuit can be provided.

Beim Herstellen eines solchen Modules werden folgende Herstellungsschritte durchlaufen:
10When manufacturing such a module, the following manufacturing steps are carried out:
10

1. Herstellung des Trägerkörpers durch Heraustrennung von Metallteilen aus einem Metallband, wobei die Anschlüsse sowie Montageflächen des Trägerkörpers von in FIG 1 nicht dargestellten Metallstegen gehaltert werden,1. Production of the carrier body by separating metal parts from a metal strip, whereby the connections and mounting surfaces of the carrier body are held by metal webs not shown in FIG 1,

2. Bestückung der ersten und zweiten Montagefläche 23, 24 mit den Chips 21, 22 des Halbleiterschaltelementes sowie der Ansteuerschaltung,2. Equipping the first and second mounting surfaces 23, 24 with the chips 21, 22 of the semiconductor switching element and the control circuit,

3. elektrisches Verbinden der Anschlüsse 1 bis 18 mit den Klemmen 30, 31, 40 bis 47 der Chips 21, 22 des Halbleiterschaltelementes sowie der Ansteuerschaltung,3. electrical connection of the connections 1 to 18 with the terminals 30, 31, 40 to 47 of the chips 21, 22 of the semiconductor switching element and the control circuit,

4. Umspritzen des Trägerkörpers 25 mit Kunststoff zur Bildung eines Gehäuses 20,4. Overmolding the carrier body 25 with plastic to form a housing 20,

5. Entfernung der Metallstege und5. Removal of the metal bars and

6. Biegen der extern aus dem Gehäuse ragenden Anschlüsse, vorzugsweise in eine Richtung senkrecht zur Hauptfläche des Moduls.6. Bend the terminals protruding externally from the housing, preferably in a direction perpendicular to the main surface of the module.

Zweckmäßigerweise werden eine Vielzahl von Trägerkörpern auf einem gemeinsamen Metallband gebildet, so daß ähnlich der TAB-Version (tape automated bonded) von Bauelementen in der SMD(Surface-mounted-device)-Technik eine automatengerechte Herstellung auf IC-Fertigungslinien ermöglicht wird.It is expedient to form a large number of carrier bodies on a common metal strip, so that, similar to the TAB version (tape automated bonded) of components in the SMD (surface-mounted device) technology, automated production on IC production lines is possible.

Durch die möglichst großflächige Ausführung der ersten Montageflache 23 und der einstückigen Anformung der Anschlüsse 1, 2, 3, 17 und 18 sowie der großflächigen Verbindung zwischen Bezugspotentialfläche des Chips 21 des Halbleiterschaltelementes und der ersten Montagefläche 23 wird eine gute WärmeableitungGood heat dissipation is achieved by the largest possible design of the first mounting surface 23 and the one-piece molding of the connections 1, 2, 3, 17 and 18 as well as the large-area connection between the reference potential surface of the chip 21 of the semiconductor switching element and the first mounting surface 23.

01 0601 06

t «III ·t «III ·

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· &igr; · &igr;

im Modul ermöglicht. Wird das in FIG 1 beschriebene Modul in einer Leiterplatte für ein Schaltnetzteil mit großflächig ausgeführter Drainverbindung eingesetzt, so können 1 bis 2 Watt Verlustleistung abgeführt werden, was Schaltnetzteile mit einerin the module. If the module described in FIG 1 is used in a circuit board for a switching power supply with a large-area drain connection, 1 to 2 watts of power loss can be dissipated, which makes switching power supplies with a

Ausgangsleistung von 30 bis 50 Watt erlaubt.Output power of 30 to 50 watts allowed.

Will man Schaltnetzteile mit höheren Ausgangsleistungen reali- | sieren, so kann ein eigener Kühlkörper nach FIG 2 und 3 vorge- | sehen werden. In FIG 2 ist die Aufsicht auf ein Modul nach FIG &eeacgr; If you want to create switching power supplies with higher output power, you can provide a separate heat sink as shown in FIGS 2 and 3. FIG 2 shows a top view of a module as shown in FIG &eeacgr;

fs 1 mit einem extern angeordneten Kühlkörper 70 dargestellt. In Ifs 1 with an externally arranged heat sink 70. In I

f FIG 3 ist die dazugehörende Seitenansicht dargestellt. Der Kühl- ?f FIG 3 shows the corresponding side view. The cooling ?

körper 70 sitzt so auf dem Modul auf, daß er die Anschlüsse 1,body 70 sits on the module in such a way that it covers the terminals 1,

2, 3, 17 und 18 berührt. Der Kühlkörper kann entweder aufsteck- & bar ausgeführt sein oder auf die genannten Anschlüsse 1, 2, 3, |; 17 und 18 aufgelötet werden. Der Kühlkörper 70 ist vorzugsweise % U-förmig ausgebildet und mit einer Lasche 71 versehen, die auf der Oberseite, hier eine Haupt fläche 60, des Gehäuses 20 des Modules zur verbesserten Wärmeableitung aufsitzt. Der Kühlkör- (■ per 70 ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich mit Lötspit- j zen 81, 82, 83, 87 und 88 versehen, die ebenfalls in die Montagelöcher für die Anschlüsse 1, 2, 3, 17 und 18 einsteckbar &pgr; sind und gemeinsam mit diesen verlötet werden. Durch diese Ausbildung des Kühlkörpers 70 ergibt sich eine problemlose Löttechnik. Am oberen Ende ist der Kühlkörper 70 bevorzugt geschlitzt ausgeführt um eine noch bessere Wärmeableitung zu erhalten. Mit einem solchen Kühlkörper 70 und großflächigem Drainanschluß des Halbleiterschaltelementes lassen sich 2 bis A Watt Verlustleistung abführen, was schließlich Schaltnetzteile mit einer Ausgangsleistung von bis zu 100 Watt ermöglicht.2, 3, 17 and 18. The heat sink can either be designed to be plugged on or soldered onto the connections 1, 2, 3, |; 17 and 18 mentioned. The heat sink 70 is preferably U-shaped and provided with a tab 71 which sits on the top side, here a main surface 60, of the housing 20 of the module for improved heat dissipation. In this embodiment, the heat sink 70 is additionally provided with soldering tips 81, 82, 83, 87 and 88, which can also be inserted into the mounting holes for the connections 1, 2, 3, 17 and 18 and are soldered together with them. This design of the heat sink 70 results in a problem-free soldering technique. The heat sink 70 is preferably designed with slots at the upper end in order to achieve even better heat dissipation. With such a heat sink 70 and a large-area drain connection of the semiconductor switching element, 2 to 100 watts of power loss can be dissipated, which ultimately enables switching power supplies with an output power of up to 100 watts.

In FIG 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Modules dargestellt. Die bereits bekannten Bezugszeichen werden für gleiche Teile weiterverwendet. Im Unterschied zu FIG 1 ist jetzt neben einer anderen Anschlußbelegung des Moduls der Trägerkörper 25 hinsichtlich der ersten Montagefläche 23 und der daran einstückig angeformten Anschlüsse 6, 7, 8, 9, 10 und 11 modifiziert. Der Trägerkörper 25 weist jetzt eine Metallfläche 90 auf, die die erste Montagefläche 23 bein-FIG 4 shows a second embodiment of a module according to the invention. The already known reference numerals are used for the same parts. In contrast to FIG 1, in addition to a different connection assignment of the module, the carrier body 25 is now modified with regard to the first mounting surface 23 and the connections 6, 7, 8, 9, 10 and 11 formed integrally thereon. The carrier body 25 now has a metal surface 90 which surrounds the first mounting surface 23.

01 0701 07

89G19510E Q 89G19510E Q

haltet, sich jedoch jetzt einerseits in Richtung der Anschlüsse 6 bis 9 und andererseits in Richtung der Anschlüsse 10 und 11 des Moduls über den Gehäuserand des Moduls hinaus erstreckt. Durch diese große Metallfläche 90 wird die Wärmeableitung gegenüber der in FIG 1 dargestellten Ausführungsform des Moduls weiter verbessert., but now extends beyond the edge of the module's housing in the direction of connections 6 to 9 on the one hand and connections 10 and 11 on the other. This large metal surface 90 further improves heat dissipation compared to the module embodiment shown in FIG 1.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Chip 22 der Ansteuerschaltung eine in den Figuren zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellte integrierte Temperatursicherung aufweist. Durch die Anordnung des Chips 22 der Ansteuerschaltung in einem gemeinsamen Gehäuse 20 mit dem Chip des Halbleiterschaltelementes wird eine thermische Verkopplung erreicht, womit eine Überschreitung der Ausgangsleistung dann von der Temperatursicherung des Chips 22 der Ansteuerschaltung erfaßt und das Schaltnetzteil abgeschaltet wird. Dies dient zu einer zusätzlichen Langzeit-Leistungsbegrenzung, die auch die Betriebszustände des Schaltnetzteiles schützt, die von einer möglichen Drainstrom-Nachbildung oder direkten Drainstrom-Messung, die zum Schutz des Schaltnetzteils allgemein üblich ist, nicht erfaßt werden.In a further development of the invention, it is provided that the chip 22 of the control circuit has an integrated temperature fuse, not shown in the figures for the sake of clarity. By arranging the chip 22 of the control circuit in a common housing 20 with the chip of the semiconductor switching element, a thermal coupling is achieved, whereby an exceedance of the output power is then detected by the temperature fuse of the chip 22 of the control circuit and the switched-mode power supply is switched off. This serves as an additional long-term power limitation, which also protects the operating states of the switched-mode power supply that are not detected by a possible drain current simulation or direct drain current measurement, which is generally common for protecting the switched-mode power supply.

In FIG 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Modules dargestellt. Im Gegensatz zu den vorgenanntenFIG 5 shows a further embodiment of a module according to the invention. In contrast to the aforementioned

Ausführungsformen sind die beiden Montageflächen 23 und 24The two mounting surfaces 23 and 24 are

jetzt auf einer gemeinsamen Metallfläche 100 des Trägerkörpers 25 angeordnet. Dies ist besonders dann zweckmäßig, wenn die Chips 21, 22 des Halbleiterschaltelementes sowie der Ansteuerschaltung an das gleiche Bezugspotential anzuschließen sind.now arranged on a common metal surface 100 of the carrier body 25. This is particularly useful when the chips 21, 22 of the semiconductor switching element and the control circuit are to be connected to the same reference potential.

Die Metallfläche 100 weist zusätzlich eine Lasche auf, die als Anschluß 101 für das Bezugspotential dient. Damit kann - wie in FIG 5 dargestellt - in besonders einfacher Weise ein SIL-Gehäuse (Single-Inline) für das Modul realisiert werden. Durch die große Metallfläehe 100 ist eine gute Wärmeableitung gewährleistet. The metal surface 100 also has a tab that serves as a connection 101 for the reference potential. This makes it particularly easy to create a SIL (single-in-line) housing for the module, as shown in FIG 5. The large metal surface 100 ensures good heat dissipation.

01 0801 08

* · · 1(11* · · 1(11

1*11*1

Claims (14)

886 IS5 IDE Schutzansprüche886 IS5 IDE protection claims 1. Modul mit mindestens einem Halbleiterschaltelement und einer Ansteuerschaltung sowie einem Gehäuse (20), das eine Vielzahl von extern zugänglichen Anschlüssen (1 bis 18) aufweist, gekennzeichnet durch:1. Module with at least one semiconductor switching element and a control circuit as well as a housing (20) which has a plurality of externally accessible connections (1 to 18), characterized by: - einen eine erste und zweite Montagefläche (23, 24) aufweisenden metallischen Trägerkörper (25),- a metallic carrier body (25) having a first and second mounting surface (23, 24), - die erste und zweite Montagefläche (23, 24) sind potentialmäßig voneinander getrennt angeordnet,- the first and second mounting surfaces (23, 24) are arranged with potentials separated from each other, - die erste Montagefläche (23) ist mit mindestens einem Anschluß (I1 2, 3, 17, 18) einstückig ausgebildet,- the first mounting surface (23) is formed in one piece with at least one connection (I 1 2, 3, 17, 18), - auf der ersten Montagefläche (23) sitzt ein Klemmen (30, 31) aufweisendes Chip (21) des Halbleiterschaltelementes mit seiner Bezugspotentialfläche elektrisch leitend auf- on the first mounting surface (23) a chip (21) of the semiconductor switching element having terminals (30, 31) is seated with its reference potential surface in an electrically conductive manner on - auf der zweiten Montagefläche (24) sitzt ein mit Klemmen (40 bis 47) versehenes Chip (22) der Ansteuerschaltung auf,- a chip (22) of the control circuit provided with terminals (40 to 47) is located on the second mounting surface (24), - die Klemmen (30, 31, 40 bis 47) sind über elektrische Verbindungen (50) mindestens teilweise mit den Anschlüssen (1 bis- the terminals (30, 31, 40 to 47) are at least partially connected to the terminals (1 to 18) des Moduls verbunden.18) of the module. 2. Modul nach Anspruch 1,2. Module according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Montagefläche (23, 24) zweistückig ausgebildet sind.characterized in that the first and second mounting surfaces (23, 24) are formed in two pieces. 3. Modul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Gehäuse (20) ragenden Anschlüsse (1 bis 18) L-förmig ausgebildet sind und mit ihren einen Enden in jeweils gleiche Richtung senkrecht zu einer Hauptfläche (60) des Moduls weisen.3. Module according to claim 1 or 2,
characterized in that the connections (1 to 18) projecting from the housing (20) are L-shaped and point with their one ends in the same direction perpendicular to a main surface (60) of the module. 4. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3,4. Module according to one of claims 1 to 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlkörper (70) vorgesehen ist, der an den einstückig mit der ersten Montagefläche (23) ausgebildeten Anschlüssen zur Wärmeableitung aufsitzt.characterized in that a heat sink (70) is provided which sits on the connections for heat dissipation which are formed integrally with the first mounting surface (23). 02 0102 01 896 19 5 IDE896 19 5 IDE id.id. 5. Modul nach Anspruch 4,5. Module according to claim 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (7Ü) an die einstückig mit der ersten Montagefläche (23) ausgebildeten Anschlüsse (1, 2, 3, 17 und 18) aufsteckbar ist.characterized in that the cooling body (7Ü) can be plugged onto the connections (1, 2, 3, 17 and 18) formed integrally with the first mounting surface (23). 6. Modul nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, da3 der Kuhlkörper (70) zur verbesserten Wärmeableitung eine Lasche (71) aufweist und diese Lasche (71) auf dem Modul aufliegt.6. Module according to claim 4 or 5,
characterized in that the heat sink (70) has a tab (71) for improved heat dissipation and this tab (71) rests on the module. 7. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Montagefläche (23) innerhalb einer Metallfläche (90) angeordnet ist, die sich zur verbesserten Wärmeableitung über den Rand des Gehäuses (20) erstreckt.7. Module according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first mounting surface (23) is arranged within a metal surface (90) which extends over the edge of the housing (20) for improved heat dissipation. 8. Modul mit mindestens einem Halbleiterschaltelement und einer Ansteuerschaltung sowie einem Gehäuse (20), das eine Vielzahl von extern zugänglichen Anschlüssen (1 bis 18) aufweist, gekennzeichnet durch:8. Module with at least one semiconductor switching element and a control circuit as well as a housing (20) which has a plurality of externally accessible connections (1 to 18), characterized by: - einen eine erste und zweite Montagefläche (23, 24) aufweisenden metallischen Trägerkörper (25),- a metallic carrier body (25) having a first and second mounting surface (23, 24), - die erste und zweite Montagefläche (23, 24) sind auf einer gemeinsamen Metallfläche (100) angeordnet,- the first and second mounting surfaces (23, 24) are arranged on a common metal surface (100), - die Metallfläche (100) ist mit mindestens einem Anschluß (101) versehen,- the metal surface (100) is provided with at least one connection (101), - auf der ersten Montagefläche (23) sitzt ein Klemmen (30, 31) aufweisendes Chip (21) des Halbleiterschaltelementes mit seiner Bezugspotentialfläche elektrisch leitend auf- a chip (21) of the semiconductor switching element, which has terminals (30, 31), is seated on the first mounting surface (23) with its reference potential surface in an electrically conductive manner on - auf der zweiten Montagefläche (24) sitzt ein mit Klemmen (40 bis 47) versehenes Chip (22) der Ansteuerschaltung auf,- a chip (22) of the control circuit provided with terminals (40 to 47) is located on the second mounting surface (24), - die Klemmen (30, 31, 40 bis 47) sind über elektrische Verbindüngen (50) mindestens teilweise mit den Anschlüssen (1 bis- the terminals (30, 31, 40 to 47) are at least partially connected to the terminals (1 to 18) des Moduls verbunden.18) of the module. 02 0202 02 9. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Trägerkörper (25) sowie die Anschlüsse (1 bis 18) aus einem gemeinsamen Metallband durch Heraustrennen von Metallteilen gebildet sind.9. Module according to one of claims 1 to 8, characterized in that the metallic carrier body (25) and the connections (1 to 18) are formed from a common metal strip by separating out metal parts. 10. Modul nach .einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Chip (21) des Halbleiterschaltelementes ein Leistungs-MOS-FET ist, dessen Drainfläche mit der ersten Montagefläche (23) elektrisch leitend verklebt oder verlötet ist.10. Module according to one of claims 1 to 9, characterized in that the chip (21) of the semiconductor switching element is a power MOS-FET, the drain surface of which is electrically conductively glued or soldered to the first mounting surface (23). 11. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungen (50, 51, 52) zwischen den Klemmen (30, 31, 40 bis 47) und der Anschlüsse (1 bis 18) des Moduls durch Bonddrähte gebildet sind.11. Module according to one of claims 1 to 10, characterized in that the electrical connections (50, 51, 52) between the terminals (30, 31, 40 to 47) and the connections (1 to 18) of the module are formed by bonding wires. 12. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul eine im Chip (22) der Ansteuerschaltung angeordnete Temperatursicherung aufweist.12. Module according to one of claims 1 to 11, characterized in that the module has a temperature fuse arranged in the chip (22) of the control circuit. 13. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (20) und die Anschlüsse (1 bis 18) des Moduls nach einer vorgegebenen Gehäusenorm angeordnet sind.13. Module according to one of claims 1 to 12, characterized in that the housing (20) and the connections (1 to 18) of the module are arranged according to a predetermined housing standard. 14. Modul nach Anspruch 8 und 13,14. Module according to claim 8 and 13, gekennzeichnet , durch die Verwendung eines |characterized by the use of a | SIL-(Single-InIine)-Gehäuses.SIL (Single-In-Line) housing.
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