EP3596754A1 - Power electronics switching module - Google Patents

Power electronics switching module

Info

Publication number
EP3596754A1
EP3596754A1 EP18730273.2A EP18730273A EP3596754A1 EP 3596754 A1 EP3596754 A1 EP 3596754A1 EP 18730273 A EP18730273 A EP 18730273A EP 3596754 A1 EP3596754 A1 EP 3596754A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching module
power
power semiconductor
module according
electronic switching
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Withdrawn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
EP18730273.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Herbert Schwarzbauer
Stefan Stegmeier
Daniel Schmitt
Frank Schremmer
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 Energy Global GmbH and Co KG
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
Publication of EP3596754A1 publication Critical patent/EP3596754A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/62—Protection against overvoltage, e.g. fuses, shunts

Definitions

  • the invention relates to a power electronics Heidelbergmo ⁇ dul.
  • the power electronic switching module according to the invention comprises at least one power semiconductor, in which at a connection point of the power semiconductor, a first switching contact is electrically conductively connected or connectable. Furthermore, in the power electronic switching module according to the invention, a second switching contact is electrically conductively connected or connectable to the power semiconductor. The power semiconductor switches between the first and second switching contact or blocks between the first and second switching contact. Near the connection point is a
  • Arranged Plasmapfadableiter which is arranged and designed such an electrically continues forward a short circuit of the first and second switching contact, in particular with each other, forming plasma ⁇ path from the power semiconductor, pre preferably to a fault current path connecting or the first and the second switching contact but an element which triggers or enables provision of a permanent fault current path due to the fault current.
  • an element is a softening or is due to the fault current flow refractory element each other spaced apart to the slightest force is applied parts ⁇ tung electronic switching module.
  • ⁇ means of power electronic switching module according to the invention, it is consequently possible to forward a plasma path forming in the event of an error from the power semiconductor, for example to a portion of the switching module, which forms part of a fault current path and through which the error ⁇ stream can be routed reliable or which triggering or making it possible to provide a fault current path.
  • a plasma path means a conductive path through gas as a result of ionization of the gas along this path.
  • the plasma path is by means of
  • Plasmapfadableiters passed to such a point of the switching module, which allows contact with a portion of the Wegmo ⁇ module, which is located at the electrical potential of the ⁇ th switching contact.
  • power ⁇ electronic switching module comprises a first part and a spaced with ⁇ means of a spacer, the second part, wherein the Plasmapfadableiter is attached to the spacer electrically conducting tend.
  • the spacer is part of the power electronic switching module according to the invention.
  • Such a spacer may expediently and advantageously an electrically conductive contact between
  • the spacer may form an element which, due to the fault current, triggers or enables provision of a permanent fault current path.
  • the spacers formed with a softening at fault current flow material.
  • the material of the spacer softens faster and / or stronger than the material of the first and / or the second part of the power electronic switching module and / or the power semiconductor during current flow.
  • the first part is subjected to a force on the second part.
  • the first part and two ⁇ ter part form a clamping bandage.
  • the inventive cruelektro ⁇ African switching module by means of the first and second parts of the first and second switching contact to each other and / or each subjected to the power semiconductor power. In this way, by means of the first and the second part, first and second switching contacts can be moved toward one another or to the power semiconductor, so that a fault current path can be formed reliably and permanently by means of the first and the second part.
  • the first part forms a cover and the second part forms a bottom of the switching module.
  • the power semiconductor is preferably arranged on the bottom or on the cover of the switching module.
  • At least certain regions ⁇ by means of an electrical insulator on the first part and / or the power component is advantageously arranged and elekt ⁇ driven isolated using the Iso ⁇ lators from the first part and / or the power component in the inventive power electronic switching module of Plasmapfadableiter.
  • the erfindungsge ⁇ Permitted power electronic switching module can be easily manufactured, in ⁇ the plasma path in the manner described is arranged.
  • the plasma drain conductor is preferably electrically conductively connected to a region of the switching module bordering on the power semiconductor. In this way, a fault current forming fault current by means of
  • Plasmapfadableiters continue to be derived from the power semiconductor to the edge ⁇ permanent area.
  • the spacer is provided with electrically conductive material, in particular metal, forms.
  • the Plasmapfadableiter can be formed in a manner known per se with standard materials.
  • the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.
  • the ⁇ a Zige drawing figure 1 shows an inventive power electronic switching module with a
  • Plasmapfadableiter schematically in longitudinal section.
  • the shown in Figure 1 adoselekt ⁇ tronic switch module according to the invention has an on collector potential be ⁇ -sensitive floor 10 which supports a power semiconductor 20th
  • the power semiconductor 20 is also manufactured ⁇ det as a flat part, which has two opposite and mutually parallel flat sides.
  • a flat side of the power semiconductor ⁇ conductor 20 forms the collector potential, which rests on the floor 10 on the entire surface.
  • Under a planar conductor 30 is 30 understood to be a conductor track which is applied in each case at least in sections ⁇ flat against the power semiconductor or flat 20 at this adjoining insulation or other components of the power electronic switching module.
  • the emitter potential of the power semiconductor 20 bil ⁇ det a first switch contact and the collector potential of the power semiconductor 20 constituting a second switching contact, which switches between the power semiconductor 20th
  • the planar conductor 30 is spaced apart at the edge of the bottom 10 remote from the flat side of the power semiconductor 20 of this the bottom 10 remote from the flat side of the power semiconductor 20 by egg ner insulating layer 40 which the power semiconductor ⁇ conductor 20 in the direction of the areal extent of the flat sides of the power semiconductor 20 as a complete layer on the power semiconductor 20 encloses and in a Bo- the 10 covering insulating layer 40 passes.
  • the insulating layer 40 Remote the Leis ⁇ tung semiconductor 20, the insulating layer 40 has a smaller thickness perpendicular to the flat sides of the power semiconductor 20 when the power semiconductor 20.
  • planar printed conductor 30 is spatially closer to the collector potential at these regions of the insulating layer 40 remote from the power semiconductor 20 than at those sections of the planar printed conductor 30 that abut the power semiconductor conductor 20.
  • the power semiconductor remote area of the insulating layer 40 is supported by this insulating layer 40, a spacer 50 from the bottom 10 and from the insulating layer 40 and from the planar conductor track 30 thereon, which carries a cover 60 and this cover 60 from the bottom 10th spaced.
  • the spacer 50 is formed substantially circular cylindrical and stretches with his
  • the cover 60 is substantially flat and flat and has a flat side 70 facing the bottom 10 and extending parallel to the flat sides of the power semiconductor 20.
  • a Plasmapfadableiter 80 along, which consists of copper.
  • a 200 micron thick mica layer - connected to the lid 60.
  • Plasmapfadableiter extends here in those areas to which the power semiconductor 20 would project in a vertical proj ection on the flat side 70 of the lid 60 pro ⁇ ⁇ along the insulating layer 90 on the de- diskel 60 along. Far from this area stretches the
  • Plasmapfadableiter 80 away from the lid 60 and the provided with the wire bonds 30 and applied to the bottom 10 insulating layer 40 against. There falls the Plasmapfadableiter 80 with the planar trace 30 and the spacer 50 together, so that at this point the spacer 50 and the plasma filament conductor 80 and the wirebonds 30 are at the same electrical potential.
  • the electrical contacted flat sides of the power semiconductor 20 include short so that there is a ho ⁇ her current flows.
  • the planar conductor track 30 heats up and melts, so that the current path leading via the planar conductor track 30 is interrupted. Consequently, a plasma path is formed towards the
  • the Plasmapfadableiter 80 is far from the flat sides of the power semi-conductor 20 to the ground 10, and thus the collector potential of the power semiconductor 20 nä- forth as close to the flat sides of the power semiconductor 20.
  • the fault current does not flow now through the linengurlei ⁇ ter 20 through, but instead flows along the
  • the spacer 50 for example, formed with or made of tin or from another softening in comparison with the other components of the power-electric switching module lower temperature material, softens due to the current ⁇ flow and the consequent heat development and melts in part.
  • Lid 60 and bottom 10 are subjected to force on each other, so that the power electronic switching module is compressed. In this way, the power semiconductor 20 is clamped between bottom 10 and cover 60, the power semiconductor 20 by means of Schmelzkanä ⁇ len or by alloying forms a fault current path.
  • the plasma path conductor 80 is formed with copper.
  • the plasma path arrester 80 may be formed with another conductive material, in particular with another metal.
  • wire bonds which are formed by means of copper wires, may also be provided in a manner known per se instead of a planar conductor track 30. That is, instead of the planar packaging technology a conventional Drahtbondtechnolo ⁇ energy comes to contact with the power semi-conductor 20 is used.

Abstract

The invention relates to a power electronics switching module comprising at least one power semiconductor to which a first switch contact makes or is capable of making an electrically conducting connection at a connection point of the power semiconductor and to which a second switch contact makes or is capable of making an electrically conducting connection, wherein a plasma pathway arrester is provided which is disposed and designed to conduct the plasma pathway forming in the event of a short circuit of the first and second switch contact at the connection point away from the power semiconductor.

Description

Beschreibung description
Leistungselektronisches Schaltmodul Die Erfindung betrifft ein leistungselektronisches Schaltmo¬ dul . Electronic power switching module The invention relates to a power electronics Schaltmo ¬ dul.
In der Leistungselektronik sind bei zahlreichen Anwendungen Energiewandlung und Energietransport sicherzustellen. Her- kömmliche Leistungsmodule allerdings sind im Fehlerfall bzw. im Abschaltversagen nicht sicher elektrisch leitfähig oder nur mit sehr hohem Aufwand dauerhaft (externe Schutzschalter) elektrisch schaltbar. Es sind Leistungsmodule bekannt, bei welchen im thermischen Fehlerfall (Ausdehnung, Explosion) ein sicherer dauerhafter Kontakt zwischen Emitter und Kollektor eines Leistungshalb¬ leiters des Leistungsmoduls sichergestellt ist. Dies wird mittels mechanischer Vorrichtungen mit Federvorspannung ge- währleistet, welche einen elektrischen Kontakt herstellen. In power electronics, numerous applications require energy conversion and energy transport. However, conventional power modules are not sure that they are electrically conductive in the event of a fault or shutdown failure, or that they can only be permanently switched on with a high degree of effort (external circuit breaker). There are power modules are known in which in the event of thermal failure (expansion, explosion) a secure permanent contact between the emitter and collector of a power semiconductor ¬ conductor of the power module is ensured. This is ensured by means of mechanical devices with spring preload, which produce an electrical contact.
Solche mechanischen Vorrichtungen benötigen jedoch viel Zeit. Ein sicherer und insbesondere schneller Conduct-On-Fail-Fall jedoch erfordert ein sehr schnelles Auslösen, vorzugsweise innerhalb weniger Millisekunden. However, such mechanical devices take a long time. However, a secure and particularly fast conduct-on-fail case requires a very fast trigger, preferably within a few milliseconds.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes leis¬ tungselektronisches Schaltmodul zu schaffen, mittels welchem der Fehlerfall rasch und sicher gehandhabt werden kann. It is therefore an object of the invention to provide an improved slightest ¬ processing electronic circuit module, by means of which the fault situation can be handled quickly and safely.
Dieser Aufgabe der Erfindung wird mit einem leistungselektro¬ nischen Schaltmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der This object of the invention is achieved with a Leistungselektro ¬ African switching module with the features specified in claim 1. Preferred developments of the invention will become apparent from the dependent claims, the following description and the
Zeichnung . Das erfindungsgemäße leistungselektronische Schaltmodul um- fasst mindestens einen Leistungshalbleiter, bei welchem an einer Anbindungsstelle des Leistungshalbleiters ein erster Schaltkontakt elektrisch leitend angebunden oder anbindbar ist. Ferner ist bei dem leistungselektronischen Schaltmodul gemäß der Erfindung an den Leistungshalbleiter ein zweiter Schaltkontakt elektrisch leitend angebunden oder anbindbar. Der Leistungshalbleiter schaltet zwischen erstem und zweitem Schaltkontakt durch oder sperrt zwischen erstem und zweitem Schaltkontakt. Nahe der Anbindungsstelle ist ein Drawing. The power electronic switching module according to the invention comprises at least one power semiconductor, in which at a connection point of the power semiconductor, a first switching contact is electrically conductively connected or connectable. Furthermore, in the power electronic switching module according to the invention, a second switching contact is electrically conductively connected or connectable to the power semiconductor. The power semiconductor switches between the first and second switching contact or blocks between the first and second switching contact. Near the connection point is a
Plasmapfadableiter angeordnet, der angeordnet und ausgebildet ist, einen sich bei einem Kurzschluss von erstem und zweitem Schaltkontakt, insbesondere miteinander, ausbildenden Plasma¬ pfad vom Leistungshalbleiter elektrisch fortzuleiten, vor- zugsweise über einen Fehlerstrompfad, der den ersten und den zweiten Schaltkontakt verbindet oder aber zu einem Element, welches aufgrund des Fehlerstroms eine Bereitstellung eines dauerhaften Fehlerstrompfades auslöst oder ermöglicht. Vorzugsweise ist ein solches Element ein sich aufgrund des Fehlerstromflusses erweichendes oder schmelzendes Element, welches aufeinander zu kraftbeaufschlagte Teile des leis¬ tungselektronischen Schaltmoduls voneinander beabstandet. Im Fehlerfall führt das Erweichen des Elementes zu einer Bewe- gung der kraftbeaufschlagten Teile des leistungselektronischen Schaltmoduls aufeinander zu, sodass diese Bewegung der kraftbeaufschlagten Teile einen Fehlerstrompfad bildet. Mit¬ tels des erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltmoduls ist es folglich möglich, einen sich im Fehlerfall aus- bildenden Plasmapfad vom Leistungshalbleiter fortzuleiten, etwa zu einem Bereich des Schaltmoduls, welcher einen Teil eines Fehlerstrompfades bildet und durch welchen der Fehler¬ strom betriebssicher geleitet werden kann oder welcher eine Bereitstellung eines Fehlerstrompfades auslösen oder ermögli- chen kann. Unter einem Plasmapfad im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein leitender Pfad durch Gas infolge einer Ionisierung des Gases entlang dieses Pfades zu verstehen. Vorzugsweise wird der Plasmapfad mittels des Arranged Plasmapfadableiter which is arranged and designed such an electrically continues forward a short circuit of the first and second switching contact, in particular with each other, forming plasma ¬ path from the power semiconductor, pre preferably to a fault current path connecting or the first and the second switching contact but an element which triggers or enables provision of a permanent fault current path due to the fault current. Preferably, such an element is a softening or is due to the fault current flow refractory element each other spaced apart to the slightest force is applied parts ¬ tung electronic switching module. In the event of a fault, the softening of the element leads to a movement of the force-loaded parts of the power electronic switching module towards each other, so that this movement of the force-loaded parts forms a fault current path. With ¬ means of power electronic switching module according to the invention, it is consequently possible to forward a plasma path forming in the event of an error from the power semiconductor, for example to a portion of the switching module, which forms part of a fault current path and through which the error ¬ stream can be routed reliable or which triggering or making it possible to provide a fault current path. For the purposes of the present invention, a plasma path means a conductive path through gas as a result of ionization of the gas along this path. Preferably, the plasma path is by means of
Plasmapfadableiters an eine solche Stelle des Schaltmoduls geleitet, welche einen Kontakt zu einem Bereich des Schaltmo¬ duls ermöglicht, der auf dem elektrischen Potential des zwei¬ ten Schaltkontakts befindlich ist. Plasmapfadableiters passed to such a point of the switching module, which allows contact with a portion of the Schaltmo ¬ module, which is located at the electrical potential of the ¬ th switching contact.
Zweckmäßigerweise umfasst das erfindungsgemäße leistungs¬ elektronische Schaltmodul einen ersten Teil und einen, mit¬ tels eines Abstandshalters beabstandeten, zweiten Teil, wobei der Plasmapfadableiter an den Abstandshalter elektrisch lei- tend angebunden ist. Zweckmäßig ist der Abstandshalter Teil des erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltmoduls. Ein solcher Abstandshalter kann zweckmäßig und vorteilhaft einen elektrisch leitenden Kontakt zwischen Conveniently, power ¬ electronic switching module according to the invention comprises a first part and a spaced with ¬ means of a spacer, the second part, wherein the Plasmapfadableiter is attached to the spacer electrically conducting tend. Suitably, the spacer is part of the power electronic switching module according to the invention. Such a spacer may expediently and advantageously an electrically conductive contact between
Plasmapfadableiter und zweitem Schaltkontakt herstellen, so dass eine sichere Leitung des Fehlerstroms gewährleistet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstandshalter ein Element, welches aufgrund des Fehlerstroms eine Bereitstellung eines dauerhaften Fehlerstrompfades auslöst oder ermöglicht, bilden .  Establish Plasmapfadableiter and second switching contact, so that a secure line of the fault current is ensured. Alternatively or additionally, the spacer may form an element which, due to the fault current, triggers or enables provision of a permanent fault current path.
Besonders bevorzugt ist bei dem leistungselektronischen Particularly preferred is in the power electronic
Schaltmodul gemäß der Erfindung der Abstandshalter mit einem sich bei Fehlerstromfluss erweichendem Material gebildet. Idealerweise erweicht das Material des Abstandshalters bei Stromfluss schneller und/oder stärker als das Material des ersten und/oder des zweiten Teils des leistungselektronischen Schaltmoduls und/oder des Leistungshalbleiters. Switching module according to the invention, the spacers formed with a softening at fault current flow material. Ideally, the material of the spacer softens faster and / or stronger than the material of the first and / or the second part of the power electronic switching module and / or the power semiconductor during current flow.
Vorteilhaft ist bei dem leistungselektronischen Schaltmodul gemäß der Erfindung der erste Teil auf den zweiten Teil kraftbeaufschlagt. Vorzugsweise bilden erster Teil und zwei¬ ter Teil einen Spannverband. Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen leistungselektro¬ nischen Schaltmodul mittels des ersten und des zweiten Teils erster und zweiter Schaltkontakt aufeinander zu und/oder jeweils an den Leistungshalbleiter kraftbeaufschlagt. Auf diese Weise können mittels des ersten und des zweiten Teils erster und zweiter Schaltkontakt aufeinander zu oder an den Leistungshalbleiter bewegt oder kraftbeaufschlagt werden, sodass mittels des ersten und des zweiten Teils ein Fehlerstrompfad zuverlässig und dauerhaft gebildet werden kann. Advantageously, in the power electronic switching module according to the invention, the first part is subjected to a force on the second part. Preferably, the first part and two ¬ ter part form a clamping bandage. Preferably, in the inventive Leistungselektro ¬ African switching module by means of the first and second parts of the first and second switching contact to each other and / or each subjected to the power semiconductor power. In this way, by means of the first and the second part, first and second switching contacts can be moved toward one another or to the power semiconductor, so that a fault current path can be formed reliably and permanently by means of the first and the second part.
Idealerweise bilden bei dem leistungselektronischen Schaltmodul gemäß der Erfindung der erste Teil einen Deckel und der zweite Teil einen Boden des Schaltmoduls. Vorzugsweise ist der Leistungshalbleiter an dem Boden oder an dem Deckel des Schaltmoduls angeordnet. Ideally, in the power electronic switching module according to the invention, the first part forms a cover and the second part forms a bottom of the switching module. The power semiconductor is preferably arranged on the bottom or on the cover of the switching module.
Vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltmodul der Plasmapfadableiter zumindest bereichs¬ weise mittels eines elektrischen Isolators an dem ersten Teil und/oder dem Leistungsbauteil angeordnet und mittels des Iso¬ lators vom ersten Teil und/oder dem Leistungsbauteil elekt¬ risch isoliert. Auf diese Weise lässt sich das erfindungsge¬ mäße Leistungselektronische Schaltmodul leicht fertigen, in¬ dem der Plasmapfadableiter in der beschriebenen Weise ange- ordnet wird. At least certain regions ¬ by means of an electrical insulator on the first part and / or the power component is advantageously arranged and elekt ¬ driven isolated using the Iso ¬ lators from the first part and / or the power component in the inventive power electronic switching module of Plasmapfadableiter. In this way, the erfindungsge ¬ Permitted power electronic switching module can be easily manufactured, in ¬ the plasma path in the manner described is arranged.
Vorzugsweise ist bei dem Leistungselektronischen Schaltmodul gemäß der Erfindung der Plasmapfadableiter mit einem relativ zum Leistungshalbleiter randständigen Bereich des Schaltmo- duls elektrisch leitend verbunden. Auf diese Weise kann ein sich im Fehlerfall ausbildender Fehlerstrom mittels des In the power electronic switching module according to the invention, the plasma drain conductor is preferably electrically conductively connected to a region of the switching module bordering on the power semiconductor. In this way, a fault current forming fault current by means of
Plasmapfadableiters vom Leistungshalbleiter fort an den rand¬ ständigen Bereich abgeleitet werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schaltmoduls ist der Abstandshalter mit elektrisch leitendem Material, insbesondere Metall, ge- bildet. Auf diese Weise ist der Plasmapfadableiter auf eine an sich bekannte Weise mit Standardmaterialien ausbildbar. Plasmapfadableiters continue to be derived from the power semiconductor to the edge ¬ permanent area. In an advantageous embodiment of the power electronic switching module according to the invention, the spacer is provided with electrically conductive material, in particular metal, forms. In this way, the Plasmapfadableiter can be formed in a manner known per se with standard materials.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die ein¬ zige Zeichnungsfigur Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches Schaltmodul mit einem The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. The ¬ a Zige drawing figure 1 shows an inventive power electronic switching module with a
Plasmapfadableiter schematisch im Längsschnitt. Das in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße leistungselekt¬ ronische Schaltmodul weist einen auf Kollektorpotential be¬ findlichen Boden 10 auf, welcher einen Leistungshalbleiter 20 trägt. Der Leistungshalbleiter 20 ist als Flachteil ausgebil¬ det, welches zwei einander abgewandte und zueinander paralle- le Flachseiten aufweist. Eine Flachseite des Leistungshalb¬ leiters 20 bildet das Kollektorpotential, welches vollflächig auf dem Boden 10 aufliegt. Eine vom Boden 10 abgewandte Plasmapfadableiter schematically in longitudinal section. The shown in Figure 1 leistungselekt ¬ tronic switch module according to the invention has an on collector potential be ¬-sensitive floor 10 which supports a power semiconductor 20th The power semiconductor 20 is ausgebil ¬ det as a flat part, which has two opposite and mutually parallel flat sides. A flat side of the power semiconductor ¬ conductor 20 forms the collector potential, which rests on the floor 10 on the entire surface. One facing away from the bottom 10
Flachseite des Leistungshalbleiters 20 bildet ein Flat side of the power semiconductor 20 forms
Emitterpotential des als Transistor ausgebildeten Leistungs- halbleiters 20 aus, welches mittels einer planaren Aufbau- und Verbindungstechnologie, d.h. mittels einer planaren Lei¬ terbahn 30, kontaktiert ist. Unter einer planaren Leiterbahn 30 ist eine Leiterbahn 30 zu verstehen, welche jeweils zumin¬ dest abschnittsweise flächig an dem Leistungshalbleiter 20 oder flächig an diesem angrenzenden Isolierungen oder weiteren Komponenten des leistungselektronischen Schaltmoduls anliegt. Das Emitterpotential des Leistungshalbleiters 20 bil¬ det einen ersten Schaltkontakt und das Kollektorpotential des Leistungshalbleiters 20 bildet einen zweiten Schaltkontakt, zwischen welchen der Leistungshalbleiter 20 schaltet. Emitter potential of the formed as a transistor power semiconductors 20, which by means of a planar construction and connection technology, ie by means of a planar Lei ¬ terbahn 30, is contacted. Under a planar conductor 30 is 30 understood to be a conductor track which is applied in each case at least in sections ¬ flat against the power semiconductor or flat 20 at this adjoining insulation or other components of the power electronic switching module. The emitter potential of the power semiconductor 20 bil ¬ det a first switch contact and the collector potential of the power semiconductor 20 constituting a second switching contact, which switches between the power semiconductor 20th
Die planare Leiterbahn 30 ist am Rand der dem Boden 10 fernen Flachseite des Leistungshalbleiters 20 von dieser dem Boden 10 fernen Flachseite des Leistungshalbleiters 20 mittels ei- ner Isolierschicht 40 beabstandet, welche den Leistungshalb¬ leiter 20 in Richtung der flächigen Erstreckung der Flachseiten des Leistungshalbleiters 20 als vollumfängliche Schicht an dem Leistungshalbleiter 20 umschließt und in eine den Bo- den 10 bedeckende Isolierschicht 40 übergeht. Fern dem Leis¬ tungshalbleiter 20 weist die Isolierschicht 40 eine geringere Dicke senkrecht zu den Flachseiten des Leistungshalbleiters 20 auf als der Leistungshalbleiter 20. Die planare Leiterbahn 30, welche als Kupferleiterbahn ausgebildet ist, führt vom Leistungshalbleiter 20 auf solche vom Leistungshalbleiter 20 fernen Bereiche der Isolierschicht 40. The planar conductor 30 is spaced apart at the edge of the bottom 10 remote from the flat side of the power semiconductor 20 of this the bottom 10 remote from the flat side of the power semiconductor 20 by egg ner insulating layer 40 which the power semiconductor ¬ conductor 20 in the direction of the areal extent of the flat sides of the power semiconductor 20 as a complete layer on the power semiconductor 20 encloses and in a Bo- the 10 covering insulating layer 40 passes. Remote the Leis ¬ tung semiconductor 20, the insulating layer 40 has a smaller thickness perpendicular to the flat sides of the power semiconductor 20 when the power semiconductor 20. The planar conductor 30, which is formed as a copper conductor track, leads from the power semi-conductor 20 to those of the power semiconductor 20 remote areas of the insulating layer 40th
Mithin ist die planare Leiterbahn 30 an diesen vom Leistungs- halbleiter 20 fernen Bereichen der Isolierschicht 40 räumlich dem Kollektorpotential näher als an jenen am Leistungshalb¬ leiter 20 anliegenden Abschnitten der planaren Leiterbahn 30. Consequently, the planar printed conductor 30 is spatially closer to the collector potential at these regions of the insulating layer 40 remote from the power semiconductor 20 than at those sections of the planar printed conductor 30 that abut the power semiconductor conductor 20.
An einem solchen, dem Leistungshalbleiter fernen Bereich der Isolierschicht 40 stützt sich von dieser Isolierschicht 40 ein Abstandshalter 50 vom Boden 10 und von der Isolierschicht 40 und von den darauf befindlichen planaren Leiterbahn 30 ab, welcher einen Deckel 60 trägt und diesen Deckel 60 vom Boden 10 beabstandet. Der Abstandshalter 50 ist im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet und streckt sich mit seinerOn such, the power semiconductor remote area of the insulating layer 40 is supported by this insulating layer 40, a spacer 50 from the bottom 10 and from the insulating layer 40 and from the planar conductor track 30 thereon, which carries a cover 60 and this cover 60 from the bottom 10th spaced. The spacer 50 is formed substantially circular cylindrical and stretches with his
Längsmittelachse senkrecht vom Boden 10 fort. Der Deckel 60 ist im Wesentlichen eben und flach ausgebildet und weist eine dem Boden 10 zugewandte und parallel zu den Flachseiten des Leistungshalbleiters 20 sich erstreckende Flachseite 70 auf. Longitudinal axis perpendicular to the floor 10 away. The cover 60 is substantially flat and flat and has a flat side 70 facing the bottom 10 and extending parallel to the flat sides of the power semiconductor 20.
An der Flachseite 70 erstreckt sich ein Plasmapfadableiter 80 entlang, welcher aus Kupfer besteht. An der Flachseite 70 ist der Plasmapfadableiter 80 mittels einer Isolierschicht 90 - im gezeigten Ausführungsbeispiel einer 200 Mikrometer dicken Glimmerschicht - an dem Deckel 60 angebunden. Der On the flat side 70 extends a Plasmapfadableiter 80 along, which consists of copper. On the flat side 70 of the Plasmapfadableiter 80 by means of an insulating layer 90 - in the illustrated embodiment, a 200 micron thick mica layer - connected to the lid 60. Of the
Plasmapfadableiter erstreckt sich dabei in denjenigen Bereichen, auf welche der Leistungshalbleiter 20 in einer Senkrechtproj ektion auf die Flachseite 70 des Deckels 60 proji¬ ziert werden würde, entlang der Isolierschicht 90 an dem De- ekel 60 entlang . Fern dieses Bereichs streckt sich der Plasmapfadableiter extends here in those areas to which the power semiconductor 20 would project in a vertical proj ection on the flat side 70 of the lid 60 pro¬ ¬ along the insulating layer 90 on the de- diskel 60 along. Far from this area stretches the
Plasmapfadableiter 80 vom Deckel 60 fort und der mit den Drahtbonds 30 versehenen und am Boden 10 aufgetragenen Isolierschicht 40 entgegen . Dort fällt der Plasmapfadableiter 80 mit der planaren Leiterbahn 30 und dem Abstandshalter 50 zusammen, so dass an dieser Stelle der Abstandshalter 50 und der Plasmapfadabieiter 80 und die Drahtbonds 30 auf denselben elektrischen Potential liegen . Plasmapfadableiter 80 away from the lid 60 and the provided with the wire bonds 30 and applied to the bottom 10 insulating layer 40 against. There falls the Plasmapfadableiter 80 with the planar trace 30 and the spacer 50 together, so that at this point the spacer 50 and the plasma filament conductor 80 and the wirebonds 30 are at the same electrical potential.
Im Fehlerfall schließen die elektrisch kontaktierten Flachseiten des Leistungshalbleiters 20 kurz , so dass dort ein ho¬ her Strom fließt . Infolge des hohen Stromflusses erwärmt sich die planare Leiterbahn 30 und schmilzt, sodass der über die planare Leiterbahn 30 führende Strompfad unterbrochen wird . Folglich bildet sich ein Plasmapfad hin zum In case of failure, the electrical contacted flat sides of the power semiconductor 20 include short so that there is a ho ¬ her current flows. As a result of the high current flow, the planar conductor track 30 heats up and melts, so that the current path leading via the planar conductor track 30 is interrupted. Consequently, a plasma path is formed towards the
Plasmapfadabieiter 80 aus . Der Plasmapfadableiter 80 ist fern der Flachseiten des Leistungshalbleiters 20 dem Boden 10 und somit dem Kollektorpotential des Leistungshalbleiters 20 nä- her als nah den Flachseiten des Leistungshalbleiters 20. Der Fehlerstrom fließt nunmehr nicht durch den Leistungshalblei¬ ter 20 hindurch, sondern fließt stattdessen entlang dem Plasmapabaditer 80 aus. The Plasmapfadableiter 80 is far from the flat sides of the power semi-conductor 20 to the ground 10, and thus the collector potential of the power semiconductor 20 nä- forth as close to the flat sides of the power semiconductor 20. The fault current does not flow now through the Leistungshalblei ¬ ter 20 through, but instead flows along the
Plasmapfadableiter 80 ab und zum Abstandshalter 50 fort . Der Abstandshalter 50 , beispielsweise mit oder aus Zinn oder aus einem anderem bei verglichen mit den weiteren Bestandteilen des leistungselektrischen Schaltmoduls niedrigerer Temperatur erweichenden Material gebildet, erweicht infolge des Strom¬ flusses und der dadurch bedingten Wärmeentwicklung und schmilzt zum Teil auf . Deckel 60 und Boden 10 sind aufeinan- der zu kraftbeaufschlagt, sodass das leistungselektronische Schaltmodul zusammengepresst wird . Auf diese Weise ist der Leistungshalbleiter 20 zwischen Boden 10 und Deckel 60 geklemmt, wobei der Leistungshalbleiter 20 mittels Schmelzkanä¬ len oder mittels Durchlegierens einen Fehlerstrompfad bildet . Plasmapfadableiter 80 from and to the spacer 50 on. The spacer 50, for example, formed with or made of tin or from another softening in comparison with the other components of the power-electric switching module lower temperature material, softens due to the current ¬ flow and the consequent heat development and melts in part. Lid 60 and bottom 10 are subjected to force on each other, so that the power electronic switching module is compressed. In this way, the power semiconductor 20 is clamped between bottom 10 and cover 60, the power semiconductor 20 by means of Schmelzkanä ¬ len or by alloying forms a fault current path.
Es versteht sich, dass anstelle der Isolierschicht 90 grund¬ sätzlich auch ein hinreichend breiter Luftspalt zur elektrischen Isolation ausreicht . Im dargestellten Ausführungsbei- spiel ist der Plasmapfadableiter 80 mit Kupfer gebildet . Im weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen kann der Plasmapfadabieiter 80 mit einem anderen leitfähigen Material , insbesondere mit einem anderen Metall , gebildet sein . In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen können anstelle einer planaren Leiterbahn 30 auch in an sich bekannter Weise Drahtbonds , welche mittels Kupferdrähten ge- bildet sind, vorgesehen sein . D.h. anstelle der planaren Aufbau- und Verbindungstechnologie kommt zur Kontaktierung des Leistungshalbleiters 20 eine herkömmliche Drahtbondtechnolo¬ gie zum Einsatz . It is understood that basic ¬ additionally also be a sufficiently wide air gap for electrical insulation, instead of the insulating layer sufficient 90th In the illustrated embodiment, the plasma path conductor 80 is formed with copper. In a further, not specifically illustrated exemplary embodiments, the plasma path arrester 80 may be formed with another conductive material, in particular with another metal. In further exemplary embodiments, which are not specifically illustrated, wire bonds, which are formed by means of copper wires, may also be provided in a manner known per se instead of a planar conductor track 30. That is, instead of the planar packaging technology a conventional Drahtbondtechnolo ¬ energy comes to contact with the power semi-conductor 20 is used.

Claims

Patentansprüche claims
1. Leistungselektronisches Schaltmodul, umfassend mindestens einen Leistungshalbleiter (20), an welchem an einer Anbin- dungssteile des Leistungshalbleiters (20) ein erster Schalt¬ kontakt (30) elektrisch leitend angebunden oder anbindbar ist und an welchem ein zweiter Schaltkontakt (10) elektrisch leitend angebunden oder anbindbar ist, wobei ein 1. Power electronic switching module, comprising at least one power semiconductor (20) to which at a Anbin- parts of the power semiconductor (20) a first switch ¬ contact (30) electrically connected or connectable and to which a second switching contact (10) electrically conductive Tied or attachable is, with a
Plasmapfadableiter (80) angeordnet ist, der angeordnet und ausgebildet ist, einen sich bei einem Kurzschluss von erstem (30) und zweitem Schaltkontakt (10) an der Anbindungsstelle ausbildenden Plasmapfad vom Leistungshalbleiter (20) fortzuleiten . Plasmapfadableiter (80) is arranged, which is arranged and adapted to forward a forming at a short circuit of the first (30) and second switching contact (10) at the connection point plasma path from the power semiconductor (20).
2. Leistungselektronisches Schaltmodul nach dem vorhergehen¬ den Anspruch, bei welchem der Plasmapfadableiter (80) ausgebildet und angeordnet ist, den sich ausbildenden Plasmapfad über einen Fehlerstrompfad zwischen erstem (30) und zweiten (10) Schaltkontakt zu leiten. 2. Power electronic switching module according to the preceding ¬ claim, wherein the Plasmapfadableiter (80) is formed and arranged to direct the forming plasma path via a fault current path between the first (30) and second (10) switching contact.
3. Leistungselektronisches Schaltmodul nach dem vorhergehen¬ den Anspruch, umfassend einen ersten Teil (60) und einen zweiten, mittels eines Abstandshalters (50) beabstandeten, Teil (10), wobei der Plasmapfadableiter (80) an den Abstands- halter (50) elektrisch leitend angebunden ist. 3. Power electronic switching module according to the preceding ¬ claim, comprising a first part (60) and a second, by means of a spacer (50) spaced part (10), wherein the Plasmapfadableiter (80) to the spacer (50) electrically is conductively connected.
4. Leistungselektronisches Schaltmodul nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, bei welchem der erste Teil (60) auf den zweiten Teil (10) kraftbeaufschlagt ist. 4. Power electronic switching module according to one of the preceding ¬ claims, wherein the first part (60) on the second part (10) is subjected to force.
5. Leistungselektronisches Schaltmodul nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, bei welchem mittels des ersten (60) und des zweiten Teils (10) erster (30) und zweiter Schaltkontakt (10) aufeinander zu und/oder jeweils an den Leistungshalblei- ter (20) kraftbeaufschlagt sind. 5. Power electronic switching module according to one of the preceding ¬ claims, in which by means of the first (60) and the second part (10) first (30) and second switching contact (10) to each other and / or each of the Leistungshalblei- ter (20 ) are subjected to force.
6. Leistungselektronisches Schaltmodul nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, bei welchem der erste Teil einen Deckel (60) und der zweite Teil einen Boden (10) des Schaltmoduls bildet . 6. Power electronic switching module according to one of the preceding ¬ going claims, wherein the first part of a lid (60) and the second part forms a bottom (10) of the switching module.
7. Leistungselektronisches Schaltmodul nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, bei welchem der Plasmapfadableiter (80) mit einem relativ zum Leistungshalbleiter (20) randständigen Bereich des Schaltmoduls elektrisch leitend verbunden ist. 7. Power electronic switching module according to one of the preceding claims, wherein the Plasmapfadableiter (80) with a relative to the power semiconductor (20) edge region of the switching module is electrically connected.
8. Leistungselektronisches Schaltmodul nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, bei welchem der Abstandshalter (50) mit elektrisch leitendem Material gebildet ist. 8. A power electronic switching module according to any one of the preceding claims, wherein the spacer (50) is formed with electrically conductive material.
9. Leistungselektronisches Schaltmodul nach einem der vorher¬ gehenden Ansprüche, bei welchem der Abstandshalter (50) mit einem sich bei einer infolge des Kurzschlusses erfolgenden9. power electronic switching module according to one of the preceding ¬ claims, wherein the spacer (50) with a taking place at a result of the short circuit
Bestromung des Plasmapfadableiters erweichendem Material ge¬ bildet ist, insbesondere mit einem sich bei Bestromung des Plasmapfadableiters schneller und/oder stärker erweichendem Material als der erste (60) und/oder zweite Teil (10) und/oder der Leistungshalbleiter (20). Energizing the Plasmapfadableiters softening material is ge ¬ forms, in particular with a faster and / or more softening when energizing the Plasmapfadableiters softening material as the first (60) and / or second part (10) and / or the power semiconductor (20).
10. Leistungselektronisches Schaltmodul nach einem der vor¬ hergehenden Ansprüche, bei welchem der Plasmapfadableiter (80) mit elektrisch leitendem Material, insbesondere mit Me- tall, gebildet ist. 10. An electronic switching power module according to one of the reciprocating before ¬ claims, wherein the Plasmapfadableiter (80) formed with electrically conductive material, in particular with metal tall.
EP18730273.2A 2017-05-31 2018-05-29 Power electronics switching module Withdrawn EP3596754A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017209166.5A DE102017209166A1 (en) 2017-05-31 2017-05-31 Power electronic switching module
PCT/EP2018/064100 WO2018219967A1 (en) 2017-05-31 2018-05-29 Power electronics switching module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3596754A1 true EP3596754A1 (en) 2020-01-22

Family

ID=62567620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18730273.2A Withdrawn EP3596754A1 (en) 2017-05-31 2018-05-29 Power electronics switching module

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3596754A1 (en)
DE (1) DE102017209166A1 (en)
WO (1) WO2018219967A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017209783A1 (en) * 2017-06-09 2018-12-13 Siemens Aktiengesellschaft Power electronic switching module

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2530711A1 (en) * 2011-05-30 2012-12-05 ABB Research Ltd. Power semiconductor arrangement
JP6104098B2 (en) * 2013-08-21 2017-03-29 三菱電機株式会社 Power semiconductor device and manufacturing method thereof
DE102014207927A1 (en) * 2014-04-28 2015-10-29 Siemens Aktiengesellschaft Transistor arrangement for a clamping bandage and clamping bandage with at least one such transistor arrangement
DE102014207928A1 (en) * 2014-04-28 2015-10-29 Siemens Aktiengesellschaft Circuit unit for a transistor and method for operating such

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017209166A1 (en) 2018-12-06
WO2018219967A1 (en) 2018-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1389820B1 (en) Low inductance circuit arrangement for power semiconductor modules
DE102005047567B3 (en) Power semiconductor module comprises a housing, connecting elements and an electrically insulated substrate arranged within the housing and semiconductor components with a connecting element and an insulating molded body
EP2940731B1 (en) Transistor arrangement for an assembly under pressure and assembly under pressure having at least one such transistor arrangement
DE102004030042A1 (en) Semiconductor device
DE102013216709B4 (en) SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT, METHOD FOR MANUFACTURING A NUMBER OF CHIP ASSEMBLIES AND METHOD FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT
EP4026166A1 (en) Electronic module comprising a pulsating heat pipe
DE102014223863B4 (en) power semiconductor devices
DE102014104856A1 (en) Explosion-proof power semiconductor module
DE1961314A1 (en) Protected semiconductor component and process for its manufacture
EP1672692B1 (en) Power semiconductor module
DE102005050534B4 (en) The power semiconductor module
DE102014207928A1 (en) Circuit unit for a transistor and method for operating such
EP3596754A1 (en) Power electronics switching module
EP3226269B1 (en) Power semiconductor device
DE102016115221A1 (en) Method for connecting at least two substrates to form a module
EP1825511B1 (en) Semiconductor switching module
DE10331923A1 (en) An electronic circuit comprising a power semiconductor device and a fuse means for protecting the power semiconductor device from overheating
EP2942811B1 (en) Short-circuit device for automatically short circuiting a transistor and method for such short-circuiting
WO2018037047A1 (en) Power module, method for producing same, and power electronics circuit
DE102014221687B4 (en) POWER SUBMODULE MODULE WITH SHORT-CIRCUIT FAILURE MODE
DE102013102828B4 (en) Power module with a trained as a film composite connection device
EP3610505B1 (en) Power electronic switching module with a current failure path to be created through isolation removal
DE102007036044A1 (en) Chip module, particularly power module, comprises chip which is provided with main side with one or multiple chip contact surfaces, where structured sheet metal layer is provided with main side
DE112016007133B4 (en) SEMI-CONDUCTOR DEVICE
DE102018207360B4 (en) BUSBAR, PROCESS FOR ITS MANUFACTURE, AND POWER MODULE COMPOSING THE SAME

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20191016

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS ENERGY GLOBAL GMBH & CO. KG

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20230324

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20231005