DE102008049193A1

DE102008049193A1 - Leistungshalbleiteranordnung

Info

Publication number: DE102008049193A1
Application number: DE102008049193A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dr. Bayerer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2028-09-27
Also published as: DE102008049193B4; CN101399262A; US20090085219A1; CN101399262B; US7791208B2

Abstract

Es wird eine Leistungshalbleiteranordnung bereitgestellt, die einen Leistungshalbleiterchip umfasst, der elektrisch mit einem ersten Set steckerartiger Elemente mit wenigstens zwei steckerartigen Elementen verbunden ist, und die außerdem einen Metallstreifenleiter umfasst, der ein Set von Öffnungen besitzt, die das erste Set steckerartiger Elemente aufnehmen, wobei das Set von Öffnungen in dem Metallstreifenleiter und das Set von steckerartigen Elementen eine Press-Fit Verbindung ausbilden.

Description

Die Erfindung betrifft Leistungshalbleiteranordnungen, insbesondere Leistungshalbleitermodule.
Leistungshalbleitermodule werden unter anderem dazu verwendet, hohe Ströme und hohe Spannungen zu schalten. Allerdings verursachen parasitäre Induktivitäten in den Modulen und in den Anschlüssen der Module Leistungsverluste und erzeugen durch das schnelle Schalten hoher Ströme oder hoher Spannungen unerwünschte Überspannungen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leistungshalbleiteranordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiteranordnung bereitzustellen, bei der unerwünschte Überspannungen beim schnellen Schalten hoher Ströme oder hoher Spannungen vermieden oder zumindest auf ein unschädliches Maß reduziert werden.
Diese Aufgaben werden durch Leistungshalbleiteranordnungen gemäß den Patentansprüchen 1 und 16 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiteranordnung gemäß Patentanspruch 24 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen Es wird eine Leistungshalbleiteranordnung bereitgestellt, die einen Leistungshalbleiterchip aufweist, der elektrisch an ein Set von steckerartigen Elementen mit wenigsten zwei steckerartigen Elementen angeschlossen ist, und die weiterhin einen schichtförmigen Streifenleiter aus Metall aufweist, der ein Set von Öffnungen umfasst, die das erste Set von steckerartigen Elementen aufnimmt, wobei das Set von Öffnungen in dem schichtförmigen Streifenleiter aus Metall und das Set von steckerartigen Elementen eine Press-Fit Verbindung (compliant pin connection) ausbilden.
Außerdem wird eine Leistungshalbleiteranordnung bereitgestellt, die ein Keramiksubstrat mit wenigstens einer strukturierten Metallisierungsschicht aufweist. Die Anordnung umfasst weiterhin einen Leistungshalbleiterchip, der auf der Metallisierungsschicht angeordnet ist, und der wenigstens einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss aufweist, wobei der erste Lastanschluss an einem ersten Set steckerartiger Elemente angeschlossen ist, und wobei der zweite Lastanschluss an einem zweiten Set steckerartiger Elemente angeschlossen ist. Eine weitere elektronische Komponente des Moduls umfasst wenigstens einen ersten Lastanschluss und einen zweiten Lastanschluss, wobei der erste Lastanschluss an ein drittes Set steckerartiger Elemente angeschlossen ist, und wobei der zweite Lastanschluss an ein viertes Set steckerartiger Elemente angeschlossen ist. Ein erster schichtförmiger Metallstreifenleiter umfasst ein erstes Set von Öffnungen, die das erste Set steckerartiger Elemente aufnehmen, und ein drittes Set von Öffnungen, die das dritte Set steckerartiger Elemente aufnehmen. Ein zweiter schichtförmiger Metallstreifenleiter umfasst ein zweites Set von Öffnungen, die das zweite Set steckerartiger Elemente aufnehmen, und ein viertes Set von Öffnungen, die das vierte Set steckerartiger Elemente aufnehmen. Die Öffnungen in dem schichtförmigen Metallstreifenleiter und die steckerartigen Elemente bilden eine Press-Fit Verbindung. Die schichtförmigen Metallstreifenleiter sind parallel zueinander angeordnet, so dass die betreffenden Ströme in den schichtförmigen Metallstreifenleitern in entgegengesetzte Richtungen fließen.
Beim Zusammenbau einer Leistungshalbleiteranordnung wird ein Set von steckerartigen Elementen bereitgestellt, das elektrisch mit einem Leistungshalbleiterchip verbunden ist. Außerdem wird ein schichtförmiger Metallstreifenleiter bereitgestellt, der ein Set von Öffnungen aufweist, die dazu ausgebildet sind, ein Set von steckerartigen Elementen aufzunehmen. Der schichtförmige Metallstreifenleiter ist so angeordnet, dass die Öffnungen mit den steckerartigen Elementen fluchten. Der schichtförmige Metallstreifenleiter wird auf die steckerartigen Elemente gepresst, so dass die steckerartigen Elemente in die Öffnungen eindringen und dabei jeweils eine Press-Fit Verbindung ausbilden.
Die hierin offenbarten Leistungshalbleiteranordnungen stellen eine niederinduktive Verbindung zu und innerhalb von Leistungshalbleitermodulen bereit, die leicht zusammengebaut werden können und die eine niedrige Induktivität aufweisen.
Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren und die Beschreibung besser verstanden werden. Um das Prinzip der Erfindung besser veranschaulichen zu können, ist die Darstellung der Komponenten in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Weiterhin kennzeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Teile.
1 ist ein Schaltplan einer Leistungshalbleiteranordnung, die ein erstes Leistungshalbleitermodul aufweist, welches als Gleichtrichtermodul ausgebildet ist, und ein zweites Leistungshalbleitermodul, welches als Halbbrückenmodul ausgebildet ist, wobei beide Module mittels eines Streifenleiters an ein weiteres Modul angeschlossen sind, das als Zwischenkreiskondensator-Modul ausgebildet ist;
2 ist ein Schaltplan einer Leistungshalbleiteranordnung, die ein erstes Leistungshalbleitermodul umfasst, das als Gleichrichtermodul ausgebildet ist, ein zweites Leistungshalbleitermodul, das als Dreiphasen-Halbbrückenmodul ausgebildet ist, wobei beide Module mittels eines Streifenleiters an einem Steuermodul angeschlossen sind, das als Zwischenkreiskondensator-Modul ausgebildet ist, sowie eine Steuereinheit und eine Überwachungseinheit;
3a ist eine vertikale Schnittansicht eines Leistungshalbleitermoduls, das Lastanschlüsse und ein Mehrschichtsubstrat aufweist, welches Leistungshalbleiterchips trägt, wobei die Lastanschlüsse elektrisch mittels Verbindungslaschen an die Leistungshalbleiterchips angeschlossen sind.
3b ist eine Draufsicht auf das Substrat des in 3a gezeigten Moduls;
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleiteranordnung und eines mit dem Leistungshalbleitermodul zu verbindenden Streifenleiters, wobei sämtliche Leistungshalbleiterchips des Moduls auf einer Seite von Verbindungslaschen angeordnet sind;
5a ist eine Draufsicht auf eine Anzahl von Lastanschlüssen, die elektrisch miteinander verbunden sind und die entlang einer geraden Linie angeordnet sind;
5b ist eine Draufsicht auf eine Anzahl von Lastanschlüssen, die elektrisch miteinander verbunden sind, wobei eine gerade Linie einen mittleren Abstand von den Lastanschlüssen aufweist, der größer ist als Null;
5c eine Draufsicht auf eine Anzahl von Lastanschlüssen, die elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Lastanschlüsse als dicke Drähte ausgebildet sind, die kreisförmige Querschnitte und eine obere Spitze aufweisen;
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls und eines mit dem Leistungshalbleitermodul zu verbindenden Steifenleiters, wobei die Halbleiterchips des Moduls auf einander gegenüberliegenden Seiten von Verbindungslaschen angeordnet sind;
7 ist eine Schnittansicht einer Leistungshalbleiteranordnung, die zwei identische Leistungshalbleitermodule umfasst, die mittels eines Streifenleiters miteinander in Reihe geschaltet sind;
8a ist eine Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul, das als Halbbrückenmodul ausgebildet ist, in dem die miteinander verbundenen Lastanschlüsse entlang gerader Linien angeordnet sind;
8b ist eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß 8a entlang einer Linie B-B'
8c ist eine Querschnittsansicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß 8a entlang einer Linie C-C';
8d ist eine Draufsicht auf das Leistungshalbleitermodul gemäß 8a mit dem auf das Modul aufgesetzten Gehäusedeckel;
8e ist eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß 8d entlang einer Linie B-B'
9 ist eine Querschnittsansicht eines Lastanschlusses, der mittels einer Verbindungslasche elektrisch mit einer oberen Metallschicht eines Substrates verbunden ist;
10 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleiteranordnung, die ein Leistungshalbleitermodul und einen Zwischenkreiskondensator umfasst, die mittels eines Streifenleiters miteinander verbunden werden sollen, wobei das Leistungshalbleitermodul eine Stufe aufweist, so dass unterschiedliche Reihen von Lastanschlüssen in unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnet sind;
11 ist eine Querschnittsansicht eines Zwischenkreiskondensators, der erste Kondensatorelektroden umfasst, die elektrisch miteinander verbunden sind, und zweite Kondensatorelektroden, die elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Kondensatorelektroden abwechselnd und aufeinanderfolgend angeordnet sind;
12 eine Querschnittsansicht eines Zwischenkreiskondensator-Moduls, das ein Paar aufgewickelter Kondensatorelektroden umfasst.
13a, 13b zeigen ein Leistungshalbleitermodul, das eine Halbbrücke aufweist, wobei ein Steifenleiter elektrisch mit den Spannungsversorgungsanschlüssen des Moduls verbunden ist, und ein leitendes Blech, das an den Phasenausgang des Moduls angeschlossen ist;
14a ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Gehäusedeckels eines Leistungshalbleitermoduls, das Federklammern aufweist;
14b ist eine Draufsicht auf den Gehäusedeckel und die Federklammern von 14a;
14c ist eine Querschnittsansicht der Anordnung gemäß 14b entlang einer Linie G-G';
15a ist eine perspektivische Ansicht einer Press-Fit Verbindung, die einen Pin umfasst, welcher ein federartiges Element aufweist, das in eine Durchgangsöffnung eingesetzt ist;
15b ist eine vertikale Querschnittsansicht der Press-Fit Verbindung gemäß 15a;
15c ist eine horizontale Querschnittsansicht der Press-Fit Verbindung gemäß 15b;
16 ist eine perspektivische Ansicht eines massiven Pins; und
16b ist eine horizontale Schnittansicht einer Press-Fit Verbindung gemäß der Ansicht von 15c, wobei anstelle eines Pins, der ein federartiges Element aufweist, ein massiver Pin verwendet wird.
Aus Gründen der besseren Darstellbarkeit sind die Figuren – falls nicht anders erwähnt – nicht maßstäblich.
1 ist ein Schaltplan einer Leistungshalbleiteranordnung, die ein erstes Leistungshalbleitermodul 100 und ein zweites Leistungshalbleitermodul 120 umfasst, die mittels einer Streifenleiteranordnung, welche flache, leitende Bleche (hier als Streifenleiter bezeichnet) wie z. B. Streifenleiter 11, 12 oder leitende Bleche 11 oder 12, an ein Kondensatormodul 110 angeschlossen sind. In dem vorliegenden Beispiel ist das erste Halbleitermodul 100 als Gleichrichterbrückenmodul ausgebildet und umfasst sechs Dioden 3, Anschlüsse 103, 104, 105 für die Spannungsversorgung, und Spannungsausgangsanschlüsse 101, 102. Jeder der Anschlüsse für die Spannungsversorgung ist beispielsweise mittels eines Streifenleiters an eine der drei Phasen einer Netzspannungsversorgung 5 angeschlossen. Das zweite Leistungshalbleitermodul 120, das in einer Halbbrückenkonfiguration über die Spannungsversorgungsanschlüsse 121, 122 mit elektrischer Energie versorgt wird, umfasst zwei steuerbare Halbleiterchips 1, z. B. bipolare Transistoren mit isolierten Gate (IGBT), sowie Freilaufdioden 2. Allerdings können ebenso auch andere steuerbare Leistungshalbleiterchips wie zum Beispiel MOSFETs, Thyristoren oder dergleichen eingesetzt werden. Die Halbbrücke umfasst einen oberen Halbbrückenzweig, der mittels eines Steuereingangs 124 steuerbar ist, und einen unteren Halbbrückenzweig, der mittels eines Steuereingangs 125 steuerbar ist. Ein Kondensatormodul 110, das einen Zwischenkreiskondensator 4 umfasst, ist mittels Lastanschlüssen 113, 114 mit den Streifenleitern 11 und 12 verbunden. Der Ausgang der Halbbrücke ist an einen Phasenausgangs-Leistungsanschluss 123 angeschlossen. Um die Stromtragfähigkeit zu erhöhen, kann anstelle von nur einem steuerbaren Halbleiterchip 1 eine Anzahl von z. B. identischen Leistungshalbleiterchips parallel geschaltet werden.
2 ist ein Schaltplan einer weiteren beispielhaften Halbleiteranordnung, die eine Anzahl von z. B. identischen, parallel geschalteten Leistungshalbleiterchips aufweist. Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst das zweite Leistungshalbleitermodul 120 anstelle von nur einer Halbbrücke drei Halbbrücken A, B, C. Die oberen Halbbrückenzweige der Halbbrücken A, B, C sind mittels Steueranschlüssen 124a, 124b und 124c und die unteren Halbbrückenzweige mittels Steueranschlüssen 125a, 125b und 125c steuerbar. Die Halbbrücken A, B, C sind an Ausgangsspannungsanschlüsse 13a, 13b bzw. 13c angeschlossen. Eine Steuereinheit 130, die einen Steuerschaltkreis 131 und Treiberschaltkreise 132a, 132b, 132c, 133a, 133b, 133c umfasst, ist an Steueranschlüsse 124a, 124b, 124c, 125a, 125b und 125c angeschlossen. Der Steuerschaltkreis 131 ist dazu ausgebildet, die Treiberschaltkreise 132a, 132b, 132c, 133a, 133b, 133c zu steuern, beispielsweise um bestimmte der steuerbaren Leistungshalbleiterchips 1 ein- oder auszuschalten. Die Steuereinheit 130 oder beliebige Teile davon können in das Leistungshalbleitermodul 120 integriert oder – wie in 2 gezeigt – außerhalb des Moduls 120 angeordnet sein.
Eine Last 150, z. B. ein Dreiphasenmotor M, ist mittels Leitungen 151a, 151b, 151c an Phasenausgangslastanschlüsse 13a, 13b und 13c des Moduls 120 angeschlossen. Die Leitungen 151, 151b, 151c sind mit Stromsensoren 141a, 141b bzw. 141c gekoppelt. Die Stromsensoren 141a, 141b und 141c detektieren die Ströme in den Leitungen 151a, 151b und 151c. Eine Überwachungseinheit 140, die an den Steuerschaltkreis 131 angeschlossen ist, überwacht die Signale der Stromsensoren 141a, 141b, 141c und versetzt den Steuerschaltkreis 131 in die Lage, einen, einige oder alle der Leistungshalbleiterchips 1 in Abhängigkeit von den Ausgangsströmen in den Leitungen 141a, 141b, 141c zu steuern.
3a ist eine Querschnittsansicht des Leistungshalbleitermoduls 120, das die Leistungshalbleiterchips 1 umfasst, sowie ein Substrat 20 mit wenigstens einer Metallschicht 21, 23, 25 und mit wenigstens einer Keramikschicht 22, 24, welche jeweils zwischen benachbarten der Metallschichten 21, 23, 25 angeordnet sind. Die oberste Metallschicht 21 des Substrates 20 weist Abschnitte 21a, 21b, 21c, 21d auf, die in einem geringen Abstand voneinander angeordnet sind. Die auf dem Substrat angeordneten Komponenten sind mittels der Metallschichten 23, 25 des Substrates 20 miteinander verbunden. Weiterhin sind in den Keramikschichten 22 Durchkontaktierungen 26 angeordnet, um verschiedene Metallschichten oder Abschnitte verschiedener Metallschichten elektrisch miteinander zu verbinden. Optional kann die untere Metallschicht 25 in Abhängigkeit von den Erfordernissen des jeweiligen Schaltkreises elektrisch gegenüber der oberen Metallschicht 21 oder gegenüber einer der Metallschichten 23 elektrisch isoliert sein.
Die steuerbaren Leistungshalbleiterchips weisen zu ihrer elektrischen Verbindung Anschlussbereiche 1a, 1b auf. Bei solchen Anschlussbereichen 1a, 1b kann es sich abhängig von den Erfordernisse des jeweiligen Einzelfalls beispielsweise um Metallisierungsschichten bzw. Aluminium- und/oder Kupferschichten handeln und eine elektrische Verbindung zu einem Draingebiet, zu einem Sourcegebiet, zu einem Kollektorgebiet, zu einem Emittergebiet, zu einem Anodengebiet oder zu einem Kathodengebiet handeln. Im Fall eines Bauelements, das eine Vertikalstruktur aufweist, können die Anschlussbereiche 1a und 1b des Chips 1 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Chips 1 angeordnet sein. Alternativ dazu können die Anschlussbereiche 1a und 1b des Chips 1 im Fall eines Bauelements, das eine laterale Struktur aufweist, auf derselben Seite des Chips 1 angeordnet sein.
Die steuerbaren Halbleiterchips 1 sind mittels eines Lotes 27 an Abschnitte 21a und 21c angeschlossen, und mittels Bonddrähten an Abschnitte 21a und 21b. Anstelle von Löten können ebenso Hartlöten, elektrisch leitendes Kleben oder eine Niedertemperatur-Verbindungstechnik (LTJT), bei der eine Silberpaste zwischen die Verbindungspartnern eingebracht wird, eingesetzt werden.
Um das Modul 120 zum Beispiel an eine Spannungsversorgung, eine Last oder einen Zwischenkreiskondensator extern anzuschließen, weist das Modul Leistungsanschlüsse auf, die von der Außenseite des Leistungshalbleitermoduls 120, d. h. an der Außenseite eines Gehäuses des Moduls 120 (in den Figuren nicht gezeigt) zugänglich und elektrisch kontaktierbar sind. Ein derartiger Leistungsanschluss weist steckerartige Elemente 41, 42, 43 auf, die einen Teil einer Press-Fit Verbindung, z. B. einen Stecker oder eine Buchse, darstellen. In 3a sind die steckerartigen Elemente 41, 42, 43 über die Laschen 31, 32 und 33 und die Abschnitte 21a, 21c und 21d elektrisch an die Leistungshalbleiterchips 1 angeschlossen. Die Verbindungslaschen 31, 32, 33 weisen Verbindungsfüße 71, 72 und 73 auf, welche benachbart zu den betreffenden Verbindungslaschen 31, 32, 33 angeordnet sind. Wie in 3a gezeigt ist, können ein Leistungsanschluss 41, 42, 43 und die betreffende Anschlusslasche 31, 32, 33 optional einstückig ausgebildet sein. Eine Verbindungslasche 31, 32, 33 kann z. B. aus einer flachen, abgewinkelten oder gebogenen Metallplatte oder einem dicken Metalldraht hergestellt sein und in einer zur Unterseite 20b des Substrates parallelen Schnittebene eine Querschnittsfläche von beispielsweise mehr als 5 mm² aufweisen. Die Unterseite 20b des Substrats 20 ist von den Leistungshalbleiterchips 1 abgewandt. Zwischen den Anschlusslaschen 31, 32 ist ein Isolationsstreifen 31 angeordnet.
Um ein Anschlussbein 71, 72 und 73 elektrisch an einen Anschlussbereich 1a oder 1b des Chips 1 anzuschließen, kann das betreffende Anschlussbein direkt mit einem Anschlussbereich 1a verbunden werden, der auf der dem Substrat 10 abgewandten Seite des Chips 1 angeordnet ist, oder mit einem Abschnitt 21a, 21b, 21c, 21d einer der Metallschichten 21, 23, 25. Als Verbindungstechnik können Löten, Hartlöten, transientes Flüssigphasenlöten (transient liquid Phase soldering), Schweißen, Bonden, elektrisch leitendes Kleben, oder eine Niedertemperatur-Verbindungstechnik (LTJT), bei der eine Silberpaste verwendet wird. Alternativ dazu kann ein Anschlussbein 71, 72, 73 direkt gegen den betreffenden Anschlussbereich 1a oder gegen den betreffenden Abschnitt 21a, 21b, 21c, 21d von einer der Metallschichten 21, 23, 25 gepresst werden, um einen Druckkontakt zu erzeugen.
Der externe Anschluss des Leistungshalbleitermoduls 120 erfolgt mittels flacher Leiterbleche 11, 12 und 13. die Bleche 11 und 12 verlaufen parallel und zum Beispiel 0,1 mm bis 5 mm voneinander beabstandet und bilden eine Streifenleiteranordnung 15 aus. Optional kann die Streifenleiteranordnung eine Isolationsschicht 19 aufweisen, die zwischen den leitenden Blechen 11 und 12 angeordnet ist. Um den Phasenausgangs-Leistungsanschluss 43 extern anzuschließen, wird ein flaches leitendes Blech 1 eingesetzt. 3b ist eine Draufsicht entlang der Linie A-A' gemäß 3a auf das Substrat 20 des in 3a gezeigten Moduls 120. Wie daraus ersichtlich ist, sind die Abschnitte 21a, 21b, 21c, 21d der oberen Metallschicht 21 beabstandet von einander angeordnet.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls 120. Das Modul 120 weist ein Substrat 20 auf, Leistungshalbleiterchips 1, die an dem Substrat 20 befestigt sind, eine Anschlusslasche 31 mit steckerartigen Elementen 41 an einem Ende und Beinen 71 am anderen Ende, sowie eine Anschlusslasche 32 mit steckerartigen Elementen 42 an einem Ende und einem Anschlussbein 72 an dem anderen Ende. Die Anschlusslaschen 31, 32 verbinden die Anschlussbeine 71, 72 mit den betreffenden steckerartigen Elementen 41, 42. Bei einer geeigneten Anordnung der Leistungshalbleiterchips 1, z. B. in einer oder mehreren parallelen Reihen, die zu einer ersten geraden Linie g1 parallel verlaufen, und einer geeigneten Struktur der Metallschichten auf dem Substrat 20 verläuft der Hauptstrom in zwei parallelen, entgegengesetzten Richtungen. In 4 sind die betreffenden Richtungen des Stromes durch Pfeile I dargestellt.
Auf dem Substrat 20 ist eine Anzahl von Leistungshalbleiterchips 1 angeordnet. Jeder der Leistungshalbleiterchips 1 weist einen ersten Anschlussbereich 1a auf, und einen zweiten Anschlussbereich, der auf der Unterseite des Leistungshalbleiterchips 1 angeordnet und deshalb in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Bei dem ersten Anschlussbereich 1a und dem zweiten Anschlussbereich kann es sich um einen Drain-Anschlussbereich oder um einen Source-Anschlussbereich oder um einen Kollektor-Anschlussbereich oder um einen Emitter-Anschlussbereich oder um einen Anoden-Anschlussbereich oder um einen Kathoden-Anschlussbereich handeln. Alle ersten Anschlussbereiche 1a bzw. alle zweiten Anschlussbereiche sind elektrisch miteinander verbunden. Die Anzahl der steckerartigen Elemente 41 und der steckerartigen Elemente 42 ist jeweils wenigstens zwei, so dass auf der einen Seite eine ausreichende mechanische Stabilität erreicht wird, und dass auf der anderen Seite ein Stromfluss in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Hauptstromes (Querströme) vermieden werden.
In der Streifenleiteranordnung 15 weisen die leitenden Bleche 11 und 12 Öffnungen 51 auf, und Öffnungen 52 (in 4 nicht im Detail gezeigt, da sie unter der Isolationsschicht 19 und dem leitenden Blech 11 verborgen sind), die mit den Leistungsanschlüssen 41 bzw. 42 zusammenpassen. Um die Streifenleiteranordnung 15 an die Laschen 31, 32, welche steckerartige Elemente 41, 42 aufweisen, anzuschließen, werden die Öffnungen 51 und 52 oberhalb der steckerartigen Elemente 41 bzw. 42 angeordnet und eine Kraft F von oben auf die Streifenleiteranordnung 15 ausgeübt, um die Streifenleiteranordnung 15 gegen die Laschen 31, 32 zu pressen. Hierdurch dringen die steckerartigen Elemente 41, 42 in die betreffenden Öffnungen 51, 52 ein und bilden dabei Press-Fit Verbindungen aus.
Wie aus 4 ersichtlich ist, sind die steckerartigen Elemente entlang einer ersten geraden Linie g1, die beispielsweise parallel zur Unterseite 20b des Substrates 20 verlaufen kann, aufeinanderfolgend angeordnet. Die steckerartigen Elemente 42 sind aufeinanderfolgend entlang einer zweiten geraden Linie g2 angeordnet, die parallel zu der ersten geraden Linie g1 verläuft. Die steckerartigen Elemente 41 erstrecken sich über einen Bereich b41 und die steckerartigen Elemente 52 über einen Bereich b42, wobei beide Bereiche im Wesentlichen die selbe Größe aufweisen. In Richtungen parallel zu den Richtungen der geraden Linien g1, g2 erstrecken sich die leitenden Bleche 11 und 12 über Bereiche b201 bzw. b202. Um Querströme zu vermeiden, sind die Bereiche b201 und b202 zueinander und zu den Bereichen b41, b42 gleich gewählt. In 4 ist das rechte Ende der Streifenleiteranordnung 15 mit dem Modul 120 verbunden. Auf die gleiche Weise kann das andere Ende ebenso Öffnungen 51, 52, wie sie oben beschrieben sind, aufweisen, so dass es mit einer weiteren elektronischen Komponente (nicht gezeigt), z. B. einem Kondensator oder einem weiteren Leistungshalbleitermodul, verbunden werden kann. Hierzu kann die elektronische Komponente steckerartige Elemente wie die steckerartigen Elemente 41, 42 aufweisen. Die Streifenleiteranordnung 15 verläuft im Wesentlichen parallel zu dem Substrat 20 und besitzt in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Substrates 20 einen Abstand 11 zu den Leistungshalbleiterchips 1. Weiterhin besitzt die Reihe der Leistungshalbleiterchips 1, die am nächsten bei der weiteren elektronischen Komponente (nicht gezeigt) angeordnet ist, in einer Richtung parallel zur Ebene des Substrats 20 und senkrecht zu der Richtung der ersten geraden Linie g1 einen Abstand 12 zu den Öffnungen 52 des unteren leitenden Bleches 12 und zu den betreffenden steckerartigen Elementen der weiteren elektronischen Komponente (nicht gezeigt), wenn letztere mit der Streifenleiteranordnung 15 verbunden ist.
Die 5a bis 5c sind Draufsichten auf verschiedene Beispiele steckerartiger Elemente 41. 5a zeigt das steckerartige Element 41 aus 4. Die ersten Leistungsanschlüsse 41 sind innerhalb eines Bereichs b41 entlang einer geraden Linie g1 aufeinanderfolgend in einem Abstand d41 voneinander bis zu einem Abstand dmax zwischen dem ersten und letzten steckerartigen Element angeordnet. 5b zeigt eine Anordnung, bei der die ersten Leistungsanschlüsse 41 nicht entlang einer geraden Linie g1 angeordnet sind, sondern in Abständen d1, d2, d3, d4, d5 senkrecht zu der geraden Linie g1. Der maximale der Abstände d1, d2, d3, d4, d5 kann so gewählt werden, dass sich der Streifenleiter 11 nicht mit dem Streifenleiter 12, der parallel zu dem mit der Lasche 31 zu verbindenden Streifenleiter 11 verläuft, überlagert. Die in 5c gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der in 5b gezeigten darin, dass die steckerartigen Elemente 41 als dicke Drähte ausgebildet sind, die kreisförmige Querschnitte aufweisen, sowie eine obere Spitze, um das Verbinden des Leistungshalbleitermoduls mit dem Streifenleiter zu vereinfachen. Im Vergleich zu den Streifenleitern gemäß 4 können die mit den steckerartigen Elementen 41 gemäß 5c verbundenen leitenden Bleche kreisförmige Bohrungen aufweisen. Die Abstände zwischen den Streifenleitern 11, 12 hängen von der angestrebten Isolationsfestigkeit ab. Je kleiner der Abstand zwischen zwei parallel angeordneten Streifenleitern 11, 12 ist, desto geringer ist die Induktivität der die Streifenleiter 11, 12 aufweisenden Anordnung 15.
In 4 sind alle Leistungshalbleiterchips 1 des Leistungshalbleitermoduls 120 auf einer Seite der Laschen 31, 32 angeordnet. In 6 sind die Leistungshalbleiterchips 1 des Leistungshalbleitermoduls 120 auf beiden Seiten der Anschlusslaschen 31, 32 angeordnet. Bezug nehmend auf die 4 und 6 fließt ein Strom I in den Metallschichten des Substrates und in dem Bereich nahe des Substrates, wobei die Ströme I im wesentlichen parallel zu einer Hauptrichtung verlaufen und Querströme auf ein Minimum reduziert sind.
7 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleiteranordnung, die zwei identische Leistungshalbleitermodule 120 aufweist, die in Reihe geschaltet sind. Jedes der Leistungshalbleitermodule 120 weist z. B. einen Leistungshalbleiterschalter 1 und eine an diesen angeschlossene Freilaufdiode 2 auf. Jedes der Module 120 umfasst weiterhin eine Bodenplatte 10 auf, die z. B. aus Metall bestehen kann, und die – bei Bedarf mit einer dazwischen angeordneten Wärmeleitpaste – gegen einen gemeinsamen Kühlkörper 9 gepresst werden kann. Jedes der Module 120 kann weiterhin einen Gehäusedeckel 30 aufweisen, der zusammen mit der betreffenden Bodenplatte 10 ein Gehäuse des Moduls 120 bildet.
8a ist eine Draufsicht einer anderen Ausgestaltung eines Leistungshalbleitermoduls 120. Das Modul 120 weist ein Substrat 20 mit einer Keramikschicht 22 und einer oberen Metallschicht 21 auf. Die obere Schicht 21 umfasst voneinander beabstandete Abschnitte 21a, 21b, 21c, 21d, 21e und 21f. Das Modul 120 weist eine Halbbrücke mit einem oberen Halbbrückenzweig und einem unteren Halbbrückenzweig auf. Der obere Halbbrückenzweig umfasst sieben Leistungshalbleiterchips 1 und sieben Freilaufdioden 2, wobei die Leistungshalbleiterchips 1 und die Freilaufdioden 2 des oberes Halbbrückenzweiges mit den betreffenden zweiten Anschlussbereichen 1b und 2b (in 8a nicht sichtbar) elektrisch leitend mit einem Abschnitt 21b der oberen Metallschicht 21 verbunden sind. Entsprechend sind die Leistungshalbleiterchips 1 und die Freilaufdioden 2 des unteren Halbbrückenzweiges mit den betreffenden zweiten Anschlussbereichen 1b und 2b (in 8a nicht sichtbar) elektrisch leitend mit einem Abschnitt 21e der oberen Metallschicht 21 verbunden. Die ersten Anschlussbereiche 1a, 1b oben auf den Leistungshalbleiterchips 1 und den Freilaufdioden 2 des oberen Halbbrückenzweiges sind mittels Bonddrähten 28 an einem Abschnitt 21c der oberen Metallschicht 21 angeschlossen. Die ersten Anschlussbereiche 1a, 1b oben auf den Leistungshalbleiterchips 1 und den Freilaufdioden 2 des unteren Halbbrückenzweiges sind mittels Bonddrähten 28 an einem Abschnitt 21d der oberen Metallschicht 21 angeschlossen. Die Leistungshalbleiterchips 1 des oberen Halbbrückenzweiges weisen Steueranschlussbereiche auf, die oben auf den Halbleiterchips 1 angeordnet und mittels Bonddrähten 28b mit einem Abschnitt 21a der oberen Metallschicht 21 elektrisch leitend verbunden sind. Entsprechend weisen die Leistungshalbleiterchips 1 des unteren Halbbrückenzweiges Steueranschlussbereiche auf, die oben auf den Halbleiterchips 1 angeordnet und mittels Bonddrähten 28b mit einem Abschnitt 21f der oberen Metallschicht 21 elektrisch leitend verbunden sind.
Die Leistungshalbleitermodule 120 weisen weiterhin zu ihrer externen Kontaktierung Leistungseingangsanschlüsse 141, 142 und einen Leistungsausgangsanschluss 143 (Phasenausgangsanschluss) auf. Der Leistungseingangsanschluss 141 ist mit einem Abschnitt 21d, der Leistungseingangsanschluss 142 mit einem Abschnitt 21b, und der Phasenausgangsanschluss 143 mit Abschnitten 21c und 21e elektrisch leitend verbunden. Die betreffenden elektrischen Verbindungen sind mittels Verbindungslaschen 31, 32 bzw. 33 gebildet. Die Laschen 31, 32 und 33 weisen Anschlussbeine 71, 72 bzw. 73 auf, die mit den betreffenden Abschnitten 21c, 21b und 21c/21e direkt verbunden sind. Alternativ dazu können einzelne Anschlussbein direkt mit einem Anschlussbereich 1a, 1b oben auf einem Leistungshalbleiterchip 1 und/oder einer Freilaufdiode 2 verbunden werden. Als Verbindungstechniken können Löten oder elektrisch leitendes Kleben eingesetzt werden, oder eine Niedertemperaturverbindungstechnik (LTJT = low temperature joining technique), bei der eine Silberpaste verwendet wird. Die Teile 61, 62 und 63 bilden Bus Schienen (”bus bars”), die sich parallel zu dem Substrat 20 erstrecken. Die Gesamtheit der ersten Anschlussbeine 71 weist von einer Kante des Substrates 20 einen minimalen Abstand d71 min auf, und die Gesamtheit der zweiten Anschlussbeine 72 weist von einer Kante des Substrates 20 einen minimalen Abstand d72 min auf. Weiterhin weist die Gesamtheit der dritten Anschlussbeine 73 von einer Kante des Substrates 20 einen minimalen Abstand d73 min auf. Um die Steueranschlussbereiche des Leistungshalbleiterchips 1 anzuschließen, sind ein mit dem Abschnitt 21a verbundener Anschluss 64 und ein mit dem Abschnitt 21f verbundener Anschluss 65 vorgesehen.
Die 8b und 8c sind Querschnittsansichten entlang von Linien B-B' und C-C' gemäß 8a. In diesen Ansichten sind auch die zweiten Anschlussbereiche 1b, 2b des Leistungshalbleiterchips 1 bzw. der Freilaufdioden 2 zu sehen. 8d ist eine Draufsicht auf die Module gemäß 8a. Allerdings ist in 8d ein auf die Module 120 aufgesetzter Gehäusedeckel 30 gezeigt. Der Gehäusedeckel 30 umfasst Öffnungen, durch die die Leistungsanschlüsse 41, 42, 43 und die Steueranschlüsse 64, 65 über den Gehäusedeckel hinausragen. Das Hinausragen der Anschlüsse 41, 42, 43, 64, 65 ist in 8e zu sehen, die eine Querschnittsansicht des Moduls 120 entlang einer Linie B-B' gemäß 8d darstellt.
9 zeigt ein Anschlussbein 71 und eine Lasche 31, die das Anschlussbein 71 mit einem Leistungsanschluss 41 verbindet. Das Bein 71 ist direkt an die obere Metallschicht eines Substrates 20, das Metallschichten 21, 23 und eine zwischen den Metallschichten 21 und 23 angeordnete Keramikschicht 22 aufweist, gelötet.
10 zeigt eine Leistungshalbleiteranordnung, die ein Leistungshalbleitermodul 100 umfasst, das mit einer Streifenleiteranordnung 15 verbunden werden soll. Das Leistungshalbleitermodul 100 kann z. B. ein Dreiphasen-Gleichrichtermodul enthalten. Eine Steuereinheit 130 zur Steuerung des Moduls 100 ist an der Außenseite des Gehäusedeckels 30 befestigt. Das Substrat des Leistungshalbleitermoduls 100 ist gegenüberliegend der Steuereinheit angeordnet. Als Anschlüsse des Moduls 100 zu dessen Verbindung mit einem Zwischenkreiskondensator-Modul 110 (wie in 2 gezeigt) weist das Modul 100 steckerartige Elemente 41 und steckerartige Elemente 42 auf. Die steckerartigen Elemente 44 und die steckerartigen Elemente 45 sind entlang einer geraden Linie g4 bzw. einer geraden Linie g5 angeordnet, wobei beide Linien zu den Linien g1 und g2 parallel verlaufen.
Wie bereits oben aufgeführt wurde, weist die Streifenleiteranordnung 15 voneinander beabstandete, leitende Metallbleche 11, 12 und eine zwischen den leitenden Metallblechen 11, 12 angeordnete Isolationsschicht 19 auf. Das leitende Metallblech 11 verbindet steckerartige Elemente 41 und 45, das leitende Metallblech 12 steckerartige Elemente 43 und 44. Um die Montage zu vereinfachen und eine verbesserte Isolationsfestigkeit zu erreichen, weist der Gehäusedeckel 30 des Leistungshalbleitermoduls 100 eine Stufe auf, so dass die steckerartigen Elemente 41 in einem anderen Höhenniveau angeordnet sind als die steckerartigen Elemente 42. Die steckerartigen Elemente 44 und die steckerartigen Elemente 45 können bezüglich der Lastanschlüsse 41, 42 auf eine ähnliche Weise wie oben beschrieben angeordnet sein. Die in den flachen leitenden Blechen 11 und 12 vorgesehenen Öffnungen 52 und 52 bilden zusammen mit den steckerartigen Elementen 41, 42, 44, 45 Press-Fit Verbindungen, wie sie oben beschrieben wurden.
Das Modul weist weiterhin drei Phasenausgangsanschlüsse mit steckerartigen Elementen 43a, 43b, 43c auf. Metallbleche 151a, 151b und 151c sind elektrisch mit den betreffenden Phasenausgangsleistungsanschlüssen 43a, 43b bzw. 43c wie oben beschrieben mittels Press-Fit Kontakten verbunden.
Bei einer solchen Anordnung verringert sich die Induktivität mit steigendem Strom durch das Leistungshalbleitermodul 100 und die Streifenleiter 11 und 12. Wenn I_max den maximalen Strom durch das Leistungshalbleitermodul 100, der das doppelte des Nominalstroms des Leistungshalbleitermoduls 100 betragen kann, darstellt, kann die Induktivität L der Anordnung weniger als beispielsweise 10^–5 Vs/I_max betragen. Die Induktivität L ist hauptsächlich durch einen Abstand 1 bestimmt, der durch die Summe der in 4 beschriebenen Abstände 11 und 12 zwischen dem (den) Leistungshalbleitermodul(en) 100 und dem (den) Kondensator(en) 110 gegebenen ist: l = l1 + l2
Eine obere Grenze des Verhältnisses d/b, wobei d der Abstand zwischen den Streifenleitern 11 und 12 ist und b die Breite der Streifenleiter 11 und 12 (z. B. ist in 4 b = b42, in 6 b = b201 = b202), kann beispielsweise wie folgt ermittelt werden:
wobei μ0 = 4·Pi·10^–7 V·s/(A·m) die Vakuumpermeabilität mit Pi = 3,1415... darstellt.
11 ist eine Querschnittsansicht des Kondensatormoduls 110, wie es bezugnehmend auf die 1 und 2 beschrieben ist. Das Modul 110 weist Kondensatorelektroden 115 auf, die elektrisch mit den steckerartigen Elementen 44 verbunden sind, und Kondensatorelektroden 116, die mit den steckerartigen Elementen 45 verbunden sind, wobei die Kondensatorelektroden 115, 116 abwechselnd und aufeinander folgend angeordnet sind. Das Innere des Gehäuses 21 kann mit einem Dielektrikum 119, z. B. einem Silikon oder einem Epoxidharz, vergossen sein. Ein weiteres Kondensatormodul 110 ist in 12 gezeigt, wobei die erste Elektrode 115 und die zweite Elektrode 116 zusammen aufgewickelt sind.
13a und 13b zeigen ein Leistungshalbleitermodul 120, wobei 13b eine Querschnittsansicht des Moduls 120 entlang einer Linie F-F' der durch 13a gegebenen Draufsicht darstellt. In dem Modul 120 führen Ströme I11 und I12, die in den leitenden Blechen 11 und 12 im Wesentlichen parallel verlaufen, die jedoch entgegengesetzte Richtungen aufweisen durch Überlagerung zu einem resultierenden Strom I120. Ein Strom I13 des an die Phasenausgangsanschlüsse 43 angeschlossenen leitenden Bleches 13 weist eine Hauptrichtung auf, deren Richtung im Wesentlichen senkrecht ist zur Hauptrichtung des Stromes I120.
14a ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Gehäusedeckels 30 eines Leistungshalbleitermoduls. Eine Anzahl von Lastanschlüssen 41, die im Wesentlichen entlang einer geraden Linie angeordnet sind, erstreckt sich durch den Gehäusedeckel 30. Die Lastanschlüsse 41 weisen Federklammern auf, von denen jede Federbeine 41a, 41b besitzt. Jede der Federklammern 41 ist mittels einer eigenen Anschlusslasche 31 mit einem Anschlussbein 71 verbunden. In 14b, die eine Draufsicht auf den Gehäusedeckel 30 darstellt, wird ein leitendes Blech 11 einer Streifenleiteranordnung mit Öffnungen 51 gegen den Gehäusedeckel 30 geschoben, so dass die Öffnungen 51 mit den Federklammer 41 zusammenpassen. 14c ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie G-G' gemäß 14b. Nachdem die Öffnungen 51 vollständig auf die Federklammern 41 aufgeschoben sind, ist das Leistungshalbleitermodul elektrisch über annähernd die ganze Breite der Streifenleiteranordnung mit dem leitenden Blech verbunden, wodurch Querströme verringert sind.
Alternativ zu einer Federklammer-Verbindung, wie sie in den 14a bis 14c gezeigt ist, sind andere Press-Fit Verbindungen, die beispielsweise eine gabelartige Struktur, eine augenartige Struktur, eine verdrehte Struktur, eine bolzenartige Struktur, oder eine nietenartige Struktur aufweisen, einsetzbar. Abweichend von den vorangehend erläuterten Anordnungen, können auch Module mit niedrigem Profil eingesetzt werden, bei denen Leistungsanschlüsse auf einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses des Leistungshalbleitermoduls angeordnet sind.
Zum Beispiel kann eine Press-Fit Verbindung zwischen einem gebohrtem Durchgangsloch und einem Anschlusspin dadurch hergestellt werden, dass ein Pin mit Übergröße in das gebohrte Durchgangsloch eingepresst wird. Das wesentliche Merkmal besteht darin, dass der Querschnitt des Pin größer sein muss als der Durchmesser des Lochs. Dies führt an dem Pin und dem gebohrten Durchgangsloch zu einem Materialüberlapp, der durch eine Deformation entweder des Pins oder des Lochs aufgenommen werden muss. Die Deformation kann elastisch oder nichtelastisch sein. Die obere Seite des Pins 41 kann Teil einer Lasche 31 sein, wie sie z. B. in 4 gezeigt ist, oder mit einer solchen verbunden sein.
15a zeigt ein Beispiel einer Press-Fit Verbindung zwischen einem nachgiebigen Pin 41 und einem Durchgangsloch 51 eines Streifenleiters 11. Der Pin 41 weist zwei Zweige 41a, 41b auf, die ein federartiges Element bilden. Wenn die Zweige 41a, 41b in das Durchgangsloch 51 eingeführt werden, werden sie elastisch zusammengedrückt. Aufgrund der Kompression, wie sie in 15b zu sehen ist, wirkt eine Spannung F auf die innere Seitenwand des Durchgangslochs 51 und bildet eine feste Verbindung zwischen dem Pin und dem Durchgangsloch 51. Optional kann das Durchgangsloch 51 mittels eines Auges 11averstärkt sein. In der in 15c gezeigten horizontalen Querschnittsansicht ist zu erkennen, dass es aufgrund der Elastizität des durch die Zweige 41a, 41b gebildeten federartigen Elements nicht zu einer signifikanten Deformation der inneren Seitenwände 51 des Durchgangslochs 51 kommt.
Alternativ dazu kann an Stelle eines nachgiebigen Pins ein massiver Pin 41, wie er z. B. in 16a gezeigt ist, verwendet werden. Zur Ausbildung einer festen Verbindung zwischen dem Pin 41 und dem Streifenleiter 11 deformiert der massive Pin 41 die Seitenwand 51a des Durchgangslochs 51, was in der horizontalen Querschnittsansicht gemäß 16b zu sehen ist.
Auch wenn verschiedene Beispiele für die Realisierung der Erfindung offenbart wurden, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der Erfindung aufweisen, ohne dabei den Erfindungsgedanken und den Schutzbereich zu verlassen. Es wird von denjenigen, die eine vernünftige technische Erfahrung besitzen, verstanden werden, dass andere Komponenten, die die selben Funktionen aufweisen, in geeigneter Weise eingesetzt werden können. Solche Modifikationen des erfinderischen Konzepts werden als durch die beigefügten Ansprüche umfasst angesehen.

Claims

Leistungshalbleiteranordnung umfassend einen Leistungshalbleiterchip, der mit wenigsten zwei steckerartigen Elementen elektrisch mit einem ersten Set steckerartiger Elemente verbunden ist; einen Metallstreifenleiter, der ein Set von Öffnungen zur Aufnahme des Sets der steckerartigen Elemente aufweist; wobei das Set von Öffnungen in dem Metallstreifenleiter und das Set steckerartiger Elemente eine Press-Fit Verbindung ausbilden.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 1, die weiterhin ein Substrat mit wenigstens einer Metallisierungsschicht aufweist, die den Leistungshalbleiterchip trägt, wobei das Set steckerartiger Elemente auf der Metallisierungsschicht montiert ist.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die steckerartigen Elemente eine pinartige, eine gabelartige, eine augenartige, eine bolzenartige oder nietenartige Struktur aufweisen.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die steckerartigen Elemente des Sets entlang einer geraden Linie angeordnet sind.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die steckerartigen Elemente direkt auf einen Abschnitt der Metallisierungsschicht des Substrates gelötet, geschweißt, gebondet oder elektrisch leitend geklebt sind.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die steckerartigen Elemente durch eine kammartige Struktur an einem Ende einer Lasche ausgebildet sind, wobei die Lasche auf einen Abschnitt der Metallisierungsschicht des Substrates gelötet, geschweißt, gebondet oder elektrisch leitend geklebt ist.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die ein weiteres Set steckerartiger Elemente umfasst, das wenigstens zwei steckerartige Elemente aufweist; wenigstens einen weiteren auf dem Substrat angeordneten Leistungshalbleiterchip aufweist, wobei jeder weitere Leistungshalbleiterchip einen ersten und einen zweiten Lastanschluss aufweist und wobei jeder der ersten Lastanschlüsse mit dem Set der steckerartigen Elemente und jeder der zweiten Lastanschlüsse mit dem weiteren Set steckerartiger Elemente verbunden ist.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 7, die einen weiteren Metallstreifenleiter aufweist, der ein weiteres Set von Öffnungen zur Aufnahme des weiteren Sets steckerartiger Elemente umfasst, wobei das weitere Set von Öffnungen und das weitere Set von steckerartigen Elementen eine Press-Fit Verbindung ausbilden, und wobei der erste Metallstreifenleiter und der weitere Metallstreifenleiter parallel zueinander angeordnet sind.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 8, bei der der eine Metallstreifenleiter und der weitere Metallstreifenleiter mittels eines Isolationsstreifens voneinander getrennt sind.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 9, bei der der eine Metallstreifenleiter, der weitere Metallstreifenleiter und der Isolatorstreifen so angeordnet sind, dass Ströme in den Metallstreifenleitern in entgegengesetzten Richtungen fließen.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 10, bei der die Induktivität der Anordnung aus dem einen Metallstreifenleiter, dem weiteren Metallstreifenleiter und dem Isolationsstreifen geringer ist als die Induktivität eines jeden der einzelnen Metallstreifenleiter.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, die einen einzelnen Leistungstransistor, eine Transistorhalbbrücke, eine Dreiphasenbrücke, oder eine Freilaufdiode aufweisen.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einer weiteren elektronischen Komponente, die einen ersten Lastanschluss aufweist, der elektrisch mit einem dritten Set steckerartiger Elemente verbunden ist, wobei der erste Metallstreifenleiter ein drittes Set von Öffnungen aufweist, die das dritte Set steckerartiger Elemente aufnehmen und dabei eine Press-Fit Verbindung zwischen dem Leistungshalbleiterchip und der weiteren elektronischen Komponente ausbilden.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 13, bei der die weitere elektronische Komponente ein Blockkondensator ist.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 13, bei der die weitere elektronische Komponente ein Steuerschaltkreis für den Leistungshalbleiterchip oder die Leistungshalbleiterchips ist.
Eine Leistungshalbleiteranordnung umfassend ein Keramiksubstrat, das wenigstens eine strukturierte Metallisierungsschicht aufweist; einen Leistungshalbleiterchip, der auf der Metallisierungsschicht angeordnet ist und der wenigstens einen ersten Lastanschluss und wenigstens einen zweiten Lastanschluss aufweist, wobei der erste Lastanschluss mit einem ersten Set steckerartiger Elemente verbunden ist, und wobei der zweite Lastanschluss mit einem zweiten Set steckerartiger Elemente verbunden ist; eine weitere elektronische Komponente, die wenigstens einen ersten Lastanschluss und wenigstens einen zweiten Lastanschluss aufweist, wobei der erste Lastanschluss mit einem dritten Set steckerartiger Elemente verbunden ist und wobei der zweite Lastanschluss mit einem vierten Set steckerartiger Elemente verbunden ist; ein erster Metallstreifenleiter, der ein erstes Set von Öffnungen aufweist, die das erste Set steckerartiger Elemente aufnehmen, und ein drittes Set von Öffnungen, die das dritte Set steckerartiger Elemente aufnehmen; ein zweiter Metallstreifenleiter, der ein zweites Set von Öffnungen aufweist, die das zweite Set steckerartiger Elemente aufnehmen, und ein viertes Set von Öffnungen, die das vierte Set steckerartiger Elemente aufnehmen; wobei die Öffnungen in den Metallstreifenleitern und die steckerartigen Elemente eine Press-Fit Verbindung ausbilden; und die Metallstreifenleiter parallel so zueinander angeordnet sind, dass wenn sie mit Strömen beaufschlagt werden, die betreffenden Ströme in den Metallstreifenleitern in entgegengesetzte Richtungen fließen.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 16, bei der die weitere elektronische Komponente ein Blockkondensator ist.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 16, bei der die weitere elektronische Komponente ein weiteres Substrat aufweist, das wenigstens einen weiteren Halbleiterchip trägt, der einen ersten und einen zweiten Lastanschluss aufweist, der mit dem dritten Set steckerartiger Elemente bzw. mit dem vierten Set steckerartiger Elemente verbunden ist.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß Anspruch 16, bei der die steckerartigen Elemente eine pinartige Struktur, eine gabelartige Struktur, eine augenartige Struktur, eine bolzenartige Struktur oder eine nietenartige Struktur aufweisen.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, bei der die steckerartigen Elemente auf einen Abschnitt der Metallisierungsschicht des Substrates gelötet, geschweißt, gebondet oder elektrisch leitend geklebt sind.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, bei der die steckerartigen Elemente durch einen Lasche gebildet sind, die an einem Ende eine kammartige Struktur aufweist, wobei die Lasche an einen Abschnitt der Metallisierungsschicht des Substrates gelötet, geschweißt, gebondet oder elektrisch leitend geklebt ist.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21, die wenigstens einen weiteren Halbleiterchip aufweist, der auf der Metallisierungsschicht angeordnet ist und der wenigstens einen ersten Lastanschluss und wenigstens einen zweiten Lastanschluss aufweist, wobei die ersten Lastanschlüsse mit dem ersten Set steckerartiger Elemente und die zweiten Lastanschlüsse mit dem zweiten Set steckerartiger Elemente verbunden sind; wobei – die auf der Metallisierungsschicht angeordneten Leistungshalbleiterchips in wenigstens einer geraden Reihe angeordnet sind, und wobei jede der wenigstens einen geraden Reihen in einer ersten Richtung verläuft; – die weitere elektronische Komponente in einer zweiten Richtung angeordnet ist, die senkrecht zu der ersten Richtung verläuft; – sich der erste Metallstreifenleiter und der zweite Metallstreifenleiter in der zweiten Richtung über das Gebiet des Leistungshalbleitermoduls erstrecken und parallel zu den Reihen der Leistungshalbleiterchips verlaufen.
Die Leistungshalbleiteranordnung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, bei der die Metallstreifenleiter mittels eines Isolators voneinander getrennt sind.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleiter-Anordnung umfassend: – Bereitstellen eines Sets steckerartiger Elemente, die elektrisch mit einem Leistungshalbleiterchip verbunden sind; – Bereitstellen eines Metallstreifenleiters, der ein Set von Öffnungen aufweist, die dazu ausgebildet sind, ein Set steckerartiger Elemente aufzunehmen; – Positionieren des Metallstreifenleiters so, dass die Öffnungen mit den steckerartigen Elementen fluchten; – Aufpressen des Metallstreifenleiters auf die steckerartigen Elemente, so dass die steckerartigen Elemente in die Öffnungen eindringen und dabei eine Press-Fit Verbindung ausbilden.
Verfahren gemäß Anspruch 24 umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Substrates, das eine strukturierte Metallisierungsschicht aufweist; – Montieren des Leistungshalbleiterchips und des ersten Sets steckerartiger Elemente auf der Metallisierungsschicht, um ein Set steckerartiger Elemente bereitzustellen, die mit dem Leistungshalbleiterchip verbunden sind.