DE102020124149A1 - power module - Google Patents

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DE102020124149A1 DE102020124149.6A DE102020124149A DE102020124149A1 DE 102020124149 A1 DE102020124149 A1 DE 102020124149A1 DE 102020124149 A DE102020124149 A DE 102020124149A DE 102020124149 A1 DE102020124149 A1 DE 102020124149A1
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Lars Paulsen
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Abstract

Es wird ein vergossenes Halbleiter-Leistungsmodul (2) offenbart. Das Leistungsmodul (2) umfasst eine Sammelschiene, die mindestens zwei laminierte Leiterstrecken (6, 6', 6") umfasst. Wenigstens zwei der Leiterstrecken (6, 6', 6") erstrecken sich durch die vergossene Oberfläche (8) des Leistungsmoduls (2), um Anschlussbereiche (10, 10', 10") zu bilden. Jeder Anschlussbereich (10, 10',10") ist von dem/den anderen Anschlussbereich(en) (10, 10', 10") durch ein isolierendes Vergussmaterial (12) isoliert.A cast semiconductor power module (2) is disclosed. The power module (2) comprises a busbar comprising at least two laminated conductor runs (6, 6', 6"). At least two of the conductor runs (6, 6', 6") extend through the potted surface (8) of the power module ( 2) to form terminal areas (10, 10', 10"). Each terminal area (10, 10', 10") is separated from the other terminal area(s) (10, 10', 10") by an insulating Potting material (12) isolated.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein vergossenes Leistungsmodul mit einer laminierten DC-Verbindungsstruktur und ein Verfahren zur Herstellung eines vergossenen Leistungsmoduls mit einer laminierten DC-Verbindungsstruktur.The present invention relates to a molded power module having a DC connection laminated structure and a method of manufacturing a molded power module having a DC connection laminated structure.

Stand der TechnikState of the art

Im Bereich der Halbleiter-Leistungsmodule wird es immer wichtiger, Streuinduktivitäten so klein wie möglich zu halten. Ein Grund dafür sind neue Halbleitertechnologien, bei denen anstelle von Silizium Siliziumkarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) als Halbleiter eingesetzt wird. Diese neuen Technologien ermöglichen ein wesentlich schnelleres Schalten als Silizium. Dies wiederum ermöglicht es, die Halbleiterkomponenten, z. B. in Leistungsschaltkreisen, mit wesentlich höheren Frequenzen anzusteuern. Das Übergangsverhalten der Schaltung (z. B. die Geschwindigkeit, mit der der elektrische Strom nach dem Ausschalten abfällt) begrenzt die maximale Frequenz, mit der eine Halbleiterkomponente angesteuert werden kann. Ein dominierender Parameter für die Schaltgeschwindigkeit ist die Streuinduktivität der verwendeten Schaltung. Je größer die Induktivität, desto langsamer das Übergangsverhalten und desto niedriger die maximale Frequenz, die genutzt werden kann.In the area of semiconductor power modules, it is becoming increasingly important to keep stray inductances as small as possible. One reason for this is new semiconductor technologies that use silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) as semiconductors instead of silicon. These new technologies enable much faster switching than silicon. This in turn makes it possible to use the semiconductor components, e.g. B. in power circuits to drive with much higher frequencies. The transient behavior of the circuit (e.g. the rate at which the electrical current decays after it is switched off) limits the maximum frequency at which a semiconductor component can be driven. A dominant parameter for the switching speed is the leakage inductance of the circuit used. The larger the inductance, the slower the transient response and the lower the maximum frequency that can be used.

Zu den Aspekten des elektrischen Stromflusses innerhalb eines Moduls, die starken Einfluss auf die Streuinduktivität haben, gehört der Schleifenbereich eines Strompfades. Eine Möglichkeit, den Schleifenbereich zu reduzieren, besteht darin, die stromführenden Leiter möglichst nahe beieinander anzuordnen. So ergibt sich das aus dem Stand der Technik bekannte Konstruktionsmerkmal, stromführende Sammelschienen aus flachen Platten zu haben, die sehr nahe beieinander montiert sind.One of the aspects of electrical current flow within a module that has a major impact on leakage inductance is the loop portion of a current path. One way to reduce loop area is to place the live conductors as close together as possible. This results in the design feature known in the prior art of having current-carrying busbars made of flat plates mounted very close together.

Solche Sammelschienen können zusammengesetzt werden, indem man einfach die leitenden Platten mit geringem Freiraum montiert. Eine Verbesserung ergibt sich durch die Platzierung einer dünnen Isolierschicht zwischen den leitenden Platten, so dass der Abstand so klein wie die Isolierung gemacht werden kann. Laminierte Sammelschienen, die aus zwei oder mehr flachen Platten bestehen, die fest mit einer Isolierfolie verbunden sind (vielleicht durch teilweises Schmelzen der Isolierung, während die Platten in dem erforderlichen Abstand gehalten werden), werden immer beliebter.Such busbars can be assembled simply by mounting the conductive plates with little clearance. An improvement is made by placing a thin layer of insulation between the conductive plates so that the spacing can be made as small as the insulation. Laminated busbars, which consist of two or more flat plates firmly bonded to a sheet of insulation (perhaps by partially melting the insulation while keeping the plates at the required spacing), are becoming increasingly popular.

Beim Einsatz von hohen Spannungen in Leistungsmodulen muss besonders auf den Luftabstand (Abstand in der Luft zwischen Leitern) und die Kriechstrecke (Abstand entlang der Oberfläche zwischen Leitern) geachtet werden.When using high voltages in power modules, particular attention must be paid to clearance (distance in the air between conductors) and creepage distance (distance along the surface between conductors).

Bei gutem Design kann die interne Schaltung eines Leistungsmoduls so gestaltet werden, dass sie den Kriech- und Luftabstandsanforderungen entspricht, insbesondere wenn es sich um ein vergossenes Modul handelt, bei dem die internen Komponenten vollständig von einem isolierenden Vergussmaterial umgeben sind. Es gibt jedoch immer ein Problem mit externen Anschlüssen, bei denen die Leiter die Vergussmasse des Moduls verlassen und in die äußere Umgebung übertreten. Hier müssen die externen Anschlüsse mindestens um den Freiraum getrennt werden, und die Oberfläche der Vergussmasse muss so gestaltet werden, dass genügend Kriechstrecke zwischen relevanten Leitern vorhanden ist. Dies wird häufig durch die Ausbildung von Rippen in der Vergussmasse erreicht, die den Abstand entlang der Oberfläche vergrößern.With good design, the internal circuitry of a power module can be designed to meet creepage and clearance requirements, especially when it is a potted module where the internal components are completely surrounded by an insulating potting material. However, there is always a problem with external connections where the conductors leave the module's potting compound and leak into the external environment. Here, the external connections must be separated at least by the free space, and the surface of the potting compound must be designed in such a way that there is sufficient creepage distance between relevant conductors. This is often accomplished by forming ridges in the potting compound that increase spacing along the surface.

Beim Arbeiten mit einem Leistungsmodul, dessen interner Aufbau eine Mehrlagen-Sammelschiene mit sehr geringem Abstand zwischen den Platten umfasst, gibt es ein Problem, wenn die Mehrlagen-Sammelschiene einfach aus der Vergussoberfläche herausragt, da die beiden leitenden Platten zwangsläufig zu nahe beieinander liegen würden, um die Freiraum- und/oder Kriechstreckenanforderungen zu erfüllen.When working with a power module whose internal structure includes a multi-layer busbar with very small spacing between the plates, there is a problem if the multi-layer busbar simply protrudes from the potting surface, since the two conductive plates would necessarily be too close together, to meet clearance and/or creepage requirements.

Es ist wünschenswert, ein vergossenes Leistungsmodul zu haben, bei dem die Streuinduktivität reduziert werden kann, um höhere Schaltfrequenzen zu ermöglichen. Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, ein vergossenes Leistungsmodul anzugeben, das eine geringere Streuinduktivität und damit höhere Schaltfrequenzen aufweist als die vergossenen Leistungsmodule des Standes der Technik.It is desirable to have a potted power module in which the leakage inductance can be reduced to allow for higher switching frequencies. Accordingly, it is an object of the invention to provide an encapsulated power module that has lower leakage inductance and thus higher switching frequencies than the encapsulated power modules of the prior art.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch ein vergossenes Halbleiter-Leistungsmodul gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines vergossenen Halbleiter-Leistungsmoduls gemäß Anspruch 10 erreicht werden. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Unteransprüchen definiert, in der nachfolgenden Beschreibung erläutert und in den begleitenden Zeichnungen dargestellt.The object of the present invention can be achieved by a molded semiconductor power module according to claim 1 and by a method for manufacturing a molded semiconductor power module according to claim 10. Preferred embodiments are defined in the dependent subclaims, explained in the following description and illustrated in the accompanying drawings.

Das erfindungsgemäße geformte Halbleiter-Leistungsmodul ist ein vergossenes Halbleiter-Leistungsmodul mit einer Sammelschiene, die mindestens zwei laminierte Leiterstrecken aufweist, wobei sich mindestens zwei der Leiterstrecken durch die vergossene Oberfläche des Leistungsmoduls hindurch erstrecken, um Anschlussbereiche zu bilden, wobei jeder Anschlussbereich durch ein isolierendes Vergussmaterial von dem/den anderen Anschlussbereich(en) isoliert ist.The molded semiconductor power module according to the invention is a potted semiconductor power module with a busbar having at least two laminated conductor paths, at least two of the conductor paths extending through the potted surface of the power module to form connection areas, each connection area being covered by an insulating Potting material is insulated from the other terminal area(s).

Hierdurch ist es möglich, ein vergossenes Leistungsmodul bereitzustellen, das eine geringere Streuinduktivität und höhere Schaltfrequenzen aufweist als die vergossenen Leistungsmodule des Standes der Technik.This makes it possible to provide an encapsulated power module that has a lower leakage inductance and higher switching frequencies than the encapsulated power modules of the prior art.

Bei den bekannten vergossenen Leistungsmodulen nach dem Stand der Technik werden typischerweise einlagige Leiterrahmen verwendet. Dementsprechend können bei diesen vergossenen Leistungsmodulen die externen Anschlüsse (positive und negative Elektroden) nicht so nah beieinander angeordnet werden, wie es bei einem vergossenen Leistungsmodul mit laminiertem Aufbau möglich ist.Known prior art potted power modules typically use single layer lead frames. Accordingly, in these molded power modules, the external terminals (positive and negative electrodes) cannot be arranged as close to each other as is possible in a molded power module of a laminated structure.

Die erfindungsgemäße Sammelschiene umfasst mindestens zwei laminierte Leiterstrecken.The busbar according to the invention comprises at least two laminated conductor sections.

In einer Ausführungsform umfasst die Sammelschiene zwei laminierte Leiterstrecken.In one embodiment, the busbar comprises two laminated conductor runs.

In einer Ausführungsform umfasst die Sammelschiene drei laminierte Leiterstrecken.In one embodiment, the busbar includes three laminated conductor runs.

In einer Ausführungsform umfasst die Sammelschiene vier laminierte Leiterstrecken.In one embodiment, the busbar includes four laminated conductor runs.

Die Leiterstrecken erstrecken sich durch die vergossene Oberfläche des Leistungsmoduls und bilden Anschlussbereiche. Dementsprechend ragt der distale Teil der Leiterstrecken aus der vergossenen Oberfläche heraus.The conductor paths extend through the encapsulated surface of the power module and form connection areas. Accordingly, the distal part of the conductor sections protrudes from the cast surface.

Jeder Anschlussbereich ist durch ein isolierendes Vergussmaterial von dem/den anderen Anschlussbereich(en) isoliert. Hierdurch ist es möglich, mit dem isolierenden Vergussmaterial die zwei oder mehr Leiter der Sammelschiene zu trennen, bevor sie an die Oberfläche kommen, und sie in ausreichenden Abständen voneinander an die Oberfläche zu bringen.Each terminal area is isolated from the other terminal area(s) by an insulating potting material. This makes it possible to use the insulating potting material to separate the two or more conductors of the busbar before they come to the surface and to bring them to the surface at sufficient distances from one another.

Es kann von Vorteil sein, dass das gleiche Vergussmaterial für das Formen des Leistungsmoduls und für die Isolierung des/der Anschlussbereiche(s) verwendet wird. Hierdurch kann die Produktion des Moduls optimiert werden.It can be advantageous that the same potting material is used for molding the power module and for insulating the connection area(s). This allows the production of the module to be optimized.

Es kann vorteilhaft sein, dass zwischen den Leiterstrecken eine Isolierschicht aus einem anderen Material als dem isolierenden Vergussmaterial vorgesehen ist.It can be advantageous for an insulating layer made of a different material than the insulating potting material to be provided between the conductor paths.

Es kann vorteilhaft sein, dass der Freiraum zwischen benachbarten Anschlussbereichen größer ist als der Abstand zwischen den entsprechenden benachbarten Leiterstrecken auf dem Abschnitt, auf dem die Isolierschicht angeordnet ist.It can be advantageous that the free space between adjacent connection areas is larger than the distance between the corresponding adjacent conductor paths on the section on which the insulating layer is arranged.

Es kann von Vorteil sein, dass die Dicke der Isolierschicht dem Abstand zwischen den entsprechenden benachbarten Leiterstrecken auf dem Abschnitt entspricht, auf dem die Isolierschicht angeordnet ist.It can be advantageous that the thickness of the insulating layer corresponds to the distance between the corresponding adjacent conductor runs on the portion on which the insulating layer is arranged.

Es kann vorteilhaft sein, dass die distalen Teile der Anschlussbereiche (Kontaktbereiche) so weit voneinander getrennt sind, dass der Freiraum zwischen benachbarten Anschlussbereichen mindestens 4 mm beträgt.It can be advantageous for the distal parts of the connection areas (contact areas) to be separated from one another to such an extent that the free space between adjacent connection areas is at least 4 mm.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche (Kontaktbereiche) so weit voneinander getrennt, dass der Freiraum zwischen benachbarten Verbindungsbereichen mindestens 8 mm beträgt.In one embodiment, the partial connection areas (contact areas) are separated from one another to such an extent that the free space between adjacent connection areas is at least 8 mm.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt, dass der Freiraum zwischen benachbarten Anschlussbereichen (Kontaktbereichen) mindestens doppelt so groß ist wie die Dicke der zwischen diesen Anschlussbereichen vorgesehenen Isolierschicht.In one embodiment, the partial connection areas are separated from one another to such an extent that the free space between adjacent connection areas (contact areas) is at least twice as large as the thickness of the insulating layer provided between these connection areas.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt, dass die Kriechstrecke zwischen benachbarten Anschlussbereichen abhängig von Folgendem gewählt ist:

  1. a) der Arbeitsspannung;
  2. b) dem Verschmutzungsgrad der Betriebsumgebung und/oder
  3. c) dem Vergussmaterial.
In one embodiment, the partial connection areas are separated from each other so far that the creepage distance between adjacent connection areas is selected depending on the following:
  1. a) the working voltage;
  2. b) the degree of pollution of the operating environment and/or
  3. c) the potting material.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt, dass die Kriechstrecke zwischen benachbarten Anschlussbereichen in Abhängigkeit von der Betriebsspannung gewählt ist.In one embodiment, the partial connection areas are separated from one another to such an extent that the creepage distance between adjacent connection areas is selected as a function of the operating voltage.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt, dass die Kriechstrecke zwischen benachbarten Anschlussbereichen in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad der Betriebsumgebung gewählt ist.In one embodiment, the partial connection areas are separated from one another to such an extent that the creepage distance between adjacent connection areas is selected as a function of the degree of pollution in the operating environment.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt, dass die Kriechstrecke zwischen benachbarten Verbindungsbereichen in Abhängigkeit vom Vergussmaterial gewählt ist.In one embodiment, the partial connection areas are separated from one another to such an extent that the creepage distance between adjacent connection areas is selected as a function of the encapsulation material.

Es kann von Vorteil sein, dass die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt sind, dass die Kriechstrecke zwischen benachbarten Anschlussbereichen im Bereich von 1-10 mm liegt.It can be an advantage that the sub-connection areas are far enough apart from each other that the creepage distance between adjacent connection areas is in the range of 1-10 mm.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt, dass die Kriechstrecke zwischen benachbarten Anschlussbereichen im Bereich von 2-8 mm liegt.In one embodiment, the partial connection areas are separated from one another to such an extent that the creepage distance between adjacent connection areas is in the range of 2-8 mm.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt, dass die Kriechstrecke zwischen benachbarten Anschlussbereichen im Bereich von 4-7 mm liegt.In one embodiment, the partial connection areas are separated from one another to such an extent that the creepage distance between adjacent connection areas is in the range of 4-7 mm.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt, dass die Kriechstrecke zwischen benachbarten Anschlussbereichen mindestens 6 mm beträgt.In one embodiment, the partial connection areas are separated from one another to such an extent that the creepage distance between adjacent connection areas is at least 6 mm.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt, dass die Kriechstrecke zwischen benachbarten Anschlussbereichen mindestens 5 mm beträgt.In one embodiment, the partial connection areas are separated from one another to such an extent that the creepage distance between adjacent connection areas is at least 5 mm.

In einer Ausführungsform sind die Teilanschlussbereiche so weit voneinander getrennt, dass die Kriechstrecke zwischen benachbarten Anschlussbereichen mindestens 4 mm beträgt.In one embodiment, the partial connection areas are separated from one another to such an extent that the creepage distance between adjacent connection areas is at least 4 mm.

Es kann vorteilhaft sein, dass bei jeder der Leiterstrecken die Dicke der Isolierschicht geringer ist als die Dicke der Leiterstrecke.It can be advantageous for the thickness of the insulating layer to be less than the thickness of the conductor path for each of the conductor paths.

In einer Ausführungsform sind die inneren Komponenten (alle Komponenten außer den Anschlussbereichen des Leistungsmoduls) vollständig vom Vergussmaterial umgeben.In one embodiment, the internal components (all components except the connection areas of the power module) are completely surrounded by the potting material.

In einer Ausführungsform ragen die Anschlussbereiche des Leistungsmoduls aus den einander gegenüberliegenden Seiten des vergossenen Teils des Leistungsmoduls heraus.In one embodiment, the connection areas of the power module protrude from the opposite sides of the potted part of the power module.

In einer Ausführungsform ragen die Anschlussbereiche des Leistungsmoduls aus derselben Seite des vergossenen Teils des Leistungsmoduls heraus.In one embodiment, the connection areas of the power module protrude from the same side of the potted part of the power module.

Es kann von Vorteil sein, dass mindestens ein Anschlussbereich senkrecht zum laminierten Abschnitt der entsprechenden Leiterstrecke verläuft.It can be advantageous that at least one connection area runs perpendicularly to the laminated section of the corresponding conductor path.

In einer Ausführungsform ragt ein zylindrischer Kontaktbereich aus der entsprechenden Leiterstrecke heraus und erstreckt sich senkrecht zu dieser.In one embodiment, a cylindrical contact area protrudes from and extends perpendicularly to the corresponding conductor path.

Es kann vorteilhaft sein, dass die laminierten Abschnitte der Leiterstrecken parallel zueinander verlaufen.It can be advantageous for the laminated sections of the conductor paths to run parallel to one another.

Es kann vorteilhaft sein, dass in jedem Anschlussbereich ein Kontaktbereich vorgesehen ist und dass die Kontaktbereiche parallel oder senkrecht zueinander verlaufen.It can be advantageous for a contact area to be provided in each connection area and for the contact areas to run parallel or perpendicular to one another.

Es kann vorteilhaft sein, dass im Inneren des Leistungsmoduls mindestens eine der Leiterstrecken von ihrer benachbarten Isolierschicht getrennt ist und dass die mindestens eine Leiterstrecke sich durch einen Trennbereich erstreckt, in dem die mindestens eine Leiterstrecke von dem isolierenden Vergussmaterial umgeben und getrennt ist.It can be advantageous that inside the power module at least one of the conductor paths is separated from its adjacent insulating layer and that the at least one conductor path extends through a separating area in which the at least one conductor path is surrounded and separated by the insulating potting material.

In einer Ausführungsform sind im Inneren des Leistungsmoduls alle Leiterstrecken von ihrer benachbarten Isolierschicht getrennt, wobei sich die Leiterstrecken durch einen Trennbereich erstrecken, in dem jede der Leiterstrecken von dem isolierenden Vergussmaterial umgeben und getrennt ist.In one embodiment, inside the power module, all of the conductive paths are isolated from their adjacent insulating layer, with the conductive paths extending through an isolation region where each of the conductive paths is surrounded and separated by the insulating potting material.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Herstellung eines vergossenen Halbleiter-Leistungsmoduls mit einer Sammelschiene, die mindestens zwei laminierte Leiterstrecken umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  1. a) Anbringen einer leitenden Schicht (z. B. einer DC-Verbindungsschicht auf einem Substrat;
  2. b) Anbringen einer Vielzahl von Halbleitern auf dem Substrat;
  3. c) elektrisches Verbinden der Halbleiter mit der DC-Verbindungsschicht;
  4. d) Anbringen einer mindestens zwei laminierte Leiterstrecken umfassenden Sammelschiene an das Substrat und
  5. e) Vergießen des Moduls unter Verwendung eines isolierenden Vergussmaterials, wobei sich mindestens zwei der Leiterstrecken durch die vergossene Oberfläche des Leistungsmoduls erstrecken, um Anschlussbereiche zu bilden, wobei jeder Anschlussbereich durch das isolierende Vergussmaterial von dem/den anderen Anschlussbereich(en) isoliert ist.
The method according to the invention is a method for producing a cast semiconductor power module with a busbar that includes at least two laminated conductor paths, the method including the following steps:
  1. a) applying a conductive layer (e.g. a DC link layer) to a substrate;
  2. b) mounting a plurality of semiconductors on the substrate;
  3. c) electrically connecting the semiconductors to the DC link layer;
  4. d) attaching a bus bar comprising at least two laminated conductor paths to the substrate and
  5. e) potting the module using an insulating potting material, wherein at least two of the conductor paths extend through the potted surface of the power module to form connection areas, each connection area being insulated from the other connection area(s) by the insulating potting material.

Hierdurch ist es möglich, ein Verfahren zur Herstellung eines vergossenen Leistungsmoduls bereitzustellen, das eine geringere Streuinduktivität und höhere Schaltfrequenzen als die vergossenen Leistungsmodule des Standes der Technik aufweist.This makes it possible to provide a method for manufacturing a potted power module that has lower leakage inductance and higher switching frequencies than the potted power modules of the prior art.

In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Halbleitern um Transistoren.In one embodiment, the semiconductors are transistors.

In einer Ausführungsform sind die Halbleiter SiC-MOSFETs.In one embodiment, the semiconductors are SiC MOSFETs.

In einer Ausführungsform ist das Substrat ein Keramiksubstrat.In one embodiment, the substrate is a ceramic substrate.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Anbringens einer oder mehrerer Steuerschaltungsplatinen (PCBs) auf dem Substrat.In one embodiment, the method includes the step of attaching one or more control circuit boards (PCBs) to the substrate.

Es kann von Vorteil sein, dass die Transistoren durch ein Sinterverfahren auf dem Keramiksubstrat befestigt sind.It can be advantageous that the transistors are attached to the ceramic substrate by a sintering process.

Es kann vorteilhaft sein, dass die eine oder mehrere Steuerplatinen (PCBs) durch Kleben auf dem Substrat befestigt sind.It may be advantageous that the one or more control boards (PCBs) are attached to the substrate by gluing.

Es kann vorteilhaft sein, dass die elektrische Verbindung zwischen den Halbleitern und der leitenden Schicht (z. B. DC-Verbindungsschicht) durch Verwendung von Drahtbonds hergestellt wird.It may be advantageous that the electrical connection between the semiconductors and the conductive layer (e.g. DC connection layer) is made using wire bonds.

Es kann von Vorteil sein, wenn die Sammelschiene mit Hilfe von Ultraschallschweißen auf dem Substrat befestigt ist.It can be advantageous if the busbar is attached to the substrate by means of ultrasonic welding.

In einer Ausführungsform ist das Substrat ein Keramiksubstrat.In one embodiment, the substrate is a ceramic substrate.

In einer Ausführungsform ist das Substrat ein direkt gebondetes Kupfersubstrat (DBC).In one embodiment, the substrate is a direct bonded copper (DBC) substrate.

In einer Ausführungsform ist das Substrat ein Active-Metal-Löt-Substrat (AMB).In one embodiment, the substrate is an active metal solder substrate (AMB).

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte der Bereitstellung der Sammelschiene durch Anbringen einer Isolierschicht zwischen einer ersten Leiterstrecke und einer zweiten Leiterstrecke.In one embodiment, the method includes the steps of providing the busbar by applying a layer of insulation between a first conductive run and a second conductive run.

In einer Ausführungsform enthält die erste Leiterstrecke einen plattenförmigen Bereich, der einen mit einem Loch versehenen Kontaktbereich darstellt. Hierdurch ist es möglich, auf einfache Weise eine feste und zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung herzustellen. Ein Steckerteil kann in das Loch eingeführt werden, um die erforderliche mechanische und elektrische Verbindung herzustellen. Das Steckerteil kann ein Gewindesteckerteil sein, um eine Schraubverbindung zu ermöglichen.In one embodiment, the first conductor path includes a plate-shaped area that represents a contact area provided with a hole. This makes it possible to establish a strong and reliable mechanical and electrical connection in a simple manner. A male connector can be inserted into the hole to make the required mechanical and electrical connection. The plug part can be a threaded plug part to enable a screw connection.

In einer Ausführungsform enthält die zweite Leiterstrecke einen plattenförmigen Bereich und einen daraus herausragenden zylindrischen Kontaktbereich. Hierdurch ist es möglich, auf einfache Weise eine feste und zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung herzustellen. Auf den zylindrischen Kontaktbereich kann ein Buchsenteil gesteckt werden, um eine solche mechanische und elektrische Verbindung herzustellen. Der zylindrische Teil kann mit einem Gewinde versehen sein, um eine Schraubverbindung zu ermöglichen.In one embodiment, the second conductor section contains a plate-shaped area and a cylindrical contact area protruding therefrom. This makes it possible to establish a strong and reliable mechanical and electrical connection in a simple manner. A socket part can be plugged onto the cylindrical contact area in order to produce such a mechanical and electrical connection. The cylindrical portion may be threaded to allow a screw connection.

Das erfindungsgemäß vergossene Halbleiter-Leistungsmodul ist so aufgebaut, dass der Leiterrahmen nur teilweise laminiert ist. Das bedeutet, dass nur ein Teil der Leiterstrecke als Mehrschichtaufbau ausgeführt ist. Bei dem vergossenen Halbleiter-Leistungsmodul ist der laminierte Bereich überspritzt, damit die Kriech- und Freiräume ausreichend groß sind. The semiconductor power module encapsulated according to the invention is constructed in such a way that the lead frame is only partially laminated. This means that only part of the conductor path is designed as a multi-layer structure. In the case of the encapsulated semiconductor power module, the laminated area is overmolded so that the creepage and free spaces are sufficiently large.

Der erforderliche Mindestabstand zwischen den laminierten Teilen benachbarter Leiterstrecken ist typischerweise abhängig von der Sperrspannung und dem Schichtmaterial.The required minimum distance between the laminated parts of adjacent conductor runs is typically dependent on the blocking voltage and the layer material.

In einer Ausführungsform liegt der Abstand zwischen den laminierten Teilen benachbarter Leiterstrecken im Bereich von 50-500µm.In one embodiment, the distance between the laminated parts of adjacent conductor paths is in the range of 50-500 μm.

In einer Ausführungsform liegt der Abstand zwischen den laminierten Teilen benachbarter Leiterstrecken im Bereich von 100-400µm.In one embodiment, the distance between the laminated parts of adjacent conductor runs is in the range of 100-400 μm.

In einer Ausführungsform liegt der Abstand zwischen den laminierten Teilen benachbarter Leiterstrecken im Bereich von 150-350µm.In one embodiment, the spacing between the laminated portions of adjacent conductor runs is in the range of 150-350 µm.

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung besser verständlich. Die begleitenden Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung, und somit sind sie nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung. In den begleitenden Zeichnungen zeigen:

  • 1A ein DBC-Substrat;
  • 1B das in 1A gezeigte DBC-Substrat in einer Konfiguration, bei der eine mit Löchern versehene Isolierfolie auf dem DBC-Substrat angebracht ist;
  • 1C das in 1B gezeigte DBC-Substrat in einer Konfiguration, in der eine leitende Schicht an der Isolierfolie befestigt wurde;
  • 2A das in 2C gezeigte DBC-Substrat in einer Konfiguration, bei der ein Anschlussbereich elektrisch mit der oberen Metallschicht des DBC-Substrats verbunden ist;
  • 2B eine Querschnittsansicht eines Teils des in 2A gezeigten DBC-Substrats und der daran befestigten Komponenten;
  • 2C das in 2A gezeigte DBC-Substrat in einer Konfiguration, bei der eine Isolierschicht auf der Oberseite des Anschlussbereichs angeordnet ist;
  • 3A das in 2C gezeigte DBC-Substrat in einer Konfiguration, bei der ein zusätzlicher Anschlussbereich auf der Isolierschicht platziert ist;
  • 3B den in 3A dargestellten Aufbau nach einem Vergusssverfahren;
  • 4A eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls;
  • 4B eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls;
  • 5A eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Leistungsmoduls gemäß der Erfindung;
  • 5B eine Nahaufnahme eines Teils der Rippen des in 5A gezeigten Leistungsmoduls und
  • 5C eine perspektivische Ansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls.
The invention will be better understood from the detailed description given hereinafter. The accompanying drawings are for illustrative purposes only and thus are not limitative of the present invention. In the accompanying drawings show:
  • 1A a DBC substrate;
  • 1B this in 1A DBC substrate shown in a configuration where a perforated insulating sheet is attached to the DBC substrate;
  • 1C this in 1B DBC substrate shown in a configuration in which a conductive layer has been attached to the insulating film;
  • 2A this in 2C the DBC substrate shown in a configuration in which a terminal area is electrically connected to the top metal layer of the DBC substrate;
  • 2 B a cross-sectional view of part of the in 2A shown DBC substrate and attached components;
  • 2C this in 2A DBC substrate shown in a configuration in which an insulating layer is arranged on top of the connection area;
  • 3A this in 2C DBC substrate shown in a configuration where an additional connection area is placed on the insulating layer;
  • 3B the in 3A shown structure after a casting process;
  • 4A a schematic cross-sectional view of a power module according to the invention;
  • 4B a schematic cross-sectional view of part of a power module according to the invention;
  • 5A a schematic cross-sectional view of part of a power module according to the invention;
  • 5B a closeup of part of the ribs of the in 5A shown power module and
  • 5C a perspective view of a part of a power module according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Zur Veranschaulichung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail auf die Zeichnungen verwiesen. Eine Reihe von erfindungsgemäßen Fertigungsschritten, bei denen ein vergossenes Halbleiter-Leistungsmodul hergestellt wird, ist in 1A- 3B dargestellt.To illustrate preferred embodiments of the present invention, reference is now made to the drawings in detail. A series of manufacturing steps according to the invention, in which a cast semiconductor power module is produced, is in 1A - 3B shown.

1A zeigt ein DBC-Substrat 36, das ein Keramiksubstrat 24 umfasst, das zwischen einer oberen Metallschicht 32 und einer unteren Metallschicht 32' eingebettet ist. 1A zeigt einen ersten Schritt eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, bei dem ein vergossenes Halbleiter-Leistungsmodul hergestellt wird. 1A Figure 1 shows a DBC substrate 36 comprising a ceramic substrate 24 sandwiched between a top metal layer 32 and a bottom metal layer 32'. 1A shows a first step of a production method according to the invention, in which a cast semiconductor power module is produced.

1B zeigt das in 1A gezeigte DBC-Substrat 36 in einer Konfiguration, in der eine Isolierfolie 34 auf der Oberseite der oberen Metallschicht 32 angebracht ist. Zwei rechteckige Löcher 26 sind in der Folie 34 vorgesehen, um Zugang zur oberen Metallschicht 32 zu ermöglichen. Dementsprechend ist in 1B ein nächster Schritt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens dargestellt. 1B shows that in 1A DBC substrate 36 is shown in a configuration in which an insulating foil 34 is mounted on top of upper metal layer 32. Two rectangular holes 26 are provided in foil 34 to allow access to top metal layer 32 . Accordingly, in 1B a next step of the manufacturing method according to the invention is shown.

1C zeigt das in 1B dargestellte DBC-Substrat in einer Konfiguration, bei der eine leitende Schicht 22 auf der Isolierfolie 34 angebracht wurde. Die Befestigung kann durch Ultraschallschweißen hergestellt werden. Es ist zu erkennen, dass die leitende Schicht 22 mit zwei Löchern 25 versehen ist, die geringfügig größer sind als die Löcher 26 in der Isolierfolie 34. Dementsprechend gibt es einen Zugang zur oberen Metallschicht 32 durch die Löcher 25 in der leitenden Schicht 22. 1C shows that in 1B DBC substrate shown in a configuration in which a conductive layer 22 has been applied to the insulating film 34. The attachment can be made by ultrasonic welding. It can be seen that the conductive layer 22 is provided with two holes 25 which are slightly larger than the holes 26 in the insulating foil 34. Accordingly, there is access to the upper metal layer 32 through the holes 25 in the conductive layer 22.

2A zeigt das in 1C dargestellte DBC-Substrat in einer Konfiguration, in der ein Anschlussbereich 10 elektrisch mit der oberen Metallschicht 32 des DBC-Substrats verbunden wurde. Der Anschlussbereich 10 bildet und umfasst eine Leiterstrecke 6, die einen mit einem Loch 18 versehenen Kontaktbereich 14 aufweist. Die Leiterstrecke 6 ist mit der oberen Metallschicht 32 des DBC-Substrats über zwei Leiter 28, 28' verbunden, die sich durch die Löcher in der Isolierfolie 34 und der leitenden Schicht 22 erstrecken. Die Leiter 28, 28' erstrecken sich parallel zueinander und bestehen aus einem L-förmigen Abschnitt, der an einem plattenförmigen distalen Abschnitt befestigt ist, der an der oberen Metallschicht 32 des DBC befestigt und damit elektrisch verbunden ist. 2A shows that in 1C The DBC substrate is shown in a configuration in which a connection region 10 has been electrically connected to the top metal layer 32 of the DBC substrate. The connection area 10 forms and includes a conductor section 6 which has a contact area 14 provided with a hole 18 . The conductor path 6 is connected to the top metal layer 32 of the DBC substrate via two conductors 28, 28' which extend through the holes in the insulating foil 34 and the conductive layer 22. FIG. The conductors 28, 28' extend parallel to one another and consist of an L-shaped section attached to a plate-shaped distal section which is attached to and electrically connected to the top metal layer 32 of the DBC.

2B zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils des DBC-Substrats 36 und der daran befestigten Komponenten, die in 2A dargestellt sind. Das DBC-Substrat 36 umfasst ein Keramiksubstrat 24, das zwischen einer oberen Metallschicht 32 und einer unteren Metallschicht 32' eingebettet ist. Auf der oberen Metallschicht 32 ist eine Isolierfolie 34 angebracht und auf der Oberseite der Isolierfolie 34 ist eine leitende Schicht 22 (z.B. aus Kupfer) angebracht. Es ist zu erkennen, dass der Leiter 28 einen L-förmigen Abschnitt umfasst, der an einem plattenförmigen distalen Abschnitt befestigt ist, der an der oberen Metallschicht 32 des DBC 36 befestigt ist. Der Leiter 28 erstreckt sich durch das Loch 26 in der Isolierfolie 34 und das Loch 25 in der leitenden Schicht 22. 2 B 12 shows a cross-sectional view of a portion of the DBC substrate 36 and attached components shown in FIG 2A are shown. The DBC substrate 36 includes a ceramic substrate 24 sandwiched between a top metal layer 32 and a bottom metal layer 32'. An insulating foil 34 is attached to the upper metal layer 32 and a conductive layer 22 (eg made of copper) is attached to the top of the insulating foil 34 . It can be seen that the conductor 28 includes an L-shaped portion that is attached to a plate-shaped distal portion that is attached to the top metal layer 32 of the DBC 36 . Conductor 28 extends through hole 26 in insulating sheet 34 and hole 25 in conductive layer 22.

2C zeigt das in 2A dargestellte DBC-Substrat in einer Konfiguration, in der eine Isolierschicht 20 auf der Leiterstrecke 6 des Anschlussbereichs 10 angeordnet ist. Die Isolierschicht 20 ist auf der Leiterstrecke 6 und dem proximalen Teil des L-förmigen Abschnitts der Leiter 28, 28' angeordnet. 2C shows that in 2A The DBC substrate shown is in a configuration in which an insulating layer 20 is arranged on the conductor path 6 of the connection area 10 . The insulating layer 20 is arranged on the conductor path 6 and the proximal part of the L-shaped section of the conductors 28, 28'.

3A zeigt das in 2C dargestellte DBC-Substrat in einer Konfiguration, in der ein zusätzlicher Anschlussbereich 10' auf der Oberseite der Isolierschicht 20 angeordnet ist. Der zusätzliche Anschlussbereich 10' umfasst eine Leiterstrecke 6' und einen daraus herausragenden zylindrischen Kontaktbereich 14'. Der zusätzliche Anschlussbereich 10' umfasst zwei Leiter 30, 30'. Jeder der Leiter 30, 30' umfasst einen L-förmigen Abschnitt, der an einem plattenförmigen distalen Abschnitt angebracht ist, der an der oberen Metallschicht 32 des DBC 36 angebracht und somit elektrisch damit verbunden ist. Die Befestigung kann mit Hilfe von Ultraschallschweißen erreicht werden. 3A shows that in 2C DBC substrate shown in a configuration in which an additional connection area 10 'on top of the insulating layer 20 is arranged. The additional connection area 10' comprises a conductor path 6' and a cylindrical contact area 14' protruding therefrom. The additional connection area 10' comprises two conductors 30, 30'. Each of the conductors 30, 30' includes an L-shaped portion attached to a plate-shaped distal portion which is attached to the top metal layer 32 of the DBC 36 and thus electrically connected thereto. The attachment can be achieved by means of ultrasonic welding.

3B zeigt die in 3A dargestellte Baugruppe (ein zusammengebautes Leistungsmodul) nach einem Vergussverfahren. Das in 2A gezeigte Leistungsmodul 2 umfasst eine Vergussoberfläche 8. Es ist zu erkennen, dass sich die beiden Leiterstrecken (in 2B als 6, 6' dargestellt) durch die geformte Oberfläche 8 des Leistungsmoduls 2 erstrecken, um jeweils die beiden Anschlussbereiche 10, 10' zu bilden. 3B shows the in 3A assembly shown (an assembled power module) after a casting process. This in 2A The power module 2 shown comprises a casting surface 8. It can be seen that the two conductor paths (in 2 B shown as 6, 6') by the shaped surface 8 of the power mo duls 2 extend to respectively form the two connection areas 10, 10'.

Der erste Anschlussbereich 10 umfasst einen plattenförmigen Abschnitt, der mit einem Loch 18 versehen ist. Der zweite Anschlussbereich 10' hingegen umfasst einen plattenförmigen Abschnitt und einen daraus herausragenden zylindrischen Kontaktbereich 14'. Entsprechend ermöglicht das Leistungsmodul 2 eine schnelle, feste und zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung mit entsprechenden Kontaktelementen. Ein zylindrisches Steckkontaktelement kann in das Loch 18 eingeführt werden, während ein kreisförmiges Buchsenelement den zylindrischen Kontaktbereich 14' aufnehmen kann, um eine mechanische und elektrische Verbindung herzustellen.The first connection area 10 comprises a plate-shaped section which is provided with a hole 18 . The second connection area 10', on the other hand, comprises a plate-shaped section and a cylindrical contact area 14' protruding therefrom. Accordingly, the power module 2 enables a quick, strong and reliable mechanical and electrical connection with corresponding contact elements. A cylindrical male contact element can be inserted into the hole 18 while a circular female element can receive the cylindrical contact portion 14' to make a mechanical and electrical connection.

4A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäß vergossenen Halbleiter-Leistungsmoduls 2. Das Leistungsmodul 2 entspricht im Wesentlichen dem in 3A dargestellten Modul. Das Leistungsmodul 2 umfasst eine vergossene Oberfläche 8 und eine Sammelschiene, die zwei laminierte Leiterstrecken 6, 6' enthält. Es ist zu erkennen, dass sich die Leiterstrecken 6, 6' durch die vergossene Oberfläche 8 des Leistungsmoduls 2 hindurch erstrecken, um einen ersten Anschlussbereich 10 bzw. zweiten Anschlussbereich 10' zu bilden. Jeder Anschlussbereich 10, 10' ist durch ein isolierendes Vergussmaterial 12 gegen den anderen Anschlussbereich 10, 10' isoliert. 4A shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor power module 2 encapsulated according to the invention. The power module 2 essentially corresponds to that in FIG 3A shown module. The power module 2 comprises a potted surface 8 and a busbar containing two laminated conductor runs 6, 6'. It can be seen that the conductor paths 6, 6' extend through the cast surface 8 of the power module 2 in order to form a first connection area 10 and second connection area 10'. Each connection area 10, 10' is insulated from the other connection area 10, 10' by an insulating potting material 12.

Das Leistungsmodul 2 umfasst einen ersten Kontaktbereich 14, der mit einem Loch 18 versehen ist. Das Leistungsmodul 2 umfasst auch einen zweiten Kontaktbereich 14, der mit einem zylindrischen Kontaktbereich 14" versehen ist, der aus den Leiterstrecken 6' herausragt. Die laminierten Leiterstrecken 6, 6' sind durch eine Isolierschicht 20 getrennt. Es kann von Vorteil sein, dass das gleiche Vergussmaterial 12 zum Vergießen des Leistungsmoduls 2 und zum Isolieren der Anschlussbereiche 10, 10' gegeneinander verwendet wird. Es kann vorteilhaft sein, dass die Isolierschicht 20 aus einem anderen Material besteht als das isolierende Vergussmaterial 12.The power module 2 includes a first contact area 14 which is provided with a hole 18 . The power module 2 also comprises a second contact area 14, which is provided with a cylindrical contact area 14'', which protrudes from the conductor paths 6'. The laminated conductor paths 6, 6' are separated by an insulating layer 20. It can be advantageous that the same potting material 12 is used to pot the power module 2 and to insulate the connection areas 10, 10' from one another.It can be advantageous for the insulating layer 20 to consist of a different material than the insulating potting material 12.

4B zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls 2. Das Leistungsmodul 2 umfasst eine vergossene Oberfläche 8 und eine Sammelschiene, die zwei laminierte Leiterstrecken 6, 6' umfasst. Ein Teil jeder der Leiterstrecken 6, 6' erstreckt sich durch die vergossene Oberfläche 8 des Leistungsmoduls 2. Hierdurch bilden die Leiterstrecken 6, 6' jeweils einen ersten Anschlussbereich 10 und einen zweiten Anschlussbereich 10'. Jeder Anschlussbereich 10, 10' ist vom anderen Anschlussbereich 10, 10' durch ein isolierendes Vergussmaterial 12 isoliert. 4B 1 shows a schematic cross-sectional view of a part of a power module 2 according to the invention. The power module 2 comprises a potted surface 8 and a busbar comprising two laminated conductor runs 6, 6'. A part of each of the conductor paths 6, 6' extends through the encapsulated surface 8 of the power module 2. As a result, the conductor paths 6, 6' each form a first connection area 10 and a second connection area 10'. Each connection area 10, 10' is isolated from the other connection area 10, 10' by an insulating potting material 12.

Das Leistungsmodul 2 umfasst einen ersten Kontaktbereich 14, der mit einem Loch 18 versehen ist. Das Leistungsmodul 2 umfasst einen zweiten Kontaktbereich 14, der mit einem zylindrischen Kontaktbereich 14' versehen ist, der aus den Leiterstrecken 6' herausragt. Die laminierten Leiterstrecken 6, 6' sind durch eine Isolierschicht 20 getrennt. Es ist zu erkennen, dass die Dicke der Isolierschicht 20 geringer ist als die Dicke jeder der benachbarten Leiterstrecken 6, 6'.The power module 2 includes a first contact area 14 which is provided with a hole 18 . The power module 2 comprises a second contact area 14 which is provided with a cylindrical contact area 14' which protrudes from the conductor paths 6'. The laminated conductor paths 6, 6' are separated by an insulating layer 20. FIG. It can be seen that the thickness of the insulating layer 20 is less than the thickness of each of the adjacent conductor paths 6, 6'.

Im Inneren des Leistungsmoduls 2 ist die Leiterstrecke 6 in einem Teil von der angrenzenden Isolierschicht 20 getrennt. Außerdem erstreckt sich die Leiterstrecke 6 durch einen Trennbereich 4, in dem die Leiterstrecke 6 von dem isolierenden Vergussmaterial 12 umgeben und durch das Vergussmaterial getrennt ist.Inside the power module 2, the conductor path 6 is partially separated from the adjacent insulating layer 20. In addition, the conductor path 6 extends through a separating region 4, in which the conductor path 6 is surrounded by the insulating potting material 12 and is separated by the potting material.

5A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Leistungsmoduls 2 gemäß der Erfindung. Das Leistungsmodul 2 umfasst eine vergossene Oberfläche 8 und eine Sammelschiene, die drei laminierte Leiterstrecken 6, 6', 6" umfasst. Ein Teil jeder der Leiterstrecken 6, 6', 6" erstreckt sich durch die vergossene Oberfläche 8 des Leistungsmodul 2. Hierdurch bilden die Leiterstrecken 6, 6', 6" drei Kontaktbereiche 14, 14', 14", die aus der Vergussoberfläche 8 herausragen. 5A Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of part of a power module 2 according to the invention. The power module 2 comprises a potted surface 8 and a bus bar comprising three laminated conductor runs 6, 6', 6". A part of each of the conductor runs 6, 6', 6" extends through the potted surface 8 of the power module 2 the conductor sections 6, 6′, 6″ have three contact areas 14, 14′, 14″, which protrude from the casting surface 8.

Die Kontaktbereiche 14, 14', 14" erstrecken sich parallel zueinander. Jeder Kontaktbereich 14, 14', 14" erstreckt sich durch einen vergossenen Bereich des Leistungsmoduls 2. In diesem vergossenen Bereich sind die Kontaktbereiche 14, 14', 14" durch ein isolierendes Vergussmaterial 12 gegeneinander isoliert.The contact areas 14, 14', 14" extend parallel to one another. Each contact area 14, 14', 14" extends through a cast area of the power module 2. In this cast area, the contact areas 14, 14', 14" are connected by an insulating Potting material 12 isolated from each other.

Die Leiterstrecken 6, 6', 6" sind voneinander elektrisch isoliert und durch eine Isolierschicht 20, 20' getrennt. Es ist zu erkennen, dass die Dicke der Isolierschicht 20, 20' kleiner ist als die Dicke jeder der benachbarten Leiterstrecken 6, 6', 6".The conductive paths 6, 6', 6" are electrically insulated from one another and separated by an insulating layer 20, 20'. It can be seen that the thickness of the insulating layer 20, 20' is less than the thickness of each of the adjacent conductive paths 6, 6'. , 6".

Die Isolierschichten 20, 20' erstrecken sich parallel zur Längsachse X des Leistungsmoduls 2. Ein Teil der Leiterstrecken 6, 6', 6" erstreckt sich ebenfalls parallel zur Längsachse X des Leistungsmoduls 2. Der distale Abschnitt der Leiterstrecken 6, 6', 6" bildet Kontaktbereiche 14, 14', 14", die sich senkrecht zur Längsachse X des Leistungsmoduls 2 und parallel zur senkrechten Achse Y erstrecken.The insulating layers 20, 20' extend parallel to the longitudinal axis X of the power module 2. A part of the conductor paths 6, 6', 6" also extends parallel to the longitudinal axis X of the power module 2. The distal section of the conductor paths 6, 6', 6" forms contact areas 14, 14', 14", which extend perpendicularly to the longitudinal axis X of the power module 2 and parallel to the perpendicular axis Y.

An der vergossenen Oberfläche 8 sind zwischen den benachbarten Kontaktbereichen 14, 14', 14" Rippen 16 angeordnet. Es ist zu erkennen, dass der Abstand D3 zwischen benachbarten Kontaktbereichen 14, 14', 14" größer ist als der Abstand D1 zwischen den entsprechenden benachbarten Leiterstrecken 6, 6', 6" in dem Bereich, in dem die Isolierschichten 20, 20' angeordnet sind.Ribs 16 are arranged on the cast surface 8 between the adjacent contact areas 14, 14′, 14″. It can be seen that the distance D 3 between adjacent contact areas 14, 14′, 14″ is greater than the distance D 1 between the corresponding neighboring lei extend 6, 6', 6" in the area in which the insulating layers 20, 20' are arranged.

Es ist zu erkennen, dass die Dicke der Isolierschicht 20, 20' dem Abstand D1 zwischen den entsprechenden benachbarten Leiterstrecken 6, 6', 6" in dem Bereich entspricht, in dem die Isolierschichten 20, 20' angeordnet sind.It can be seen that the thickness of the insulating layer 20, 20' corresponds to the distance D 1 between the respective adjacent conductor runs 6, 6', 6'' in the area where the insulating layers 20, 20' are arranged.

Die distalen Teile der Kontaktbereiche 14, 14', 14" sind so weit voneinander entfernt, dass der Freiraum D3 zwischen benachbarten Kontaktbereichen 14, 14', 14" mindestens 4 mm beträgt.The distal parts of the contact areas 14, 14', 14" are so far apart from each other that the free space D 3 between adjacent contact areas 14, 14', 14" is at least 4 mm.

Da sich die distalen Abschnitte der Kontaktbereiche 14, 14', 14'' parallel zueinander erstrecken, entspricht der Abstand D2 zwischen dem geraden distalen Abschnitt des benachbarten Kontaktbereichs 14', 14'' innerhalb des Vergussmaterials 12 dem Abstand D3 zwischen dem geraden distalen Teil des benachbarten Kontaktbereichs 14', 14'', der aus der geformten Oberfläche 8 herausragt.Since the distal sections of the contact areas 14, 14', 14'' extend parallel to one another, the distance D 2 between the straight distal section of the adjacent contact area 14', 14'' within the potting material 12 corresponds to the distance D 3 between the straight distal Part of the adjacent contact area 14', 14'' protruding from the shaped surface 8.

5B zeigt eine Nahaufnahme eines Teils der Rippen des in 5A dargestellten Leistungsmoduls. Die Kriechstrecke L sollte bemessen werden, indem man dem bogenförmigen Weg entlang der Rippen folgt. 5B shows a closeup of part of the ribs of the in 5A shown power module. The creepage distance L should be measured by following the arcuate path along the ribs.

5C zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils eines vergossenen Halbleiter-Leistungsmoduls 2 gemäß der Erfindung. Das Leistungsmodul 2 umfasst eine erste Leiterstrecke 6 mit einem L-förmigen distalen Abschnitt. Im distalsten Teil der Leiterstrecke 6 ist ein Loch 18 vorgesehen, das einen Kontaktbereich 14 bildet, der aus der vergossenen Oberfläche 8 des Leistungsmoduls 2 herausragt. 5C 1 shows a perspective view of a part of a potted semiconductor power module 2 according to the invention. The power module 2 includes a first conductor path 6 with an L-shaped distal section. In the most distal part of the conductor path 6 there is a hole 18 which forms a contact area 14 which protrudes from the encapsulated surface 8 of the power module 2 .

Das Leistungsmodul 2 umfasst eine zweite Leiterstrecke 6' mit einem L-förmigen distalen Abschnitt. Im distalsten Teil der zweiten Leiterstrecke 6' ist ein Loch 18 vorgesehen, das einen Kontaktbereich 14' bildet. Außerdem ragt der Kontaktbereich 14' weiter aus der gegenüberliegenden Seite der vergossenen Oberfläche 8 heraus als der erste Kontaktbereich 14 .The power module 2 comprises a second conductor section 6' with an L-shaped distal section. In the most distal part of the second conductor section 6' there is a hole 18 which forms a contact area 14'. In addition, the contact area 14 ′ protrudes further from the opposite side of the potted surface 8 than the first contact area 14 .

Zwischen den Leiterstrecken 6, 6' ist eine Isolierschicht (nicht sichtbar) vorgesehen. Dementsprechend sind die Leiterstrecken 6, 6' laminiert. Die Kontur des Vergussmaterials 12 ist durch gestrichelte Linien angedeutet.An insulating layer (not visible) is provided between the conductor paths 6, 6'. Correspondingly, the conductor sections 6, 6' are laminated. The contour of the potting material 12 is indicated by dashed lines.

BezugszeichenlisteReference List

22
Leistungsmodulpower module
44
Trennbereichseparation area
6, 6', 6''6, 6', 6''
Leiterstrecken (z. B. Leiterrahmen)Ladder routes (e.g. ladder frames)
88th
Vergussoberflächepotting surface
10, 10', 10''10, 10', 10''
Anschlussbereichconnection area
1212
Vergussmaterialpotting material
14, 14', 14''14, 14', 14''
Kontakbereichcontact area
1616
Ripperib
1818
Lochhole
20, 20'20, 20'
Isolierschichtinsulating layer
2222
leitende Schichtconductive layer
2424
Substrat (z. B. Keramiksubstrat)substrate (e.g. ceramic substrate)
2525
Loch in der leitenden Schichthole in the conductive layer
2626
Loch in der Isolierfoliehole in the insulating film
28, 28'28, 28'
Leiterladder
30, 30'30, 30'
Leiterladder
32, 32'32, 32'
Metallschichtmetal layer
3434
Isolierfolieinsulating film
3636
direkt gebondetes Kupfer (DBC) Substratdirect bonded copper (DBC) substrate
X, YX, Y
Achseaxis
D1D1
Dickethickness
D2D2
Abstanddistance
D3D3
Freiraumfree space
LL
Kriechstreckecreepage distance

Claims (13)

Vergossenes Halbleiter-Leistungsmodul (2) mit einer Sammelschiene, die mindestens zwei laminierte Leiterstrecken (6, 6', 6") aufweist, wobei sich mindestens zwei der Leiterstrecken (6, 6', 6") durch die vergossene Oberfläche (8) des Leistungsmoduls (2) hindurch erstrecken, um Anschlussbereiche (10, 10', 10") zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Anschlussbereich (10, 10', 10") von dem/den anderen Anschlussbereich(en) (10, 10', 10") durch ein isolierendes Vergussmaterial (12) isoliert ist.Cast semiconductor power module (2) with a busbar which has at least two laminated conductor runs (6, 6', 6"), at least two of the conductor runs (6, 6', 6") extending through the cast surface (8) of the power module (2) to form connection areas (10, 10', 10"), characterized in that each connection area (10, 10', 10") is separated from the other connection area(s) (10, 10' , 10") is insulated by an insulating potting material (12). Leistungsmodul (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vergießen des Leistungsmoduls (2) und zur Isolierung des/der Anschlussbereichs/-bereiche (10, 10', 10") gegeneinander das gleiche Vergussmaterial (12) verwendet wird.Power module (2) after claim 1 , characterized in that the same potting material (12) is used to pot the power module (2) and to insulate the connection area(s) (10, 10', 10") from one another. Leistungsmodul (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Leiterstrecken (6, 6') eine Isolierschicht (20, 20') aus einem anderen Material als dem isolierenden Vergussmaterial (12) vorgesehen ist.Power module (2) after claim 1 or 2 , characterized in that an insulating layer (20, 20') made of a material other than the insulating potting material (12) is provided between the conductor paths (6, 6'). Leistungsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (D3) zwischen benachbarten Anschlussbereichen (10, 10', 10") größer ist als der Abstand (D1) zwischen den entsprechenden benachbarten Leiterstrecken (6, 6', 6") an dem Abschnitt, an dem die Isolierschicht (20, 20') angeordnet ist.Power module (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the free space (D 3 ) between adjacent connection areas (10, 10', 10") is greater than the distance (D 1 ) between the corresponding adjacent conductor sections (6, 6 ', 6") at the portion where the insulating layer (20, 20') is arranged. Leistungsmodul (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Isolierschicht (20, 20') dem Abstand (D1) zwischen den entsprechenden benachbarten Leiterstrecken (6, 6', 6") an dem Abschnitt entspricht, an dem die Isolierschicht (20, 20') angeordnet ist.Power module (2) after claim 4 , characterized in that the thickness of the insulating layer (20, 20') corresponds to the distance (D 1 ) between the respective adjacent conductor runs (6, 6', 6") at the portion where the insulating layer (20, 20') is arranged. Leistungsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die distalen Abschnitte der Anschlussbereiche (10, 10', 10") so weit voneinander getrennt sind, dass der Freiraum (D3) zwischen benachbarten Anschlussbereichen (10, 10', 10") mindestens 4 mm beträgt.Power module (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the distal sections of the connection areas (10, 10', 10") are separated from one another so far that the free space (D 3 ) between adjacent connection areas (10, 10', 10") is at least 4 mm. Leistungsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Anschlussbereich (10, 10', 10") ein Kontaktbereich (14, 14', 14") vorgesehen ist und dass die Kontaktbereiche (14, 14', 14) parallel oder senkrecht zueinander verlaufen.Power module (2) according to one of the preceding claims, characterized in that a contact area (14, 14', 14") is provided in each connection area (10, 10', 10") and in that the contact areas (14, 14', 14 ) run parallel or perpendicular to each other. Leistungsmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Leistungsmoduls (2) mindestens eine der Leiterstrecken (6, 6', 6") von ihrer benachbarten Isolierschicht (20, 20') getrennt ist und dass sich die mindestens eine Leiterstrecke (6, 6', 6") durch einen Trennbereich (4) erstreckt, in dem die mindestens eine Leiterstrecke (6, 6', 6") von dem isolierenden Vergussmaterial (12) umgeben und getrennt ist.Power module (2) according to one of the preceding claims 3 - 7 , characterized in that within the power module (2) at least one of the conductor sections (6, 6', 6") is separated from its neighboring insulating layer (20, 20') and in that the at least one conductor section (6, 6', 6 ") extends through a separating area (4), in which the at least one conductor section (6, 6', 6") is surrounded and separated by the insulating potting material (12). Leistungsmodul (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Leistungsmoduls (2) alle Leiterstrecken (6, 6', 6") von ihrer benachbarten Isolierschicht (20, 20') getrennt sind und dass die Leiterstrecken (6, 6', 6") durch einen Trennbereich (4) verlaufen, in dem jede der Leiterstrecken (6, 6', 6") von dem isolierenden Vergussmaterial (12) umgeben und getrennt ist.Power module (2) after claim 8 , characterized in that inside the power module (2) all conductor paths (6, 6 ', 6 ") are separated from their adjacent insulating layer (20, 20') and that the conductor paths (6, 6 ', 6") by a Separation area (4) run, in which each of the conductor sections (6, 6 ', 6 ") surrounded and separated by the insulating potting material (12). Verfahren zur Herstellung eines vergossenen Halbleiter-Leistungsmoduls (2), das eine Sammelschiene umfasst, die mindestens zwei laminierte Leiterstrecken (6, 6', 6") umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Anbringen einer leitenden Schicht (z. B. einer DC-Verbindungsschicht) auf einem Substrat (24); b) Aufbringen einer Vielzahl von Halbleitern auf das Substrat; c) elektrisches Verbinden der Halbleiter mit der DC-Verbindungsschicht; d) Anbringen einer mindestens zwei laminierte Leiterstrecken (6, 6', 6") umfassenden Sammelschiene auf dem Substrat und e) Vergießen des Moduls unter Verwendung eines isolierenden Vergussmaterials (12), wobei sich mindestens zwei der Leiterstrecken (6, 6', 6") durch die vergossene Oberfläche (8) des Leistungsmoduls (2) erstrecken, um Anschlussbereiche (10, 10', 10") zu bilden, wobei jeder Anschlussbereich (10, 10', 10") von dem/den anderen Anschlussbereich(en) (10, 10', 10") durch das isolierende Vergussmaterial (12) isoliert ist.A method of manufacturing an encapsulated semiconductor power module (2) comprising a busbar comprising at least two laminated conductor runs (6, 6', 6"), the method comprising the following steps: a) applying a conductive layer (e.g. a DC link layer) to a substrate (24); b) depositing a plurality of semiconductors on the substrate; c) electrically connecting the semiconductors to the DC link layer; d) mounting a bus bar comprising at least two laminated conductor runs (6, 6', 6") on the substrate and e) encapsulation of the module using an insulating encapsulation material (12), with at least two of the conductor paths (6, 6', 6") extending through the encapsulated surface (8) of the power module (2) in order to connect connection areas (10, 10' , 10"), each connection area (10, 10', 10") being isolated from the other connection area(s) (10, 10', 10") by the insulating potting material (12). Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Substrat ein Keramiksubstrat ist, wobei das Verfahren die Schritte des Bereitstellens der Sammelschiene durch Anordnen einer Isolierschicht zwischen einer ersten Leiterstrecke (6) und einer zweiten Leiterstrecke (6') umfasst.procedure after claim 10 wherein the substrate is a ceramic substrate, the method comprising the steps of providing the busbar by arranging an insulating layer between a first conductor run (6) and a second conductor run (6'). Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die erste Leiterstrecke (6) einen plattenförmigen Abschnitt umfasst, der einen mit einem Loch (18) versehenen Kontaktbereich (14) bildet.procedure after claim 11 , in which the first conductor section (6) comprises a plate-shaped section which forms a contact region (14) provided with a hole (18). Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die zweite Leiterstrecke (6') einen plattenförmigen Abschnitt und einen daraus herausragenden zylindrischen Kontaktbereich (14') aufweist.procedure after claim 11 or 12 , in which the second conductor section (6') has a plate-shaped section and a cylindrical contact area (14') protruding therefrom.
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