DE102021126850A1 - Halbleitermodul, verfahren zur herstellung eines halbleitermoduls und system - Google Patents

Halbleitermodul, verfahren zur herstellung eines halbleitermoduls und system Download PDF

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Tomas Manuel Reiter
Christoph Koch
Patrick Jones
Dietmar Spitzer
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Halbleitermodul, das mindestens einen Halbleiterchip, eine Verkapselung, die den mindestens einen Halbleiterchip verkapselt, und einen ersten und einen zweiten Leistungskontakt, die elektrisch mit dem mindestens einen Halbleiterchip gekoppelt sind, aufweist, wobei der erste und der zweite Leistungskontakt jeweils einen externen Teil, der aus der Verkapselung herausragt, und einen überlappenden Teil aufweisen, wobei der erste Leistungskontakt so konfiguriert ist, dass er einen ersten Strom führt, und der zweite Leistungskontakt so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Strom führt, wobei ein Stromfluss des ersten Stroms in dem externen Teil des ersten Leistungskontakts in das Halbleitermodul hinein oder aus diesem heraus zeigt und ein Stromfluss des zweiten Stroms in dem externen Teil des zweiten Leistungskontakts in die entgegengesetzte Richtung des ersten Stromflusses zeigt, wobei die überlappenden Teile so überlappen, dass die Stromflüsse in den überlappenden Teilen in dieselbe Richtung zeigen, und wobei die überlappenden Teile überlappende Slots aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Stromsensorelement zum Messen eines kombinierten Stroms in den überlappenden Teilen aufnehmen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Halbleitermodul, auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls sowie auf ein System, das ein Halbleitermodul und ein Sensormodul aufweist.
  • HINTERGRUND
  • Ein Halbleitermodul kann so konfiguriert sein, dass es eine bestimmte Ausgangsleistung liefert, zum Beispiel für Elektromotoranwendungen. Es kann notwendig sein, die Ausgangsleistung genau zu kontrollieren, und aus diesem Grund kann ein Stromsensor auf dem Halbleitermodul angeordnet sein. Stromsensoren, insbesondere Stromsensoren mit einem Kern oder einem Flusskonzentrator, beanspruchen jedoch einen gewissen Platz, was wiederum die Miniaturisierungsbemühungen behindert. Außerdem können Stromsensoren mit einem Kern unter Kernsättigung, unzureichender Messgenauigkeit und anderen Problemen leiden. Verbesserte Halbleitermodule, verbesserte Verfahren zur Herstellung von Halbleitermodulen und verbesserte Systeme, die ein Halbleitermodul und ein Sensormodul aufweisen, können diese und andere Probleme lösen.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • KURZFASSUNG
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Halbleitermodul, das mindestens einen Halbleiterchip, eine den mindestens einen Halbleiterchip einkapselnde Verkapselung, und einen ersten und einen zweiten Leistungskontakt, die mit dem mindestens einen Halbleiterchip elektrisch gekoppelt sind, aufweist, wobei der erste und der zweite Leistungskontakt jeweils einen von der Verkapselung freiliegenden externen Teil und einen überlappenden Teil aufweisen, wobei der erste Leistungskontakt zum Führen eines ersten Stroms und der zweite Leistungskontakt zum Führen eines zweiten Stroms ausgebildet sind, wobei ein Stromfluss des ersten Stroms in dem externen Teil des ersten Leistungskontakts in das Halbleitermodul hinein oder aus diesem heraus zeigt und ein Stromfluss des zweiten Stroms in dem externen Teil des zweiten Leistungskontakts in die entgegengesetzte Richtung des ersten Stromflusses zeigt, wobei die überlappenden Teile so überlappen, dass die Stromflüsse in den überlappenden Teilen in dieselbe Richtung zeigen, und wobei die überlappenden Teile überlappende Slots aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Stromsensorelement zum Messen eines kombinierten Stroms in den überlappenden Teilen aufnehmen können.
  • Verschiedene Aspekte beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen mindestens eines Halbleiterchips, Verkapseln des mindestens einen Halbleiterchips mit einer Verkapselung, elektrisches Koppeln eines ersten und eines zweiten Leistungskontakts mit dem mindestens einen Halbleiterchip, wobei der erste und der zweite Leistungskontakt jeweils einen externen Teil, der aus der Verkapselung herausragt, und einen überlappenden Teil aufweisen, wobei der erste Leistungskontakt so konfiguriert ist, dass er einen ersten Strom führt, und der zweite Leistungskontakt so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Strom führt, wobei ein Stromfluss des ersten Stroms in dem externen Teil des ersten Leistungskontakts in das Halbleitermodul hinein oder aus diesem heraus zeigt und ein Stromfluss des zweiten Stroms in dem externen Teil des zweiten Leistungskontakts in die entgegengesetzte Richtung des ersten Stromflusses zeigt, wobei die überlappenden Teile so überlappen, dass die Stromflüsse in den überlappenden Teilen in die gleiche Richtung zeigen, und wobei die überlappenden Teile überlappende Slots aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Stromsensorelement zum Messen eines kombinierten Stroms in den überlappenden Teilen aufnehmen.
  • Verschiedene Aspekte beziehen sich auf ein System, das ein Halbleitermodul und ein Sensormodul, das ein Stromsensorelement enthält, aufweist.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen zeigen Beispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Offenbarung. Andere Beispiele und viele der beabsichtigten Vorteile der Offenbarung werden in Anbetracht der folgenden detaillierten Beschreibung leicht zu erkennen sein. Die Elemente in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander. Identische Bezugsziffern bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
    • 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Halbleitermodul, wobei ein erster und ein zweiter Leistungskontakt des Halbleitermoduls überlappende Teile aufweisen.
    • Die 2A bis 2C zeigen Detailansichten des ersten und zweiten Leistungskontakts der 1.
    • 3 zeigt eine Detailansicht eines speziellen Beispiels des ersten Leistungskontakts von 1, wobei der überlappende Teil Verengungen aufweist.
    • Die 4A und 4B zeigen ein weiteres Halbleitermodul mit überlappenden ersten und zweiten Leistungskontakten, wobei das Halbleitermodul auch eine Grundplatte aufweist.
    • 5 ist ein Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung von Halbleitermodulen.
    • 6 ist eine Schnittdarstellung eines Systems, das ein Halbleitermodul und ein Sensormodul aufweist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung werden richtungsbezogene Begriffe wie „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, „obere“, „untere“ usw. in Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da die Komponenten der Offenbarung in einer Reihe von verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, wird die richtungsbezogene Terminologie nur zur Veranschaulichung verwendet. Es versteht sich, dass auch andere Beispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können.
  • Darüber hinaus kann ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt eines Beispiels zwar nur in Bezug auf eine von mehreren Ausführungsformen offenbart sein, doch kann ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, wie es für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft ist, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes vermerkt oder technisch eingeschränkt ist. Soweit in der ausführlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen die Begriffe „umfassen“, „haben“, „mit“ oder andere Varianten davon verwendet werden, sind diese Begriffe in ähnlicher Weise umfassend zu verstehen wie der Begriff „aufweisen“. Die Begriffe „gekoppelt“ und „verbunden“ sowie deren Ableitungen können verwendet werden. Es ist davon auszugehen, dass diese Begriffe verwendet werden können, um anzuzeigen, dass zwei Elemente zusammenwirken oder miteinander interagieren, unabhängig davon, ob sie in direktem physischen oder elektrischen Kontakt stehen, oder ob sie nicht in direktem Kontakt miteinander stehen; zwischen den „gekoppelten“, „angebrachten“ oder „verbundenen“ Elementen können Zwischenelemente oder Schichten vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die „gekoppelten“, „angebrachten“ oder „verbundenen“ Elemente in direktem Kontakt zueinander stehen. Auch der Begriff „beispielhaft“ ist lediglich als Beispiel gemeint und nicht als das Beste oder Optimale.
  • Die im Folgenden beschriebenen Beispiele eines Halbleitermoduls können verschiedene Arten von Halbleiterchips oder in die Halbleiterchips integrierte Schaltungen verwenden, darunter AC/DC- oder DC/DC-Wandlerschaltungen, Leistungs-MOS-Transistoren, Leistungs-Schottky-Dioden, JFETs (Junction-Gate-Feldeffekttransistoren), Leistungs-Bipolartransistoren, integrierte Logikschaltungen, analoge integrierte Schaltungen, integrierte Leistungsschaltungen usw.
  • Ein effizientes Halbleitermodul und ein effizientes Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls können beispielsweise den Materialverbrauch, die ohmschen Verluste, den chemischen Abfall, usw. verringern und somit Energie- und/oder Ressourceneinsparungen ermöglichen. Verbesserte Halbleitermodule und verbesserte Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls, wie sie in dieser Beschreibung beschrieben werden, können somit zumindest indirekt zu grünen Technologielösungen beitragen, d.h. zu klimafreundlichen Lösungen, die eine Verringerung des Energie- und/oder Ressourcenverbrauchs ermöglichen.
  • 1 zeigt ein Halbleitermodul 100, das mindestens einen Halbleiterchip 110, eine Verkapselung 120, einen ersten Leistungskontakt 130 und einen zweiten Leistungskontakt 140 aufweist (die Verkapselung 120 ist in 1 transparent, um die inneren Teile des Halbleitermoduls 100 zu zeigen).
  • Das Halbleitermodul 100 kann beispielsweise eine H-Brückenschaltung aufweisen, wobei der erste und zweite Leistungskontakt 130, 140 externe Kontakte der H-Brückenschaltung sind. Das Halbleitermodul 100 kann z.B. eine Erregerschaltung für einen Rotor eines Elektromotors oder Generators aufweisen, oder das Halbleitermodul 100 kann z.B. eine DC-DC Konverter Schaltung aufweisen.
  • Das Halbleitermodul 100 kann zum Beispiel so konfiguriert sein, dass es mit einem elektrischen Strom von 100A oder weniger, oder 80A oder weniger, oder 50A oder weniger arbeitet. Die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 können so konfiguriert sein, dass sie diesen Strom führen. Die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 können als Leistungsausgänge einer Schaltung des Halbleitermoduls 100 konfiguriert sein.
  • Der erste und der zweite Leistungskontakt 130, 140 sind elektrisch mit dem mindestens einen Halbleiterchip 110 verbunden. Der erste Leistungskontakt 130 ist so konfiguriert, dass er einen ersten Strom führt, und der zweite Leistungskontakt 140 ist so konfiguriert, dass er einen zweiten Strom führt. Der erste und der zweite Strom können zum Beispiel die gleiche Amplitude haben. Der erste und der zweite Strom können beispielsweise Wechselströme sein, wobei der zweite Strom im Vergleich zum ersten Wechselstrom eine umgekehrte Polarität aufweist. Gemäß einem weiteren Beispiel sind der erste und der zweite Strom Gleichströme, wobei der erste Gleichstrom in das Halbleitermodul 100 hinein oder aus diesem heraus weist und der zweite Gleichstrom in die entgegengesetzte Richtung im Vergleich zum ersten Gleichstrom weist.
  • Die Verkapselung 120 verkapselt den mindestens einen Halbleiterchip 110. Die Verkapselung 120 kann die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 teilweise einkapseln. Die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 weisen jeweils einen externen Teil 131, 141, der aus der Verkapselung 120 herausragt, und einen überlappenden Teil 132, 142 auf. Die überlappenden Teile 132, 142 überlappen so, dass im Betrieb des Halbleitermoduls 100 die Stromflüsse des ersten und zweiten Stroms in den überlappenden Teilen 132, 142 in die gleiche Richtung zeigen. Dies kann bedeuten, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt der Stromfluss des ersten Stroms im externen Teil 131 des ersten Leistungskontakts 130 in das Halbleitermodul 100 hinein zeigt und der Stromfluss des zweiten Stroms im externen Teil 141 des zweiten Leistungskontakts 140 aus dem Halbleitermodul 100 heraus zeigt, oder umgekehrt.
  • Darüber hinaus umfassen die überlappenden Teile 132, 142 überlappende Slots 133, 143, die so konfiguriert sind, dass sie ein Stromsensorelement zur Messung eines kombinierten Stroms in den überlappenden Teilen 132, 142 aufnehmen können.
  • Die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140, insbesondere die überlappenden Teile 132, 142, können in zwei verschiedenen Ebenen angeordnet sein. Es ist zu beachten, dass in 1 der zweite Leistungskontakt 140 mit gestrichelten Linien gezeichnet ist und der überlappende Teil 142 leicht versetzt zum überlappenden Teil 132 des ersten Leistungskontakts 130 gezeichnet ist, um die Anordnung in den zwei verschiedenen Ebenen zu zeigen. In Wirklichkeit können sich die überlappenden Teile 132, 142 jedoch genau überlappen. In einem anderen Beispiel können die überlappenden Teile 132, 142 gegeneinander verschoben sein, so dass eine Überlappung reduziert wird. In beiden Fällen können sich die Slots 133, 143 jedoch überlappen, so dass ein Stromsensorelement in beide Slots 133, 143 eingeführt werden kann.
  • Der Halbleiterchip 110 kann zum Beispiel ein Leistungshalbleiterchip sein. Das Halbleitermodul 100 kann mehrere Halbleiterchips aufweisen, die miteinander verbunden sind, um eine elektrische Schaltung zu bilden, wie die weiter oben erwähnten Beispiele für elektrische Schaltungen.
  • Gemäß einem Beispiel weist das Halbleitermodul 100 einen Träger 150 auf, wobei der mindestens eine Halbleiterchip 110 auf dem Träger 150 angeordnet und mit diesem elektrisch gekoppelt ist. Der Träger 150 kann zum Beispiel vom Typ Direct Copper Bond (DCB), Direct Aluminium Bond (DAB), Active Metal Braze (AMB), Printed Circuit Board (PCB) oder Leiterrahmen sein. Gemäß einem Beispiel können der erste Leistungskontakt 130 und/oder der zweite Leistungskontakt 140 elektrisch und/oder mechanisch mit dem Träger 150 gekoppelt sein. Der Träger 150 kann vollständig oder teilweise von der Verkapselung 120 umschlossen sein.
  • Die Verkapselung 120 kann jedes geeignete dielektrische Material aufweisen oder daraus bestehen. Die Verkapselung 120 kann zum Beispiel einen Kunststoffrahmen und/oder einen Formkörper aufweisen. Die Verkapselung 120 kann eine Vielzahl von Löchern aufweisen, die für die Aufnahme von Kontaktstiften konfiguriert sind. Die Kontaktstifte können z.B. senkrecht zu den ersten und zweiten Leistungskontakten 130, 140 angeordnet sein. Das Halbleitermodul 100 kann z.B. dazu konfiguriert sein, eine Anwendungsplatine über der Verkapselung 120 anzuordnen und die Anwendungsplatine mit dem Halbleitermodul 100 unter Verwendung der Kontaktstifte elektrisch zu koppeln.
  • Gemäß einem Beispiel sind die überlappenden Teile 132, 142 der ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 durch die Verkapselung 120 verkapselt.
  • Die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 können beispielsweise ein Metall oder eine Metalllegierung aufweisen oder daraus bestehen. Die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 können z.B. Al, Fe oder Cu aufweisen oder daraus bestehen. Die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 können z.B. Leiterrahmenteile sein.
  • Die freiliegenden Teile 131, 141 der ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 können in einer gleichen ersten Ebene angeordnet sein. Die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 können innere Enden aufweisen, die in einer gleichen zweiten Ebene angeordnet sind. Die erste und die zweite Ebene können identisch sein. Der erste Leistungskontakt 130 und/oder der zweite Leistungskontakt 140 können eine gebogene Form aufweisen, so dass der oder die überlappenden Teile 132, 142 außerhalb der ersten und/oder zweiten Ebene angeordnet sind. Beide überlappenden Teile 132, 142 können außerhalb der ersten und/oder zweiten Ebene angeordnet sein, beispielsweise kann der überlappende Teil 132 oberhalb der ersten und/oder zweiten Ebene und der überlappende Teil 142 unterhalb der ersten und/oder zweiten Ebene angeordnet sein. Gemäß einem anderen Beispiel ist nur einer der überlappenden Teile 132, 142 außerhalb der ersten und/oder zweiten Ebene angeordnet.
  • Die Slots 133, 143 in den überlappenden Teilen 132, 142 können jede geeignete Form und jede geeignete Abmessung aufweisen. Die Slots 133, 143 können z.B. eine rechteckige Form, eine elliptische Form, eine runde Form, eine quadratische Form, usw. haben. Die Slots 133, 143 können zum Beispiel eine rechteckige Form mit einer Länge von 20 mm oder weniger, oder 15 mm oder weniger, oder 10 mm oder weniger, oder 6 mm oder weniger und einer Breite von 10 mm oder weniger, oder 8 mm oder weniger, oder 6 mm oder weniger, oder 4 mm oder weniger haben.
  • Die Slots 133, 143 können an jeder geeigneten Stelle in den sich überlappenden Teilen 132, 142 angeordnet sein. Die Slots 133, 143 können beispielsweise entlang einer Mittelachse der überlappenden Teile 132, 142 angeordnet sein. Einem Beispiel zufolge haben die Slots 133, 143 eine rechteckige oder elliptische Form, wobei die längere Seite parallel zur Mittelachse der überlappenden Teile 132, 142 verläuft. Einem anderen Beispiel zufolge ist die längere Seite senkrecht zur Mittelachse angeordnet.
  • Gemäß einem Beispiel weist das Halbleitermodul 100 weitere Kontakte 160 auf. Bei den weiteren Kontakten 160 kann es sich z.B. um Leistungskontakte des Halbleitermoduls 100 handeln. Bei den weiteren Kontakten 160 kann es sich z.B. um Leistungseingänge des Halbleitermoduls 100 handeln. Die weiteren Kontakte 160 können z.B. so konfiguriert sein, dass sie einen Gleichstrom oder einen Wechselstrom führen. Die weiteren Kontakte 160 können z.B. das gleiche Material oder die gleiche Materialzusammensetzung wie die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 aufweisen oder daraus bestehen. Gemäß einem Beispiel sind die weiteren Kontakte 160 Leiterrahmenteile.
  • 2A zeigt eine Detailansicht der ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140. 2A zeigt insbesondere den Stromfluss 201 des ersten Stroms durch den ersten Leistungskontakt 130 und den Stromfluss 202 des zweiten Stroms durch den zweiten Leistungskontakt 140 im Betrieb des Halbleitermoduls 100.
  • Wie in 2A gezeigt, zeigen der erste und der zweite Strom in entgegengesetzte Richtungen in den inneren und äußeren Enden des ersten und des zweiten Leistungskontakts 130, 140. Die überlappenden Teile 132, 142 sind jedoch so angeordnet, dass die Stromflüsse 201, 202 in den überlappenden Teilen 132, 142 in die gleiche Richtung weisen (in 2A nach links). Ein in den Slots 133, 143 angeordneter Stromsensor kann daher die Summe des ersten und zweiten Stroms erfassen. Auf diese Weise kann das Signal-zu-Rauschen-Verhältnis verbessert und die Messungenauigkeit verringert werden.
  • 2B zeigt eine Schnittdarstellung der überlappenden Teile 132, 142 entlang der Linie B-B' in 2A. Ebenfalls in 2B angedeutet sind ein Stromsensorelement 210, das in den Slots 133, 143 angeordnet sein kann, sowie ein magnetischer Fluss 230, der durch eine Kombination der ersten und zweiten Ströme in den überlappenden Teilen 132, 142 während des Betriebs des Halbleitermoduls 100 erzeugt wird.
  • Das Stromsensorelement 210 kann zum Beispiel magnetfeldempfindliche Teile 220 aufweisen. Das Stromsensorelement 210 kann zum Beispiel ein Hall-Sensorelement sein. Das Stromsensorelement 210 kann so konfiguriert sein, dass es ohne einen Magnetkern oder Flusskonzentrator arbeitet, da das Stromsensorelement 210 in den Slots 133, 143 angeordnet ist. Ein solcher Kern oder Flusskonzentrator würde die erforderliche Größe eines Stromsensors erhöhen. Ein kernloses Stromsensorelement 210 kann auch den Vorteil einer schnelleren Überstromerkennung und/oder einer höheren Gesamtgenauigkeit haben. Ein kernloses Stromsensorelement 210 kann auch den Nachteil der Kernsättigung und/oder Kernmagnetisierung vermeiden.
  • Ein erstes der magnetfeldempfindlichen Teile 220 kann beispielsweise oberhalb des überlappenden Teils 132 des ersten Leistungskontakts 130 angeordnet sein und ein zweites der magnetfeldempfindlichen Teile 220 kann beispielsweise unterhalb des überlappenden Teils 142 des zweiten Leistungskontakts 140 angeordnet sein. Da die Stromflüsse des ersten und zweiten Stroms in den überlappenden Teilen 132, 142 in die gleiche Richtung zeigen, wird der magnetische Fluss an der Position der magnetfeldempfindlichen Teile 220 erhöht. Dadurch wird die Messgenauigkeit des Stromsensorelements 210 verbessert.
  • Gemäß einem Beispiel sind die magnetfeldempfindlichen Elemente 220 in einem Abstand zueinander von 4mm oder weniger, oder 3mm oder weniger, oder 2,5mm oder weniger, oder 2,26mm oder weniger angeordnet.
  • Die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140, insbesondere die überlappenden Teile 132, 142, können zum Beispiel eine Dicke t von 1,5mm oder weniger, oder 1mm oder weniger, oder 0,5mm oder weniger haben. Die überlappenden Teile 132, 142 können beispielsweise in einem Abstand d zueinander von 2mm oder weniger, oder 1,5mm oder weniger, oder 1mm oder weniger, oder 0,8mm oder weniger angeordnet sein.
  • Ein Zwischenraum zwischen den überlappenden Teilen 132, 142 kann mit dielektrischem Material gefüllt sein, um die überlappenden Teile 132, 142 elektrisch voneinander zu isolieren. Gemäß einem Beispiel wird der Raum zwischen den überlappenden Teilen 132, 142 durch die Verkapselung 120 gefüllt.
  • 2C zeigt eine Seitenansicht des ersten und zweiten Leistungskontakts 130, 140 entlang des Pfeils C in 2A. Die potentielle Position des Stromsensorelements 210 in Bezug auf die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 ist ebenfalls in 2C angedeutet.
  • Ein inneres Ende 134 des ersten Leistungskontakts 130 ist im Vordergrund von 2C dargestellt. Dann erstreckt sich der überlappende Teil 132 des ersten Leistungskontakts 130 in die Zeichenebene, so dass der freiliegende Teil 131 des ersten Leistungskontakts 130 durch den freiliegenden Teil 141 des zweiten Leistungskontakts 140 in 2C verdeckt wird.
  • In dem in 2C gezeigten Beispiel ist der erste Leistungskontakt 130 zweimal gebogen, so dass der überlappende Teil 132 oberhalb einer Ebene angeordnet ist, die das innere Ende 134 und den freiliegenden Teil 131 aufweist. Der zweite Leistungskontakt 140 ist ebenfalls zweimal gebogen, so dass der überlappende Teil 142 über einer Ebene angeordnet ist, die ein inneres Ende und den freiliegenden Teil 141 des zweiten Leistungskontakts 140 aufweist. Außerdem sind die freiliegenden Teile 131, 141 und die inneren Enden sowohl des ersten als auch des zweiten Leistungskontakts 130, 140 im Beispiel von 2C in derselben Ebene angeordnet. Wie weiter oben erwähnt, sind andere relative Anordnungen der freiliegenden Teile 131, 141, der überlappenden Teile 132, 142 und/oder der inneren Enden möglich, solange sich die überlappenden Teile 132, 142 tatsächlich überlappen. Beispielsweise könnte nur der erste Leistungskontakt 130 so gebogen sein, dass der überlappende Teil 132 außerhalb der Ebene angeordnet ist, die die freiliegenden Teile 131, 141 und die inneren Enden aufweist, während der überlappende Teil 142 des zweiten Leistungskontakts innerhalb dieser Ebene angeordnet ist.
  • 3 zeigt ein konkretes Beispiel des ersten Leistungskontakts 130, wobei der überlappende Teil 132 mindestens eine Verengung 300 aufweist. Der überlappende Teil 132 kann insbesondere zwei Verengungen 300 aufweisen. Die Verengung(en) 300 kann (können) seitlich neben dem Slot 133 angeordnet sein, beispielsweise an gegenüberliegenden Seiten des Slots 133.
  • Die Verengung(en) 300 kann (können) den überlappenden Teil 132 an dem Slot 133 einengen, wodurch die Stromdichte an dem Slot 133 während des Betriebs des Halbleitermoduls 100 erhöht wird. Dies wiederum kann das von dem Stromsensorelement 210 in dem Slot 133 erfasste Signal verbessern.
  • Die Verengung(en) 300 kann (können) jede geeignete Form haben, z.B. eine abgerundete Form, wie im Beispiel von 3 gezeigt. Die Verengung(en) kann (können) beispielsweise eine Breite w1 von 1mm oder mehr, oder 2mm oder mehr, oder 2,5mm oder mehr, oder 3mm oder mehr haben. Der überlappende Teil 132 kann zum Beispiel eine Breite w2 von 25mm oder weniger, oder 20mm oder weniger, oder 15mm oder weniger, oder 14mm oder weniger, oder 12mm oder weniger, oder 10mm oder weniger haben.
  • Der überlappende Teil 132 und der externe Teil 131 des ersten zweiten Leistungskontakts 130 können zum Beispiel in einem Winkel von 60° oder mehr zueinander angeordnet sein. Wie im Beispiel von 3 gezeigt, können der externe Teil 131 und der überlappende Teil 132 insbesondere in einem Winkel von 90° relativ zueinander angeordnet sein.
  • Gemäß einem Beispiel kann der zweite Leistungskontakt 140 die Verengung(en) 300 aufweisen und/oder die Form und die Abmessungen haben, die in Bezug auf den ersten Leistungskontakt 130 beschrieben sind.
  • Die 4A und 4B zeigen ein weiteres Halbleitermodul 400, das ähnlich oder identisch mit dem Halbleitermodul 100 sein kann. Das Halbleitermodul 400 kann alle Komponenten aufweisen, die in Bezug auf das Halbleitermodul 100 beschrieben sind, und es kann zusätzlich eine Grundplatte 410 aufweisen.
  • Die Grundplatte 410 kann ein Metall oder eine Metalllegierung aufweisen oder daraus bestehen. Die Grundplatte 410 kann zum Beispiel Al, Fe oder Cu aufweisen oder daraus bestehen. Die Grundplatte 410 kann als Wärmeverteiler zum Verteilen der von dem mindestens einen Halbleiterchip 110 während des Betriebs erzeugten Wärme konfiguriert sein. Das Halbleitermodul 400 kann einen oder mehrere Träger 150 aufweisen, wobei der eine oder die mehreren Halbleiterchips 110 auf dem/den Träger(n) 150 angeordnet sind und wobei der/die Träger 150 auf der Grundplatte 410 angeordnet sind.
  • Die Grundplatte 410 kann von der Verkapselung 120 freigelegt sein. Gemäß einem Beispiel können Befestigungsmittel 420 wie Schrauben oder Nieten verwendet werden, um die Verkapselung 120 mechanisch mit der Grundplatte 410 zu verbinden.
  • 4B zeigt eine Schnittdarstellung des Halbleitermoduls 400 entlang der Linie B-B' in 4A. Wie in 4B gezeigt, kann die Grundplatte 410 ein Durchgangsloch 430 aufweisen. Das Durchgangsloch 430 kann insbesondere direkt unterhalb der Slots 133, 143 in den ersten und zweiten Leistungskontakten 130, 140 angeordnet sein.
  • Während des Betriebs des Halbleitermoduls 400 kann das Magnetfeld, das durch die ersten und zweiten Ströme erzeugt wird, die durch die ersten und zweiten Leistungskontakte 130, 140 fließen, Wirbelströme in der Grundplatte 410 verursachen, die wiederum die Messung des Stromsensorelements 210 beeinflussen können. Durch die richtige Ausrichtung des Durchgangslochs 430 mit den Slots 133, 143 und/oder durch die richtige Dimensionierung des Durchgangslochs 430 kann jedoch ein negativer Einfluss der Wirbelströme auf die Strommessung vermieden werden. In diesem Fall kann die Grundplatte 410 als eine Art Flusskonzentrator für das Stromsensorelement 210 wirken.
  • Wie auch in 4B gezeigt, kann die Verkapselung 120 eine Öffnung 440 aufweisen, die zur Aufnahme des Stromsensorelements 210 ausgebildet ist. Die Öffnung 440 kann insbesondere zur Aufnahme eines Sensormoduls ausgebildet sein, wobei das Sensormodul das Stromsensorelement 210 und eine Verkapselung, die das Stromsensorelement 210 zumindest teilweise verkapselt, aufweist. Die Verkapselung 120 kann Befestigungsmittel zur Befestigung des Sensormoduls an dem Halbleitermodul 400 aufweisen.
  • 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zur Herstellung eines Halbleitermoduls. Das Verfahren 500 kann zum Beispiel zur Herstellung des Halbleitermoduls 100 oder 400 verwendet werden.
  • Das Verfahren 500 weist bei 501 einen Prozess des Bereitstellens mindestens eines Halbleiterchips, bei 502 einen Prozess des Verkapselns des mindestens einen Halbleiterchips mit einer Verkapselung und bei 503 einen Prozess des elektrischen Koppelns eines ersten und eines zweiten Leistungskontakts mit dem mindestens einen Halbleiterchip auf, wobei der erste und der zweite Leistungskontakt jeweils einen externen Teil, der von der Verkapselung freigelegt ist, und einen überlappenden Teil aufweisen, wobei der erste Leistungskontakt konfiguriert ist, um einen ersten Strom zu führen, und der zweite Leistungskontakt konfiguriert ist, um einen zweiten Strom zu führen, wobei ein Stromfluss des ersten Stroms in dem externen Teil des ersten Leistungskontakts in das Halbleitermodul hinein oder aus diesem heraus zeigt und ein Stromfluss des zweiten Stroms in dem externen Teil des zweiten Leistungskontakts in die entgegengesetzte Richtung des ersten Stromflusses zeigt, wobei die überlappenden Teile so überlappen, dass die Stromflüsse in den überlappenden Teilen in dieselbe Richtung zeigen, und wobei die überlappenden Teile überlappende Slots aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Stromsensorelement zum Messen eines kombinierten Stroms in den überlappenden Teilen aufnehmen.
  • 6 zeigt ein System 600, das das Halbleitermodul 400 und ein Sensormodul 610 aufweist, das mit dem Halbleitermodul 400 gekoppelt ist. Das Sensormodul 610 weist das Stromsensorelement 210 auf (vgl. 2B). Das Sensormodul 610 kann z.B. in der Öffnung 440 der Verkapselung 120 angeordnet sein (vgl. 4B). Das Halbleitermodul 400 und das Sensormodul 610 können so konfiguriert sein, dass sie an dieselbe Applikationsplatine gekoppelt sind.
  • Gemäß einem Beispiel weist das System 600 das Halbleitermodul 100 anstelle des Halbleitermoduls 400 auf.
  • BEISPIELE
  • Im Folgenden werden das Halbleitermodul, das Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls und das System anhand konkreter Beispiele näher erläutert.
  • Beispiel 1 ist ein Halbleitermodul, das mindestens einen Halbleiterchip, eine Verkapselung, die den mindestens einen Halbleiterchip verkapselt, und einen ersten und einen zweiten Leistungskontakt, die mit dem mindestens einen Halbleiterchip elektrisch gekoppelt sind, aufweist, wobei der erste und der zweite Leistungskontakt jeweils einen externen Teil, der aus der Verkapselung herausragt, und einen überlappenden Teil aufweisen, wobei der erste Leistungskontakt so konfiguriert ist, dass er einen ersten Strom führt, und der zweite Leistungskontakt so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Strom führt, wobei ein Stromfluss des ersten Stroms in dem externen Teil des ersten Leistungskontakts in das Halbleitermodul hinein oder aus diesem heraus zeigt und ein Stromfluss des zweiten Stroms in dem externen Teil des zweiten Leistungskontakts in die entgegengesetzte Richtung des ersten Stromflusses zeigt, wobei die überlappenden Teile so überlappen, dass die Stromflüsse in den überlappenden Teilen in dieselbe Richtung zeigen, und wobei die überlappenden Teile überlappende Slots aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Stromsensorelement zum Messen eines kombinierten Stroms in den überlappenden Teilen aufnehmen.
  • Beispiel 2 ist das Halbleitermodul nach Beispiel 1, wobei ein Teil der überlappenden Teile vollständig durch die Verkapselung verkapselt ist und der zweite Teil teilweise durch die Verkapselung verkapselt ist. Eine vollständige Verkapselung eines Teils sorgt für eine elektrische Isolierung durch festes Material, so dass die Luft-/Kriechstrecken nicht berücksichtigt werden müssen.
  • Beispiel 3 ist das Halbleitermodul nach Beispiel 1 oder 2, wobei der Mindestabstand zwischen den überlappenden Teilen 1mm oder weniger beträgt.
  • Beispiel 4 ist das Halbleitermodul eines der vorhergehenden Beispiele, wobei die überlappenden Teile ferner Verengungen auf mindestens einer Seite der Slots aufweisen, wobei die Verengungen so konfiguriert sind, dass sie eine Stromdichte in den überlappenden Teilen zwischen den Verengungen und den Slots erhöhen.
  • Beispiel 5 ist das Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei der überlappende Teil und der externe Teil jedes der ersten und zweiten Leistungskontakte in einem Winkel von 60° oder mehr, insbesondere in einem Winkel von 90°, zueinander stehen.
  • Beispiel 6 ist das Halbleitermodul eines der vorhergehenden Beispiele, ferner aufweisend: eine Grundplatte, die ein Metall oder eine Metalllegierung aufweist oder daraus besteht, wobei die Grundplatte ein Durchgangsloch aufweist, das direkt unter den Slots angeordnet ist.
  • Beispiel 7 ist das Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die ersten und zweiten Leistungskontakte Leiterrahmenteile mit einer Dicke von 1,0mm oder weniger, insbesondere einer Dicke von 0,5mm oder weniger sind.
  • Beispiel 8 ist das Halbleitermodul eines der vorhergehenden Beispiele, wobei die ersten und zweiten Ströme 100A oder weniger, insbesondere 50A oder weniger betragen.
  • Beispiel 9 ist das Halbleitermodul nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei der mindestens eine Halbleiterchip und die ersten und zweiten Leistungskontakte Teil einer H-Brückenschaltung sind.
  • Beispiel 10 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen mindestens eines Halbleiterchips, Verkapseln des mindestens einen Halbleiterchips mit einer Verkapselung, elektrisches Koppeln eines ersten und eines zweiten Leistungskontakts mit dem mindestens einen Halbleiterchip, wobei der erste und der zweite Leistungskontakt jeweils einen externen Teil, der aus der Verkapselung herausragt, und einen überlappenden Teil aufweisen, wobei der erste Leistungskontakt so konfiguriert ist, dass er einen ersten Strom führt, und der zweite Leistungskontakt so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Strom führt, wobei ein Stromfluss des ersten Stroms in dem externen Teil des ersten Leistungskontakts in das Halbleitermodul hinein oder aus diesem heraus zeigt und ein Stromfluss des zweiten Stroms in dem externen Teil des zweiten Leistungskontakts in die entgegengesetzte Richtung des ersten Stromflusses zeigt, wobei die überlappenden Teile so überlappen, dass die Stromflüsse in den überlappenden Teilen in die gleiche Richtung zeigen, und wobei die überlappenden Teile überlappende Slots aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Stromsensorelement zum Messen eines kombinierten Stroms in den überlappenden Teilen aufnehmen.
  • Beispiel 11 ist das Verfahren nach Beispiel 10, wobei das Einkapseln des Halbleiterchips das Bereitstellen eines Kunststoffrahmens aufweist, wobei der Kunststoffrahmen eine Öffnung zur Aufnahme des Stromsensorelements aufweist.
  • Beispiel 12 ist ein System, das aufweist: das Halbleitermodul nach einem der Beispiele 1 bis 9 und ein Sensormodul, das das Stromsensorelement aufweist.
  • Beispiel 13 ist das System nach Beispiel 12, wobei das Stromsensorelement einen Hallsensorchip aufweist.
  • Beispiel 14 ist das System nach Beispiel 12 oder 13, wobei das Stromsensorelement einen ersten und einen zweiten magnetfeldempfindlichen Teil aufweist, wobei der erste magnetfeldempfindliche Teil oberhalb des überlappenden Teils des ersten Leistungskontakts angeordnet ist und der zweite magnetfeldempfindliche Teil unterhalb des überlappenden Teils des zweiten Leistungskontakts angeordnet ist.
  • Beispiel 15 ist das System nach Beispiel 14, wobei ein Abstand zwischen den magnetfeldempfindlichen Teilen 2,5mm oder weniger beträgt.
  • Beispiel 16 ist eine Vorrichtung, die Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Beispiele 10 oder 11 aufweist.
  • Obwohl die Offenbarung in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen illustriert und beschrieben wurde, können Änderungen und/oder Modifikationen an den illustrierten Beispielen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Insbesondere im Hinblick auf die verschiedenen Funktionen, die von den oben beschriebenen Bauteilen oder Strukturen (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen, Systemen usw.) ausgeführt werden, sollen die Begriffe (einschließlich des Verweises auf ein „Mittel“), die zur Beschreibung solcher Bauteile verwendet werden, sofern nicht anders angegeben, jedem Bauteil oder jeder Struktur entsprechen, das/die die angegebene Funktion des beschriebenen Bauteils ausführt (z. B. das funktionell äquivalent ist), auch wenn es strukturell nicht äquivalent zu der offengelegten Struktur ist, die die Funktion in den hier dargestellten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung ausführt.

Claims (14)

  1. Halbleitermodul (100), das aufweist: mindestens einen Halbleiterchip (110), eine Verkapselung (120), die den mindestens einen Halbleiterchip (110) einkapselt, einen ersten und einen zweiten Leistungskontakt (130, 140), die elektrisch mit dem mindestens einen Halbleiterchip (110) gekoppelt sind, wobei der erste und der zweite Leistungskontakt (130, 140) jeweils einen externen Teil (131, 141), der aus der Verkapselung (120) herausragt, und einen überlappenden Teil (132, 142) aufweisen, wobei der erste Leistungskontakt (130) so konfiguriert ist, dass er einen ersten Strom führt, und der zweite Leistungskontakt (140) so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Strom führt, wobei ein Stromfluss des ersten Stroms in dem externen Teil (131) des ersten Leistungskontakts (130) in das Halbleitermodul (100) hinein oder aus diesem heraus zeigt und ein Stromfluss des zweiten Stroms in dem externen Teil (141) des zweiten Leistungskontakts (140) in die entgegengesetzte Richtung des ersten Stromflusses zeigt, wobei sich die überlappenden Teile (132, 142) so überlappen, dass die Stromflüsse in den überlappenden Teilen (132, 142) in die gleiche Richtung weisen, und wobei die überlappenden Teile (132, 142) überlappende Slots (133, 143) aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Stromsensorelement (210) zum Messen eines kombinierten Stroms in den überlappenden Teilen (132, 142) aufnehmen können.
  2. Halbleitermodul (100) nach Anspruch 1, wobei ein Teil der überlappenden Teile (140) vollständig durch die Verkapselung (120) verkapselt ist und der zweite Teil (130) teilweise durch die Verkapselung (120) verkapselt ist.
  3. Halbleitermodul (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Mindestabstand zwischen den überlappenden Teilen (132, 142) 1mm oder weniger beträgt.
  4. Halbleitermodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die überlappenden Teile (132, 142) ferner Verengungen (300) auf mindestens einer Seite der Slots (133, 143) aufweisen, wobei die Verengungen (300) so konfiguriert sind, dass sie eine Stromdichte in den überlappenden Teilen (132, 142) zwischen den Verengungen (300) und den Slots (133, 143) erhöhen.
  5. Halbleitermodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der überlappende Teil (132, 142) und der externe Teil (131, 141) jedes der ersten und zweiten Leistungskontakte (130, 140) in einem Winkel von 60° oder mehr, insbesondere in einem Winkel von 90°, zueinander stehen.
  6. Halbleitermodul (400) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Grundplatte (410), die ein Metall oder eine Metalllegierung aufweist oder daraus besteht, wobei die Grundplatte (410) ein Durchgangsloch (430) aufweist, das unmittelbar unterhalb der Slots (133, 143) angeordnet ist.
  7. Halbleitermodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Leistungskontakte (130, 140) Leiterrahmenteile mit einer Dicke von 1,0mm oder weniger, insbesondere einer Dicke von 0,5mm oder weniger sind.
  8. Halbleitermodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Ströme 100A oder weniger, insbesondere 50A oder weniger, betragen.
  9. Halbleitermodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Halbleiterchip (110) und die ersten und zweiten Leistungskontakte (130, 140) Teil einer H-Brückenschaltung sind.
  10. Verfahren (500) zum Herstellen eines Halbleitermoduls, wobei das Verfahren (500) aufweist: Bereitstellen (501) mindestens eines Halbleiterchips, Verkapseln (502) des mindestens einen Halbleiterchips mit einer Verkapselung, und elektrisches Koppeln (503) eines ersten und eines zweiten Leistungskontakts mit dem mindestens einen Halbleiterchip, wobei der erste und der zweite Leistungskontakt jeweils einen externen Teil, der aus der Verkapselung herausragt, und einen überlappenden Teil aufweisen, wobei der erste Leistungskontakt so konfiguriert ist, dass er einen ersten Strom führt, und der zweite Leistungskontakt so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Strom führt, wobei ein Stromfluss des ersten Stroms in dem externen Teil des ersten Leistungskontakts in das Halbleitermodul hinein oder aus diesem heraus zeigt und ein Stromfluss des zweiten Stroms in dem externen Teil des zweiten Leistungskontakts in die entgegengesetzte Richtung des ersten Stromflusses zeigt, wobei sich die überlappenden Teile so überlappen, dass die Stromflüsse in den überlappenden Teilen in die gleiche Richtung zeigen, und wobei die überlappenden Teile überlappende Slots aufweisen, die konfiguriert sind, um ein Stromsensorelement zum Messen eines kombinierten Stroms in den überlappenden Teilen aufzunehmen.
  11. Verfahren (500) nach Anspruch 10, wobei das Verkapseln (502) des Halbleiterchips das Bereitstellen eines Kunststoffrahmens aufweist, wobei der Kunststoffrahmen eine Öffnung zum Aufnehmen des Stromsensorelements aufweist.
  12. System (600), das aufweist: das Halbleitermodul (100, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, und ein Sensormodul (610), das das Stromsensorelement (210) aufweist.
  13. System (600) nach Anspruch 12, wobei das Stromsensorelement (210) einen ersten und einen zweiten magnetfeldempfindlichen Teil (220) aufweist, wobei der erste magnetfeldempfindliche Teil (220) oberhalb des überlappenden Teils (132) des ersten Leistungskontakts (130) angeordnet ist und der zweite magnetfeldempfindliche Teil (220) unterhalb des überlappenden Teils (142) des zweiten Leistungskontakts (140) angeordnet ist.
  14. System (600) nach Anspruch 13, wobei ein Abstand zwischen den magnetfeldempfindlichen Teilen (220) 2,5mm oder weniger beträgt.
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