DE102022206265A1 - Power module and method for producing a power module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul (1) mit einem ersten Schaltungsträger (10), welcher eine elektrisch isolierende Schicht (12) aufweist, auf welcher mindestens eine erste Leiterstruktur (14), mindestens eine zweite Leiterstruktur (16) und mindestens eine dritte Leiterstruktur (18) ausgebildet sind, wobei mindestens ein erster Halbleiterschalter (HS1 bis HS4) elektrisch zwischen der mindestens einen ersten Leiterstruktur (14) und der mindestens einen dritten Leiterstruktur (18) eingeschleift ist, wobei mindestens ein zweiter Halbleiterschalter (LS1 bis LS4) elektrisch zwischen der mindestens einen dritten Leiterstruktur (18) und der mindestens einen zweiten Leiterstruktur (16) eingeschleift ist, wobei mindestens ein zweiter Schaltungsträger (20) räumlich parallel über dem ersten Schaltungsträger (10) angeordnet ist und mindestens einen internen Kontaktbereich (22) und mindestens einen externen Kontaktbereich (24) aufweist, wobei ein Layout des ersten Schaltungsträgers (10) spiegelsymmetrisch zu einer Mittelängsachse (MLA) ausgeführt ist, und wobei der zweite Schaltungsträger (20) als rechteckförmige und insbesondere flexible Leiterplatte (20A) ausgeführt ist, welche symmetrisch zur Mittelängsachse (MLA) angeordnet ist und über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Sinterverbindungen mit dem ersten Schaltungsträger (10) verbunden ist.The invention relates to a power module (1) with a first circuit carrier (10), which has an electrically insulating layer (12), on which at least one first conductor structure (14), at least one second conductor structure (16) and at least one third conductor structure (18 ) are formed, wherein at least one first semiconductor switch (HS1 to HS4) is electrically looped between the at least one first conductor structure (14) and the at least one third conductor structure (18), at least one second semiconductor switch (LS1 to LS4) being electrically connected between the at least a third conductor structure (18) and the at least one second conductor structure (16) is looped in, at least one second circuit carrier (20) being arranged spatially parallel above the first circuit carrier (10) and at least one internal contact area (22) and at least one external contact area (24), wherein a layout of the first circuit carrier (10) is designed to be mirror-symmetrical to a central longitudinal axis (MLA), and wherein the second circuit carrier (20) is designed as a rectangular and in particular flexible circuit board (20A), which is symmetrical to the central longitudinal axis (MLA ) is arranged and is connected to the first circuit carrier (10) via soldered connections or welded connections or adhesive connections or sintered connections.
Description
Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul, insbesondere zur Bereitstellung eines Phasenstroms für einen Elektromotor. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls.The invention relates to a power module, in particular for providing a phase current for an electric motor. The invention also relates to a method for producing such a power module.
Aus der
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das Leistungsmodul mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein rechteckförmiger insbesondere als flexible Leiterplatte ausgeführter zweiter Schaltungsträger kostengünstig hergestellt werden kann.The power module with the features of independent claim 1 has the advantage that a rectangular second circuit carrier, in particular designed as a flexible circuit board, can be produced inexpensively.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Leistungsmodul mit einem ersten Schaltungsträger zur Verfügung, welcher eine elektrisch isolierende Schicht aufweist. Auf der elektrisch isolierenden Schicht sind mindestens eine erste Leiterstruktur, welche über mindestens einen externen Kontaktbereich mit einem ersten Versorgungsanschluss kontaktierbar ist, mindestens eine zweite Leiterstruktur, welche über mindestens einen externen Kontaktbereich mit einem zweiten Versorgungsanschluss kontaktierbar ist, und mindestens eine dritte Leiterstruktur ausgebildet, welche über mindestens einen externen Kontaktbereich mit einem Lastanschluss kontaktierbar ist. Mindestens ein erster Halbleiterschalter ist elektrisch zwischen der mindestens einen ersten Leiterstruktur und der mindestens einen dritten Leiterstruktur eingeschleift. Mindestens ein zweiter Halbleiterschalter ist elektrisch zwischen der mindestens einen dritten Leiterstruktur und der mindestens einen zweiten Leiterstruktur eingeschleift. Mindestens ein zweiter Schaltungsträger ist räumlich parallel über dem ersten Schaltungsträger angeordnet und weist mindestens einen internen Kontaktbereich, an welchem Steueranschlüsse der ersten und zweiten Halbleiterschalter kontaktiert sind, und mindestens einen externen Kontaktbereich auf, an welchem Kontaktelemente angeordnet sind, welche mit Steuerleitungen einer externen Kontaktvorrichtung kontaktierbar sind. Ein Layout des ersten Schaltungsträgers ist spiegelsymmetrisch zu einer Mittelängsachse ausgeführt. Hierbei ist der zweite Schaltungsträger als rechteckförmige und insbesondere flexible Leiterplatte ausgeführt, welche symmetrisch zur Mittelängsachse angeordnet ist und über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Sinterverbindungen mit dem ersten Schaltungsträger verbunden ist.Embodiments of the present invention provide a power module with a first circuit carrier which has an electrically insulating layer. At least one first conductor structure, which can be contacted with a first supply connection via at least one external contact area, at least one second conductor structure, which can be contacted with a second supply connection via at least one external contact area, and at least one third conductor structure are formed on the electrically insulating layer can be contacted with a load connection via at least one external contact area. At least a first semiconductor switch is electrically looped between the at least one first conductor structure and the at least one third conductor structure. At least one second semiconductor switch is electrically looped between the at least one third conductor structure and the at least one second conductor structure. At least one second circuit carrier is arranged spatially parallel above the first circuit carrier and has at least one internal contact area, on which control connections of the first and second semiconductor switches are contacted, and at least one external contact area, on which contact elements are arranged, which can be contacted with control lines of an external contact device are. A layout of the first circuit carrier is designed to be mirror-symmetrical to a central longitudinal axis. Here, the second circuit carrier is designed as a rectangular and in particular flexible circuit board, which is arranged symmetrically to the central longitudinal axis and via soldered connections or welded connections or adhesive connections gen or sintered connections is connected to the first circuit carrier.
Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls vorgeschlagen. Hierbei werden ein erster Schaltungsträger, dessen Layout spiegelsymmetrisch zu einer Mittelängsachse ausgeführt ist, und ein zweite Schaltungsträger, welcher mindestens einen internen Kontaktbereich und mindestens einen externen Kontaktbereich aufweist, und mindestens ein erster Halbleiterschalter und mindesten ein zweiter Halbleiterschalter bereitgestellt. Der mindestens eine erste Halbleiterschalter wird elektrisch zwischen mindestens einer ersten Leiterstruktur und mindestens einer dritten Leiterstruktur des ersten Schaltungsträgers eingeschleift. Der mindestens eine zweite Halbleiterschalter wird elektrisch zwischen der mindestens einen dritten Leiterstruktur und mindestens einer zweiten Leiterstruktur des ersten Schaltungsträgers eingeschleift. Hierbei wird der mindestens eine zweite Schaltungsträger räumlich parallel und symmetrisch zur Mittelängsachse über dem ersten Schaltungsträger angeordnet und über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Sinterverbindungen mit dem ersten Schaltungsträger verbunden. Steueranschlüsse der ersten und zweiten Halbleiterschalter werden mit dem mindestens einen internen Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers kontaktiert.In addition, a method for producing such a power module is proposed. Here, a first circuit carrier, the layout of which is mirror-symmetrical to a central longitudinal axis, and a second circuit carrier, which has at least one internal contact area and at least one external contact area, and at least one first semiconductor switch and at least one second semiconductor switch are provided. The at least one first semiconductor switch is electrically looped between at least one first conductor structure and at least one third conductor structure of the first circuit carrier. The at least one second semiconductor switch is electrically looped between the at least one third conductor structure and at least one second conductor structure of the first circuit carrier. Here, the at least one second circuit carrier is arranged spatially parallel and symmetrical to the central longitudinal axis above the first circuit carrier and connected to the first circuit carrier via soldered connections or welded connections or adhesive connections or sintered connections. Control connections of the first and second semiconductor switches are contacted with the at least one internal contact area of the second circuit carrier.
Durch das zur Mittelängsachse spiegelsymmetrische Layout des ersten Schaltungsträgers kann eine symmetrische Verteilung des Stromflusses auf dem ersten Schaltungsträger erreicht werden. Der erste Schaltungsträger kann beispielsweise als DBC-Substrat (DBC: Direct bonded copper) oder als AMB-Substrat (AMB: Active metal bonding) ausgeführt sein. Die Halbleiterschalter können beispielsweise als Feldeffekttransistoren ausgeführt werden, so dass Drainanschlüsse der Halbleiterschalter jeweils einem ersten Leistungsanschluss entsprechen können. Sourceanschlüsse der Halbleiterschalter können zweiten Leistungsanschlüssen entsprechen. Bei der Verwendung von Bipolartransistoren als Halbleiterschalter können Kollektoranschlüsse den ersten Leistungsanschlüssen und Emitteranschlüsse den zweiten Leistungsanschlüssen der Halbleiterschalter entsprechen. Unter einem Steueranschluss kann beispielsweise ein Gateanschluss oder ein Kelvin-Sourceanschluss eines Feldeffekttransistors oder ein Basisanschluss eines Bipolartransistors verstanden werden.Due to the mirror-symmetrical layout of the first circuit carrier relative to the central longitudinal axis, a symmetrical distribution of the current flow on the first circuit carrier can be achieved. The first circuit carrier can be designed, for example, as a DBC substrate (DBC: Direct bonded copper) or as an AMB substrate (AMB: Active metal bonding). The semiconductor switches can, for example, be designed as field effect transistors, so that drain connections of the semiconductor switches can each correspond to a first power connection. Source connections of the semiconductor switches can correspond to second power connections. When using bipolar transistors as semiconductor switches, collector connections can correspond to the first power connections and emitter connections can correspond to the second power connections of the semiconductor switches. A control connection can be understood to mean, for example, a gate connection or a Kelvin source connection of a field effect transistor or a base connection of a bipolar transistor.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Leistungsmoduls und des im unabhängigen Patentanspruch 12 angegebenen Verfahrens zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls möglich.The measures and further developments listed in the dependent claims make advantageous improvements to the power module specified in independent claim 1 and the method for producing such a power module specified in independent claim 12 possible.
Besonders vorteilhaft ist, dass das Leistungsmodul von einer Umhüllung ummoldet sein kann. Hierbei kann die Umhüllung im Bereich der externen Kontaktbereiche des ersten Schaltungsträgers jeweils eine Aussparung aufweisen, so dass die externen Kontaktbereiche des ersten Schaltungsträgers kontaktierbar sind. Im Bereich des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers kann in die Umhüllung eine Freilegung eingebracht sein, so dass die Kontaktelemente des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers freigelegt und kontaktierbar sind. Die Umhüllung kann vorzugsweise durch eine ausgehärtete Moldmasse gebildet sein. Da die Umhüllung auch bei hohen Temperaturen eine gute Fixierung der Halbleiterschalter und des zweiten Schaltungsträgers gewährleistet, kann die Lebensdauer der Halbleiterschalter und der elektrischen Verbindungen und Kontaktierungen deutlich erhöht werden. Zudem können die Halbleiterschalter sowie die verschiedenen elektrischen Kontaktierungen und Verbindungen und die Leiterstrukturen durch die Umhüllung vor äußeren Einflüssen geschützt werden. Des Weiteren ermöglicht die Umhüllung eine einfachere Handhabung des umhüllten Leistungsmodul, so dass die Leistungsmodule einfach weiterverarbeitet und transportiert werden können.It is particularly advantageous that the power module can be encased in a casing. In this case, the casing can each have a recess in the area of the external contact areas of the first circuit carrier, so that the external contact areas of the first circuit carrier can be contacted. In the area of the at least one external contact area of the second circuit carrier, an exposure can be introduced into the casing, so that the contact elements of the at least one external contact area of the second circuit carrier are exposed and can be contacted. The covering can preferably be formed by a hardened molding compound. Since the covering ensures good fixation of the semiconductor switches and the second circuit carrier even at high temperatures, the service life of the semiconductor switches and the electrical connections and contacts can be significantly increased. In addition, the semiconductor switches as well as the various electrical contacts and connections and the conductor structures can be protected from external influences by the covering. Furthermore, the covering enables easier handling of the covered power module, so that the power modules can be easily further processed and transported.
Durch das Freilegen der einzelnen Kontaktelemente des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers nach dem Aushärten der Umhüllung, bleiben die anderen Komponenten des Leistungsmoduls weiterhin fluiddicht von der Umhüllung umschlossen und vor äußeren Einflüssen geschützt. Die einzelnen Kontaktelemente werden vorzugsweise mittels eines Laserstrahls freigelegt. Die freigelegten Kontaktelemente des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers können dann einfach über entsprechenden Signalleitungen mit einer Auswerte- und Steuereinheit und/oder einem Steuergerät elektrisch verbunden werden, welche die Steuersignale zur Ansteuerung der Halbleiterschalter erzeugen und ausgeben können. Da die externen Kontaktbereiche der verschiedenen Leiterstrukturen, welche mit Versorgungsanschlüssen bzw. Lastanschlüssen kontaktierbar sind, eine größere Fläche aufweisen, können während des Moldvorgangs entsprechende Einlegeteile im Bereich der externen Kontaktbereiche des ersten Schaltungsträgers in das Werkzeug eingelegt werden, welche entsprechende Aussparungen in der Umhüllung bewirken. Dadurch können die externen Kontaktbereiche des ersten Schaltungsträgers des Leistungsmoduls nach dem Aushärten der Umhüllung einfach mit einem positiven Versorgungsanschluss, einem negativen Versorgungsanschluss und einem Lastanschluss kontaktiert werden.By exposing the individual contact elements of the at least one external contact area of the second circuit carrier after the casing has hardened, the other components of the power module remain enclosed in a fluid-tight manner by the casing and protected from external influences. The individual contact elements are preferably exposed using a laser beam. The exposed contact elements of the at least one external contact area of the second circuit carrier can then simply be electrically connected via corresponding signal lines to an evaluation and control unit and/or a control device, which can generate and output the control signals for controlling the semiconductor switches. Since the external contact areas of the various conductor structures, which can be contacted with supply connections or load connections, have a larger area, corresponding insert parts can be inserted into the tool in the area of the external contact areas of the first circuit carrier during the molding process, which create corresponding recesses in the casing. As a result, after the casing has hardened, the external contact areas of the first circuit carrier of the power module can simply be connected to a positive supply connection or a negative one active supply connection and a load connection.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann der mindestens eine externe Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur und der mindestens eine externe Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur an einem gemeinsamen ersten Endbereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein. Der mindestens eine externe Kontaktbereich der dritten Leiterstruktur des ersten Schaltungsträgers kann an einem dem ersten Endbereich gegenüberliegenden zweiten Endbereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein. Der mindestens eine externe Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers kann entlang der Mittelängsachse senkrecht zum ersten und zweiten Endbereich des ersten Schaltungsträgers angeordnet sein. Dadurch können eine erste Stromschiene zur Verbindung des Leistungsmoduls mit dem positiven ersten Versorgunganschluss und eine zweite Stromschiene zur Verbindung des Leistungsmoduls mit dem negativen zweiten Versorgunganschluss auf ein und dieselbe Seite des Schaltungsträgers gelegt werden. Dies ermöglicht, dass die Stromschienen zur Verbindung der Leiterstrukturen mit den Versorgungsanschlüssen der Gleichspannungsversorgung übereinander angeordnet werden können. Eine dritte Stromschiene zur Verbindung des Leistungsmoduls mit dem Lastanschluss kann auf der gegenüberliegenden Seite des Leistungsmoduls angeordnet sein. Dies ermöglicht eine einfache Kontaktierung des Leistungsmoduls.In an advantageous embodiment of the power module, the at least one external contact region of the first conductor structure and the at least one external contact region of the second conductor structure can be arranged on a common first end region of the first circuit carrier. The at least one external contact region of the third conductor structure of the first circuit carrier can be arranged on a second end region of the first circuit carrier that is opposite the first end region. The at least one external contact region of the second circuit carrier can be arranged along the central longitudinal axis perpendicular to the first and second end regions of the first circuit carrier. As a result, a first busbar for connecting the power module to the positive first supply connection and a second busbar for connecting the power module to the negative second supply connection can be placed on one and the same side of the circuit carrier. This allows the busbars to be arranged one above the other to connect the conductor structures to the supply connections of the DC voltage supply. A third busbar for connecting the power module to the load connection can be arranged on the opposite side of the power module. This enables easy contacting of the power module.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann der mindestens eine erste Halbleiterschalter mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss auf mindestens einem internen Kontaktbereich der mindestens einen ersten Leiterstruktur angeordnet und kontaktiert sein. Ein zweiter Leistungsanschluss des mindestens einen ersten Halbleiterschalters kann über mindestens eine Leistungsverbindung mit mindestens einem internen Kontaktbereich der mindestens einen dritten Leiterstruktur kontaktiert sein. Die mindestens eine Leistungsverbindung kann vorzugsweise über geeignete Bonddrähte hergestellt werden. Die Anzahl der Leistungsverbindungen hängt von der erforderlichen Stromtragfähigkeit ab. Der mindestens eine erste Halbleiterschalter kann auch als „High-Side-Schalter“ bezeichnet werden, da er zwischen dem positiven Versorgungsanschluss und dem Lastanschluss eingeschleift ist. Vorzugsweise kann auf einem ersten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur und auf einem gegenüberliegenden zweiten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur jeweils mindestens ein erster Halbleiterschalter angeordnet und kontaktiert sein. Hierbei kann der mindestens eine auf dem zweiten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur angeordnete erste Halbleiterschalter um 180° verdreht zu dem mindestens einen auf dem gegenüberliegenden ersten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur angeordneten ersten Halbleiterschalter ausgerichtet sein. Zudem können die Steueranschlüsse der ersten Halbleiterschalter über Signalverbindungen mit einem gemeinsamen ersten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterplatte kontaktiert sein, welcher zwischen dem ersten internen Kontaktbereich und dem zweiten internen Kontaktbereich der ersten Leiterstruktur angeordnet ist. Die Signalverbindungen können beispielsweise über geeignete Bonddrähte hergestellt werden. Der zweite Leistungsanschluss des mindestens einen auf dem ersten internen Kontaktbereich angeordneten ersten Halbleiterschalters kann über mindestens eine Leistungsverbindung mit einem ersten internen Kontaktbereich der dritten Leiterstruktur kontaktiert sein. Der zweite Leistungsanschluss des mindestens einen auf dem zweiten internen Kontaktbereich angeordneten ersten Halbleiterschalters kann über mindestens eine Leistungsverbindung mit einem zweiten internen Kontaktbereich der dritten Leiterstruktur kontaktiert sein, welcher gegenüberliegend zum ersten internen Kontaktbereich der dritten Leiterstruktur angeordnet ist. Dadurch können in Abhängigkeit von der Stromlast zwei symmetrische Gruppen von „High-Side-Schaltern“ gebildet werden, die beispielsweise jeweils einen, zwei, drei oder mehr erste Halbleiterschalter umfassen können. Durch die symmetrische Anordnung der ersten Halbleiterschalter können Streuinduktivitäten reduziert werden.In a further advantageous embodiment of the power module, the at least one first semiconductor switch can be arranged and contacted with a first power connection designed as a contact surface on at least one internal contact area of the at least one first conductor structure. A second power connection of the at least one first semiconductor switch can be contacted via at least one power connection with at least one internal contact area of the at least one third conductor structure. The at least one power connection can preferably be made via suitable bonding wires. The number of power connections depends on the required current carrying capacity. The at least one first semiconductor switch can also be referred to as a “high-side switch” because it is looped between the positive supply connection and the load connection. Preferably, at least one first semiconductor switch can be arranged and contacted on a first internal contact area of the first conductor structure and on an opposite second internal contact area of the first conductor structure. In this case, the at least one first semiconductor switch arranged on the second internal contact region of the first conductor structure can be rotated by 180° and aligned with the at least one first semiconductor switch arranged on the opposite first internal contact region of the first conductor structure. In addition, the control connections of the first semiconductor switches can be contacted via signal connections with a common first internal contact area of the second circuit board, which is arranged between the first internal contact area and the second internal contact area of the first conductor structure. The signal connections can be made, for example, using suitable bonding wires. The second power connection of the at least one first semiconductor switch arranged on the first internal contact area can be contacted with a first internal contact area of the third conductor structure via at least one power connection. The second power connection of the at least one first semiconductor switch arranged on the second internal contact region can be contacted via at least one power connection with a second internal contact region of the third conductor structure, which is arranged opposite the first internal contact region of the third conductor structure. As a result, depending on the current load, two symmetrical groups of “high-side switches” can be formed, which can each include, for example, one, two, three or more first semiconductor switches. The symmetrical arrangement of the first semiconductor switches allows leakage inductances to be reduced.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann der mindestens eine zweite Halbleiterschalter mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss auf mindestens einem internen Kontaktbereich der mindestens einen dritten Leiterstruktur angeordnet und kontaktiert sein. Ein zweiter Leistungsanschluss des mindestens einen zweiten Halbleiterschalters kann über mindestens eine Leistungsverbindung mit mindestens einem internen Kontaktbereich der mindestens einen zweiten Leiterstruktur kontaktiert sein. Die mindestens eine Leistungsverbindung kann vorzugsweise über geeignete Bonddrähte hergestellt werden. Die Anzahl der Leistungsverbindungen hängt von der erforderlichen Stromtragfähigkeit ab. Der mindestens eine zweite Halbleiterschalter kann auch als „Low-Side-Schalter“ bezeichnet werden, da er zwischen dem negativen Versorgungsanschluss und dem Lastanschluss eingeschleift ist. Vorzugsweise kann auf einem dritten internen Kontaktbereich der dritten Leiterstruktur und auf einem gegenüberliegenden vierten internen Kontaktbereich der dritten Leiterstruktur jeweils mindestens ein zweiter Halbleiterschalter angeordnet und kontaktiert sein. Hierbei kann der mindestens eine auf dem vierten internen Kontaktbereich der dritten Leiterstruktur angeordnete zweite Halbleiterschalter um 180° verdreht zu dem mindestens einen auf dem gegenüberliegenden dritten internen Kontaktbereich der dritten Leiterstruktur angeordneten zweiten Halbleiterschalter ausgerichtet sein. Zudem können die Steueranschlüsse der zweiten Halbleiterschalter über Signalverbindungen mit einem gemeinsamen zweiten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterplatte kontaktiert sein, welcher zwischen dem dritten internen Kontaktbereich und dem vierten internen Kontaktbereich der dritten Leiterstruktur angeordnet ist. Unter einem Steueranschluss kann beispielsweise ein Gateanschluss oder ein Kelvin-Sourceanschluss eines Feldeffekttransistors oder ein Basisanschluss eines Bipolartransistors verstanden werden. Die Signalverbindungen können beispielsweise über geeignete Bonddrähte hergestellt werden. Der zweite Leistungsanschluss des mindestens einen auf dem dritten internen Kontaktbereich angeordneten zweiten Halbleiterschalters kann über mindestens eine Leistungsverbindung mit einem ersten internen Kontaktbereich der mindestens einen zweiten Leiterstruktur kontaktiert sein. Der zweite Leistungsanschluss des mindestens einen auf dem vierten internen Kontaktbereich angeordneten zweiten Halbleiterschalters kann über mindestens eine Leistungsverbindung mit einem zweiten internen Kontaktbereich der mindestens einen zweiten Leiterstruktur kontaktiert sein, welcher gegenüberliegend zum ersten internen Kontaktbereich der zweiten Leiterstruktur angeordnet ist. Dadurch können in Abhängigkeit von der Stromlast zwei symmetrische Gruppen von „Low-Side-Schaltern“ gebildet werden, die beispielsweise jeweils einen, zwei, drei oder mehr zweite Halbleiterschalter umfassen können. Durch die symmetrische Anordnung der zweiten Halbleiterschalter können Streuinduktivitäten reduziert werden.In a further advantageous embodiment of the power module, the at least one second semiconductor switch can be arranged and contacted with a first power connection designed as a contact surface on at least one internal contact area of the at least one third conductor structure. A second power connection of the at least one second semiconductor switch can be contacted via at least one power connection with at least one internal contact area of the at least one second conductor structure. The at least one power connection can preferably be made via suitable bonding wires. The number of power connections depends on the required current carrying capacity. The at least one second semiconductor switch can also be referred to as a “low-side switch” because it is looped between the negative supply connection and the load connection. Preferably, at least one second semiconductor switch can be arranged and contacted on a third internal contact area of the third conductor structure and on an opposite fourth internal contact area of the third conductor structure. Here, the at least one second semiconductor switch arranged on the fourth internal contact area of the third conductor structure can be rotated by 180 ° to the at least one on the opposite lying third internal contact area of the third conductor structure arranged second semiconductor switch. In addition, the control connections of the second semiconductor switches can be contacted via signal connections with a common second internal contact area of the second circuit board, which is arranged between the third internal contact area and the fourth internal contact area of the third conductor structure. A control connection can be understood to mean, for example, a gate connection or a Kelvin source connection of a field effect transistor or a base connection of a bipolar transistor. The signal connections can be made, for example, using suitable bonding wires. The second power connection of the at least one second semiconductor switch arranged on the third internal contact area can be contacted via at least one power connection with a first internal contact area of the at least one second conductor structure. The second power connection of the at least one second semiconductor switch arranged on the fourth internal contact region can be contacted via at least one power connection with a second internal contact region of the at least one second conductor structure, which is arranged opposite the first internal contact region of the second conductor structure. As a result, depending on the current load, two symmetrical groups of “low-side switches” can be formed, which can each include, for example, one, two, three or more second semiconductor switches. Stray inductances can be reduced due to the symmetrical arrangement of the second semiconductor switches.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann eine externe Kontaktvorrichtung mit einem Kontaktbereich und mehreren Kontaktelementen ausgebildet sein, um mit dem externen Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers elektrisch kontaktiert zu werden. Hierbei können die Kontaktelemente des externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers über Lötverbindungen oder Schweißverbindungen oder Klebeverbindungen oder Steckerverbindungen mit den Kontaktelementen der externen Kontaktvorrichtung verbindbar sein. Hierbei kann die externe Kontaktvorrichtung vorzugsweise als flexible Leiterplatte ausgebildet sein. Alternativ kann die externe Kontaktvorrichtung als Steckeraufnahme oder als Stecker ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment of the power module, an external contact device can be designed with a contact area and a plurality of contact elements in order to be electrically contacted with the external contact area of the second circuit carrier. Here, the contact elements of the external contact area of the second circuit carrier can be connectable to the contact elements of the external contact device via soldered connections or welded connections or adhesive connections or plug connections. Here, the external contact device can preferably be designed as a flexible printed circuit board. Alternatively, the external contact device can be designed as a plug receptacle or as a plug.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann das bestückte und kontaktierte Leistungsmodul in ein Moldwerkzeug eingelegt und in einem Moldvorgang mit einer Umhüllung ummoldet werden. Während des Moldvorgangs kann die Umhüllung im Bereich der externen Kontaktbereiche des ersten Schaltungsträgers durch Einlegeteile ausgespart werden, so dass die externen Kontaktbereiche des ersten Schaltungsträgers nach der Entnahme des ummoldeten Leistungsmoduls aus dem Moldwerkzeug aufgrund der erzeugten Aussparungen kontaktierbar sind. Im Bereich des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers kann die Umhüllung freigelegt werden, so dass die Kontaktelemente des mindestens einen externen Kontaktbereichs des zweiten Schaltungsträgers durch die erzeugte Freilegung kontaktierbar sind. Hierbei kann der mindestens eine externe Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers vor der Entnahme des ummoldeten Leitungsmoduls aus dem Moldwerkzeug freigelegt werden. Alternativ kann der mindestens eine externe Kontaktbereich des zweiten Schaltungsträgers nach der Entnahme des ummoldeten Leitungsmoduls aus dem Moldwerkzeug freigelegt werden.In an advantageous embodiment of the method, the equipped and contacted power module can be inserted into a mold and molded with a casing in a molding process. During the molding process, the casing can be left out in the area of the external contact areas of the first circuit carrier by insert parts, so that the external contact areas of the first circuit carrier can be contacted due to the recesses created after the molded power module has been removed from the molding tool. In the area of the at least one external contact area of the second circuit carrier, the casing can be exposed, so that the contact elements of the at least one external contact area of the second circuit carrier can be contacted by the exposure generated. In this case, the at least one external contact area of the second circuit carrier can be exposed before the molded line module is removed from the molding tool. Alternatively, the at least one external contact area of the second circuit carrier can be exposed after the molded line module has been removed from the molding tool.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawings and is explained in more detail in the following description. In the drawings, like reference numerals designate components or elements that perform the same or analogous functions.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls ohne Umhüllung.1 shows a schematic top view of an exemplary embodiment of a power module according to the invention without a casing. -
2 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus1 mit transparent dargestellter Umhüllung.2 shows a schematic perspective view of the power module according to the invention1 with transparent covering. -
3 zeigt eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus1 und2 mit Umhüllung.3 shows a schematic top view of the power module according to the invention1 and2 with wrapping. -
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus1 bis3 .4 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing the power module according to the invention1 until3 .
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Wie aus
Zur elektrischen Verbindung der externen Kontaktbereiche 24A, 24B, 24C mit einer nicht dargestellten Auswerte- und Steuereinheit oder einem Steuergerät, welche die Steuersignale zur Ansteuerung der Halbleiterschalter HS1 bis HS4, LS1 bis LS4 erzeugen und ausgeben, kann eine nicht näher dargestellte externe Kontaktvorrichtung eingesetzt werden. Die externe Kontaktvorrichtung kann beispielsweise als flexible Leiterplatte ausgeführt sein, welche einen Kontaktbereich und mehrere Kontaktelemente umfasst. Hierbei werden die Kontaktelemente der externen Kontaktvorrichtung über Schweißverbindungen mit den Kontaktelementen 26 des externen Kontaktbereichs 24 des zweiten Schaltungsträgers 20 elektrisch kontaktiert. Alternativ kann die elektrische Kontaktierung über Lötverbindungen oder Klebeverbindungen oder Steckerverbindungen erfolgen. Alternativ kann die externe Kontaktvorrichtung auch als Steckeraufnahme oder als Stecker ausgebildet sein.An external contact device, not shown, can be used to electrically connect the external contact areas 24A, 24B, 24C to an evaluation and control unit (not shown) or a control device which generates and outputs the control signals for controlling the semiconductor switches HS1 to HS4, LS1 to LS4 the. The external contact device can, for example, be designed as a flexible circuit board, which includes a contact area and a plurality of contact elements. Here, the contact elements of the external contact device are electrically contacted via welded connections with the contact elements 26 of the external contact area 24 of the second circuit carrier 20. Alternatively, the electrical contact can be made via soldered connections or adhesive connections or plug connections. Alternatively, the external contact device can also be designed as a plug receptacle or as a plug.
Wie aus
Optional wird das bestückte und kontaktierte Leistungsmodul 1 in ein Moldwerkzeug eingelegt und in einem Moldvorgang mit einer Umhüllung 3 ummoldet. Während des Moldvorgangs wird die Umhüllung 3 im Bereich der externen Kontaktbereiche 14.2, 16.2, 18.2 des ersten Schaltungsträgers 10 durch Einlegeteile ausgespart, so dass die externen Kontaktbereiche 14.2, 16.2, 18.2 des ersten Schaltungsträgers 10 nach der Entnahme des ummoldeten Leistungsmoduls 1A aus dem Moldwerkzeug aufgrund der erzeugten Aussparungen 5 kontaktierbar sind. Im Bereich des mindestens einen externen Kontaktbereichs 24 des zweiten Schaltungsträgers 20 die Umhüllung 3 freigelegt, so dass die Kontaktelemente 26 des mindestens einen externen Kontaktbereichs 24 des zweiten Schaltungsträgers 20 durch die erzeugte Freilegung 7 kontaktierbar sind. Hierbei wird der mindestens eine externe Kontaktbereich 24 des zweiten Schaltungsträgers 20 entweder vor oder nach der Entnahme des ummoldeten Leitungsmoduls 1A aus dem Moldwerkzeug freigelegt.Optionally, the equipped and contacted power module 1 is inserted into a mold and molded with a casing 3 in a molding process. During the molding process, the casing 3 is recessed by inserts in the area of the external contact areas 14.2, 16.2, 18.2 of the first circuit carrier 10, so that the external contact areas 14.2, 16.2, 18.2 of the first circuit carrier 10 after the molded
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102014219998 B4 [0002]DE 102014219998 B4 [0002]
- EP 2418925 B1 [0003]EP 2418925 B1 [0003]
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2022
- 2022-06-22 DE DE102022206265.5A patent/DE102022206265A1/en active Pending
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