DE102022213628A1 - Leistungsmodul - Google Patents

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Gunnar Bruns
Irfan Aydogmus
Marco Salvatore Costa
Sebastian Strache
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul (1) mit mindestens zwei Schaltungsträgern (10, 20) und mindestens zwei Halbleiterschaltern (30), wobei ein erster Schaltungsträger (10) Leistungsleiterstrukturen (14, 16, 18) aufweist, welche eine erste Leistungsebene (LS1) mit externen Kontaktbereichen (14.2, 16.2, 18.2) ausbilden, wobei ein zweiter Schaltungsträger (20) parallel zum ersten Schaltungsträger (10) angeordnet ist und auf einer dem ersten Schaltungsträger (10) zugewandten Seite eine weitere Leistungsleiterstruktur (21) aufweist, welche eine zweite Leistungsebene (LE2) ausbildet und an einem internen Kontaktbereich (21.1) mit einem internen Kontaktbereich (16.1, 18.1) einer der Leistungsleiterstrukturen (14, 16, 18) des ersten Schaltungsträgers (10) elektrisch verbunden ist, wobei auf einer zweiten Seite des zweiten Schaltungsträgers (20) eine Steuersignalleiterstruktur (23) angeordnet ist und eine Signalebene (SE) ausbildet, wobei mindestens eine Messsignalleiterstruktur (24) einen Teil der Signalebene (SE) ausbildet, wobei ein interner Kontaktbereich (24.1) einer ersten Messsignalleiterstruktur (24A) des zweiten Schaltungsträgers (20) über eine Verbindungsleitung (19) mit einer der Leistungsleiterstrukturen (14, 16, 18) des ersten Schaltungsträgers (10) elektrisch verbunden ist, und ein externer Kontaktbereich (24.2) der ersten Messsignalstruktur (24A) des zweiten Schaltungsträgers (20) über ein Abstandselement (27) einen Leistungsmesspunkt (MPL) bereitstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul, insbesondere zur Bereitstellung eines Phasenstroms für einen Elektromotor eines Fahrzeugs.
  • Aus der DE 10 2014 219 998 B4 ist ein Leistungsmodul zur Bereitstellung von einem Phasenstrom für einen Elektromotor bekannt. Das Leistungsmodul umfasst einen Schaltungsträger mit einer Oberfläche, zumindest zwei erste Kontaktflächen auf der Oberfläche und zumindest zwei erste Leistungstransistoren, die jeweils je eine Bodenkontaktfläche aufweisen. Jeweils ein erster Leistungstransistor der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren ist auf jeweils einer der ersten Kontaktflächen unmittelbar angeordnet und über seine Bodenkontaktfläche unmittelbar mit der jeweiligen ersten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Zudem umfasst das Leistungsmodul eine zweite Kontaktfläche auf der Oberfläche und zumindest zwei zweite Leistungstransistoren, die jeweils je eine Bodenkontaktfläche aufweisen. Die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren sind auf der zweiten Kontaktfläche unmittelbar angeordnet und über ihre jeweiligen Bodenkontaktflächen unmittelbar mit der zweiten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Des Weiteren umfasst das Leistungsmodul zumindest zwei dritte Kontaktflächen auf der Oberfläche, wobei die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren auf ihren von der Oberfläche des Schaltungsträgers abgewandten Seiten jeweils je eine weitere Kontaktfläche aufweisen und jeweils ein zweiter Leistungstransistor der zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren über seine weitere Kontaktfläche und korrespondierende Bondverbindungen mit jeweils einer der zumindest zwei dritten Kontaktflächen elektrisch leitend verbunden ist. Die zumindest zwei ersten Kontaktflächen und die zumindest zwei dritten Kontaktflächen sind in einer Längsrichtung des Leistungsmoduls alternierend nacheinander angeordnet und die zweite Kontaktfläche ist neben den zumindest zwei ersten Kontaktflächen und den zumindest zwei dritten Kontaktflächen angeordnet, wobei die zweite Kontaktfläche zumindest zwei Kontaktbereiche aufweist, wobei sich jeweils einer der zumindest zwei Kontaktbereiche neben jeweils einem der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren befindet. Die zumindest zwei ersten Leistungstransistoren weisen auf ihren von der Oberfläche des Schaltungsträgers abgewandten Seiten jeweils je eine weitere Kontaktfläche auf und jeweils ein erster Leistungstransistor der zumindest zwei ersten Leistungstransistoren ist über seine weitere Kontaktfläche und korrespondierende Bondverbindungen mit dem jeweils einen sich neben ihm befindenden Kontaktbereich der zumindest zwei Kontaktbereiche der zweiten Kontaktfläche elektrisch leitend verbunden. Hierbei sind die zumindest zwei Kontaktbereiche der zweiten Kontaktfläche und die zumindest zwei zweiten Leistungstransistoren in der Längsrichtung alternierend nacheinander angeordnet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Leistungsmodul mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf einem ersten Schaltungsträger auf einer ersten Seite mehrere Leistungsleiterstrukturen zur Stromführung angeordnet sind und auf mindestens einem zweiten Schaltungsträger, welcher räumlich parallel zu dem ersten Schaltungsträger angeordnet ist, auf einer ersten dem ersten Schaltungsträger zugewandten Seite mindestens eine Leistungsleiterstruktur zur Stromführung und auf einer zweiten Seite mindestens eine Steuersignalleitungsstruktur zur Signalführung angeordnet ist, so dass eine beidseitige Nutzung des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers möglich ist. Zudem ermöglicht diese Anordnung der Schaltungsträger, dass die Führung der Steuersignale und die Führung Ströme, welche eine Ausgangsleistung bereitstellen, auf verschiedene Ebenen aufgeteilt werden. Hierbei ist eine Signalebene auf der zweiten Seite, vorzugsweise einer Oberseite des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers ausgebildet. Eine erste Leistungsebene wird auf der ersten Seite, vorzugsweise der Oberseite des ersten Schaltungsträgers ausgebildet und eine zweite Leistungsebene wird auf der zweiten Seite, vorzugsweise auf der Unterseite des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers ausgebildet. Zudem können durch die Anordnung von mindestens einer Messsignalleiterstruktur auf der zweiten Seite des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers als Teil der Signalebene Messsignale und Steuersignale in der Signalebene gesammelt werden. Die mindestens eine Messignalleiterstruktur und die mindestens eine Steuersignalstruktur können an korrespondierenden externen Kontaktbereichen beispielsweise über eine gemeinsame externe Kontaktvorrichtung mit einer externen Auswerte- und Steuereinheit elektrisch verbunden werden. Dadurch können Messignale, welche beispielsweise Potentiale von Leistungsleiterstrukturen des ersten Schaltungsträgers betreffen, an die externe Auswerte- und Steuereinheit ausgegeben und Steuersignale von der externen Auswerte- und Steuereinheit empfangen werden. Das bedeutet, dass auf der Signalebene auch der Messabgriff einer an der korrespondierenden Leistungsleiterstruktur anliegenden Spannung stattfinden kann.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Leistungsmodul mit einem ersten Schaltungsträger und mindestens einem zweiten Schaltungsträger und mindestens zwei Halbleiterschaltern zur Verfügung. Der erste Schaltungsträger weist auf einer ersten Seite mehrere auf einer elektrisch isolierenden Schicht angeordnete Leistungsleiterstrukturen auf, welche eine erste Leistungsebene ausbilden, in welcher externe Kontaktbereiche der Leistungsleiterstrukturen angeordnet sind. Der mindestens eine zweite Schaltungsträger ist räumlich parallel zu dem ersten Schaltungsträger angeordnet und weist auf einer der ersten Seite des ersten Schaltungsträgers zugewandten ersten Seite mindestens eine auf einer elektrisch isolierenden Schicht angeordnete weitere Leistungsleiterstruktur auf, welche eine zweite Leistungsebene ausbildet. Die mindestens eine weitere Leistungsleiterstruktur des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers ist an einem internen Kontaktbereich mit einem internen Kontaktbereich einer der Leistungsleiterstrukturen des ersten Schaltungsträgers elektrisch verbunden. Auf einer zweiten Seite des mindestens einen zweiten Schaltungsträger ist mindestens eine Steuersignalleiterstruktur auf der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet und bildet eine Signalebene aus. Hierbei ist auf der zweiten Seite des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers mindestens eine Messsignalleiterstruktur auf der elektrisch isolierenden Schicht als Teil der Signalebene angeordnet. Ein interner Kontaktbereich einer ersten Messsignalleiterstruktur des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers ist über eine Verbindungsleitung mit einer der Leistungsleiterstrukturen des ersten Schaltungsträgers elektrisch verbunden, und ein externer Kontaktbereich der ersten Messsignalstruktur des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers stellt über ein Abstandselement einen Leistungsmesspunkt bereit.
  • Der erste Schaltungsträger und/oder der mindestens eine zweite Schaltungsträger können beispielsweise als AMB-Substrat (AMB: Active Metal Braze) oder als DBC-Substrat (DBC: Direct Bonded Copper) ausgeführt sein. Vorzugsweise kann der erste Schaltungsträger als AMB-Substrat und der mindestens eine zweite Schaltungsträger kann als DBC-Substrat ausgeführt sein. Die Halbleiterschalter können vorzugsweise als Feldeffekttransistoren ausgeführt sein, so dass Drainanschlüsse der Halbleiterschalter jeweils einem ersten Leistungsanschluss und Sourceanschlüsse der Halbleiterschalter jeweils einem zweiten Leistungsanschluss entsprechen können. Unter einem Steueranschluss kann beispielsweise ein Gateanschluss oder ein Kelvin-Sourceanschluss eines Feldeffekttransistors verstanden werden.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Leistungsmoduls möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass die mindestens zwei Halbleiterschalter mit ihren Leistungsanschlüssen zwischen einer anderen der Leiterstrukturen der ersten Leistungsebene des ersten Schaltungsträgers und der mindestens einen Leistungsleiterstruktur der zweiten Leistungsebene des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers angeordnet und elektrisch kontaktiert sein können. Hierbei können Steueranschlüsse der mindestens zwei Halbleiterschalter mit der mindestens einen Steuersignalleiterstruktur des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers elektrisch verbunden sein.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann der erste Schaltungsträger auf einer zweiten Seite mindestens eine thermische Schnittstelle aufweisen, welche mit einer Kühlvorrichtung kontaktierbar ist. So kann an der zweiten Seite, vorzugsweise einer Unterseite, des ersten Schaltungsträgers ein Kühlkörper, ein Wasserkühler oder ein anderes geeignetes Kühlelement über die thermische Schnittstelle mit dem ersten Schaltungsträger verbunden sein. Die thermisch gut leitende Kontaktierung kann beispielsweise über eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung mit einem Leitkleber hergestellt werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann eine Umhüllung das Leistungsmodul unter Freilassung der mindestens einen thermischen Schnittstelle vollständig umschließen. Hierbei kann die Umhüllung im Bereich von externen Kontaktbereichen des ersten Schaltungsträgers und im Bereich von externen Kontaktbereichen des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers jeweils mindestens eine Aussparung aufweisen. Durch die Umhüllung, welche vorzugsweise durch eine ausgehärtete Moldmasse gebildet werden kann, kann die Lebensdauer der Halbleiterschalter und der elektrischen Verbindungen und Kontaktierungen deutlich erhöht werden, da die Umhüllung auch bei hohen Temperaturen eine gute Fixierung der Halbleiterschalter und des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers gewährleistet. Zudem werden die Halbleiterschalter sowie die verschiedenen elektrischen Kontaktierungen und Verbindungen und die Leiterstrukturen durch die Umhüllung vor äußeren Einflüssen geschützt. Des Weiteren ermöglicht die Umhüllung eine einfachere Handhabung des umhüllten Leistungsmodul, so dass die Leistungsmodule einfach weiterverarbeitet und transportiert werden können.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann auf der zweiten Seite des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers eine gemeinsame Leiterstruktur auf der elektrisch isolierenden Schicht als Teil der Signalebene angeordnet sein. Zudem können als Kelvin-Source-Anschlüsse ausgeführte Steueranschlüsse der mindestens zwei Halbleiterschalter elektrisch mit der gemeinsamen Leiterstruktur verbunden sein. Hierbei kann der mindestens eine zweite Schaltungsträger so platziert sein, dass ein erster elektrisch symmetrischer Stromsternpunkt der Signalebene, welcher einem geometrischen Schwerpunkt der gemeinsamen Leiterstruktur entspricht, zumindest teilweise mit einem Abstandselement überlappt, welches einen zweiten elektrisch symmetrischen Stromsternpunkt der ersten und zweiten Leistungsebene ausbildet und den internen Kontaktbereich der mindestens einen weiteren Leistungsleiterstruktur des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers mit dem internen Kontaktbereich einer der Leistungsleiterstrukturen des ersten Schaltungsträgers elektrisch verbindet. Durch die übereinander angeordneten symmetrischen Stromsternpunkte der Signalebene und der Leistungsebenen kann eine magnetische Kopplung zwischen der zweiten Lastebene und der Signalebene und eine symmetrische Ansteuerung der Leistungshalbleiter realisiert werden. Durch die magnetische Koppelung können in den Umschaltmomenten Kelvin-Source-Ströme erzeugt werden, welcher Steuerströmen und Steuerspannungen an den Steueranschlüssen der korrespondierenden Halbleiterschalter beim Aufbau einer korrespondierenden Steuerladung entgegenwirken, wodurch der geschaltete Laststrom insbesondere im Kurzschlussfall reduziert werden kann. Außerdem ergeben sich durch die zentrale Position der Stromsternpunkte symmetrische Anschlüsse der Halbleiterschalter und folglich symmetrische besonders kurze und niederimpedante Strom pfade.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann ein interner Kontaktbereich einer zweiten Messsignalleiterstruktur des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers mit einem ersten Anschluss eines Temperatursensors elektrisch verbunden sein, dessen zweiter Anschluss elektrisch mit einem internen Kontaktbereich der gemeinsamen Leiterstruktur des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers verbunden ist. Hierbei kann ein externer Kontaktbereich der zweiten Messsignalstruktur ein Temperaturmesssignal bereitstellen. Dadurch kann auch der Temperaturabgriff auf der Signalebene stattfinden. Da die Signalebene direkt oberhalb und näher an den Halbleiterchips der Halbleiterschalter angeordnet ist, kann deren Temperatur besser gemessen werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Leistungsmoduls kann mindestens eine erste Leiterstruktur des ersten Schaltungsträgers über mindestens einen externen Kontaktbereich mit einem positiven Versorgungsanschluss kontaktiert sein. Mindestens eine zweite Leiterstruktur des ersten Schaltungsträgers kann über mindestens einen externen Kontaktbereich mit einem negativen Versorgungsanschluss kontaktiert sein. Mindestens eine dritte Leiterstruktur des ersten Schaltungsträgers kann über mindestens einen externen Kontaktbereich mit einem Lastanschluss kontaktiert sein. Hierbei können mindestens zwei erste Halbleiterschalter jeweils einen „High-Side-Schalter“ des Leistungsmoduls ausbilden und mit ihren Leistungsanschlüssen zwischen der mindestens einen ersten Leiterstruktur des ersten Schaltungsträgers und der mindestens einen weiteren Leistungsleiterstruktur eines ersten zweiten Schaltungsträgers angeordnet und elektrisch kontaktiert sein. Als Gateanschlüsse ausgeführte Steueranschlüsse der High-Side-Schalter können jeweils mit einer Steuersignalleiterstruktur eines zweiten Schaltungsträgers elektrisch verbunden sein. Die mindestens eine weitere Leistungsleiterstruktur des zweiten Schaltungsträgers kann an dem internen Kontaktbereich mit dem internen Kontaktbereich der dritten Leistungsleiterstruktur des ersten Schaltungsträgers elektrisch verbunden sein. Das bedeutet, dass die mindestens zwei „High-Side-Schalter“ elektrisch jeweils zwischen dem positiven Versorgungsanschluss und dem Lastanschluss des Leistungsmoduls eingeschleift sein können. Zudem können mindestens zwei zweite Halbleiterschalter jeweils einen „Low-Side-Schalter“ des Leistungsmoduls ausbilden und mit ihren Leistungsanschlüssen elektrisch zwischen der mindestens einen zweiten Leiterstruktur des ersten Schaltungsträgers und der mindestens einen weiteren Leistungsleiterstruktur eines weiteren zweiten Schaltungsträgers angeordnet und elektrisch kontaktiert sein. Als Gateanschlüsse ausgeführte Steueranschlüsse der „Low-Side-Schalter" können jeweils mit einer Steuersignalleiterstruktur des weiteren zweiten Schaltungsträgers elektrisch verbunden sein. Die mindestens eine weitere Leistungsleiterstruktur des weiteren zweiten Schaltungsträgers kann an dem internen Kontaktbereich mit dem internen Kontaktbereich der zweiten Leistungsleiterstruktur des ersten Schaltungsträgers elektrisch verbunden sein. Das bedeutet, dass die mindestens zwei „Low-Side-Schalter“ elektrisch jeweils zwischen dem Lastanschluss und dem negativen Versorgungsanschluss des Leistungsmoduls eingeschleift sein können.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls mit Umhüllung.
    • 2 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 1 entlang der Schnittlinie II - II.
    • 3 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 1 entlang der Schnittlinie III - III.
    • 4 zeigt eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 1 ohne Umhüllung.
    • 5 zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls aus 2 entlang der Schnittlinie V - V.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 bis 5 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls 1 einen ersten Schaltungsträger 10 und mindestens einen zweiten Schaltungsträger 20 und mindestens zwei Halbleiterschalter 30. Der erste Schaltungsträger 10 weist auf einer ersten Seite, hier seiner Oberseite, mehrere auf einer elektrisch isolierenden Schicht 12 angeordnete Leistungsleiterstrukturen 14, 16, 18 auf, welche eine erste Leistungsebene LS1 ausbilden, in welche externe Kontaktbereiche 14.2, 16.2, 18.2 der Leistungsleiterstrukturen 14, 16, 18 angeordnet sind. Der mindestens eine zweite Schaltungsträger 20 ist räumlich parallel zu dem ersten Schaltungsträger 10 angeordnet und weist auf einer der ersten Seite des ersten Schaltungsträgers 10 zugewandten ersten Seite, hier seiner Unterseite, mindestens eine auf einer elektrisch isolierenden Schicht 20.1 angeordnete weitere Leistungsleiterstruktur 21 auf, welche eine zweite Leistungsebene LE2 ausbildet. Die mindestens eine weitere Leistungsleiterstruktur 21 des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 ist an einem internen Kontaktbereich 21.1 mit einem internen Kontaktbereich 16.1, 18.1 einer der Leistungsleiterstrukturen 14, 16, 18 des ersten Schaltungsträgers 10 elektrisch verbunden. Auf einer zweiten Seite, hier seiner Oberseite, des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 ist mindestens eine Steuersignalleiterstruktur 23 auf der elektrisch isolierenden Schicht 20.1 angeordnet und bildet eine Signalebene SE aus. Hierbei ist auf der zweiten Seite des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 mindestens eine Messsignalleiterstruktur 24 auf der elektrisch isolierenden Schicht 20.1 als Teil der Signalebene SE angeordnet. Ein interner Kontaktbereich 24.1 einer ersten Messsignalleiterstruktur 24A des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 ist über eine Verbindungsleitung 19, welche beispielsweise als Bonddraht 19A ausgeführt ist, mit einer der Leistungsleiterstrukturen 14, 16, 18 des ersten Schaltungsträgers 10 elektrisch verbunden, und ein externer Kontaktbereich 24.2 der ersten Messsignalstruktur 24A des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 stellt über ein Abstandselement 27 einen Leistungsmesspunkt MPL bereit.
  • Zudem sind mindesten zwei Halbleiterschalter 30 mit ihren Leistungsanschlüssen 32, 34 zwischen einer anderen der Leiterstrukturen 14, 16, 18 der ersten Leistungsebene LE1 des ersten Schaltungsträgers 10 und der mindestens einen Leistungsleiterstruktur 21 der zweiten Leistungsebene LE2 des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 angeordnet und elektrisch kontaktiert. Steueranschlüsse 36, 38 der mindestens zwei Halbleiterschalter 30 sind mit der mindestens einen Steuersignalleiterstruktur 23 des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 elektrisch verbunden.
  • Wie insbesondere aus 2 und 3 weiter ersichtlich ist, weist der erste Schaltungsträger 10 auf einer zweiten Seite, hier seiner Unterseite, mindestens eine thermische Schnittstelle 13 auf, welche mit einer Kühlvorrichtung kontaktierbar ist.
  • Wie insbesondere aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, umschließt eine Umhüllung 3 das Leistungsmodul 1 unter Freilassung der mindestens einen thermischen Schnittstelle 13 vollständig. Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, weist die Umhüllung 3 im Bereich von externen Kontaktbereichen 14.2, 16.2, 18.2 des ersten Schaltungsträgers 10 und im Bereich von externen Kontaktbereichen 22.2, 23.2, 24.2 und Leistungsmesspunkten MPL des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 jeweils mindestens eine Aussparung 5 auf.
  • Wie insbesondere aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, ist ein Layout des ersten Schaltungsträgers 10 spiegelsymmetrisch zu einer Mittelängsachse MA ausgeführt. Hierzu sind auf einer Oberseite des ersten Schaltungsträger 10 zwei erste Leistungsleitereiterstrukturen 14A, 14B und nur eine zweite Leistungsleitereiterstruktur 16 und nur eine dritte Leistungsleitereiterstruktur 18 ausgebildet. Wie insbesondere aus 2 und 3 weiter ersichtlich ist, ist auf der Unterseite des ersten Schaltungsträgers 10 mindestens eine Metallschicht angeordnet, welche die mindestens eine thermische Schnittstelle 13 ausbildet, über welche Verlustwärme der Halbleiterschalter 30 abführbar ist. Der erste Schaltungsträger 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als AMB-Substrat 10A (AMB: Active Metal Brace) ausgeführt, der mindestens eine zweite Schaltungsträger 20 ist als DBC-Substrat (DBC: Direct Bonded Copper) ausgeführt und die Halbleiterschalter 30 sind als Feldeffekttransistoren ausgeführt, so dass Drainanschlüsse der Feldeffekttransistoren jeweils einem ersten Leistungsanschluss 32 der Halbleiterschalter 30 und Sourceanschlüsse der Feldeffekttransistoren jeweils einem zweiten Leistungsanschluss 34 der Halbleiterschalter 30 entsprechen. Die Steueranschlüsse der Halbleiterschalter 30 sind als Gateanschlüsse 36 oder als Kelvin-Source-Anschlüsse 38 ausgeführt.
  • Wie aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, sind die beiden ersten Leistungsleitereiterstrukturen 14A, 14B jeweils U-förmig ausgeführt. Hierbei ist eine in der Darstellung links angeordnete erste Leistungsleitereiterstruktur 14A um 90° im Uhrzeigersinn zur Mittelängsachse MA gedreht, und eine in der Darstellung rechts angeordnete erste Leistungsleitereiterstruktur 14B um 90° im Gegenuhrzeigersinn zur Mittelängsachse MA gedreht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein erster in der Darstellung unterer Schenkel der U-förmigen linken ersten Leistungsleitereiterstruktur 14A an einem in der Darstellung unteren Rand des ersten Schaltungsträgers 10 angeordnet und bildet einen ersten externen Kontaktbereich 14.2A der linken ersten Leistungsleitereiterstruktur 14A aus. Ein breiterer zweiter in der Darstellung oberer Schenkel der linken ersten Leistungsleitereiterstruktur 14A bildet mindestens einen internen Kontaktbereich 14.1, 14.1 A, 14.1 B aus, an welchem mindestens einer der Halbleiterschalter 30 kontaktiert ist. Ein Verbindungssteg der linken ersten Leistungsleitereiterstruktur 14A, welcher die beiden Schenkel der linken ersten Leistungsleitereiterstruktur 14A miteinander verbindet, ist an einem in der Darstellung linken Rand des ersten Schaltungsträgers 10 angeordnet. Ein erster in der Darstellung unterer Schenkel der U-förmigen in der Darstellung rechen ersten Leistungsleitereiterstruktur 14B ist an einem in der Darstellung unteren Rand des ersten Schaltungsträgers 10 angeordnet und bildet einen zweiten externen Kontaktbereich 14.2 B der rechten ersten Leistungsleitereiterstruktur 14B aus. Ein breiterer zweiter in der Darstellung oberer Schenkel der rechten ersten Leistungsleitereiterstruktur 14B bildet mindestens einen internen Kontaktbereich 14.1, 14.1C, 14.D aus, an welchem mindestens einer der Halbleiterschalter 30 kontaktiert ist. Ein Verbindungssteg der rechten ersten Leistungsleitereiterstruktur 14B, welcher die beiden Schenkel der rechten ersten Leiterstruktur 14A miteinander verbindet, ist an einem in der Darstellung rechten Rand des ersten Schaltungsträgers 10 angeordnet. Die beiden externen Kontaktbereiche 14.2A, 14.2B der beiden ersten Leiterstrukturen 14A, 14B des ersten Schaltungsträgers 10 sind jeweils mit einem nicht dargestellten positiven Versorgungsanschluss kontaktierbar.
  • Wie aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, ist die zweite Leistungsleitereiterstruktur 16 T-förmig ausgeführt und um 180° gedreht, so dass ein Querbalken der T-förmigen zweiten Leistungsleitereiterstruktur 16 in der Darstellung am unteren Rand des ersten Schaltungsträgers 10 zwischen den beiden unteren Schenkeln der beiden ersten Leistungsleitereiterstruktur 14A, 14B angeordnet ist. Ein Längsbalken der T-förmigen zweiten Leistungsleitereiterstruktur 16, welcher entlang der Mittelängsachse MA des ersten Schaltungsträgers 10 verläuft, bildet an einem in der Darstellung oberen Abschnitt einen interner Kontaktbereich 16.1 der zweiten Leistungsleitereiterstruktur 16 aus. Zudem bildet ein in der Darstellung unterer Abschnitt des Querbalkens der zweiten Leistungsleitereiterstruktur 16 den externen Kontaktbereich 16.2 der zweiten Leistungsleitereiterstruktur 16 aus. Der externe Kontaktbereich 16.2 der zweiten Leiterstruktur 16 des ersten Schaltungsträgers 10 ist mit einem nicht dargestellten negativen Versorgungsanschluss kontaktierbar.
  • Wie aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, ist die dritte Leistungsleitereiterstruktur 18 H-förmig ausgeführt und um 90° gedreht, wobei ein in der Darstellung oberer Längsbalken der H-förmigen dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 an einem in der Darstellung oberen Rand des ersten Schaltungsträgers 10 angeordnet ist. Ein in der Darstellung unterer und breiterer Längsbalken der H-förmigen dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 ist zwischen den Verbindungsstegen der beiden ersten Leistungsleitereiterstrukturen 14A, 14B angeordnet und wird vom Längsbalken der T-förmigen zweiten Leistungsleitereiterstruktur 16 in einen in der Darstellung linken Abschnitt, welcher mindestens einen internen Kontaktbereich 18.1, 18.1A, 18.1B für mindestens einen Halbleiterschalter 30 ausbildet, und einen in der Darstellung rechten Abschnitt aufgeteilt, welcher mindestens einen internen Kontaktbereich 18.1, 18.1C, 18.1D für mindestens einen Halbleiterschalter 30 ausbildet. Ein Verbindungssteg der dritten Leistungsleitereiterstruktur 18, welcher die beiden Längsbalken der H-förmigen dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 miteinander verbindet, verläuft entlang der Mittelängsachse MA des ersten Schaltungsträgers 10 zwischen den oberen Schenkeln der beiden U-förmigen ersten Leistungsleitereiterstrukturen 14A, 14B und bildet einen weiteren internen Kontaktbereich 18.1E der dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 aus. Ein in der Darstellung oberer Längsbalkens der H-förmigen dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 bildet in einem in der Darstellung linken Abschnitt einen ersten externen Kontaktbereich 18.2A und in einem in der Darstellung rechten Abschnitt einen zweiten externen Kontaktbereich 18.2B der dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 aus. Die beiden externen Kontaktbereiche 18.2A, 18.2B der dritten Leiterstruktur 18 des ersten Schaltungsträgers 10 sind mit einem Lastanschluss kontaktierbar.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1 bilden vier Halbleiterschalter 30 jeweils einen „High-Side-Schalter“ HS1 bis HS4 des Leistungsmoduls 1 aus und sind mit ihren Leistungsanschlüssen 32, 34 zwischen der mindestens einen ersten Leiterstruktur 14 des ersten Schaltungsträgers 10 und der mindestens einen weiteren Leistungsleiterstruktur 21 eines zweiten Schaltungsträgers 20A angeordnet und elektrisch kontaktiert. Zudem bilden vier weitere Halbleiterschalter 30 jeweils einen „Low-Side-Schalter“ LS1 bis LS4 des Leistungsmoduls 1 aus und sind mit ihren Leistungsanschlüssen 32, 34 elektrisch zwischen der mindestens einen zweiten Leiterstruktur 16 des ersten Schaltungsträgers 10 und der mindestens einen weiteren Leistungsleiterstruktur 21 eines weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B angeordnet und elektrisch kontaktiert.
  • Wie aus 2 bis 5 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1 ein erster High-Side-Schalter HS1 mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 32 auf einem ersten internen Kontaktbereich 14.1A der linken ersten Leistungsleitereiterstruktur 14A angeordnet und kontaktiert. Ein zweiter High-Side-Schalter HS2 ist mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 32 auf einem zweiten internen Kontaktbereich 14.1B der linken ersten Leistungsleitereiterstruktur 14A angeordnet und kontaktiert. Ein dritter High-Side-Schalter HS3 ist mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 32 auf einem dritten internen Kontaktbereich 14.1C der rechten ersten Leistungsleitereiterstruktur 14B angeordnet und kontaktiert. Ein vierter High-Side-Schalter HS4 ist mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 32 auf einem vierten internen Kontaktbereich 14.1D der rechten ersten Leistungsleitereiterstruktur 14B angeordnet und kontaktiert. Zudem bilden die auf der linken ersten Leistungsleitereiterstruktur 14A angeordneten und kontaktierten High-Side-Schalter HS1, HS2 eine erste High-Side-Schaltergruppe aus. Die beiden auf der gegenüberliegenden rechten ersten Leistungsleitereiterstruktur 14B angeordneten High-Side-Schalter HS3, HS4 bilden eine zweite High-Side-Schaltergruppe aus. Hierbei sind die auf der rechten ersten Leistungsleitereiterstruktur 14B angeordneten High-Side-Schalter HS3, HS4 um 180° verdreht zu den auf der gegenüberliegenden linken ersten Leistungsleitereiterstruktur 14A angeordneten High-Side-Schaltern HS1, HS2 ausgerichtet, so dass die zweiten Leistungsanschlüsse 34 der beiden High-Side-Schalter HS1, HS2 der ersten High-Side-Schaltergruppe den zweiten Leistungsanschlüssen 34 der beiden High-Side-Schalter HS3, HS4 der zweiten High-Side-Schaltergruppe zugewandt sind.
  • Wie aus 2 bis 5 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1 ein erster Low-Side-Schalter LS1 mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 32 auf einem ersten internen Kontaktbereich 18.1 A des linken Abschnitts der dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 angeordnet und kontaktiert. Ein zweiter Low-Side-Schalter LS2 ist mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 32 auf einem zweiten internen Kontaktbereich 18.1B des linken Abschnitts der dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 angeordnet und kontaktiert. Ein dritter Low-Side-Schalter LS3 ist mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 32 auf einem dritten internen Kontaktbereich 18.1C des rechten Abschnitts der dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 angeordnet und kontaktiert. Ein vierter Low-Side-Schalter LS4 ist mit einem als Kontaktfläche ausgeführten ersten Leistungsanschluss 32 auf einem vierten internen Kontaktbereich 18.1D des rechten Abschnitts der ersten Leistungsleitereiterstruktur 18 angeordnet und kontaktiert. Zudem bilden die auf dem linken Abschnitt der dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 angeordneten und kontaktierten Low-Side-Schalter LS1, LS2 eine erste Low-Side-Schaltergruppe aus. Die beiden auf dem gegenüberliegenden rechten Abschnitt der dritten Leistungsleitereiterstruktur 14 angeordneten Low-Side-Schalter LS3, LS4 bilden eine zweite Low-Side-Schaltergruppe aus. Hierbei sind die auf dem rechten Abschnitt der dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 angeordneten Low-Side-Schalter LS3, LS4 um 180° verdreht zu den auf dem gegenüberliegenden linken Abschnitt der dritten Leistungsleitereiterstruktur 18 angeordneten Low-Side-Schaltern LS1, HS2 ausgerichtet, so dass die zweiten Leistungsanschlüsse 34 der beiden Low-Side-Schalter LS1, LS2 der ersten Low-Side-Schaltergruppe den zweiten Leistungsanschlüssen 34 der beiden Low-Side-Schalter HS3, HS4 der zweiten Low-Side-Schaltergruppe zugewandt sind.
  • Wie aus 2 bis 5 weiter ersichtlich ist, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1 die jeweils als Kontaktfläche ausgeführten zweiten Leistungsanschlüsse 34 der Halbleiterschalter 30 über Abstandselemente 28A mit internen Kontaktbereichen 21.1 der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 kontaktiert. Wie aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, sind die zweiten Leistungsanschlüsse 34 der vier High-Side-Schalter HS1 bis HS4 mit der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 eines zweiten Schaltungsträgers 20A kontaktiert und die vier Low-Side-Schalter LS1 bis LS4 sind mit der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 eines weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B kontaktiert.
  • Wie aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Leistungsanschluss 34 des ersten High-Side-Schalters HS1 mit einem ersten internen Kontaktbereich 21.1A der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 des zweiten Schaltungsträgers 20A kontaktiert. Der zweite Leistungsanschluss 34 des zweiten High-Side-Schalters HS2 ist mit einem zweiten internen Kontaktbereich 21.1B der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 des zweiten Schaltungsträgers 20A kontaktiert. Der zweite Leistungsanschluss 34 des dritten High-Side-Schalters HS3 ist mit einem dritten internen Kontaktbereich 21.1C der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 des zweiten Schaltungsträgers 20A kontaktiert. Der zweite Leistungsanschluss 34 des vierten High-Side-Schalters HS4 ist mit einem vierten internen Kontaktbereich 21.1D der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 des zweiten Schaltungsträgers 20A kontaktiert. Zudem ist die weitere Leistungsleiterstruktur 21 des zweiten Schaltungsträgers 20A an einem fünften internen Kontaktbereich 21.1E über ein Abstandselement 28B mit dem internen Kontaktbereich 18.1 der dritten Leistungsleiterstruktur 18 des ersten Schaltungsträgers 10 elektrisch verbunden.
  • Wie aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Leistungsanschluss 34 des ersten Low-Side-Schalters LS1 mit einem ersten internen Kontaktbereich 21.1A der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B kontaktiert. Der zweite Leistungsanschluss 34 des zweiten Low-Side-Schalters LS2 ist mit einem zweiten internen Kontaktbereich 21.1B der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B kontaktiert. Der zweite Leistungsanschluss 34 des dritten Low-Side-Schalters LS3 ist mit einem dritten internen Kontaktbereich 21.1C der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B kontaktiert. Der zweite Leistungsanschluss 34 des vierten Low-Side-Schalters LS4 ist mit einem vierten internen Kontaktbereich 21.1D der weiteren Leistungsleitereiterstruktur 21 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B kontaktiert. Zudem ist die weitere Leistungsleiterstruktur 21 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20A an einem fünften internen Kontaktbereich 21.1E über ein Abstandselement 28B mit dem internen Kontaktbereich 16.1 der zweiten Leistungsleiterstruktur 16 des ersten Schaltungsträgers 10 elektrisch verbunden.
  • Wie aus 2 bis 4 weiter ersichtlich ist, sind auf der zweiten Seite des mindestens einen zweiten Schaltungsträger 20 eine gemeinsame Leiterstruktur 22 und mehrere Steuersignalleiterstrukturen 23 auf der elektrisch isolierenden Schicht 20.1 als Teil der Signalebene SE angeordnet ist. Hierbei sind die als Kelvin-Source-Anschlüsse 38 ausgeführten Steueranschlüsse der Halbleiterschalter 30 jeweils über als Bonddrähte 19A ausgeführte Verbindungsleitungen 19 elektrisch mit internen Kontaktbereichen 22.1 der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 verbunden. Zudem weist die gemeinsame Leiterstruktur 22 des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20A zwei externe Kontaktbereiche 22.2 auf, welche mit einer externen nicht näher dargestellten Steuerschaltung kontaktierbar sind. Die Steuersignalleiterstrukturen 23 des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 sind jeweils an einem internen Kontaktbereich 23.1 über als Bonddrähte 29A ausgeführte Verbindungsleitungen 29 mit einem als Gateanschluss 36 ausgeführten Steueranschluss eines der Halbleiterschalter 30 verbunden. Zudem weisen die Steuersignalleiterstrukturen 23 des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 jeweils einen externen Kontaktbereich 23.2 auf, welcher mit der externen nicht näher dargestellten Steuerschaltung kontaktierbar ist.
  • Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, ist der Kelvin-Source-Anschluss 38 des ersten High-Side-Schalters HS1 mit einem ersten internen Kontaktbereich 22.1A der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des zweiten Schaltungsträgers 20A verbunden. Der Gateanschluss 36 des ersten High-Side-Schalters HS1 ist elektrisch mit einem ersten internen Kontaktbereich 21.1A einer ersten Steuersignalleiterstruktur 23A des zweiten Schaltungsträgers 20A kontaktiert, welche einen ersten externen Kontaktbereich 23.2A aufweist. Der Kelvin-Source-Anschluss 38 des zweiten High-Side-Schalters HS2 ist mit einem zweiten internen Kontaktbereich 22.1B der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des zweiten Schaltungsträgers 20A verbunden. Der Gateanschluss 36 des zweiten High-Side-Schalters HS2 ist elektrisch mit einem zweiten internen Kontaktbereich 21.1B einer zweiten Steuersignalleiterstruktur 23B des zweiten Schaltungsträgers 20B kontaktiert, welche einen zweiten externen Kontaktbereich 23.2B aufweist. Der Kelvin-Source-Anschluss 38 des dritten High-Side-Schalters HS3 ist mit einem dritten internen Kontaktbereich 22.1C der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des zweiten Schaltungsträgers 20A verbunden. Der Gateanschluss 36 des dritten High-Side-Schalters HS3 ist elektrisch mit einem dritten internen Kontaktbereich 21.1C einer dritten Steuersignalleiterstruktur 23C des zweiten Schaltungsträgers 20A kontaktiert, welche einen dritten externen Kontaktbereich 23.2C aufweist. Der Kelvin-Source-Anschluss 38 des vierten High-Side-Schalters HS4 ist mit einem vierten internen Kontaktbereich 22.1D der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des zweiten Schaltungsträgers 20A verbunden. Der Gateanschluss 36 des vierten High-Side-Schalters HS4 ist elektrisch mit einem vierten internen Kontaktbereich 21.1D einer vierten Steuersignalleiterstruktur 23D des zweiten Schaltungsträgers 20A kontaktiert, welche einen vierten externen Kontaktbereich 23.2D aufweist. Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, ist ein erster externer Kontaktbereich 22.2A der gemeinsamen Leiterstruktur 22 zwischen dem ersten internen Kontaktbereich 22.1A und dem dritten internen Kontaktbereich 22.1C der gemeinsamen Leiterstruktur 22 angeordnet. Ein zweiter externer Kontaktbereich 22.2B der gemeinsamen Leiterstruktur 22 ist zwischen dem zweiten internen Kontaktbereich 22.1 B und dem vierten internen Kontaktbereich 22.1 D der gemeinsamen Leiterstruktur 22 angeordnet.
  • Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, ist der Kelvin-Source-Anschluss 38 des ersten Low-Side-Schalters LS1 mit einem ersten internen Kontaktbereich 22.1 A der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B verbunden. Der Gateanschluss 36 des ersten Low-Side-Schalters LS1 ist elektrisch mit einem ersten internen Kontaktbereich 21.1 A einer ersten Steuersignalleiterstruktur 23A des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B kontaktiert, welche einen ersten externen Kontaktbereich 23.2A aufweist. Der Kelvin-Source-Anschluss 38 des zweiten Low-Side-Schalters LS2 ist mit einem zweiten internen Kontaktbereich 22.1 B der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B verbunden. Der Gateanschluss 36 des zweiten Low-Side-Schalters HS2 ist elektrisch mit einem zweiten internen Kontaktbereich 21.1 B einer zweiten Steuersignalleiterstruktur 23B des zweiten Schaltungsträgers 20B kontaktiert, welche einen zweiten externen Kontaktbereich 23.2B aufweist. Der Kelvin-Source-Anschluss 38 des dritten Low-Side-Schalters LS3 ist mit einem dritten internen Kontaktbereich 22.1C der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B verbunden. Der Gateanschluss 36 des dritten Low-Side-Schalter LS3 ist elektrisch mit einem dritten internen Kontaktbereich 21.1C einer dritten Steuersignalleiterstruktur 23C des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B kontaktiert, welche einen dritten externen Kontaktbereich 23.2C aufweist. Der Kelvin-Source-Anschluss 38 des vierten Low-Side-Schalters LS4 ist mit einem vierten internen Kontaktbereich 22.1 D der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B verbunden. Der Gateanschluss 36 des vierten Low-Side-Schalter LS4 ist elektrisch mit einem vierten internen Kontaktbereich 21.1 D einer vierten Steuersignalleiterstruktur 23D des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20A kontaktiert, welche einen vierten externen Kontaktbereich 23.2D aufweist. Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, ist ein erster externer Kontaktbereich 22.2A der gemeinsamen Leiterstruktur 22 zwischen dem ersten internen Kontaktbereich 22.1 A und dem dritten internen Kontaktbereich 22.1C der gemeinsamen Leiterstruktur 22 angeordnet. Ein zweiter externer Kontaktbereich 22.2B der gemeinsamen Leiterstruktur 22 ist zwischen dem zweiten internen Kontaktbereich 22.1 B und dem vierten internen Kontaktbereich 22.1 D der gemeinsamen Leiterstruktur 22 angeordnet.
  • Zudem ist auf der zweiten Seite des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers 20 mindestens eine Messsignalleiterstruktur 24 auf der elektrisch isolierenden Schicht 20.1 als Teil der Signalebene SE angeordnet. Wie insbesondere aus 4 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel des Leistungsmoduls 1 ein interner Kontaktbereich 24.1 einer ersten Messsignalleiterstruktur 24A des zweiten Schaltungsträgers 20A über eine als Bonddraht 19A ausgeführte Verbindungsleitung 19 mit der linken ersten Leistungsleiterstruktur 14A des ersten Schaltungsträgers 10 elektrisch verbunden. Ein externer Kontaktbereich 24.2 der ersten Messsignalstruktur 24A des zweiten Schaltungsträgers 20A stellt über ein Abstandselement 27 einen Leistungsmesspunkt MPL bereit. Ein interner Kontaktbereich 24.1 einer zweiten Messsignalleiterstruktur 24B des zweiten Schaltungsträgers 20A ist mit einem ersten Anschluss eines Temperatursensors TS elektrisch verbunden, dessen zweiter Anschluss elektrisch mit einem fünften internen Kontaktbereich 22.1 E der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des zweiten Schaltungsträgers 20A verbunden ist. Ein externer Kontaktbereich 24.2 der zweiten Messsignalstruktur 24B stellt ein Temperaturmesssignal bereit.
  • Analog ist ein interner Kontaktbereich 24.1 einer ersten Messsignalleiterstruktur 24A des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B über eine als Bonddraht 19A ausgeführte Verbindungsleitung 19 mit dem linken Abschnitt der dritten Leistungsleiterstruktur 18 des ersten Schaltungsträgers 10 elektrisch verbunden. Ein externer Kontaktbereich 24.2 der ersten Messsignalstruktur 24A des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20A stellt über ein Abstandselement 27 einen weiteren Leistungsmesspunkt MPL bereit. Ein interner Kontaktbereich 24.1 einer zweiten Messsignalleiterstruktur 24B des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B ist mit einem ersten Anschluss eines Temperatursensors TS elektrisch verbunden, dessen zweiter Anschluss elektrisch mit einem fünften internen Kontaktbereich 22.1 E der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B verbunden ist. Ein externer Kontaktbereich 24.2 der zweiten Messsignalstruktur 24B stellt ein Temperaturmesssignal bereit.
  • Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, ist der zweite Schaltungsträger 20A so platziert, dass ein erster elektrisch symmetrischer Stromsternpunkt SPS der Signalebene SE, welcher einem geometrischen Schwerpunkt der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des zweiten Schaltungsträgers 20A entspricht, zumindest teilweise mit einem Abstandselement 28B überlappt, welches einen zweiten elektrisch symmetrischen Stromsternpunkt SPL der ersten und zweiten Leistungsebene LE1, LE2 ausbildet und den fünften internen Kontaktbereich 21.1 E der weiteren Leistungsleiterstruktur 21 des zweiten Schaltungsträgers 20A mit dem internen Kontaktbereich 18.1 der dritten Leistungsleiterstruktur 18 des ersten Schaltungsträgers 10 elektrisch verbindet. Der weitere zweite Schaltungsträger 20B ist so platziert, dass ein erster elektrisch symmetrischer Stromsternpunkt SPS der Signalebene SE, welcher einem geometrischen Schwerpunkt der gemeinsamen Leiterstruktur 22 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B entspricht, zumindest teilweise mit einem Abstandselement 28B überlappt, welches einen zweiten elektrisch symmetrischen Stromsternpunkt SPL der ersten und zweiten Leistungsebene LE1, LE2 ausbildet und den fünften internen Kontaktbereich 21.1 E der weiteren Leistungsleiterstruktur 21 des weiteren zweiten Schaltungsträgers 20B mit dem internen Kontaktbereich 16.1 der zweiten Leistungsleiterstruktur 16 des ersten Schaltungsträgers 10 elektrisch verbindet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014219998 B4 [0002]

Claims (11)

  1. Leistungsmodul (1) mit einem ersten Schaltungsträger (10) und mindestens einem zweiten Schaltungsträger (20) und mindestens zwei Halbleiterschaltern (30), wobei der erste Schaltungsträger (10) auf einer ersten Seite mehrere auf einer elektrisch isolierenden Schicht (12) angeordnete Leistungsleiterstrukturen (14, 16, 18) aufweist, welche eine erste Leistungsebene (LE1) ausbilden, in welcher externe Kontaktbereiche (14.2, 16.2, 18.2) der Leistungsleiterstrukturen (14, 16, 18) angeordnet sind, wobei der mindestens eine zweite Schaltungsträger (20) räumlich parallel zu dem ersten Schaltungsträger (10) angeordnet ist und auf einer der ersten Seite des ersten Schaltungsträgers (10) zugewandten ersten Seite mindestens eine auf einer elektrisch isolierenden Schicht (20.1) angeordnete weitere Leistungsleiterstruktur (21) aufweist, welche eine zweite Leistungsebene (LE2) ausbildet, wobei die mindestens eine weitere Leistungsleiterstruktur (21) des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) an einem internen Kontaktbereich (21.1) mit einem internen Kontaktbereich (16.1, 18.1) einer der Leistungsleiterstrukturen (14, 16, 18) des ersten Schaltungsträgers (10) elektrisch verbunden ist, wobei auf einer zweiten Seite des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) mindestens eine Steuersignalleiterstruktur (23) auf der elektrisch isolierenden Schicht (20.1) angeordnet ist und eine Signalebene (SE) ausbildet, wobei auf der zweiten Seite des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) mindestens eine Messsignalleiterstruktur (24) auf der elektrisch isolierenden Schicht (20.1) als Teil der Signalebene (SE) angeordnet ist, wobei ein interner Kontaktbereich (24.1) einer ersten Messsignalleiterstruktur (24A) des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) über eine Verbindungsleitung (19) mit einer der Leistungsleiterstrukturen (14, 16, 18) des ersten Schaltungsträgers (10) elektrisch verbunden ist, und ein externer Kontaktbereich (24.2) der ersten Messsignalstruktur (24A) des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) über ein Abstandselement (27) einen Leistungsmesspunkt (MPL) bereitstellt.
  2. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Halbleiterschalter (30) mit ihren Leistungsanschlüssen (32, 34) zwischen einer anderen der Leiterstrukturen (14, 16, 18) der ersten Leistungsebene (LE1) des ersten Schaltungsträgers (10) und der mindestens einen Leistungsleiterstruktur (21) der zweiten Leistungsebene (LE2) des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) angeordnet und elektrisch kontaktiert sind, wobei Steueranschlüsse (36, 38) der mindestens zwei Halbleiterschalter (30) mit der mindestens einen Steuersignalleiterstruktur (23) des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) elektrisch verbunden sind.
  3. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltungsträger (10) auf einer zweiten Seite mindestens eine thermische Schnittstelle (13) aufweist, welche mit einer Kühlvorrichtung kontaktierbar ist.
  4. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umhüllung (3) das Leistungsmodul (1) unter Freilassung der mindestens einen thermischen Schnittstelle (13) vollständig umschließt, wobei die Umhüllung (3) im Bereich von externen Kontaktbereichen (14.2, 16.2, 18.2) des ersten Schaltungsträgers (10) und im Bereich von externen Kontaktbereichen (22.2, 23.2, 24.2) des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) jeweils mindestens eine Aussparung (5) aufweist.
  5. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Seite des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) eine gemeinsame Leiterstruktur (22) auf der elektrisch isolierenden Schicht (20.1) als Teil der Signalebene (SE) angeordnet ist, wobei als Kelvin-Source-Anschlüsse (38) ausgeführte Steueranschlüsse der mindestens zwei Halbleiterschalter (30) elektrisch mit der gemeinsamen Leiterstruktur (22) verbunden sind.
  6. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Schaltungsträger (20) so platziert ist, dass ein erster elektrisch symmetrischer Stromsternpunkt (SPS) der Signalebene (SE), welcher einem geometrischen Schwerpunkt der gemeinsamen Leiterstruktur (22) entspricht, zumindest teilweise mit einem Abstandselement (28) überlappt, welches einen zweiten elektrisch symmetrischen Stromsternpunkt (SPL) der ersten und zweiten Leistungsebene (LE1, LE2) ausbildet und den internen Kontaktbereich (21.1) der mindestens einen weiteren Leistungsleiterstruktur (21) des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) mit dem internen Kontaktbereich (16.1, 18.1) einer der Leistungsleiterstrukturen (14, 16, 18) des ersten Schaltungsträgers (10) elektrisch verbindet.
  7. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein interner Kontaktbereich (24.1) einer zweiten Messsignalleiterstruktur (24B) des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) mit einem ersten Anschluss eines Temperatursensors (TS) elektrisch verbunden ist, dessen zweiter Anschluss elektrisch mit einem internen Kontaktbereich (22.1) der gemeinsamen Leiterstruktur (22) des mindestens einen zweiten Schaltungsträgers (20) verbunden ist, wobei ein externer Kontaktbereich (24.2) der zweiten Messsignalstruktur (24B) ein Temperaturmesssignal bereitstellt.
  8. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Leiterstruktur (14) des ersten Schaltungsträgers (10) über mindestens einen externen Kontaktbereich (14.2) mit einem positiven Versorgungsanschluss kontaktierbar ist, und mindestens eine zweite Leiterstruktur (16) des ersten Schaltungsträgers (10) über mindestens einen externen Kontaktbereich (16.2) mit einem negativen Versorgungsanschluss kontaktierbar ist, und mindestens eine dritte Leiterstruktur (18) des ersten Schaltungsträgers (10) über mindestens einen externen Kontaktbereich (18.2) mit einem Lastanschluss kontaktierbar ist.
  9. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Halbleiterschalter (30) jeweils einen „High-Side-Schalter“ (HS1 bis HS4) des Leistungsmoduls (1) ausbilden und mit ihren Leistungsanschlüssen (32, 34) zwischen der mindestens einen ersten Leiterstruktur (14) des ersten Schaltungsträgers (10) und der mindestens einen weiteren Leistungsleiterstruktur (21) eines zweiten Schaltungsträgers (20A) angeordnet und elektrisch kontaktiert sind, wobei als Gateanschlüsse (36) ausgeführte Steueranschlüsse der High-Side-Schalter (HS1 bis HS4) jeweils mit einer Steuersignalleiterstruktur (23) des zweiten Schaltungsträgers (20A) elektrisch verbunden sind, wobei die mindestens eine weitere Leistungsleiterstruktur (21) des zweiten Schaltungsträgers (20A) an dem internen Kontaktbereich (21.1) mit dem internen Kontaktbereich (18.1) der dritten Leistungsleiterstruktur (18) des ersten Schaltungsträgers (10) elektrisch verbunden ist.
  10. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Halbleiterschalter (30) jeweils einen „Low-Side-Schalter“ (LS1 bis LS4) des Leistungsmoduls (1) ausbilden und mit ihren Leistungsanschlüssen (32, 34) elektrisch zwischen der mindestens einen zweiten Leiterstruktur (16) des ersten Schaltungsträgers (10) und der mindestens einen weiteren Leistungsleiterstruktur (21) eines weiteren zweiten Schaltungsträgers (20B) angeordnet und elektrisch kontaktiert sind, wobei als Gateanschlüsse (36) ausgeführte Steueranschlüsse der Low-Side-Schalter (LS1 bis LS4) jeweils mit einer Steuersignalleiterstruktur (23) des weiteren zweiten Schaltungsträgers (20B) elektrisch verbunden sind, wobei die mindestens eine weitere Leistungsleiterstruktur (21) des weiteren zweiten Schaltungsträgers (20B) an dem internen Kontaktbereich (21.1) mit dem internen Kontaktbereich (16.1) der zweiten Leistungsleiterstruktur (16) des ersten Schaltungsträgers (10) elektrisch verbunden ist.
  11. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schaltungsträger (10) und/oder der mindestens eine zweite Schaltungsträger (20) als AMB-Substrat (AMB: Active Metal Braze) oder als DBC-Substrat (DBC: Direct Bonded Copper) ausgeführt ist.
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