EP3635781A1

EP3635781A1 - Power converter module and method for production thereof

Info

Publication number: EP3635781A1
Application number: EP18729647.0A
Authority: EP
Inventors: Rene Richter; Thomas Schimanek; Maximilian Hoffmann; Florian HILPERT; Andreas Schletz; Christoph Bayer; Uwe Waltrich
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2020-04-15
Also published as: CN111033734B; US20200152611A1; WO2018224480A1; DE102017209515A1; US11296054B2; CN111033734A

Abstract

The invention relates to a power semiconductor module and to a corresponding product method. The power semiconductor module has a plurality of power switches, wherein a first subset of the power switches is part of a first current branch. A second subset of the power switches is part of a second current branch. The first current branch and the second current branch together form a half-bridge connected in parallel with a first and second d.c. voltage connection. An individual current path, which extends between the d.c. voltage connections and an a.c. voltage connection and is assigned to the power switch, is defined in each of the two current branches by each individual one of the associated power switches. Within the current branches, the associated power switches are symmetrically arranged relative to the d.c. voltage connections and are connected in such a way that a current density which is formed during the high frequency operation of the power semiconductor module and/or during operation of the power switch with a high voltage gradient is homogeneously distributed into the individual current paths in each case associated with one of the power switches.

Description

LEISTUNGSUMRICHTERMODUL UND VERFAHREN POWER CONVERTER MODULE AND METHOD

ZU DESSEN HERSTELLUNG FOR THEIR MANUFACTURE

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul, insbesondere ein Antriebsumrichtermodul zum Betrieb eines Fahrzeugantriebs, sowie ein Herstellungsverfahren für ein solches Leistungshalbleitermodul und ein Fahrzeug mit einem solchen Leistungshalbleitermodul. The invention relates to a power semiconductor module, in particular a drive converter module for operating a vehicle drive, and to a production method for such a power semiconductor module and a vehicle having such a power semiconductor module.

Aus der Leistungselektronik sind Schaltungen bekannt, welche zur Steuerung des Transports von elektrischem Strom eingesetzt werden können. Durch sogenannte Stromrichter können Stromarten ineinander umgewandelt bzw. charakteristische Parameter wie Frequenz oder Spannung geändert werden. Spezielle Arten von Stromrichtern, etwa Gleichrichter oder Wechselrichter, können eine zur Verfügung gestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung bzw. eine zur Verfügung gestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandeln. From the power electronics circuits are known which can be used to control the transport of electricity. So-called converters can be used to convert types of current into one another or to change characteristic parameters such as frequency or voltage. Special types of power converters, such as rectifiers or inverters, can convert an available AC voltage into a DC voltage or a DC voltage provided into an AC voltage.

Diese Schaltungen spielen insbesondere beim Betrieb von elektrischen Maschinen, etwa Drehstrommotoren, und in der Energiespeichertechnik eine wichtige Rolle. Von besonderer Bedeutung sind sie daher im Bereich der Elektromobilität, wo elektrischer Strom von einem Energiespeicher als Gleichstrom zur Verfügung gestellt und als Wechselstrom zum Antrieb eines Fahrzeugs genutzt wird, oder wo bei der sogenannten Rekuperation der Antrieb als Generator für elektrischen Wechselstrom dient, der gleichgerichtet wird, so dass der Energiespeicher mit Gleichstrom wieder aufgeladen werden kann. These circuits play an important role especially in the operation of electrical machines, such as three-phase motors, and in energy storage technology. They are therefore of particular importance in the field of electromobility, where electric power is provided by an energy storage as DC and used as AC to drive a vehicle, or where in the so-called recuperation of the drive serves as a generator for alternating electrical current, which is rectified , so that the energy storage can be recharged with DC.

Der technische Fortschritt auf dem Gebiet der Leistungselektronik hat auf Halbleitern mit breiter Bandlücke (wide-bandgap semiconductors), etwa Siliciumcarbid, Galliumnitrid oder Galliumarsenid, basierende Schaltelemente, insbesondere Leistungsschalter, hervorgebracht, die mit besonders hoher Frequenz, etwa bei über 100 kHz, insbesondere bei über 1 MHz, und/oder besonders hohen Spannungsgradienten, etwa von über 10 V/ns, insbesondere von über 100 V/ns, geschaltet werden können und vorteilhaft in den vorstehend genannten Schaltungen einsetzbar sind. Allerdings treten bei den dadurch möglichen hohen Frequenzen und Schaltgeschwindigkeiten vermehrt frequenzabhängige Effekte auf, die die Stromleitung in einem Stromrichtermodul auf unerwünschte Weise beeinträchtigen können. Technological advances in the field of power electronics have resulted in wide bandgap semiconductors, such as silicon carbide, gallium nitride or gallium arsenide, based switching elements, particularly power switches, having particularly high frequency, such as over 100kHz, especially at above 1 MHz, and / or particularly high voltage gradients, for example of more than 10 V / ns, in particular of more than 100 V / ns, can be switched and advantageously be used in the circuits mentioned above. However occur at the thereby possible high frequencies and Switching speeds increase frequency-dependent effects that can undesirably affect the power line in a power converter module.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Leistungshalbleitermodul zur Verfügung zu stellen, bei dem frequenzabhängige und/oder spannungsgradientenabhängige negative Einflüsse auf das Leistungshalbleitermodul, insbesondere auf dessen Energie- und Raumeffizienz und/oder Lebensdauer, reduziert oder sogar vermieden werden können. It is an object of the invention to provide an improved power semiconductor module in which frequency-dependent and / or voltage gradient-dependent negative influences on the power semiconductor module, in particular its energy and space efficiency and / or lifetime, can be reduced or even avoided.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Leistungsumrichtermodul und ein Herstellungsverfahren für ein solches Leistungshalbleitermodul gemäß den unabhängigen Ansprüchen. This object is achieved by a power converter module and a manufacturing method for such a power semiconductor module according to the independent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul, vorzugsweise ein Antriebsumrichtermodul zum Betrieb eines Fahrzeugantriebs, insbesondere eines Kraftfahrzeugantriebs. Das Leistungshalbleitermodul weist ein elektrisch isolierendes, flächiges Trägersubstrat mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche und eine Brückenschaltung mit einer Mehrzahl von Leistungsschaltern, insbesondere Leistungstransistoren, auf. Eine erste Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter ist dabei Teil eines ersten stromrichtenden Stromzweigs des Leistungshalbleitermoduls, der zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss und einem Wechselspannungsanschluss des Leistungshalbleitermoduls verläuft. Eine zweite Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter ist dabei Teil eines zweiten stromrichtenden Stromzweigs des Leistungshalbleitermoduls, der zwischen einem zum ersten Gleichspannungsanschluss gegenpoligen zweiten Gleichspannungsanschluss und dem Wechselspannungsanschluss des Leistungshalbleitermoduls verläuft. Der erste Stromzweig und der zweite Stromzweig sind am Wechselspannungsanschluss elektrisch so verbunden, dass sie zusammen eine parallel zu den Gleichspannungsanschlüssen geschaltete Halbbrücke bilden. In jedem der beiden Stromzweige wird durch jeden einzelnen der zugehörigen Leistungsschalter ein zwischen den beiden Gleichspannungsanschlüssen verlaufender, dem Leistungsschalter zugeordneter einzelner Strompfad definiert. Innerhalb zumindest eines, bevorzugt jeder, der Stromzweige sind die zugehörigen Leistungsschalter bezüglich den Gleichspannungsanschlüssen derart symmetrisch angeordnet und verschaltet, dass eine im Hochfrequenzbetrieb des Leistungshalbleitermoduls, bevorzugt bei über 10 kHz, besonders bevorzugt bei über 100 kHz, insbesondere bei über 1 MHz, und/oder im Betrieb der Leistungsschalter mit hohen Spannungsgradienten, vorzugsweise von über 10 V/ns, insbesondere von über 100 V/ns, in den einzelnen jeweils einem der Leistungsschalter zugeordneten Strompfaden und/oder in zumindest einem der Stromzweige gebildeten Stromdichte, zumindest im Wesentlichen, homogen verteilt ist. Wenigstens einer der Leistungsschalter ist auf der ersten Hauptfläche des Trägersubstrats und wenigstens ein weiterer der Leistungsschalter ist auf der zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats angeordnet. A first aspect of the invention relates to a power semiconductor module, preferably a drive converter module for operating a vehicle drive, in particular a motor vehicle drive. The power semiconductor module has an electrically insulating, planar carrier substrate with a first and a second main area and a bridge circuit with a plurality of circuit breakers, in particular power transistors. A first subset of one or more of the power switches is part of a first current-conducting current branch of the power semiconductor module, which runs between a first DC voltage connection and an AC voltage connection of the power semiconductor module. A second subset of one or more of the power switches is part of a second current-conducting current branch of the power semiconductor module, which extends between a second direct-voltage terminal opposite to the first direct-voltage terminal and the alternating-voltage terminal of the power semiconductor module. The first current branch and the second current branch are electrically connected to the AC voltage terminal in such a way that together they form a half-bridge connected in parallel with the DC voltage terminals. In each of the two current branches, a single current path associated with the power switch is defined by each individual one of the associated circuit breakers between the two DC voltage connections. Within at least one, preferably each, of the current branches, the associated power switches are symmetrically arranged and interconnected with respect to the DC voltage connections such that one is in high-frequency operation of the power semiconductor module, preferably above 10 kHz, more preferably above 100 kHz, in particular above 1 MHz, and / or in operation, the circuit breaker with high voltage gradients, preferably of over 10 V / ns, in particular of about 100 V / ns, in the individual respective one of the circuit breaker associated current paths and / or in at least one of the current branches formed current density, at least substantially, is homogeneously distributed. At least one of the power switches is disposed on the first major surface of the carrier substrate and at least one further of the power switches is disposed on the second major surface of the carrier substrate.

Eine im Wesentlichen homogen verteilte Stromdichte in den einzelnen den jeweils einem der Leistungsschalter zugeordneten Strompfaden und/oder in zumindest einem der Stromzweige entspricht im Sinne der Erfindung einer räumlichen Verteilung der Stromdichte, in der relative Abweichungen weniger als 25 %, vorzugsweise weniger als 15 %, insbesondere weniger als 2 % aufweisen. A substantially homogeneously distributed current density in the individual current paths associated with each of the circuit breakers and / or in at least one of the current branches corresponds in the sense of the invention to a spatial distribution of the current density, in which relative deviations are less than 25%, preferably less than 15%, especially less than 2%.

Durch die homogene Stromdichteverteilung in den Stromzweigen kann eine symmetrische Belastung eines Leistungsschalters in wenigstens einem Strompfad und/oder aller Leistungsschalter in wenigstens einem Stromzweig erreicht werden. Insbesondere auch im Hochfrequenzbetrieb des Leistungshalbleitermoduls und/oder beim Schalten der Leistungsschalter mit hohen Spannungsgradienten fließt der elektrische Strom gleichmäßig durch alle Leistungsschalter bzw. die ihnen zugeordneten Strompfade, so dass Hochfrequenzeffekte wie Skin- und/oder Proximityeffekt, welche die Effizienz eines bei Hochfrequenz betriebenen Leistungshalbleitermoduls beeinträchtigen, vermieden oder zumindest verringert werden können. Due to the homogeneous current density distribution in the current branches, symmetrical loading of a circuit breaker in at least one current path and / or all circuit breakers in at least one branch current can be achieved. Particularly in high-frequency operation of the power semiconductor module and / or when switching the circuit breaker with high voltage gradients, the electric current flows evenly through all circuit breakers or their associated current paths, so that high-frequency effects such as skin and / or proximity effect, which is the efficiency of a high-frequency power semiconductor module be affected, avoided or at least reduced.

Die symmetrische Belastung der Leistungsschalter führt auch zu einer Erhöhung der Lebensdauer des Leistungshalbleitermoduls, da eine Konzentration des Stromflusses in einzelnen Leistungsschaltern, welche die Leistungsschalter und damit das Leistungshalbleitermodul, etwa durch lokale Temperaturerhöhung, schädigen würden, zuverlässig vermieden wird. The symmetrical loading of the circuit breaker also leads to an increase in the life of the power semiconductor module, since a concentration of the current flow in individual circuit breakers, which would damage the circuit breaker and thus the power semiconductor module, such as by local temperature increase, is reliably avoided.

Die symmetrische Anordnung und Verschaltung der Leistungsschalter in zumindest einem Stromzweig führt zur Bildung einer homogenen Stromdichteverteilung in den Strompfaden im Hochfrequenzbetrieb des Leistungshalbleitermoduls und ermöglicht damit auch das Vermeiden oder zumindest die Reduktion einer Einschnürung des elektrischen Stroms in den Strompfaden und/oder Stromzweigen . The symmetrical arrangement and interconnection of the power switches in at least one branch of current leads to the formation of a homogeneous current density distribution in the current paths in high-frequency operation of the power semiconductor module and thus also enables the avoidance or at least the reduction of a constriction of the electrical current in the current paths and / or current branches.

Um die homogene Stromdichteverteilung zu ermöglichen, verlaufen die Zuleitungen von den Gleichstromanschlüssen bzw. vom Wechselstromanschluss zu den Leistungsschaltern, d.h. die den Leistungsschaltern zugeordneten Strompfade, vorzugsweise elektrisch und/oder geometrisch im Wesentlichen parallel. Insbesondere kann jedes der Schaltelemente mit dem ihm zugeordneten Strompfad in einer Ebene liegen, wobei die Ebenen elektrisch parallelgeschalteter Leistungsschalter dabei auch geometrisch parallel zueinander stehen. Dadurch kann eine Einschnürung von elektrischem Strom in den Strompfaden auch bei hohen Frequenzen, wie sie etwa bei der Verwendung von schnellschaltenden, auf Halbleitern mit breiter Bandlücke basierenden Leistungsschaltern auftreten können, vermieden oder zumindest vermindert werden. In order to enable the homogeneous current density distribution, the supply lines run from the DC connections or from the AC connection to the circuit breakers, ie, the current paths associated with the power switches, preferably electrically and / or geometrically substantially parallel. Especially For example, each of the switching elements with the current path assigned to it can lie in one plane, the planes of electrically connected power switches also being geometrically parallel to one another. As a result, constriction of electrical current into the current paths can be avoided or at least reduced, even at high frequencies, such as may occur with the use of fast-switching, wide-bandgap, semiconductor-based circuit breakers.

Die Anordnung der Leistungsschalter auf der ersten und zweiten Hauptfläche ermöglicht eine Führung des elektrischen Stroms im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls um eine Kante bzw. Seitenfläche des Moduls herum, so dass die vom elektrischen Strom umflossene Fläche im Wesentlichen einer Querschnittsfläche des Trägersubstrats senkrecht zur ersten bzw. zweiten Hauptfläche entspricht. Dies ermöglicht auch eine Verringerung, insbesondere Minimierung, der Gesamtinduktivität des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls. Dadurch können Überspannungen und Schaltverluste zumindest verringert werden, so dass ein entsprechend effizienterer Betrieb des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls ermöglicht wird. The arrangement of the power switches on the first and second major surfaces allows for guiding the electrical current during operation of the power semiconductor module about an edge of the module, such that the surface surrounded by the electrical current is substantially perpendicular to a first or second cross-sectional area of the carrier substrate Main area corresponds. This also makes it possible to reduce, in particular minimize, the total inductance of the power semiconductor module according to the invention. As a result, overvoltages and switching losses can at least be reduced, so that a correspondingly more efficient operation of the power semiconductor module according to the invention is made possible.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Leistungsschalter und/oder der zugeordneten Strompfade ist es auch möglich, eine im Wesentlichen homogene Temperaturverteilung im Betrieb des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls zu erreichen. Vorzugsweise können das Leistungshalbleitermodul, zumindest aber dessen Leistungsschalter, bei hohen Betriebstemperaturen, bevorzugt von über 150°C, besonders bevorzugt von über 185°C, insbesondere von über 200°C betrieben werden. Durch die Ausnutzung der ersten und zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats zur symmetrischen Anordnung von Leistungsschaltern kann außerdem der für die Leistungsschalter und deren Zuleitungen zur Verfügung stehende Bauraum des Leistungshalbleitermoduls gegenüber einem rein planaren Leistungshalbleitermodul, in welchem die Brückenschaltung ausschließlich zweidimensional auf einer Substratfläche ausgebildet ist, erhöht werden. Entsprechend wird eine erhöhte Integrationsdichte des Leistungshalbleitermoduls ermöglicht. The inventive arrangement of the power switch and / or the associated current paths, it is also possible to achieve a substantially homogeneous temperature distribution during operation of the power semiconductor module according to the invention. The power semiconductor module, or at least its power switch, may preferably be operated at high operating temperatures, preferably above 150 ° C., more preferably above 185 ° C., in particular above 200 ° C. By exploiting the first and second main surfaces of the carrier substrate for the symmetrical arrangement of circuit breakers, the installation space of the power semiconductor module available for the power switches and their leads can also be increased compared to a purely planar power semiconductor module, in which the bridge circuit is formed exclusively two-dimensionally on a substrate surface , Accordingly, an increased integration density of the power semiconductor module is made possible.

Durch eine Fertigung des bevorzugt als Kühlkörper zur Ableitung von Wärme ausgebildeten Trägersubstrats aus einem elektrisch isolierenden Material kann außerdem die elektromagnetische Verträglichkeit des Moduls verbessert werden, da eine kapazitive Kopplung zum bevorzugt als Kühlkörper ausgebildeten Trägersubstrat und damit auch zu einem Gehäuse, welches das Trägersubstrat aufnimmt, vermieden oder zumindest verringert werden kann. In addition, the electromagnetic compatibility of the module can be improved by manufacturing the carrier substrate, which is preferably designed as a heat sink for dissipating heat, from an electrically insulating material, since a capacitive coupling to the carrier substrate, which is preferably designed as a heat sink and thus also to a housing, which accommodates the carrier substrate, can be avoided or at least reduced.

Insgesamt stellt die Erfindung ein effizientes und auch im Hochfrequenzbetrieb und/oder im Betrieb mit hohen Spannungsgradienten langlebiges Leistungshalbleitermodul, insbesondere mit einer niedrigen Gesamtinduktivität und einer im Betrieb homogenen Temperaturverteilung, zur Verfügung. Overall, the invention provides an efficient and also in high-frequency operation and / or operation with high voltage gradients long-lasting power semiconductor module, in particular with a low total inductance and a homogeneous during operation temperature distribution available.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die erste Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter auf der ersten Hauptfläche des flächigen Trägersubstrats angeordnet und die zweite Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter ist auf der zweiten Hauptfläche des flächigen Trägersubstrats angeordnet. Dadurch sind der erste und zweite stromrichtende Stromzweig jeweils auf einander gegenüberliegenden Hauptflächen des Trägersubstrats angeordnet, wodurch sich eine Gleichverteilung der Stromdichte in den Strompfaden und/oder Stromzweigen besonders leicht realisieren lässt. Zudem lässt sich derart auch eine symmetrische, insbesondere eine geometrische Parallelschaltung, der jeweiligen Leistungsschalter in den Stromzweigen besonders leicht realisieren. In a further preferred embodiment, the first subset of one or more of the power switches is disposed on the first major surface of the planar carrier substrate and the second subset of one or more of the power switches is disposed on the second major surface of the planar carrier substrate. As a result, the first and second current-conducting current branches are respectively arranged on mutually opposite main surfaces of the carrier substrate, whereby an equal distribution of the current density in the current paths and / or current branches can be realized particularly easily. In addition, such a symmetrical, in particular a geometric parallel circuit, the respective circuit breaker in the power branches can be realized particularly easily.

Vorzugsweise kann durch diese Anordnung ein 2-Level-Modul, d.h. ein Leistungshalbleitermodul, dessen wechselspannungsanschlussseitig ausgegebene Spannung zwischen 2 Spannungswerten wechselt, etwa ein Umrichter basierend auf einer B6-Brücke gebildet werden. In einer anderen bevorzugten Ausführung kann dadurch auch ein 3-Level Modul, etwa eine Brückenschaltung mit einer I-Typ- Topologie (I-Typ-Inverter), bei dem jeweils wenigstens ein Leistungsschalter aus dem ersten und zweiten Stromzweig auch in einem dritten Stromzweig enthalten ist, gebildet werden. Vorzugsweise sind die Leistungsschalter aus der ersten Untermenge dabei bezüglich des Trägersubstrats symmetrisch gegenüber den Leistungsschaltern aus der zweiten Untermenge angeordnet, d.h. jedem Leistungsschalter aus der ersten Untermenge liegt ein Leistungsschalter aus der zweiten Untermenge gegenüber, so dass die Induktivitäten der Strompfade jeder Paarung von gegenüberliegenden Leistungsschaltern auf der ersten Hauptfläche und der zweiten Hauptfläche im Wesentlichen identisch sind. Dies ermöglicht eine homogene Stromverteilung auf alle Leistungsschalter bzw. Zuleitungen und macht eine Einschnürung des Stroms in einer Ebene parallel zur ersten oder zweiten Hauptfläche im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls bei hohen Frequenzen vermeidbar oder zumindest verminderbar. Preferably, by this arrangement, a 2-level module, ie, a power semiconductor module whose AC voltage output side voltage changes between 2 voltage values, such as an inverter based on a B6 bridge can be formed. In another preferred embodiment, this may also include a 3-level module, such as a bridge circuit with an I-type topology (I-type inverter), in which in each case at least one power switch from the first and second branch current also in a third branch current is to be formed. Preferably, the power switches of the first subset are arranged symmetrically with respect to the carrier substrate with respect to the power switches of the second subset, ie, each power switch of the first subset is compared with a power switch of the second subset, such that the inductances of the current paths of each pair of opposing power switches the first major surface and the second major surface are substantially identical. This allows a homogeneous current distribution to all power switches or supply lines and makes a constriction of the current in a plane parallel to the first or second main surface in the operation of Power semiconductor module at high frequencies avoidable or at least reducible.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist eine dritte Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter Teil eines dritten Stromzweigs des Leistungshalbleitermoduls, der zwischen einem dritten Gleichspannungsanschluss mit einer gegenüber dem ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss neutralen Polarität und dem Wechselspannungsanschluss des Leistungshalbleitermoduls verläuft. Dadurch kann ein 3-Level-Modul, d.h. ein Leistungshalbleitermodul, dessen wechselspannungsanschlussseitig ausgegebene Spannung zwischen 3 Spannungswerten wechselt, gebildet werden. Vorzugsweise weist eine mit den Gleichspannungsanschlüssen elektrisch verbundene Zwischenkreiskapazität dabei zwei in Serie geschaltete Zwischenkreiskondensatoren auf, zwischen denen der dritte Gleichspannungsanschluss angeordnet ist, so dass ein N PC-Typ- Inverter (NPC, neutral point clamped), etwa ein I-Typ-Inverter oder ein T-Typ-Inverter, bei dem jeder der Leistungsschalter nur in einem Stromzweig enthalten ist, gebildet wird. In a further preferred embodiment, a third subset of one or more of the power switches is part of a third power branch of the power semiconductor module extending between a third DC voltage terminal having a polarity opposite to the first and second DC voltage terminals and the AC voltage terminal of the power semiconductor module. This allows a 3-level module, i. a power semiconductor module whose AC voltage output voltage changes between 3 voltage values are formed. Preferably, a DC link capacitance electrically connected to the DC voltage terminals has two series-connected DC link capacitors, between which the third DC voltage connection is arranged, so that an N PC-type inverter (NPC, neutral point clamped), such as an I-type inverter or a T-type inverter in which each of the power switches is contained only in one branch current is formed.

In dieser Ausführung kann der Oberwellengehalt einer vom Leistungshalbleitermodul gewandelten Spannung gegenüber einer von einem 2-Level-Modul gewandelten Spannung reduziert werden, wobei gleichzeitig eine Erhöhung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) erreichbar ist, da sich durch die zwei zusätzlichen Spannungslevel die pro Zeiteinheit geschaltete Spannung halbiert. In this embodiment, the harmonic content of a voltage converted by the power semiconductor module compared with a voltage converted by a 2-level module can be reduced, while at the same time an increase in electromagnetic compatibility (EMC) can be achieved, since the two additional voltage levels cause the voltage connected per unit time halved.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist die erste Untermenge zwei oder mehr der Leistungsschalter auf, welche elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Zudem weist die zweite Untermenge zwei oder mehr der Leistungsschalter auf, welche elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Gegebenenfalls weist auch die dritte Untermenge zwei oder mehr der Leistungsschalter auf, welche elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Vorzugsweise sind innerhalb zumindest eines der Stromzweige die zugehörigen Leistungsschalter bezüglich der Gleichspannungsanschlüsse derart symmetrisch angeordnet und verschaltet, dass die Induktivitäten, welche durch die den einzelnen jeweils einem der Leistungsschalter zugeordneten Strompfade gebildet werden, untereinander, zumindest im Wesentlichen, gleich groß sind. Durch eine elektrische und/oder geometrische Parallelschaltung der Leistungsschalter bzw. der zugeordneten Strompfade, insbesondere auf der ersten Hauptfläche des Trägersubstrats bzw. auf der zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats, können im Wesentlichen gleiche Induktivitäten in jedem der Strompfade eines Stromzweigs gebildet werden. Dadurch können alle Leistungsschalter eines Stromzweigs auch im Hochfrequenzbetrieb im Wesentlichen den gleichen Strom führen, wodurch eine besonders homogene Verteilung der Stromdichte in den Strompfaden und/oder Stromzweigen ermöglicht wird. In a further preferred embodiment, the first subset comprises two or more of the power switches, which are electrically connected in parallel with each other. In addition, the second subset comprises two or more of the power switches, which are electrically connected in parallel with each other. Optionally, the third subset also has two or more of the power switches, which are electrically connected in parallel with each other. Preferably, within at least one of the current branches, the associated power switches are symmetrically arranged and interconnected with respect to the DC voltage connections such that the inductances formed by the respective individual current paths of one of the power switches are at least substantially equal to each other. By an electrical and / or geometric parallel connection of the power switches or the associated current paths, in particular on the first main surface of the carrier substrate or on the second main surface of the carrier substrate, substantially equal inductances can be formed in each of the current paths of a current branch. As a result, all power switches of a current branch can also carry essentially the same current in high-frequency operation, so that a particularly homogeneous distribution of the current density in the current paths and / or current branches is made possible.

Im Wesentliche gleiche Induktivitäten, die durch die den Leistungsschaltern zugeordneten Strompfade gebildet werden, entsprechen im Sinne der Erfindung Induktivitäten, welche eine relative Abweichungen von unter 25 %, vorzugsweise unter 15 %, insbesondere unter 2 % aufweisen. Substantially identical inductances, which are formed by the current switches associated with the current paths, correspond in the context of the invention inductances, which have a relative deviations of less than 25%, preferably less than 15%, in particular less than 2%.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der erste Gleichstromanschluss flächig entlang einer ersten Kante der ersten Hauptfläche angeordnet und der zweite Gleichstromanschluss ist flächig entlang einer der ersten Kante der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Kante der zweiten Hauptfläche angeordnet. In a further preferred embodiment, the first DC connection is arranged areally along a first edge of the first main area and the second DC connection is arranged areally along a second edge of the second main area opposite the first edge of the first main area.

Durch die flächige Ausbildung der Gleichstromanschlüsse kann die Zwischen kreiskapazität flächig kontaktiert und somit die sog. Kommutierungsinduktivität, d.h. die auftretende Induktivität beim Wechsel des stromführenden Stromzweigs, welche regelmäßig Leistungsverluste im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls verursacht, vermindert werden. Auf diese Weise ist eine Steigerung der Energieeffizienz des Leistungshalbleitermoduls erreichbar. Due to the planar design of the DC connections, the intermediate circuit capacitance can be contacted surface-wide and thus the so-called commutation inductance, i. the occurring inductance when changing the current-carrying current branch, which regularly causes power losses during operation of the power semiconductor module can be reduced. In this way, an increase in the energy efficiency of the power semiconductor module can be achieved.

Durch die Anordnung der Gleichstromanschlüsse an den Kanten der ersten bzw. zweiten Hauptfläche sind die Gleichstromanschlüsse räumlich nahe positioniert, wodurch die von dem ersten und zweiten, gegebenenfalls auch dem dritten, Stromzweig umschlossene Fläche und somit auch die Gesamtinduktivität des Leistungshalbleitermoduls vorteilhaft verringert werden kann, d.h. Überspannungen und Verlustleistungen im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls verringert werden können. In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die erste Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter und mindestens ein Leistungsschalter aus der dritten Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter auf der ersten Hauptfläche des flächigen Trägersubstrats angeordnet, und die zweite Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter und mindestens ein Leistungsschalter aus der dritten Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter ist auf der zweiten Hauptfläche des flächigen Trägersubstrats angeordnet. Dabei kann ein Teil der Leistungsschalter aus der ersten und/oder zweiten Untermenge die dritte Untermenge bilden. Dadurch kann eine Halbbrücke mit I-Typ-Topologie (I-Typ-Inverter) gebildet werden. In dieser Ausführung können Leistungsschalter mit einer geringeren Sperrspannung eingesetzt werden als in einem vergleichbaren 2-Level-Modul. As a result of the arrangement of the DC connections at the edges of the first or second main area, the DC connections are spatially close, whereby the area enclosed by the first and second, optionally also the third, current branch and thus also the total inductance of the power semiconductor module can advantageously be reduced, ie Overvoltages and power losses during operation of the power semiconductor module can be reduced. In a further preferred embodiment, the first subset of two or more of the power switches and at least one power switch of the third subset of two or more of the power switches are disposed on the first main surface of the sheet carrier substrate, and the second subset of two or more of the power switches and at least a third subset of two or more of the power switches is disposed on the second main surface of the sheet carrier substrate. In this case, a part of the power switches from the first and / or second subset form the third subset. As a result, a half-bridge with I-type topology (I-type inverter) can be formed. In this version, circuit breakers with a lower blocking voltage can be used than in a comparable 2-level module.

Vorzugsweise ist in jedem der durch die Leistungsschalter aus der dritten Untermenge definierten Strompfade jeweils eine Diode angeordnet, wodurch der Stromfluss zwischen dem ersten, zweiten bzw. dritten Gleichstromanschluss und dem Wechselspannungsanschluss derart gesteuert bzw. geleitet werden kann, dass der Stromfluss zwischen dem ersten, zweiten und dritten Stromzweig kommutiert und dadurch eine an den Gleichspannungsanschlüssen anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung, etwa eine sinusoide Spannung mit einem gegenüber einem 2- Level-Modul reduzierten Oberwellengehalt, umgewandelt wird. Preferably, a diode is arranged in each of the current paths defined by the power switches from the third subset, whereby the current flow between the first, second and third DC connection and the AC voltage connection can be controlled such that the current flow between the first, second and third current branch commutated and thereby a voltage applied to the DC voltage terminals DC voltage is converted into an AC voltage, such as a sinusoidal voltage with respect to a 2-level module reduced harmonic content.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die erste und zweite Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter auf der ersten Hauptfläche des flächigen Trägersubstrats angeordnet, und die dritte Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter ist auf der zweiten Hauptfläche des flächigen Trägersubstrats angeordnet. Dadurch kann eine Halbbrücke mit T-Typ-Topologie (T-Typ-Inverter) gebildet werden. Ein Vorteil dieser Ausführung gegenüber einer Ausführung in I-Typ- Topologie besteht darin, dass sich mehrere Leistungsschalter aus der ersten, zweiten und/oder dritten Untermenge von Leistungsschaltern leichter symmetrisch anordnen und verschalten schalten lassen, so dass ein Aufbau mit besonders niedriger Induktivität realisiert wird. In another preferred embodiment, the first and second subset of two or more of the power switches are disposed on the first major surface of the sheet carrier substrate, and the third subset of two or more of the power switches is disposed on the second major surface of the sheet carrier substrate. As a result, a half-bridge with T-type topology (T-type inverter) can be formed. An advantage of this embodiment compared to an embodiment in I-type topology is that several circuit breakers from the first, second and / or third subset of circuit breakers can be easily symmetrically arranged and interconnected, so that a structure with a particularly low inductance is realized ,

Die erste Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter auf der ersten Hauptfläche des flächigen Trägersubstrats ist vorzugsweise symmetrisch bezüglich der zweiten Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter auf der ersten Hauptfläche des flächigen Trägersubstrats angeordnet. Dabei kann die erste Untermenge in einer ersten Teilfläche und die zweite Untermenge in einer zweiten Teilfläche der ersten Hauptfläche angeordnet sein. Vorzugsweise nehmen die erste und zweite Teilfläche jeweils die selbe Fläche ein, wobei die erste und zweite Teilfläche der ersten Hauptfläche durch eine Achse definiert werden, welche vorzugsweise symmetrisch zwischen dem ersten Gleichstromanschluss und dem zweiten Gleichstromanschluss verläuft. The first subset of two or more of the power switches on the first major surface of the sheet carrier substrate is preferably symmetrical with respect to second subset of two or more of the power switches arranged on the first main surface of the planar support substrate. In this case, the first subset may be arranged in a first subarea and the second subset in a second subarea of the first main surface. Preferably, the first and second sub-areas each occupy the same area, wherein the first and second sub-areas of the first main area are defined by an axis which is preferably symmetrical between the first DC terminal and the second DC terminal.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind der erste und zweite Gleichstromanschluss flächig entlang einer Kante einer der Hauptflächen nebeneinander angeordnet. Dabei kann der dritte Gleichstromanschluss flächig entlang einer Kante der gegenüberliegenden Hauptfläche angeordnet sein, so dass der erste und zweite Gleichstromanschluss dem dritten Gleichstromanschluss gegenüberliegen. Dadurch kann eine räumlich nahe Anordnung der Gleichstromanschlüsse und somit eine Reduzierung der von den Stromzweigen umschlossenen Fläche gebildeten Gesamtinduktivität des Leistungshalbleitermoduls erreicht werden, wodurch Verlustleistungen im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls verringert werden können. In a further preferred embodiment, the first and second direct current connections are arranged flat along an edge of one of the main surfaces next to one another. In this case, the third direct current connection can be arranged flat along an edge of the opposite main surface, so that the first and second direct current connection are opposite to the third direct current connection. As a result, a spatially close arrangement of the DC connections and thus a reduction of the area enclosed by the current branches enclosed total inductance of the power semiconductor module can be achieved, whereby power losses during operation of the power semiconductor module can be reduced.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das flächige Trägersubstrat aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere einer Keramik oder einem Kunststoff, gefertigt und dazu eingerichtet, im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls, insbesondere der Leistungsschalter, entstehende Wärme abzuleiten. Somit können Leitungsschichten, etwa eine Metallisierung, direkt auf das bevorzugt als Kühlkörper ausgebildete Trägersubstrat und die Leistungsschalter direkt auf die Leitungsschichten aufgebracht werden, was eine Reduzierung der zum Betrieb des Moduls benötigten Schichten ermöglicht. Dadurch kann das Modul besonders flach ausgeführt werden, so dass im Betrieb die vom Strom umflossene, durch erste und zweite Hauptfläche begrenzte Querschnittsfläche des Trägersubstrats und damit die Gesamtinduktivität des Moduls besonders klein wird. In a further preferred embodiment, the planar carrier substrate is made of an electrically insulating material, in particular a ceramic or a plastic, and is adapted to dissipate heat generated during operation of the power semiconductor module, in particular the circuit breaker. Thus, conductor layers, such as a metallization, can be applied directly to the preferably designed as a heat sink carrier substrate and the circuit breaker directly on the conductor layers, which allows a reduction of the required for the operation of the module layers. As a result, the module can be designed to be particularly flat, so that during operation, the cross-sectional area of the carrier substrate surrounded by the current and limited by the first and second main surfaces and thus the total inductance of the module becomes particularly small.

Insbesondere kann auf zusätzliche Schichten, welche die Wärmeleitung insbesondere zwischen den Leistungsschaltern und dem flächigen Trägersubstrat, über welches Wärme abgeleitet werden kann, beeinträchtigen, verzichtet werden. Insgesamt ermöglicht ein elektrisch nichtleitendes, als Kühlkörper ausgebildetes Trägersubstrat daher auch eine verbesserte Wärmeableitung. In particular, it is possible to dispense with additional layers which impair the heat conduction, in particular between the circuit breakers and the planar carrier substrate, via which heat can be dissipated. All in all allows an electrically non-conductive, designed as a heat sink carrier substrate therefore also an improved heat dissipation.

Vorzugsweise ist das flächige Trägersubstrat in den Bereichen, in welchen die Mehrzahl der Leistungsschalter, die Gleichstromanschlüsse und/oder der Wechselstromanschluss angeordnet ist, metallisiert. Die Metallisierung enthält in einer bevorzugten Ausführung eine Kupferschicht, insbesondere mit einer Dicke von 100 bis 1500 μηι, vorzugsweise von 250 bis 1000 μηι, bevorzugt von 500 μηι. Die Metallisierung kann etwa im Rahmen eines DCB (direct copper bonding)- oder AMB (active metal brazing)-Prozesses direkt auf das Trägersubstrat aufgebracht werden. Dadurch kann der thermische Widerstand, welcher durch die Metallisierung zwischen den Leistungsschaltern und dem Trägersubstrat bewirkt wird, gegenüber dem thermischen Widerstand, welcher durch Schichtstrukturen zwischen den Leistungsschaltern und einem konventionellen elektrisch leitfähigen Trägersubstrat gebildet wird, im Wesentlichen halbiert, insbesondere auf unter 0,5 K/W, vorzugsweise auf unter 0,4 K/W, bevorzugt auf unter 0,3 K/W reduziert, werden kann. Preferably, the planar carrier substrate is metallized in the areas in which the plurality of power switches, the DC connections and / or the AC connection is arranged. The metallization contains in a preferred embodiment, a copper layer, in particular with a thickness of 100 to 1500 μηι, preferably from 250 to 1000 μηι, preferably of 500 μηι. The metallization can be applied directly to the carrier substrate, for example, in the context of a DCB (direct copper bonding) or AMB (active metal brazing) process. Thereby, the thermal resistance, which is caused by the metallization between the power switches and the carrier substrate, compared to the thermal resistance, which is formed by layer structures between the circuit breakers and a conventional electrically conductive carrier substrate, substantially halved, in particular to less than 0.5 K. / W, preferably to less than 0.4 K / W, preferably reduced to less than 0.3 K / W.

Eine elektrische Kontaktierung der Leistungsschalter kann in Form von Kontaktlaschen, insbesondere Bonddrähten, welche die Leistungsschalter mit einem anderen metallisierten Bereich verbinden, hergestellt werden. An electrical contact of the circuit breaker can be made in the form of contact tabs, in particular bonding wires, which connect the circuit breaker with another metallized area.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Trägersubstrat zwischen der ersten und zweiten Hauptfläche eine erste Seitenfläche auf, auf welcher der Wechselstromanschluss angeordnet ist. Dadurch können die Strompfade der Stromzweige einfach symmetrisiert und werden, so dass sie eine im Wesentlichen gleiche Induktivität aufweisen. In a further preferred embodiment, the carrier substrate between the first and second main surface on a first side surface on which the AC power connection is arranged. Thereby, the current paths of the current branches can be easily symmetrized and become so that they have a substantially equal inductance.

Dabei wird der Wechselstromanschluss vorzugsweise von einer Metallisierung, insbesondere einer Kupferschicht, der Seitenfläche gebildet. In einer alternativen Ausführung wird der Wechselstromanschluss von einer Anschlusslasche, welche die erste Seitenfläche umgreift und jeweils einen metallisierten Bereich auf der ersten und zweiten Hauptfläche kontaktiert, gebildet. In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das Trägersubstrat zwischen der ersten und zweiten Hauptfläche eine zweite, insbesondere der ersten Seitenfläche gegenüberliegende, Seitenfläche auf, an welcher eine Zwischenkreiskapazität angeordnet werden kann. Dadurch kann, insbesondere in Verbindung mit Gleichstromanschlüssen, die an der zweiten Seitenfläche, insbesondere flächig an einer Kante der zweiten Seitenfläche, angeordnet sind, eine flache Bauform des Leistungshalbleitermoduls erreicht werden, bei der die von den Strompfaden der Stromzweige umschlossene Fläche und damit die Gesamtinduktivität des Leistungshalbleitermoduls gegenüber planar aufgebauten Leistungshalbleitermodulen reduziert wird. In this case, the AC connection is preferably formed by a metallization, in particular a copper layer, of the side surface. In an alternative embodiment, the AC terminal is formed by a terminal tab that engages around the first side surface and each contacts a metallized area on the first and second major surfaces. In a further preferred embodiment, the carrier substrate between the first and second main surface on a second, in particular the first side surface opposite side surface on which a DC link capacitance can be arranged. As a result, in particular in connection with DC connections, which are arranged on the second side surface, in particular flat on an edge of the second side surface, a flat design of the power semiconductor module can be achieved, in which the area enclosed by the current paths of the current branches and thus the total inductance of the Power semiconductor module is reduced compared to planar constructed power semiconductor modules.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist der erste Gleichstromanschluss eine erste elektrisch leitende Federeinrichtung und der zweite Gleichstromanschluss eine zweite elektrisch leitende Federeinrichtung auf, und die Zwischenkreiskapazität ist zwischen der ersten Federeinrichtung und der zweiten Federeinrichtung angeordnet. Dabei kann die Zwischenkreiskapazität über die erste und zweite Federeinrichtung mit dem ersten und zweiten Gleichstromanschluss verbunden sein. Dadurch kann die mechanische Stabilität des Leistungshalbleitermoduls gegenüber festen, insbesondere stoffschlüssigen, Verbindungen der Zwischenkreiskapazität mit den Gleichstromanschlüssen bei thermischer Ausdehnung des Leistungshalbleitermoduls im Betrieb erhöht werden. In a further preferred embodiment, the first direct current connection has a first electrically conductive spring device and the second direct current connection has a second electrically conductive spring device, and the intermediate circuit capacitance is arranged between the first spring device and the second spring device. In this case, the DC link capacitance can be connected via the first and second spring device to the first and second DC connection. As a result, the mechanical stability of the power semiconductor module with respect to fixed, in particular cohesive, connections of the DC link capacitance can be increased with the DC terminals in thermal expansion of the power semiconductor module during operation.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das flächige Trägersubstrat auf der ersten Hauptfläche einen metallisierten ersten Bereich, in dem mindestens einer der Leistungsschalter angeordnet ist, und auf der zweiten Hauptfläche einen metallisierten zweiten Bereich, in dem mindestens ein weiterer Leistungsschalter angeordnet ist, auf, wobei der erste metallisierte Bereich über eine durch das flächige Trägersubstrat hindurch verlaufende elektrische Verbindung mit dem zweiten metallisierten Bereich elektrisch leitend verbunden ist. Diese sog. Durchkontaktierung fördert die Möglichkeiten einer symmetrischen Anordnung und Verschaltung der Leistungsschalter aus der ersten und zweiten, gegebenenfalls auch dritten, Untergruppe, so dass die von den Strompfaden gebildeten Induktivitäten im Wesentlichen gleich groß sind. Insbesondere kann durch die Durchkontaktierung eine von den Strompfaden umschlossene Fläche während einer Kommutierung der Stromzweige gegenüber der umschlossenen Fläche von Anordnungen und Verschaltungen der Leistungsschalter in einem Leistungshalbleitermodul ohne Durchkontaktierung, und damit auch die entsprechende Induktivität, verringert werden. In a further preferred embodiment, the planar carrier substrate has on the first main surface a metallized first region, in which at least one of the power switches is arranged, and on the second main surface a metallized second region, in which at least one further power switch is arranged, wherein the the first metallized region is electrically conductively connected to the second metallized region via an electrical connection extending through the planar carrier substrate. This so-called through-connection promotes the possibilities of a symmetrical arrangement and interconnection of the power switches from the first and second, and possibly also third, sub-groups, so that the inductances formed by the current paths are substantially equal. In particular, through the via a surface enclosed by the current paths during a commutation of the current branches with respect to the enclosed area of arrangements and interconnections of the circuit breaker in a power semiconductor module without through-connection, and thus the corresponding inductance can be reduced.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist in mindestens einem der Stromzweige eine Dämpfungskapazität, welche störende Hochfrequenzen oder Spannungsspitzen neutralisiert, angeordnet. Durch die Einbindung eines so genannten Snubbers kann die Kommutierungsinduktivität weiter verringert werden. Zudem können Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten an den Leistungsschaltern begrenzt werden. In a further preferred embodiment, a damping capacity, which neutralizes interfering high frequencies or voltage peaks, is arranged in at least one of the current branches. By incorporating a so-called snubber, the commutation inductance can be further reduced. In addition, voltage rise rates at the circuit breakers can be limited.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist das flächige Trägersubstrat in einem Bereich mindestens eines der Leistungsschalter einen Kühlkanal auf, welcher mit einem Kühlmedium zur Kühlung des mindestens einen der Leistungsschalter durchströmbar ist. Dadurch kann in oder an den Leistungsschaltern im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls entstehende Wärme zuverlässig und effektiv abgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführung, wenn die Leistungsschalter auf der ersten Hauptfläche gegenüber den Leistungsschaltern auf der zweiten Hauptfläche symmetrisch angeordnet sind, d.h. jeweils ein Leistungsschalter auf der ersten Hauptfläche einem Leistungsschalter auf der zweiten Hauptfläche gegenüberliegt. In diesem Fall kann ein Kühlkanal zur Führung von Kühlmedium zur Abfuhr der Wärme von mindestens zwei einander gegenüberliegenden Leistungsschaltern dienen, wodurch die Anzahl der Kühlkanäle gegenüber einem planar aufgebauten Leistungshalbleitermodul mit gleicher Anzahl von Leistungsschaltern im Wesentlichen halbiert werden kann. In a further preferred embodiment, the planar carrier substrate in a region of at least one of the power switches on a cooling channel, which is flowed through by a cooling medium for cooling the at least one of the circuit breaker. As a result, heat generated in or on the circuit breakers during operation of the power semiconductor module can be dissipated reliably and effectively. This embodiment is particularly advantageous when the power switches on the first main face are arranged symmetrically with respect to the power switches on the second main face, i. each one power switch on the first main surface is opposite to a power switch on the second main surface. In this case, a cooling channel for guiding the cooling medium to dissipate the heat of at least two opposing circuit breakers serve, whereby the number of cooling channels compared to a planar design power semiconductor module with the same number of circuit breakers can be substantially halved.

Alternativ können die Leistungsschalter auf der ersten Hauptfläche gegenüber den Leistungsschaltern auf der zweiten Hauptfläche versetzt angeordnet sein. Dadurch verteilt sich die von den Leistungsschaltern im Betrieb des Moduls erzeugte Wärme über eine größere Fläche und ermöglicht eine homogenere Temperaturverteilung. Alternatively, the power switches on the first main surface may be staggered relative to the power switches on the second main surface. As a result, the heat generated by the circuit breakers in the operation of the module distributed over a larger area and allows a more homogeneous temperature distribution.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist der Kühlkanal im Bereich des mindestens einen der Leistungsschalter ein Mittel zum Fördern einer turbulenten Strömung des den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums auf, so dass sich bei Durchströmen des mindestens einen Kühlkanals mit Kühlmedium bei vorgegebenen Durchströmbedingungen, insbesondere einer vorgegebenen Durchströmgeschwindigkeit und/oder Viskosität, bzw. Reynoldszahl, des Kühlmediums in dem Bereich des mindestens einen der Leistungsschalter eine turbulente Strömung und in einem weiteren Bereich eine laminare Strömung bildet. Dadurch kann die in den Leistungsschaltern im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls entstehende Wärme durch die turbulente Strömung besonders effektiv abgeführt werden, während aufgrund des Weiteren Bereichs mit der im Wesentlichen laminaren Strömung der Energieaufwand zum Aufrechterhalten der somit nur teilweise turbulenten Strömung gegenüber einer vollständig turbulenten Strömung verringert werden kann. Dadurch kann das Leistungshalbleitermodul effizient betrieben werden. In a further preferred embodiment, the cooling channel in the region of the at least one of the circuit breaker on a means for conveying a turbulent flow of the cooling medium flowing through the cooling medium, so that when flowing through the at least one cooling channel with cooling medium at predetermined Durchströmbedingungen, in particular a predetermined Flow rate and / or viscosity, or Reynolds number, of the cooling medium in the region of the at least one of the circuit breaker forms a turbulent flow and in another area a laminar flow. As a result, the heat generated in the circuit breakers in the operation of the power semiconductor module can be dissipated by the turbulent flow particularly effective, while due to the further area with the substantially laminar flow of energy to maintain the thus only partially turbulent flow compared to a completely turbulent flow can be reduced , As a result, the power semiconductor module can be operated efficiently.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Leistungshalbleitermodul, insbesondere Antriebsumrichtermodul zum Betrieb eines Fahrzeugantriebs, nach dem ersten Aspekt der Erfindung, aufweisend die folgenden Herstellungsschritte: Fertigen eines flächigen Trägersubstrats mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche; Bereitstellen einer Mehrzahl von Leistungsschaltern; und Aufbringen und Verschalten, insbesondere Kontaktieren, wenigstens eines der Leistungsschalter auf der ersten Hauptfläche des Trägersubstrats und wenigstens eines weiteren der Leistungsschalter auf der zweiten Hauptfläche des Trägersubstrats, so dass eine erste Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter Teil eines ersten Stromzweigs des Leistungshalbleitermoduls ist, der zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss und einem Wechselspannungsanschluss des Leistungshalbleitermoduls verläuft. Vorzugsweise ist dadurch zudem eine zweite Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter Teil eines zweiten Stromzweigs des Leistungshalbleitermoduls, der zwischen einem zum ersten Gleichspannungsanschluss gegenpoligen zweiten Gleichspannungsanschluss und dem Wechselspannungsanschluss des Leistungshalbleitermoduls verläuft. Der erste Stromzweig und der zweite Stromzweig werden dabei am Wechselspannungsanschluss in der Weise verbunden, dass sie zusammen eine parallel zu den Gleichspannungsanschlüssen geschaltete Halbbrücke bilden, wobei in jedem der beiden Stromzweige durch jeden einzelnen der zugehörigen Leistungsschalter ein zwischen den beiden Gleichspannungsanschlüssen verlaufender, dem Leistungsschalter zugeordneter einzelner Strompfad definiert wird und innerhalb zumindest eines, bevorzugt jedem, der Stromzweige die zugehörigen Leistungsschalter bezüglich der Gleichspannungsanschlüsse derart symmetrisch angeordnet und verschaltet sind, dass eine im Hochfrequenzbetrieb des Leistungshalbleitermoduls, bevorzugt bei über 10 kHz, besonders bevorzugt bei über 100 kHz, insbesondere bei über 1 MHz, und/oder im Betrieb der Leistungsschalter mit hohen Spannungsgradienten, vorzugsweise von über 10 V/ns, insbesondere von über 100 V/ns, in den einzelnen jeweils einem der Leistungsschalter zugeordneten Strompfaden und/oder in zumindest einem der Stromzweige gebildete Stromdichte, zumindest im Wesentlichen, homogen verteilt ist. A second aspect of the invention relates to a production method for a power semiconductor module, in particular drive converter module for operating a vehicle drive, according to the first aspect of the invention, comprising the following manufacturing steps: manufacturing a planar carrier substrate having a first and a second main surface; Providing a plurality of circuit breakers; and applying and interconnecting, in particular contacting, at least one of the power switches on the first main surface of the carrier substrate and at least one further of the power switches on the second main surface of the carrier substrate such that a first subset of one or more of the power switches is part of a first current branch of the power semiconductor module, which runs between a first DC voltage connection and an AC voltage connection of the power semiconductor module. In addition, a second subset of one or more of the power switches is thereby preferably part of a second current branch of the power semiconductor module, which runs between a second direct voltage connection opposite to the first direct voltage connection and the alternating voltage connection of the power semiconductor module. The first branch and the second branch are connected to the AC terminal in such a way that together they form a half-bridge connected in parallel with the DC terminals, wherein in each of the two branches by each one of the associated circuit breaker a between the two DC terminals extending, the circuit breaker associated individual current path is defined and within at least one, preferably each, the power branches the associated circuit breaker with respect to the DC voltage connections are arranged and interconnected symmetrically such that in high frequency operation of the power semiconductor module, preferably at over 10 kHz, more preferably at about 100 kHz, in particular at more than 1 MHz, and / or during operation of the circuit breakers with high voltage gradients, preferably of more than 10 V / ns, in particular of more than 100 V / ns, in the individual respective one of the circuit breaker associated current paths and / or in at least one of the current branches formed current density, at least substantially, is homogeneously distributed.

Vorzugsweise wird das Trägersubstrat dabei metallisiert, insbesondere indem eine Kupferschicht aufgebracht wird. Insbesondere kann die Metallisierung durch einen DCB-Prozess (direct copper bonding-Prozess), einen AMB-Prozess (active metal brazing-Prozess), Dickschichttechnik oder Rapid-Prototyping bzw. 3D-Druck aufgebracht werden. In this case, the carrier substrate is preferably metallized, in particular by applying a copper layer. In particular, the metallization can be applied by a DCB process (direct copper bonding process), an AMB process (active metal brazing process), thick film technology or rapid prototyping or 3D printing.

In einer bevorzugten Ausführung wird ein erster Substratteil des flächigen Trägersubstrats, welcher die erste Hauptfläche aufweist, und ein zweiter Substratteil des flächigen Trägersubstrats, welcher die zweite Hauptfläche aufweist, gefertigt. Anschließend können die Leistungsschalter aufgebracht und verschaltet und die beiden Substratteile, insbesondere durch Nachsintern mit Schlicker, Kleben, Löten oder Sintern, zusammengefügt werden. Dadurch kann die Mehrzahl von Leistungsschaltern auf die erste bzw. zweite Hauptfläche des Trägersubstrats mittels einer Fertigungsvorrichtung aufgebracht werden, die zur Herstellung von rein planaren Leistungshalbleitermodulen eingerichtet ist. In a preferred embodiment, a first substrate part of the planar carrier substrate, which has the first main area, and a second substrate part of the planar carrier substrate, which has the second main area, are manufactured. Subsequently, the circuit breaker can be applied and interconnected and the two substrate parts, in particular by resintering with slip, gluing, soldering or sintering, are joined together. As a result, the plurality of circuit breakers can be applied to the first or second main surface of the carrier substrate by means of a production device that is set up to produce purely planar power semiconductor modules.

Der erste und/oder zweite Substratteil des Trägersubstrats weist vorzugsweise einen mit Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanal bzw. jeweils einen Teil eines Kühlkanals auf. Dadurch, dass beide Substratteile separat gefertigt werden, kann der Kühlkanal einfach, insbesondere im Bereich mindestens eines der Leistungsschalter, mit einem Mittel zur Förderung einer turbulenten Strömung versehen werden. The first and / or second substrate part of the carrier substrate preferably has a cooling channel through which cooling medium can flow or in each case a part of a cooling channel. The fact that both substrate parts are manufactured separately, the cooling channel can be easily, in particular in the range of at least one of the circuit breaker, provided with a means for promoting a turbulent flow.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden die Leistungsschalter durch Sintern auf die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche des Trägersubstrats aufgebracht und verschaltet, insbesondere kontaktiert. Dabei können auch elektrisch leitende Verbindungen, etwa Bonddrähte oder Leadframes, zwischen den Leistungsschaltern und/oder elektrisch leitenden Schichten auf dem Trägersubstrat durch Sintern auf das Trägersubstrat aufgebracht bzw. mit den Leistungsschaltern und/oder den elektrisch leitenden Schichten verbunden werden. Vorzugsweise werden die Leistungsschalter dabei durch Sintern elektrisch leitend mit einer Metallisierung, insbesondere metallisierten Bereichen, auf dem Trägersubstrat verbunden. Dies ist gegenüber einem Lötprozess zur Verbindung der Leistungsschalter mit der Metallisierung vorteilhaft, da durch die beim Löten auftretende Erwärmung des Trägersubstrats bereits bestehende Lötschichten und/oder Lötkontakte, insbesondere auf einer gegenüberliegenden Hauptfläche des Trägersubstrats, erweichen können. In a further preferred embodiment, the power switches are applied by sintering to the first main surface and the second main surface of the carrier substrate and interconnected, in particular contacted. In this case, electrically conductive connections, such as bonding wires or leadframes, between the circuit breakers and / or electrically conductive layers can be applied to the carrier substrate by sintering on the carrier substrate or connected to the circuit breakers and / or the electrically conductive layers. Preferably, the power switches are connected by sintering electrically conductive with a metallization, in particular metallized areas on the carrier substrate. This is advantageous in comparison to a soldering process for connecting the circuit breaker to the metallization, since the already occurring during soldering heating of the carrier substrate already existing Solder layers and / or solder contacts, especially on an opposite major surface of the carrier substrate, can soften.

Durch das Sintern der Leistungshalbleiter auf eine Oberseite einer elektrisch leitenden Schicht, deren Unterseite mit dem Trägersubstrat verbunden ist, kann ein besonders dünnes Modul bereitgestellt werden, so dass die Induktivität, welche zumindest teilweise durch einen Querschnitt durch das Modul bestimmt wird, besonders klein ist. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Fahrzeugantrieb, welcher zur Stromrichtung ein Leistungshalbleitermodul nach dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. By sintering the power semiconductors on an upper side of an electrically conductive layer whose underside is connected to the carrier substrate, a particularly thin module can be provided, so that the inductance, which is determined at least partially by a cross section through the module, is particularly small. A third aspect of the invention relates to a vehicle, in particular motor vehicle, with a vehicle drive, which has a power semiconductor module according to the first aspect of the invention to the current direction.

Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile können auch durch den zweiten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung erreicht werden sowie umgekehrt. The features and advantages described in relation to the first aspect of the invention and its advantageous embodiment can also be achieved by the second aspect of the invention and its advantageous embodiment and vice versa.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren, in denen durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet werden. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch: Further features, advantages and possible applications of the invention will become apparent from the following description in conjunction with the figures, in which the same reference numerals for the same or corresponding elements of the invention are used throughout. At least partially schematically show:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Leistungshalbleitermoduls in einer Seitenansicht; Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines 2-Level-Moduls in einer abgewickelten Form; Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines T-Typ-Inverters; und 1 shows an embodiment of a power semiconductor module in a side view; Figure 2 shows an embodiment of a 2-level module in a developed form. 3 shows an embodiment of a T-type inverter; and

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel eines I-Typ-Inverters. 4 shows an embodiment of an I-type inverter.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Leistungshalbleitermoduls 1 mit Leistungsschaltern 2 in einer Seitenansicht dargestellt, wobei die Leistungsschalter 2 jeweils in einem Stromzweig 3a, 3b angeordnet sind. Die Stromzweige 3a, 3b verlaufen zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss 4a, etwa einem Pluspol, und einem Wechselspannungsanschluss 5 auf einer ersten Hauptfläche 6a eines flächigen Trägersubstrats 6 bzw. zwischen einem zweiten Gleichspannungsanschluss 4b, etwa einem Minuspol, und dem Wechselspannungsanschluss 5 auf einer zweiten Hauptfläche 6b des Trägersubstrats 6. In Fig. 1, an embodiment of a power semiconductor module 1 with circuit breakers 2 is shown in a side view, wherein the circuit breaker 2 are each arranged in a current branch 3a, 3b. The current branches 3a, 3b extend between a first DC voltage connection 4a, for example a positive pole, and an AC voltage connection 5 on a first main surface 6a of a planar carrier substrate 6 or between a second DC voltage connection 4b, for example a negative pole, and the AC voltage connection 5 on a second main surface 6b the carrier substrate 6.

Die Stromzweige 3a, 3b setzen sich aus den Leistungsschaltern 2 und den jeweiligen elektrischen Zu- bzw. Ableitungen, d.h. den elektrischen Verbindungen von den Leistungsschaltern 2 zu den Gleichspannungsanschlüssen 4a, 4b und dem Wechselspannungsanschluss 5, zusammen. Die elektrischen Zu- bzw. Ableitungen werden zumindest teilweise von einer Metallisierung 7, insbesondere einer etwa 500 μηι dicken Kupferschicht, gebildet, welche im Rahmen des Herstellungsverfahrens auf das aus einem elektrisch isolierendem Material gefertigte Trägersubstrat 6 aufgebracht werden. The current branches 3a, 3b are composed of the circuit breakers 2 and the respective electrical supply and discharge lines, ie the electrical connections from the circuit breakers 2 to the DC voltage terminals 4a, 4b and the AC voltage terminal 5, together. The electrical supply and discharge lines are at least partially formed by a metallization 7, in particular an approximately 500 μηι thick copper layer, which are applied in the context of the manufacturing process to the carrier substrate 6 made of an electrically insulating material.

Die Leistungsschalter 2, die Gleichspannungsanschlüsse 4a, 4b und der Wechselspannungsanschluss 5 können auf die Metallisierung 7 aufgelötet sein bzw. werden und/oder von dieser gebildet werden. Die entsprechende Lotschicht 8 weist vorzugsweise eine Dicke von 40 bis 120 μηι, bevorzugt 60 bis 100 μηι, insbesondere etwa 80 μηι, auf. The power switches 2, the DC voltage terminals 4a, 4b and the AC voltage terminal 5 may be soldered to the metallization 7 and / or be formed by this. The corresponding solder layer 8 preferably has a thickness of 40 to 120 μηι, preferably 60 to 100 μηι, in particular about 80 μηι on.

Alternativ können die Leistungsschalter 2, die Gleichspannungsanschlüsse 4a, 4b und der Wechselspannungsanschluss 5 durch Sintern auf die Metallisierung 7 aufgebracht sein oder werden. Durch den entsprechenden Sinterprozess lässt sich das Trägersubstrat 6 besonders einfach auf beiden Hauptflächen 6a, 6b mit den vorgenannten Komponenten versehen, ohne dass komplizierte zweiseitige Lötprozesse notwendig sind. Alternatively, the power switches 2, the DC voltage terminals 4a, 4b and the AC voltage terminal 5 may be applied to the metallization 7 by sintering. By means of the corresponding sintering process, the carrier substrate 6 can be provided in a particularly simple manner on both main surfaces 6a, 6b with the abovementioned components, without the need for complicated two-sided soldering processes.

Die Metallisierung 7 setzt sich vorzugsweise aus mehreren metallisierten Bereichen 7a, 7b auf jeder der Hauptflächen 6a, 6b zusammen, welche etwa mittels Bonddrähten 9 oder Leadframes (nicht dargestellt) elektrisch miteinander verbunden sein können. In einer bevorzugten Ausführung können auch ein oder mehrere Dämpfungskapazitäten (nicht dargestellt), etwa sog. Snubber, in den Stromzweigen 3a, 3b enthalten bzw. angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die metallisierten Bereiche 7a, 7b über eine elektrisch leitende Verbindung 9', welche durch das Trägersubstrat 6 geführt ist, elektrisch miteinander verbunden werden. The metallization 7 is preferably composed of a plurality of metallized regions 7a, 7b on each of the main surfaces 6a, 6b, which may be electrically connected to each other, for example by means of bonding wires 9 or leadframes (not shown). In a preferred embodiment, one or more damping capacitors (not shown), for example so-called snubbers, may also be contained or arranged in the current branches 3a, 3b. Alternatively or additionally, the metallized regions 7a, 7b can be electrically connected to one another via an electrically conductive connection 9 ', which is guided through the carrier substrate 6.

Der Wechselspannungsanschluss 5 ist als Anschlusslasche ausgebildet, welche eine erste Seitenfläche 1 1 a des Trägersubstrats 6 umgreift und jeweils einen metallisierten Bereich auf der ersten bzw. zweiten Hauptfläche 6a, 6b kontaktiert. Alternativ kann der Wechselspannungsanschluss 5 jedoch auch von einem metallisierten Bereich auf der ersten Seitenfläche 1 1 a gebildet werden, welcher um die Kanten zwischen der ersten Seitenfläche 1 1 a und der ersten bzw. zweiten Hauptfläche 6a, 6b herum verläuft. The AC voltage terminal 5 is formed as a terminal lug, which surrounds a first side surface 1 1 a of the carrier substrate 6 and each contacted a metallized region on the first and second main surface 6a, 6b. Alternatively, however, the AC voltage terminal 5 can also be formed by a metallized region on the first side surface 11a, which extends around the edges between the first side surface 11a and the first and second main surfaces 6a, 6b.

An einer zweiten Seitenfläche 1 1 b des Trägersubstrats 6, welche zwischen der ersten Hauptfläche 6a und der zweiten Hauptfläche 6b und insbesondere der ersten Seitenfläche l l a gegenüber liegt, ist eine Zwischenkreiskapazität 10, etwa ein Kondensator, angeordnet und einerseits mit dem ersten Gleichspannungsanschluss 4a und andererseits mit dem zweiten Gleichspannungsanschluss 4b elektrisch verbunden. Dadurch bilden die auf der ersten und zweiten Hauptfläche 6a, 6b angeordneten Leistungsschalter 2 zusammen mit der Zwischenkreiskapazität 10 eine Halbbrücke, wobei jeweils eine Hälfte der Halbbrücke auf der ersten Hauptfläche 6a und auf der zweiten Hauptfläche 6b angeordnet ist. On a second side surface 1 1 b of the carrier substrate 6, which lies between the first main surface 6a and the second main surface 6b and in particular the first side surface lla, a DC link capacitor 10, such as a capacitor, is arranged and on the one hand with the first DC voltage terminal 4a and on the other electrically connected to the second DC voltage terminal 4b. As a result, they are arranged on the first and second main surfaces 6a, 6b Circuit breaker 2 together with the DC link capacitance 10 a half-bridge, wherein each half of the half-bridge on the first main surface 6a and on the second main surface 6b is arranged.

Durch die in Figur 1 gezeigte Anordnung von Leistungsschaltern 2, Gleichspannungsanschlüssen 4a, 4b, Wechselspannungsanschluss 5 und Zwischenkreiskapazität 10 können die beiden Hälften der Halbbrücke im Wesentlichen symmetrisch zueinander konstruiert, d.h. die Leistungsschalter 2 und Zu- bzw. Ableitungen aus Bonddrähten 9 und metallisierten Bereichen bzw. die Stromzweige 3a, 3b im Wesentlichen symmetrisch, insbesondere Spiegel- bzw. rotationssymmetrisch in Bezug auf einen Punkt oder eine Achse 12, angeordnet werden. By means of the arrangement of circuit breakers 2, DC voltage connections 4a, 4b, AC voltage connection 5 and intermediate circuit capacitance 10 shown in FIG. 1, the two halves of the half-bridge can be constructed substantially symmetrically with respect to one another, i. the circuit breaker 2 and supply and discharge lines of bonding wires 9 and metallized areas or the current branches 3a, 3b are arranged substantially symmetrically, in particular mirror or rotationally symmetrical with respect to a point or axis 12.

In dieser Anordnung ist das Leistungshalbleitermodul 1 bezüglich der Anzahl von Leistungsschaltern 2 einfach skalierbar, indem die Gleichspannungsanschlüsse 4a, 4b, der Wechselspannungsanschluss 5 und die Metallisierung 7 entsprechend flächig in einer Richtung senkrecht zur Bildebene ausgeführt werden, so dass mehrere Leistungsschalter 2 in dieser Richtung nebeneinander angeordnet und einfach elektrisch parallel verschaltet werden können (siehe z.B. Figur 2). So kann die Induktivität der dadurch gebildeten einzelnen Strompfade, welche gemeinsam die Stromzweige 3a, 3b bilden, gleich und insbesondere gering gehalten werden, so dass in den einzelnen Strompfaden eine homogene Stromdichteverteilung realisert und das Leistungshalbleitermodul im Betrieb eine höhere Leistung umsetzen kann. Dabei muss der elektrische Strom auch nicht in der Richtung senkrecht zur Bildebene geführt werden, wodurch im Hochfrequenzbetrieb auch Stromeinschnürung in Ebenen senkrecht zur Bildebene vermieden werden können. In this arrangement, the power semiconductor module 1 is easily scalable with respect to the number of power switches 2, by the DC terminals 4a, 4b, the AC voltage terminal 5 and the metallization 7 are carried out correspondingly flat in a direction perpendicular to the image plane, so that a plurality of power switches 2 in this direction next to each other can be arranged and simply electrically connected in parallel (see, for example, Figure 2). Thus, the inductance of the individual current paths formed thereby, which together form the current branches 3a, 3b, are kept equal and, in particular, low, so that a homogeneous current density distribution is realized in the individual current paths and the power semiconductor module can convert a higher power during operation. In this case, the electric current also does not have to be guided in the direction perpendicular to the image plane, as a result of which, in high-frequency operation, current constriction in planes perpendicular to the image plane can be avoided.

Um den Einsatz von Leistungsschaltern 2, welche bei hohen Betriebstemperaturen arbeiten, zu ermöglichen, weist das Trägersubstrat 6 mehrere Kühlkanäle 13 auf, durch die ein Kühlmedium zum Abtransport der im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls 1 entstehenden Wärme geströmt werden kann. In order to enable the use of circuit breakers 2, which operate at high operating temperatures, the carrier substrate 6 has a plurality of cooling channels 13, through which a cooling medium for removing the heat generated during operation of the power semiconductor module 1 can be flowed.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines als 2-Level-Modul ausgebildeten Leistungshalbleitermoduls 1 in einer abgewickelten Form abgebildet, wobei zur besseren Darstellung eine erste Hauptfläche 6a, eine zweite Hauptfläche 6b und eine erste Seitenfläche 1 1 a eines flächigen Trägersubstrats "aufgeklappt" nebeneinander gezeigt sind. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a power semiconductor module 1 embodied as a 2-level module in an unwound form, with a first main area 6a, a second main area 6b and a first side area 11a of a planar carrier substrate "unfolded" next to each other for better illustration are shown.

Das Trägersubstrat ist auf den Hauptflächen 6a, 6b und der ersten Seitenfläche 1 1 a mit einer Metallisierung 7 in der Weise versehen, dass verschiedene elektrisch leitfähige Bereiche gebildet werden. In jeweils einem dieser Bereiche auf der ersten und zweiten Hauptfläche 6a, 6b sind elektrisch parallel geschaltete Leistungsschalter 2 angeordnet, welche über Bonddrähte 9 mit einem anderen metallisierten Bereich elektrisch verbunden sind. Die dabei von den Bonddrähten 9 überspannten Bereiche 7' dienen zur Ansteuerung der Leistungsschalter 2, insbesondere bei Verwendung von Feldeffekttransistoren, IGBTs und/oder dergleichen als Leistungsschalter 2 als deren Gateanschluss. The carrier substrate is provided on the main surfaces 6a, 6b and the first side surface 11a with a metallization 7 in such a way that different electrically conductive regions are formed. In each one of these areas on the first and second main surface 6a, 6b are electrically connected in parallel circuit breaker 2, which are electrically connected via bonding wires 9 with another metallized region. The thereby spanned by the bonding wires 9 areas 7 'are used to drive the circuit breaker 2, in particular when using field effect transistors, IGBTs and / or the like as a circuit breaker 2 as the gate terminal.

Die Bereiche 7' können dabei ebenfalls metallisiert sein. Alternativ können die Bereiche 7' auch durch mit dem Trägersubstrat verbundene, insbesondere auf das Trägersubstrat aufgeklebte, Platinen gebildet werden, welche zur Ansteuerung der Leistungsschalter 2 eingerichtet sind und mit einem Leistungsschaltertreiber (nicht dargestellt) außerhalb des Moduls 1 verbunden sein können. The regions 7 'can also be metallized. Alternatively, the regions 7 'can also be formed by printed circuit boards connected to the carrier substrate, in particular adhered to the carrier substrate, which are set up to control the power switches 2 and can be connected to a power switch driver (not shown) outside the module 1.

Der metallisierte Bereich entlang einer Kante des Trägersubstrats auf der ersten Hauptfläche 6a bildet einen flächigen ersten Gleichspannungsanschluss 4a, von welchem aus elektrischer Strom gleichmäßig über die in diesem Bereich angeordneten Leistungsschalter 2 bis auf die erste Seitenfläche 1 1 a fließen kann. Der metallisierte Bereich auf der ersten Seitenfläche l l a bildet dabei einen Wechselspannungsanschluss 5. The metallized region along an edge of the carrier substrate on the first main surface 6a forms a planar first DC voltage connection 4a, from which electrical current can flow uniformly across the circuit breaker 2 arranged in this region to the first side surface 11a. The metallized region on the first side surface 1 a forms an AC voltage connection 5.

Ebenso bildet der metallisierte Bereich entlang einer Kante des Trägersubstrats auf der zweiten Hauptfläche 6b einen flächigen zweiten Gleichspannungsanschluss 4b, von dem aus elektrischer Strom gleichmäßig über die Leistungsschalter 2 auf der zweiten Hauptfläche 6b bis auf die erste Seitenfläche 1 1 a fließen kann. Der erste und zweite Gleichspannungsanschluss 4a, 4b wird jeweils mit einer Zwischenkreiskapazität (nicht dargestellt) elektrisch verbunden. Likewise, the metallized region along an edge of the carrier substrate on the second main surface 6b forms a planar second DC voltage connection 4b, from which electric current can flow uniformly across the power switches 2 on the second main surface 6b to the first side surface 11a. The first and second DC voltage terminals 4a, 4b are each electrically connected to a DC link capacitance (not shown).

Durch die gezeigte Anordnung, bei der sich die Gleichspannungsanschlüsse 4a, 4b auf einander gegenüberliegenden Hauptflächen 6a, 6b des Trägersubstrats befinden, kann ein 2-Level-Modul, insbesondere ein B6-Inverter, mit mehreren parallel geschalteten Leistungstransistoren zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit gebildet werden. Aufgrund der symmetrischen Anordnung auf der ersten und zweiten Hauptfläche 6a, 6b ergibt sich eine gleichmäßige Stromverteilung auf die Leistungstransistoren, wobei die Gesamtinduktivität des Moduls aufgrund der flachen Bauweise (Zwischenkreiskapazität kann auf einer zweiten, der ersten Seitenfläche 1 1 a gegenüberliegenden Seitenfläche (nicht gezeigt) mit den Gleichspannungsanschlüssen 4a, 4b verbunden werden) gering bleibt. By the arrangement shown, in which the DC voltage terminals 4a, 4b are located on opposite main surfaces 6a, 6b of the carrier substrate, a 2-level module, in particular a B6 inverter, with a plurality of power transistors connected in parallel to increase the current carrying capacity can be formed. Due to the symmetrical arrangement on the first and second main surfaces 6a, 6b, a uniform current distribution results on the power transistors, wherein the total inductance of the module due to the flat design (DC link capacity can on a second, the first side surface 1 1 a opposite side surface (not shown) connected to the DC voltage terminals 4a, 4b) remains low.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines als T-Typ-Inverter ausgebildeten Leistungshalbleitermoduls 1 in einer Draufsicht abgebildet, wobei wieder zur besseren Darstellung eine erste Hauptfläche 6a, eine zweite Hauptfläche 6b und eine erste Seitenfläche 1 1 a eines flächigen Trägersubstrats "aufgeklappt" nebeneinander gezeigt sind. FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a power semiconductor module 1 embodied as a T-type inverter in a top view, again for the better Representation of a first main surface 6a, a second main surface 6b and a first side surface 1 1 a of a flat carrier substrate "unfolded" are shown side by side.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind verschiedene Bereiche des Trägersubstrats mit einer Metallisierung 7 versehen. Die Metallisierung 7 ist dabei in der Weise aufgebracht, dass entlang einer Kante auf der ersten Hauptfläche 6a ein erster Gleichspannungsanschluss 4a, etwa ein Pluspol, und ein zweiter Gleichspannungsanschluss 4b, etwa ein Minuspol, gebildet werden. Die Gleichspannungsanschlüsse 4a, 4b sind über Bonddrähte 9 und Leistungsschalter 2 mit einem weiteren metallisierten Bereich auf der ersten Hauptfläche 6a elektrisch leitend verbunden, welcher in einen auf der ersten Seitenfläche l l a angeordneten, einen Wechselspannungsanschluss 5 bildenden metallisierten Bereich übergeht. Also in this embodiment, different areas of the carrier substrate are provided with a metallization 7. The metallization 7 is applied in such a way that along an edge on the first main surface 6a a first direct voltage connection 4a, for example a positive pole, and a second direct voltage connection 4b, for example a negative pole, are formed. The DC voltage terminals 4a, 4b are electrically connected via bonding wires 9 and circuit breaker 2 to a further metallized region on the first main surface 6a, which merges into a metallized region forming an AC voltage connection 5 arranged on the first side surface 1a.

Auf der zweiten Hauptfläche 6b bildet ein metallisierter Bereich einen dritten Gleichspannungsanschluss 4c, etwa einen gegenüber dem Pluspol und dem Minuspol neutralen Pol, an dem bei Anschluss an eine elektrische Maschine im Betrieb des Moduls im Wesentlichen keine Spannung anliegt, der über Bonddrähte 9 und Leistungsschalter 2 ebenfalls mit einem weiteren metallisierten Bereich auf der zweiten Hauptfläche 6b, der in den Wechselspannungsanschluss 5 auf der ersten Seitenfläche l l a übergeht, elektrisch leitend verbunden ist. Die von den Bonddrähten 9 überspannten Bereiche 7' bilden auch hier die Anschlüsse zur Ansteuerung Leistungsschalter 2 und können durch eine Metallisierung oder Platinen zur Ansteuerung der Leistungsschalter 2 gebildet werden. On the second main surface 6b, a metallized region forms a third DC voltage connection 4c, for example a pole which is neutral with respect to the positive pole and the negative pole, to which substantially no voltage is applied when connected to an electrical machine during operation of the module, via bonding wires 9 and power switch 2 also with a further metallized region on the second major surface 6b, which merges into the AC voltage terminal 5 on the first side surface lla, is electrically conductively connected. The areas 7 'spanned by the bonding wires 9 also form the connections for activating the circuit breaker 2 and can be formed by a metallization or circuit boards for controlling the circuit breaker 2.

Durch die gezeigte Anordnung kann ein 3-Level-Modul, insbesondere in T-Typ- Topologie, gebildet werden The arrangement shown, a 3-level module, in particular in T-type topology, are formed

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines als I-Typ-Inverter ausgebildeten Leistungshalbleitermoduls 1 in einer Draufsicht abgebildet, wobei wieder zur besseren Darstellung eine erste Hauptfläche 6a, eine zweite Hauptfläche 6b und eine erste Seitenfläche 1 1 a eines flächigen Trägersubstrats "aufgeklappt" nebeneinander gezeigt sind. FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a power semiconductor module 1 embodied as an I-type inverter in a plan view, with a first main area 6a, a second main area 6b and a first side area 11a of a planar carrier substrate "unfolded" next to one another for better illustration are shown.

Analog zu den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ist das Trägersubstrat in der Weise metallisiert, dass verschiedene leitfähige Bereiche auf der ersten Hauptfläche 6a, der zweiten Hauptfläche 6b und der ersten Seitenfläche l l a des Trägersubstrats gebildet werden. Analogous to the exemplary embodiments shown in FIGS. 3 and 4, the carrier substrate is metallized in such a way that different conductive regions are formed on the first main surface 6a, the second main surface 6b and the first side surface 1a of the carrier substrate.

Auf der ersten Hauptfläche 6a bildet eine Metallisierung 7 entlang einer Kante des Trägersubstrats einen ersten Gleichspannungsanschluss 4a, etwa einen Pluspol, der über Bonddrähte 9 und Leistungsschalter 2 mit einem weiteren metallisierten Bereich auf der ersten Hauptfläche 6a elektrisch leitend verbunden ist, welcher in einen metallisierten Bereich auf der ersten Seitenfläche 1 1 a übergeht. Die Metallisierung 7 auf der ersten Seitenfläche 1 1 a bildet einen Wechselspannungsanschluss 5. On the first main surface 6a, a metallization 7 along one edge of the carrier substrate forms a first DC voltage connection 4a, for example a positive pole, which via bonding wires 9 and circuit breaker 2 with a further metallized region on the first main surface 6a is electrically connected, which merges into a metallized region on the first side surface 1 1 a. The metallization 7 on the first side surface 11a forms an AC voltage connection 5.

Auf der zweiten Hauptfläche 6b bildet eine Metallisierung 7 entlang einer Kante des Trägersubstrats einen zweiten Gleichspannungsanschluss 4b, etwa einen Minuspol, der über Bonddrähte 9 und Leistungsschalter 2 mit einem weiteren metallisierten Bereich auf der zweiten Hauptfläche 6b elektrisch leitend verbunden ist. Dieser weitere Bereich geht in den Wechselspannungsanschluss 5 auf der ersten Seitenfläche 1 1 a über. On the second main surface 6b, a metallization 7 along one edge of the carrier substrate forms a second DC voltage connection 4b, for example a negative pole, which is electrically conductively connected via bonding wires 9 and power switch 2 to a further metallized region on the second main surface 6b. This further area merges into the AC voltage connection 5 on the first side surface 11a.

Auf der ersten Hauptfläche 6a ist ein weiterer metallisierter Bereich angeordnet, welcher sich über die erste Seitenfläche l l a bis auf die zweite Hauptfläche 6b erstreckt und einen dritten Gleichspannungsanschluss 4c, etwa gegenüber dem Pluspol und dem Minuspol neutralen Pol, bildet. Der dritte Gleichspannungsanschluss 4c ist über Bonddrähte 9, Dioden 2' und Leistungsschalter 2 ebenfalls mit dem Wechselspannungsanschluss 5 elektrisch leitend verbunden. Arranged on the first main surface 6a is a further metallized region, which extends over the first side surface 1a to the second main surface 6b and forms a third direct voltage connection 4c, approximately opposite the positive pole and the negative pole neutral pole. The third DC voltage connection 4c is also electrically conductively connected via bonding wires 9, diodes 2 'and power switch 2 to the AC voltage connection 5.

Durch die gezeigte Anordnung kann ein 3-Level-Modul, insbesondere in I-Typ- Topologie, gebildet werden. Zwischen den dargestellten metallisierten Bereichen verlaufende Platinen zur Steuerung der Gates der Leistungsschalter 2 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. The arrangement shown, a 3-level module, in particular in I-type topology, are formed. Between the illustrated metallized areas extending boards for controlling the gates of the circuit breaker 2 are not shown for reasons of clarity.

Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird. Bezugszeichenliste While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be understood that a large number of variations exist. It should also be understood that the described exemplary embodiments are nonlimiting examples only and are not intended to thereby limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide those skilled in the art with guidance for implementing at least one example embodiment, it being understood that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment may be made without departing from the scope of the appended claims deviated from, and its legal equivalents. LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Leistungshalbleitermodul 1 power semiconductor module

2 Leistungsschalter 2 circuit breakers

3a, 3b Stromzweige 3a, 3b current branches

4a, 4b, 4c erster, zweiter, dritter Gleichspannungsanschluss 4a, 4b, 4c first, second, third DC voltage connection

5 Wechselspannungsanschluss 5 AC voltage connection

6 Trägersubstrat 6 carrier substrate

6a, 6b erste, zweite Hauptfläche 6a, 6b first, second major surface

7 Metallisierung 7 metallization

8 Lotschicht 8 solder layer

9 Bonddraht 9 bonding wire

10 Zwischenkreiskapazität 10 DC link capacity

1 1 a, 1 1 b erste, zweite Seitenfläche 1 1 a, 1 1 b first, second side surface

12 Symmetriepunkt 12 point of symmetry

13 Kühlkanal 13 cooling channel

Claims

ANSPRÜCHE

1 . Leistungshalbleitermodul (1 ), insbesondere Antriebsumrichtermodul zum Betrieb eines Fahrzeugantriebs, aufweisend: 1 . Power semiconductor module (1), in particular drive converter module for operating a vehicle drive, comprising:

ein elektrisch isolierendes, flächiges Trägersubstrat (6) mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche (6a, 6b); an electrically insulating, flat carrier substrate (6) having a first and a second main surface (6a, 6b);

eine Brückenschaltung (14), die eine Mehrzahl von Leistungsschaltern (2) aufweist; a bridge circuit (14) having a plurality of power switches (2);

wobei eine erste Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter (2) Teil eines ersten Stromzweigs (3a) des Leistungshalbleitermoduls (1 ) ist, der zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss (4a) und einem Wechselspannungsanschluss (5) des Leistungshalbleitermoduls (1 ) verläuft; und wherein a first subset of one or more of the power switches (2) is part of a first current branch (3a) of the power semiconductor module (1) extending between a first DC voltage terminal (4a) and an AC voltage terminal (5) of the power semiconductor module (1); and

eine zweite Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter (2) Teil eines zweiten Stromzweigs (3b) des Leistungshalbleitermoduls (1 ) ist, der zwischen einem zum ersten Gleichspannungsanschluss (4a) gegenpoligen zweiten Gleichspannungsanschluss (4b) und dem a second subset of one or more of the power switches (2) is part of a second current branch (3b) of the power semiconductor module (1) which is connected between a second direct voltage connection (4b) opposite the first direct voltage connection (4a) and the second direct current connection

Wechselspannungsanschluss (5) des Leistungshalbleitermoduls (1 ) verläuft; der erste Stromzweig (3a) und der zweite Stromzweig (3b) am Wechselspannungsanschluss (5) elektrisch so verbunden sind, dass sie zusammen eine parallel zu den Gleichspannungsanschlüssen (4a, 4b) geschaltete Halbbrücke bilden; AC voltage terminal (5) of the power semiconductor module (1) extends; the first current branch (3a) and the second current branch (3b) are electrically connected to the AC voltage terminal (5) so as to form together a half-bridge connected in parallel with the DC voltage terminals (4a, 4b);

in jedem der beiden Stromzweige (3a, 3b) durch jeden einzelnen der zugehörigen Leistungsschalter (2) ein zwischen den beiden Gleichspannungsanschlüssen (4a, 4b) verlaufender, dem Leistungsschalter (2) zugeordneter einzelner Strompfad definiert wird; und in each of the two current branches (3a, 3b) is defined by each one of the associated circuit breaker (2) between the two DC voltage terminals (4a, 4b) extending, the power switch (2) associated with individual current path; and

innerhalb der Stromzweige (3a, 3b) die zugehörigen Leistungsschalter (2) bezüglich den Gleichspannungsanschlüssen (4a, 4b) derart symmetrisch angeordnet und verschaltet sind, dass eine im Hochfrequenzbetrieb des Leistungshalbleitermoduls (1 ), bevorzugt bei über 10 kHz, besonders bevorzugt bei über 100 kHz, insbesondere bei über 1 MHz, und/oder im Betrieb der Leistungsschalter mit hohen Spannungsgradienten, vorzugsweise von über 10 V/ns, insbesondere von über 100 V/ns, in den einzelnen jeweils einem der Leistungsschalter (2) zugeordneten Strompfaden gebildete Stromdichte, zumindest im Wesentlichen, homogen verteilt ist; und wenigstens einer der Leistungsschalter (2) auf der ersten Hauptfläche (6a) des Trägersubstrats (6) und wenigstens ein weiterer der Leistungsschalter (2) auf der zweiten Hauptfläche (6b) des Trägersubstrats (6) angeordnet ist. within the current branches (3a, 3b), the associated circuit breakers (2) are symmetrically arranged and interconnected with respect to the DC voltage connections (4a, 4b) such that one is in high-frequency operation of the power semiconductor module (1), preferably above 10 kHz, more preferably above 100 kHz, in particular at more than 1 MHz, and / or during operation of the power switches with high voltage gradients, preferably of more than 10 V / ns, in particular of more than 100 V / ns, current density formed in the respective current paths associated with each of the power switches (2), at least substantially, is homogeneously distributed; and at least one of the power switches (2) on the first main surface (6a) of the carrier substrate (6) and at least one further of the power switches (2) on the second main surface (6b) of the carrier substrate (6) is arranged.

Leistungshalbleitermodul (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die erste Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter (2) auf der ersten Hauptfläche (6a) des flächigen Trägersubstrats (6) angeordnet ist und die zweite Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter (2) auf der zweiten Hauptfläche (6b) des flächigen Trägersubstrats (6) angeordnet ist. The power semiconductor module (1) according to claim 1, wherein the first subset of one or more of the power switches (2) is disposed on the first main surface (6a) of the sheet carrier substrate (6) and the second subset of one or more of the power switches (2) the second main surface (6b) of the planar carrier substrate (6) is arranged.

Leistungshalbleitermodul (1 ) nach Anspruch 1 , wobei eine dritte Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter (2) Teil eines dritten Stromzweigs des Leistungshalbleitermoduls (1 ) ist, der zwischen einem dritten Gleichspannungsanschluss (4c) mit einer gegenüber dem ersten und zweiten Gleichspannungsanschluss (4a, 4b) neutralen Polarität und dem Wechselspannungsanschluss Power semiconductor module (1) according to claim 1, wherein a third subset of one or more of the power switch (2) is part of a third branch of the power semiconductor module (1), which between a third DC voltage terminal (4c) with respect to the first and second DC voltage terminal (4a , 4b) neutral polarity and the AC voltage connection

(5) des Leistungshalbleitermoduls (1 ) verläuft. (5) of the power semiconductor module (1).

Leistungshalbleitermodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Untermenge zwei oder mehr der Leistungsschalter (2) aufweist, welche elektrisch parallel zueinander geschaltet sind, und die zweite Untermenge zwei oder mehr der Leistungsschalter (2) aufweist, welche elektrisch parallel zueinander geschaltet sind, und gegebenenfalls die dritte Untermenge zwei oder mehr der Leistungsschalter (2) aufweist, welche elektrisch parallel zueinander geschaltet sind, und innerhalb zumindest eines der Stromzweige die zugehörigen Leistungsschalter (2) bezüglich der den Gleichspannungsanschlüssen (4a, 4b) derart symmetrisch angeordnet und verschaltet sind, dass die Induktivitäten, welche durch die den einzelnen jeweils einem der Leistungsschalter (2) zugeordneten Strompfade gebildet werden, untereinander, zumindest im Wesentlichen, gleich groß sind. The power semiconductor module (1) according to any one of the preceding claims, wherein the first subset comprises two or more of the power switches (2) electrically connected in parallel with each other and the second subset comprises two or more of the power switches (2) electrically connected in parallel with each other and, optionally, the third subset comprises two or more of the power switches (2) which are electrically connected in parallel, and within at least one of the power branches the associated power switches (2) are symmetrically arranged and interconnected with respect to the DC voltage terminals (4a, 4b) are that the inductances, which are formed by the individual each one of the circuit breaker (2) associated with current paths, among themselves, at least substantially, are the same size.

Leistungshalbleitermodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Gleichspannungsanschluss (4a) flächig entlang einer ersten Kante der ersten Hauptfläche (6a) und der zweite Gleichspannungsanschluss (4b) flächig entlang einer der ersten Kante der ersten Hauptfläche (6a) gegenüberliegenden zweiten Kante der zweiten Hauptfläche (6b) angeordnet ist. Power semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the first DC voltage connection (4a) flat along a first edge of the first main surface (6a) and the second DC voltage connection (4b) flat along one of the first edge of the first main surface (6a) opposite the second edge the second major surface (6b) is arranged.

6. Leistungshalbleitermodul (1 ) nach Anspruch 4, wobei die erste Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter (2) und mindestens ein Leistungsschalter (2) aus der dritten Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter (2) auf der ersten Hauptfläche (6a) des flächigen Trägersubstrats (6) angeordnet ist, und die zweite Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter (2) und mindestens ein Leistungsschalter (2) aus der dritten Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter (2) auf der zweiten Hauptfläche (6b) des flächigen Trägersubstrats (6) angeordnet ist. A power semiconductor module (1) according to claim 4, wherein the first subset of two or more of the power switches (2) and at least one power switch (2) of the third subset of two or more of the power switches (2) on the first main surface (6a). of the planar carrier substrate (6) and the second subset of two or more of the power switches (2) and at least one power switch (2) of the third subset of two or more of the power switches (2) on the second main face (6b) of the planar carrier substrate (6) is arranged.

7. Leistungshalbleitermodul (1 ) nach Anspruch 4, wobei die erste und zweite Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter (2) auf der ersten Hauptfläche (6a) des flächigen Trägersubstrats (6) angeordnet ist und die dritte Untermenge aus zwei oder mehr der Leistungsschalter (2) auf der zweiten Hauptfläche (6b) des flächigen Trägersubstrats (6) angeordnet ist. The power semiconductor module (1) according to claim 4, wherein the first and second subset of two or more of the power switches (2) are arranged on the first main surface (6a) of the sheet carrier substrate (6) and the third subset of two or more of the power switches (2) is arranged on the second main surface (6b) of the planar carrier substrate (6).

8. Leistungshalbleitermodul (1 ) nach Anspruch 7, wobei der erste und zweite Gleichspannungsanschluss (4a, 4b) flächig entlang einer Kante einer der Hauptflächen (6a, 6b) nebeneinander angeordnet sind. 8. power semiconductor module (1) according to claim 7, wherein the first and second DC voltage terminal (4a, 4b) are arranged flat along an edge of one of the main surfaces (6a, 6b) side by side.

9. Leistungshalbleitermodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trägersubstrat (6) zwischen der ersten und zweiten Hauptfläche (6a, 6b) eine erste Seitenfläche (1 1 a) aufweist, auf welcher der Wechselstromanschluss (5) angeordnet ist. 9. power semiconductor module (1) according to any one of the preceding claims, wherein the carrier substrate (6) between the first and second main surface (6a, 6b) has a first side surface (1 1 a), on which the AC power connection (5) is arranged.

10. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trägersubstrat (6) zwischen der ersten und zweiten Hauptfläche (6a, 6b) eine zweite Seitenfläche (1 1 b) aufweist, an welcher eine Zwischenkreiskapazität (10) angeordnet werden kann. 10. Power semiconductor module according to one of the preceding claims, wherein the carrier substrate (6) between the first and second main surface (6a, 6b) has a second side surface (1 1 b), on which a DC link capacitance (10) can be arranged.

1 1 . Leistungshalbleitermodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das flächige Trägersubstrat (6) auf der ersten Hauptfläche (6a) einen metallisierten ersten Bereich (7a), in dem mindestens einer der Leistungsschalter (2) angeordnet ist, und auf der zweiten Hauptfläche (6b) einen metallisierten zweiten Bereich (7b), in dem mindestens ein weiterer Leistungsschalter (2) angeordnet ist, aufweist, und der erste metallisierte Bereich (7a) über eine durch das flächige Trägersubstrat (6) hindurch verlaufende elektrische Verbindung (9') mit dem zweiten metallisierten Bereich (7b) elektrisch leitend verbunden ist. 1 1. Power semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the planar carrier substrate (6) on the first main surface (6a) has a metallized first region (7a), in which at least one of the power switches (2) is arranged, and on the second main surface (6). 6b) a metallized second region (7b), in which at least one further Circuit breaker (2) is arranged, and the first metallized region (7a) is electrically conductively connected to the second metallized region (7b) via an electrical connection (9 ') passing through the planar carrier substrate (6).

12. Leistungshalbleitermodul (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das flächige Trägersubstrat (6) in einem Bereich mindestens eines der Leistungsschalter (2) einen Kühlkanal (13), welcher mit einem Kühlmedium zur Kühlung des mindestens einen der Leistungsschalter (2) durchströmbar ist, aufweist. 12. power semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the areal carrier substrate (6) in a region of at least one of the circuit breaker (2) a cooling channel (13) which can be flowed through by a cooling medium for cooling the at least one of the circuit breaker (2) is, has.

13. Herstellungsverfahren für ein Leistungshalbleitermodul (1 ), insbesondere Antriebsumrichtermodul zum Betrieb eines Fahrzeugantriebs, nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend die folgenden Herstellungsschritte: Fertigen eines elektrisch isolierenden, flächigen Trägersubstrats (6) mit einer ersten und einer zweiten Hauptfläche (6a, 6b); 13. A manufacturing method for a power semiconductor module (1), in particular drive converter module for operating a vehicle drive, according to one of the preceding claims, comprising the following manufacturing steps: manufacturing an electrically insulating, flat carrier substrate (6) having a first and a second main surface (6a, 6b) ;

Bereitstellen einer Mehrzahl von Leistungsschaltern (2); und Providing a plurality of power switches (2); and

Aufbringen und Verschalten wenigstens eines der Leistungsschalter (2) auf der ersten Hauptfläche (6a) des Trägersubstrats (6) und wenigstens eines weiteren der Leistungsschalter (2) auf der zweiten Hauptfläche (6b) des Trägersubstrats (6), so dass Applying and interconnecting at least one of the power switches (2) on the first main surface (6a) of the carrier substrate (6) and at least one other of the power switches (2) on the second main surface (6b) of the carrier substrate (6), such that

eine erste Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter (2) Teil eines ersten Stromzweigs (3a) des Leistungshalbleitermoduls (1 ) ist, der zwischen einem ersten Gleichspannungsanschluss (4a) und einem Wechselspannungsanschluss (5) des Leistungshalbleitermoduls (1 ) verläuft; eine zweite Untermenge aus einem oder mehr der Leistungsschalter (2) Teil eines zweiten Stromzweigs (3b) des Leistungshalbleitermoduls (1 ) bildet, der zwischen einem zum ersten Gleichspannungsanschluss (4a) gegenpoligen zweiten Gleichspannungsanschluss (4b) und dem a first subset of one or more of the power switches (2) is part of a first current branch (3a) of the power semiconductor module (1) extending between a first DC voltage terminal (4a) and an AC voltage terminal (5) of the power semiconductor module (1); a second subset of one or more of the power switches (2) forms part of a second current branch (3b) of the power semiconductor module (1) which is connected between a second direct voltage terminal (4b) opposite the first direct voltage terminal (4a) and

Wechselspannungsanschluss (5) des Leistungshalbleitermoduls (1 ) verläuft; der erste Stromzweig (3a) und der zweite Stromzweig (3b) am Wechselspannungsanschluss (5) in der Weise verbunden sind, dass sie zusammen eine parallel zu den Gleichspannungsanschlüssen (4a, 4b) geschaltete Halbbrücke bilden; wobei in jedem der beiden Stromzweige (3a, 3b) durch jeden einzelnen der zugehörigen Leistungsschalter (2) ein zwischen den beiden Polen der Zwischenkreiskapazität (10) verlaufender, dem Leistungsschalter (2) zugeordneter einzelner Strompfad definiert wird; und AC voltage terminal (5) of the power semiconductor module (1) extends; the first current branch (3a) and the second current branch (3b) are connected to the AC voltage terminal (5) in such a way that together they form a half-bridge connected in parallel with the DC voltage terminals (4a, 4b); in which in each of the two current branches (3a, 3b) is defined by each one of the associated circuit breaker (2) between the two poles of the DC link capacitance (10) extending, the power switch (2) associated with individual current path; and

innerhalb der Stromzweige (3a, 3b) die zugehörigen Leistungsschalter (2) bezüglich den Gleichspannungsanschlüssen (4a, 4b) derart symmetrisch angeordnet und verschaltet sind, dass eine im Hochfrequenzbetrieb des Leistungshalbleitermoduls (1 ), bevorzugt bei über 10 kHz, besonders bevorzugt bei über 100 kHz, insbesondere bei über 1 MHz, und/oder im Betrieb der Leistungsschalter mit hohen Spannungsgradienten, vorzugsweise von über 10 V/ns, insbesondere von über 100 V/ns, in den einzelnen jeweils einem der Leistungsschalter (2) zugeordneten Strompfaden gebildete Stromdichte, zumindest im Wesentlichen, homogen verteilt ist. within the current branches (3a, 3b), the associated circuit breakers (2) are symmetrically arranged and interconnected with respect to the DC voltage connections (4a, 4b) such that one is in high-frequency operation of the power semiconductor module (1), preferably above 10 kHz, more preferably above 100 kHz, in particular at more than 1 MHz, and / or during operation of the power switches with high voltage gradients, preferably of more than 10 V / ns, in particular of more than 100 V / ns, current density formed in the respective current paths associated with each of the power switches (2), at least substantially, is homogeneously distributed.

14. Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, wobei die Leistungsschalter (2) durch Sintern auf die erste Hauptfläche (6a) und die zweite Hauptfläche (6b) des Trägersubstrats (6) aufgebracht und verschaltet werden. 14. A manufacturing method according to claim 13, wherein the power switches (2) are applied and connected by sintering on the first main surface (6a) and the second main surface (6b) of the support substrate (6).

15. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Fahrzeugantrieb, welcher von einem Leistungshalbleitermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 betrieben wird. 15. Vehicle, in particular motor vehicle, with a vehicle drive, which is operated by a power semiconductor module (1) according to one of claims 1 to 12.