WO2020126316A1 - Niederinduktive verbindungsvorrichtung zum verbinden eines halbleitermmoduls und eines zwischenkreiskondensators - Google Patents

Niederinduktive verbindungsvorrichtung zum verbinden eines halbleitermmoduls und eines zwischenkreiskondensators Download PDF

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area
connection
contact
intermediate circuit
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Gunter Flamm
Michael Maercker
Christine ARENZ
Reiner Schuetz
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
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    • H05K1/023—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference using auxiliary mounted passive components or auxiliary substances
    • H05K1/0231—Capacitors or dielectric substances

Definitions

  • the present invention relates to a low-inductance connecting device, in particular between a semiconductor module and a
  • DC link capacitors are generally designed in such a way that they have very little negative influence on the circuit.
  • the overall inductance of the circuit often plays a central role.
  • the effective total inductance, or intermediate circuit inductance is the sum of the inductances of the semiconductor module, the intermediate circuit capacitor and the connection between the two components.
  • connection of such components is usually implemented, for example, by wire bonds, in particular thick wire bonds. This is especially true when using modern, fast-switching SiC components Connection inductance of such connections too high. For this reason, for example, semiconductor modules and an intermediate circuit capacitor are connected to one another with as little inductance as possible.
  • connection of the components is therefore implemented using ribbon bonds in order to further reduce the connection inductance.
  • a proposed low-inductance connecting device for connecting a semiconductor module to an intermediate circuit capacitor comprises at least a first contact area and a second contact area which is opposite the first contact area and which are set up to contact the semiconductor module, at least one third contact area which has the same polarity as the first contact area and a third contact area which is opposite the polarity of the third contact area fourth contact area, which are set up to contact the intermediate circuit capacitor, at least a first connection area which is set up to connect the first contact area and the third contact area to one another and at least a second connection area which is set up to connect the second contact area and the fourth contact area to one another connect.
  • the first connection area and the second connection area are each formed as separate planar busbars.
  • the electrical currents at least partially run through the negative path of the connecting device in opposition to the electrical currents through the positive path of the connecting device. This at least partially compensates for the magnetic fields caused by the
  • connection inductance and thus the connection inductance
  • Connection lengths of the opposite poles are the same length. Different-sized loops of the opposite-pole paths of the connecting device can thereby be avoided. The connection inductance and thus the intermediate circuit inductance can thus be further reduced.
  • the first connection area and the second connection area are preferably identical to the first connection area and the second connection area.
  • Connection area formed as a sheet metal strip.
  • the first connection area and the second connection area are preferably identical to the first connection area and the second connection area.
  • the first are preferred
  • Connection area and the second connection area arranged plane-parallel to each other.
  • the first contact area, the second contact area, the third contact area and the fourth are preferred
  • connection area and the second connection area are preferably arranged perpendicular to the contact areas.
  • the transition between the first connection area and the first contact area and the third contact area can be provided separately from the transition between the second connection area and the second contact area and the fourth contact area.
  • an extinction of current-induced magnetic fields can be achieved.
  • the first connection area and the second connection area are preferably identical to the first connection area and the second connection area.
  • Connection area arranged parallel to each other.
  • the first connection area has a first contact section at which the first connection area is connected to the first contact area and a second contact section at which the first connection area is connected to the third contact area, the first contact section and the second contact section being parallel or are arranged plane-parallel to each other.
  • the second connection area preferably has a third
  • first connection area and the second connection area each have angled sections
  • angled sections of the first connection area are arranged parallel to the angled sections of the second connection area.
  • Connection points of the first connection area and the second connection area with the first contact area and the third contact area as well as the second contact area and the fourth contact area can thus be arranged offset perpendicular to the connection areas without having a negative influence on the connection inductance.
  • the first connection area and the second connection area are separated from one another only by an insulating layer.
  • the insulating layer is preferably formed by an insulating film or a paper layer, in particular with a thickness of less than 100 micrometers.
  • connection inductance and thus the intermediate circuit inductance is thus further reduced.
  • first connection area and the second connection area are each formed as separate laminated planar busbars.
  • connection areas form smaller loops compared to embodiments with bond tapes.
  • connection inductance and thus the intermediate circuit inductance can thus be further reduced.
  • the distance between the first connection area and the second connection area is constant.
  • connection inductance and thus the intermediate circuit inductance is thus further reduced.
  • the second connection area is at least partially congruent with the first connection area.
  • the second contact area and / or the fourth contact area are preferably congruent to the respective first contact area and the third
  • connection areas is caused.
  • the connection inductance and thus the intermediate circuit inductance is thus further reduced.
  • the intermediate circuit capacitor is designed with an intermediate circuit busbar.
  • connection inductance and thus the intermediate circuit inductance can thus be further reduced.
  • the intermediate circuit capacitor is designed with a stepped intermediate circuit busbar with a first stage and a second stage, the second stage being arranged parallel to the first stage, with a contact area which contacts the first stage being extended in such a way that that it is planarly guided over the second stage in isolation.
  • Connection lengths of the opposite poles are the same length. Different-sized loops of the opposite-pole paths of the connecting device can thereby be avoided. The connection inductance and thus the intermediate circuit inductance can thus be further reduced.
  • Figure 1 shows a connecting device according to a first embodiment
  • Figure 2 shows a connecting device according to a second embodiment
  • Figure 3 shows a connecting device according to a third embodiment
  • Figure 4 is a schematic representation of the current flow through a
  • connection device 10 shows a connection device 10 according to a first embodiment for connecting a semiconductor module 20 to an intermediate circuit capacitor 30.
  • the connection device 10 comprises a positive first
  • the semiconductor module 20 comprises a positive first semiconductor contact area 21a and a negative second semiconductor contact area 22.
  • the semiconductor module 20 has a positive third semiconductor contact area 21b which is electrically connected to the first semiconductor contact area 21a.
  • the first semiconductor contact area 21a and the third semiconductor contact area 21b surround the second semiconductor contact area 22.
  • the intermediate circuit capacitor 30 comprises a positive first intermediate circuit contact region 31a and a negative second intermediate circuit contact region 32.
  • the intermediate circuit capacitor 30 has a positive third intermediate circuit contact region 31b, which is electrically connected to the first
  • the DC link contact area 31a is connected.
  • the first intermediate circuit contact region 31a and the third intermediate circuit contact region 31b surround the second intermediate circuit contact region 32.
  • connection device 10 additionally has a positive fifth contact area 11b and a positive sixth contact area 13b.
  • the first contact region 11a contacts the first semiconductor contact region 21a.
  • the second contact area 12 contacts the second semiconductor contact area 22.
  • the third contact area 13a contacts the third
  • the fourth contact area 14 contacts the fourth DC link contact area 32.
  • the fifth contact area 11b contacts the third semiconductor contact area 21b.
  • the sixth contact area 13b contacts the third intermediate circuit contact area 31b.
  • connection device 10 has a positive first connection region 15a, which connects the first contact region 11a and the third contact region 13a to one another. Furthermore, the connection device 10 has a negative second connection area 16a, which connects the second contact area 12 and the fourth contact area 14 to one another. Furthermore, the connection device 10 has a negative fourth connection region 16b, which likewise connects the second contact region 12 and the fourth contact region 14 to one another. Furthermore, the connection device 10 has a positive third connection area 15b, which connects the fifth contact area 11b and a sixth contact area 13b to one another.
  • the first connection area 15a is only separated from the second connection area 16a by a comparatively thin insulating film.
  • Connection area 15b is only due to a comparatively thin
  • Insulating film separated from the fourth connection area 16b.
  • Contact area 13a, the fourth contact area 14, the fifth contact area 11b and the sixth contact area 13b are planar and are arranged plane-parallel to the semiconductor module 20 or the intermediate circuit capacitor 30.
  • the first connection area 15a, the second connection area 16a, the third connection area 16b and the fourth connection area 15b are perpendicular to the semiconductor module 20, respectively
  • the intermediate circuit capacitor 30 is formed with an intermediate circuit busbar.
  • the DC link contact area 31b are formed by an upper contact plate 34.
  • the second intermediate circuit contact area 32 is formed by a lower contact plate 33, which is arranged under the upper contact plate 34.
  • a window 35 is formed in the upper contact plate 34, which enables free access to the lower contact plate 33.
  • the fourth contact area 14 Since the fourth contact area 14 is electrically connected to the lower contact plate 33, but the lower contact plate 33 is arranged below the upper contact plate 34, the fourth contact area 14 has two bends, as a result of which the fourth contact area 14 connects the second connection area 16a and the third connection area 16b contacted at the level of the third contact area 13 and the sixth contact area 13b.
  • the first connection area 15a is congruent to the second
  • Connection area 16a formed.
  • the third connection area 16b is congruent to the fourth connection area 15b.
  • the positive and negative current paths of the individual connection regions 15a, 15b, 16a, 16b between the semiconductor module 20 and the intermediate circuit capacitor 30 are approximately of the same length.
  • Compensate connecting device 10 particularly well.
  • a plurality of semiconductor modules 20 or intermediate circuit capacitors 30 connected in parallel are connected by a plurality of connecting devices 10, which each share an adjacent contact area, in this case the fifth contact area 11b and the sixth contact area 13b.
  • an inductance of 1.24 nH can be achieved in this way, which is a reduction compared to an ordinary ribbon bond solution with 2.72 nH.
  • Fig. 2 shows a connecting device 110 after a second
  • Embodiment Basically, the structure is identical to that
  • connection device 10 according to the first embodiment.
  • the connection areas 115a, 115b, 116a, 116b are arranged on the intermediate circuit capacitor 130 and the window 135 is formed such that the connection areas 115a, 115b, 116a, 116b are each as close as possible to the respective edges 135a of the window 135.
  • the inductance can be reduced to 1.16 nH in this way.
  • FIG. 3 shows a connecting device 210 according to a third embodiment.
  • the structure of the connecting device 10 according to the first embodiment is identical.
  • the intermediate circuit capacitor 230 is designed with a stepped intermediate circuit busbar.
  • Contact plate 234 is formed as the upper step 234 and the lower one
  • Contact plate 233 is designed as a lower step 233.
  • the upper contact plate 234 carries the positive potential. Therefore, the third contact area 213a and the sixth contact area 213b are also formed as a step, which are guided in an isolated, planar manner via the lower step 233 to the upper step 234. The positive current path to the upper stage 234 is thus longer than the negative current path to the lower stage 233. This has a negative effect on the connection inductance.
  • the fourth contact area 214 is extended in such a way that it is guided in isolation over the upper step 234.
  • the fourth contact area 214 extends congruently under the third contact area 213a and the sixth contact area 213b.
  • the positive current path and the negative current path are of equal length, since the current is the path of the least Selects inductance, which in this case leads through the elongated second negative contact area 214.
  • connection device 210 shows the negative current path N and the positive current path P in the connection device 210 according to the third embodiment.
  • the first positive current range IP1 and the second positive current range IP2 flow through the first contact region 211a.
  • the first negative current region INI and the second negative current region IN2 flow through the second contact region 212.
  • the third positive flows through the first connection region 215a
  • the magnetic field of the first negative current range INI and the second negative current range IN2 mutually compensate (represented by the circles on the power lines).
  • Current range IP1 and the second positive current range IP2 compensate each other.
  • the magnetic field of the third negative current range IN3 and the magnetic field of the third positive current range IP3 compensate each other.
  • the magnetic field of the fourth negative current range IN4, the fifth negative current range IN5 and the fourth positive current range IP4 mutually compensate.
  • the magnetic field of the sixth negative current range IN6 and the fifth positive current range IP5 mutually compensate.
  • the negative path does not end after the fourth negative current range IN4, but runs along the fifth current range IN5 and the sixth negative current range IN6.
  • connection inductance can be compared to a
  • Ribbon bond solution can be reduced by 20%.

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Abstract

Niederinduktive Verbindungsvorrichtung (10), zum Verbinden eines Halbleitermoduls (20) mit einem Zwischenkreiskondensator (30) umfassend mindestens einen ersten Kontaktbereich (11a) und einen dem ersten Kontaktbereich (11a) gegenpoligen zweiten Kontaktbereich (12), die eingerichtet sind, das Halbleitermodul (20) zu kontaktieren, mindestens einen dem ersten Kontaktbereich (11a) gleichpoligen dritten Kontaktbereich (13a) und einen dem dritten Kontaktbereich (13a) gegenpoligen vierten Kontaktbereich (14), die eingerichtet sind, den Zwischenkreiskondensator (30) zu kontaktieren, mindestens einen ersten Verbindungsbereich (15a), der eingerichtet ist, den ersten Kontaktbereich (11a) und den dritten Kontaktbereich (13a) miteinander zu verbinden, mindestens einen zweiten Verbindungsbereich (16a); der eingerichtet ist, den zweiten Kontaktbereich (12) und denvierten Kontaktbereich (14) miteinander zu verbinden, wobei der erste Verbindungsbereich (15a) und der zweite Verbindungsbereich (16a) jeweils als voneinander getrennte planare Busbar ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Titel:
NIEDERINDUKTIVE VERBINDUNGSVORRICHTUNG ZUM VERBINDEN EINES HALBLEITERMMODULS UND EINES ZWISCHENKREISKONDENSATORS
Die vorliegende Erfindung betrifft eine niederinduktive Verbindungsvorrichtung, insbesondere zwischen einem Halbleitermodul und einem
Zwischenkreiskondensator.
Stand der Technik
Verbindungen zwischen einem Halbleitermodul und einem
Zwischenkreiskondensator werden in der Regel derart ausgebildet, dass sie besonders wenig negative Einflüsse auf die Schaltung aufweisen. Häufig spielt die Gesamtinduktivität der Schaltung eine zentrale Rolle. Dabei ist die die wirksame Gesamtinduktivität, oder Zwischenkreisinduktivität, die Summe der Induktivitäten des Halbleitermoduls, des Zwischenkreiskondensators und der Verbindung zwischen den beiden Bauelementen.
Insbesondere bei schnell schaltenden Bauelementen, wie Invertern und
Konvertern, ist die Minimierung der Induktivität der Kommutierungszelle von zentraler Bedeutung. Ein Schalten des Bauelementes führt zu einer zeit- und induktivitätsabhängigen Stromspitze, wobei sich je schneller das Bauelement schaltet und je höher die Gesamtinduktivität ist, die Stromspitze steigt. Um Schäden an den Bauelementen durch zu hohe Spannungsspitzen zu vermeiden, ist designtechnisch die maximale Schaltgeschwindigkeit des Bauelements durch die Gesamtinduktivität der Schaltung begrenzt.
Üblicherweise wird die Verbindung solcher Bauelemente durch beispielsweise Drahtbonds, insbesondere Dickdrahtbonds, umgesetzt. Speziell beim Einsatz von modernen, schnell schaltenden SiC Bauelementen ist die Verbindungsinduktivität solcher Verbindungen zu hoch. Deshalb werden beispielsweise Halbleitermodule und ein Zwischenkreiskondensator möglichst niederinduktiv miteinander verbunden.
Bei bisherigen Verbindungskonzepten wird deshalb mittels Bändchenbonds eine Verbindung der Bauelemente umgesetzt, um die Verbindungsinduktivität weiter zu senken.
Aus oben genannten Gründen besteht der Wunsch nach einer weiteren Senkung der Verbindungsinduktivität.
Offenbarung der Erfindung
Eine vorgeschlagene niederinduktive Verbindungsvorrichtung, zum Verbinden eines Halbleitermoduls mit einem Zwischenkreiskondensator, umfasst mindestens einen ersten Kontaktbereich und einen dem ersten Kontaktbereich gegenpoligen zweiten Kontaktbereich, die eingerichtet sind, das Halbleitermodul zu kontaktieren, mindestens einen dem ersten Kontaktbereich gleichpoligen dritten Kontaktbereich und einen dem dritten Kontaktbereich gegenpoligen vierten Kontaktbereich, die eingerichtet sind, den Zwischenkreiskondensator zu kontaktieren, mindestens einen ersten Verbindungsbereich, der eingerichtet ist, den ersten Kontaktbereich und den dritten Kontaktbereich miteinander zu verbinden und mindestens einen zweiten Verbindungsbereich, der eingerichtet ist, den zweiten Kontaktbereich und den vierten Kontaktbereich miteinander zu verbinden. Der erste Verbindungsbereich und der zweite Verbindungsbereich sind jeweils als voneinander getrennte planare Busbar ausgebildet.
Auf diese Weise verlaufen zumindest teilweise die elektrischen Ströme durch den negativen Pfad der Verbindungsvorrichtung entgegengesetzt zu den elektrischen Strömen durch den positiven Pfad der Verbindungsvorrichtung. Damit kompensieren sich zumindest teilweise die Magnetfelder, die durch den
Stromfluss durch die jeweils gegenpoligen Pfade der Verbindungsvorrichtung hervorgerufen wird. Somit wird die Verbindungsinduktivität und damit die
Zwischenkreisinduktivität weiter vermindert. Auf diese Weise ist es möglich eine Verbindung zwischen dem Halbleitermodul und dem Zwischenkreiskondensator herzustellen, bei der die jeweiligen
Verbindungslängen der gegenpoligen Pfade gleich lang sind. Verschiedengroße Schleifen der gegenpoligen Pfade der Verbindungsvorrichtung können hierdurch vermieden werden. Somit kann die Verbindungsinduktivität und damit die Zwischenkreisinduktivität weiter gesenkt werden.
Vorzugsweise sind der erste Verbindungsbereich und der zweite
Verbindungsbereich als Blechstreifen ausgebildet.
Vorzugsweise sind der erste Verbindungsbereich und der zweite
Verbindungsbereich durch Tiefziehen oder als Stanzbiegeteile ausgebildet, könne jedoch durch jede andere vom Fachmann als geeignet betrachtete Art und Weise hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind vorzugsweise der erste
Verbindungsbereich und der zweite Verbindungsbereich planparallel zueinander angeordnet.
Somit kann besonders einfach eine oben beschriebene Auslöschung von strominduzierten Magnetfeldern erreicht werden. Somit wird die
Verbindungsinduktivität und damit die Zwischenkreisinduktivität weiter vermindert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind vorzugsweise der erste Kontaktbereich, der zweite Kontaktbereich, der dritte Kontaktbereich und der vierte
Kontaktbereich planparallel zueinander angeordnet. Der erste
Verbindungsbereich und der zweite Verbindungsbereich sind vorzugsweise senkrecht zu den Kontaktbereichen angeordnet.
Auf diese Weise kann der Übergang zwischen dem ersten Verbindungsbereich und dem ersten Kontaktbereich, sowie dem dritten Kontaktbereich getrennt von dem Übergang zwischen dem zweiten Verbindungsbereich und dem zweiten Kontaktbereich, sowie dem vierten Kontaktbereich bereitgestellt werden. Somit kann besonders einfach eine oben beschriebene Auslöschung von strominduzierten Magnetfeldern erreicht werden. Somit wird die
Verbindungsinduktivität und damit die Zwischenkreisinduktivität weiter vermindert.
Vorzugsweise sind der erste Verbindungsbereich und der zweite
Verbindungsbereich parallel zueinander angeordnet.
Vorzugsweise weist der erste Verbindungsbereich einen ersten Kontaktabschnitt auf, an dem der erste Verbindungsbereich mit dem ersten Kontaktbereich verbunden ist, und einen zweiten Kontaktabschnitt auf, an dem der erste Verbindungsbereich mit dem dritten Kontaktbereich verbunden ist, wobei der erste Kontaktabschnitt und der zweite Kontaktabschnitt parallel oder planparallel zueinander angeordnet sind.
Vorzugsweise weist der zweite Verbindungsbereich einen dritten
Kontaktabschnitt auf, an dem der zweite Verbindungsbereich mit dem zweiten Kontaktbereich verbunden ist, und einen vierten Kontaktabschnitt auf, an dem der zweite Verbindungsbereich mit dem vierten Kontaktbereich verbunden ist, wobei der dritte Kontaktabschnitt und der vierte Kontaktabschnitt parallel oder planparallel zueinander angeordnet sind.
Weiter vorzugsweise weisen der erste Verbindungsbereich und der zweite Verbindungsbereich jeweils abgewinkelte Abschnitte auf, wobei die
abgewinkelten Abschnitte des ersten Verbindungsbereich parallel zu den abgewinkelten Abschnitten des zweiten Verbindungsbereichs angeordnet sind.
Somit können Verbindungsstellen des ersten Verbindungsbereichs und des zweiten Verbindungsbereichs mit jeweils dem ersten Kontaktbereich und dem dritten Kontaktbereich sowie dem zweiten Kontaktbereich und dem vierten Kontaktbereich senkrecht zu den Verbindungsbereichen versetzt angeordnet sein ohne negativen Einfluss auf die Verbindungsinduktivität zu haben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind der erste Verbindungsbereich und der zweite Verbindungsbereich lediglich durch eine Isolierschicht voneinander getrennt. Vorzugsweise ist die Isolierschicht durch eine Isolierfolie oder eine Papierschicht, insbesondere mit einer Dicke von kleiner als 100 Mikrometern, ausgebildet.
Somit kann der Abstand zwischen dem ersten Verbindungsbereich und dem zweiten Verbindungsbereich minimiert werden. Damit kompensieren sich die Magnetfelder, die durch den Stromfluss durch die jeweils gegenpoligen Pfade der Verbindungsbereiche hervorgerufen wird. Somit wird die Verbindungsinduktivität und damit die Zwischenkreisinduktivität weiter vermindert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind der erste Verbindungsbereich und der zweite Verbindungsbereich jeweils als voneinander getrennte laminierte planare Busbar ausgebildet.
Durch die planare Bauweise einer Busbar bilden die Verbindungsbereiche kleinere Schleifen, verglichen mit Ausführungsformen mit Bondbändchen.
Somit kann die Verbindungsinduktivität und damit die Zwischenkreisinduktivität weiter gesenkt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Abstand zwischen dem ersten Verbindungsbereich und dem zweiten Verbindungsbereich konstant.
Damit kompensieren sich die Magnetfelder, die durch den Stromfluss durch die jeweils gegenpoligen Pfade der Verbindungsbereiche hervorgerufen wird. Somit wird die Verbindungsinduktivität und damit die Zwischenkreisinduktivität weiter vermindert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Verbindungsbereich zumindest teilweise kongruent zu dem ersten Verbindungsbereich ausgebildet.
Vorzugsweise sind der zweite Kontaktbereich und/oder der vierte Kontaktbereich kongruent zu dem jeweiligen ersten Kontaktbereich und dem dritten
Kontaktbereich ausgebildet. Je höher die Kongruenz des ersten Verbindungsbereichs zu dem zweiten Verbindungsbereich ist, desto besser kompensieren sich die Magnetfelder, die durch den Stromfluss durch die jeweils gegenpoligen Pfade der
Verbindungbereiche hervorgerufen wird. Somit wird die Verbindungsinduktivität und damit die Zwischenkreisinduktivität weiter vermindert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Zwischenkreiskondensator mit einer Zwischenkreis- Busbar ausgebildet.
Somit kann die Verbindungsinduktivität und damit die Zwischenkreisinduktivität weiter gesenkt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Zwischenkreiskondensator mit einer gestuften Zwischenkreis- Busbar mit einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe ausgebildet, wobei die zweite Stufe parallel versetzt zu der ersten Stufe angeordnet ist, wobei ein Kontaktbereich, welcher die erste Stufe kontaktiert, derart verlängert ist, dass er isoliert von der zweite Stufe planar über diese geführt ist.
Auf diese Weise ist es möglich eine Verbindung zwischen dem Halbleitermodul und dem Zwischenkreiskondensator herzustellen, bei der die jeweiligen
Verbindungslängen der gegenpoligen Pfade gleich lang sind. Verschiedengroße Schleifen der gegenpoligen Pfade der Verbindungsvorrichtung können hierdurch vermieden werden. Somit kann die Verbindungsinduktivität und damit die Zwischenkreisinduktivität weiter gesenkt werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:
Figur 1 eine Verbindungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform; Figur 2 eine Verbindungsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform;
Figur 3 eine Verbindungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform; und
Figur 4 eine schematische Darstellung des Stromflusses durch eine
Verbindungsvorrichtung nach der dritten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine Verbindungsvorrichtung 10 nach einer ersten Ausführungsform zum Verbinden eines Halbleitermoduls 20 mit einem Zwischenkreiskondensator 30. Die Verbindungsvorrichtung 10 umfasst einen positiven ersten
Kontaktbereich 11a, einen negativen zweiten Kontaktbereich 12, einen positiven dritten Kontaktbereich 13a und einen negativen vierten Kontaktbereich 14.
Das Halbleitermodul 20 umfasst einen positiven ersten Halbleiter- Kontaktbereich 21a und einen negativen zweiten Halbleiter- Kontaktbereich 22. Zusätzlich weist das Halbleitermodul 20 einen positiven dritten Halbleiter- Kontaktbereich 21b auf, der elektrisch mit dem ersten Halbleiter- Kontaktbereich 21a verbunden ist. Der erste Halbleiter- Kontaktbereich 21a und der dritte Halbleiter- Kontaktbereich 21b umgeben den zweiten Halbleiter- Kontaktbereich 22.
Der Zwischenkreiskondensator 30 umfasst einen positiven ersten Zwischenkreis- Kontaktbereich 31a und einen negativen zweiten Zwischenkreis- Kontaktbereich 32. Zusätzlich weist der Zwischenkreiskondensator 30 einen positiven dritten Zwischenkreis- Kontaktbereich 31b auf, der elektrisch mit dem ersten
Zwischenkreis- Kontaktbereich 31a verbunden ist. Der erste Zwischenkreis- Kontaktbereich 31a und der dritte Zwischenkreis- Kontaktbereich 31b umgeben den zweiten Zwischenkreis- Kontaktbereich 32.
Diese besondere Ausgestaltung, bei der ein weiterer positiver Kontaktbereich, also der dritte Halbleiter- Kontaktbereich 21b des Halbleitermoduls 20 und der dritte Zwischenkreis- Kontaktbereich 31b, vorgesehen ist, hilft die
Verbindungsinduktivität zu reduzieren. Auf gleiche Weise kann auch ein zusätzlicher negativer Kontaktbereich vorgesehen sein. Daher weist die Verbindungsvorrichtung 10 zusätzlich einen positiven fünften Kontaktbereich 11b und einen positiven sechsten Kontaktbereich 13b auf.
Der erste Kontaktbereich 11a kontaktiert den ersten Halbleiter- Kontaktbereich 21a. Der zweite Kontaktbereich 12 kontaktiert den zweiten Halbleiter- Kontaktbereich 22. Der dritte Kontaktbereich 13a kontaktiert den dritten
Zwischenkreis- Kontaktbereich 31. Der vierte Kontaktbereich 14 kontaktiert den vierten Zwischenkreis- Kontaktbereich 32. Der fünfte Kontaktbereich 11b kontaktiert den dritten Halbleiter- Kontaktbereich 21b. Der sechste Kontaktbereich 13b kontaktiert den dritten Zwischenkreis- Kontaktbereich 31b.
Die Verbindungsvorrichtung 10 weist einen positiven ersten Verbindungsbereich 15a auf, der den ersten Kontaktbereich 11a und den dritten Kontaktbereich 13a miteinander verbindet. Weiter weist die Verbindungsvorrichtung 10 einen negativen zweiten Verbindungsbereich 16a auf, der den zweiten Kontaktbereich 12 und den vierten Kontaktbereich 14 miteinander verbindet. Weiter weist die Verbindungsvorrichtung 10 einen negativen vierten Verbindungsbereich 16b auf, der ebenfalls den zweiten Kontaktbereich 12 und den vierten Kontaktbereich 14 miteinander verbindet. Weiter weist die Verbindungsvorrichtung 10 einen positiven dritten Verbindungsbereich 15b auf, der den fünften Kontaktbereich 11b und einen sechsten Kontaktbereich 13b miteinander verbindet.
Der erste Verbindungsbereich 15a ist lediglich durch eine vergleichsweise dünne Isolierfolie von dem zweiten Verbindungsbereich 16a getrennt. Der dritte
Verbindungsbereich 15b ist lediglich durch eine vergleichsweise dünne
Isolierfolie von dem vierten Verbindungsbereich 16b getrennt.
Der erste Kontaktbereich 11a, der zweite Kontaktbereich 12, der dritte
Kontaktbereich 13a, der vierte Kontaktbereich 14, der fünfte Kontaktbereich 11b und der sechste Kontaktbereich 13b sind planar ausgebildet und planparallel zu dem Halbleitermodul 20, beziehungsweise dem Zwischenkreiskondensator 30, angeordnet. Der erste Verbindungsbereich 15a, der zweite Verbindungsbereich 16a, der dritte Verbindungsbereich 16b und der vierte Verbindungsbereich 15b sind senkrecht zu dem Halbleitermodul 20, beziehungsweise dem
Zwischenkreiskondensator 30, angeordnet. Der Zwischenkreiskondensator 30 ist mit einer Zwischenkreis-Busbar ausgebildet. Der erste Zwischenkreis- Kontaktbereich 31a und der dritte
Zwischenkreis- Kontaktbereich 31b sind durch eine obere Kontaktplatte 34 gebildet. Der zweite Zwischenkreis- Kontaktbereich 32 ist durch eine untere Kontaktplatte 33 gebildet, die unter der oberen Kontaktplatte 34 angeordnet ist.
In der oberen Kontaktplatte 34 ist ein Fenster 35 gebildet, das einen freien Zugang zu der unteren Kontaktplatte 33 freigibt.
Da der vierte Kontaktbereich 14 mit der unteren Kontaktplatte 33 elektrisch verbunden ist, die untere Kontaktplatte 33 jedoch unter der oberen Kontaktplatte 34 angeordnet ist, weist der vierte Kontaktbereich 14 zwei Abwinkelungen auf, wodurch der vierte Kontaktbereich 14 den zweiten Verbindungsbereich 16a und den dritten Verbindungsbereich 16b auf Höhe des dritten Kontaktbereich 13 und des sechsten Kontaktbereich 13b kontaktiert.
Der erste Verbindungsbereich 15a ist kongruent zu dem zweiten
Verbindungsbereich 16a ausgebildet. Der dritte Verbindungsbereich 16b ist kongruent zu dem vierten Verbindungsbereich 15b ausgebildet.
Durch die beschriebene Ausführung sind die positiven und negativen Strompfade der durch die einzelnen Verbindungsbereiche 15a, 15b, 16a, 16b zwischen dem Halbleitermodul 20 und dem Zwischenkreiskondensator 30 annährend gleich lang.
Damit können sich gegenpolige strominduzierte Magnetfelder der
Verbindungsvorrichtung 10 besonders gut gegenseitig kompensieren.
Zur weiteren Reduzierung der Zwischenkreisinduktivität werden mehrere parallel geschaltete Halbleitermodule 20 beziehungsweise Zwischenkreiskondensatoren 30 durch mehrere Verbindungsvorrichtungen 10 verbunden, die sich jeweils einen benachbarten Kontaktbereich, in diesem Fall den fünften Kontaktbereich 11b und den sechsten Kontaktbereich 13b teilen. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Induktivität von 1,24 nH erreicht werden, was im Vergleich zu einer gewöhnlichen Bändchenbond-Lösung mit 2,72 nH eine Reduzierung darstellt.
Fig. 2 zeigt eine Verbindungsvorrichtung 110 nach einer zweiten
Ausführungsform. Grundsätzlich ist der Aufbau identisch der
Verbindungsvorrichtung 10 nach der ersten Ausführungsform. Im Unterschied dazu sind die Verbindungsbereiche 115a, 115b, 116a, 116b derart an dem Zwischenkreiskondensator 130 angeordnet und das Fenster 135 derart ausgebildet, dass die Verbindungsbereiche 115a, 115b, 116a, 116b jeweils möglichst nahe an den jeweiligen Kanten 135a des Fensters 135 liegen.
Beispielsweise kann auf dies Weise die Induktivität auf 1,16 nH abgesenkt werden.
Fig. 3 zeigt eine Verbindungsvorrichtung 210 nach einer dritten Ausführungsform. Grundsätzlich ist der Aufbau identisch der Verbindungsvorrichtung 10 nach der ersten Ausführungsform. Im Unterschied dazu ist der Zwischenkreiskondensator 230 mit einer gestufte Zwischenkreis-Busbar ausgebildet. Die obere
Kontaktplatte 234 ist als obere Stufe 234 ausgebildet und die untere
Kontaktplatte 233 ist als untere Stufe 233 ausgebildet.
Die obere Kontaktplatte 234 trägt das positive Potential. Deshalb sind der dritte Kontaktbereich 213a und der sechste Kontaktbereich 213b ebenfalls als Stufe ausgebildet, die davon isoliert planar über die untere Stufe 233 zur oberen Stufe 234 geführt sind. Der positive Strompfad auf die obere Stufe 234 ist somit länger als der negative Strompfad auf die untere Stufe 233. Dies wirkt sich negativ auf die Verbindungsinduktivität aus.
Deshalb ist der der vierte Kontaktbereich 214 derart verlängert, dass er isoliert über die obere Stufe 234 geführt ist. Der vierte Kontaktbereich 214 erstreckt sich dabei kongruent unter dem dritten Kontaktbereich 213a und dem sechsten Kontaktbereich 213b. Auf diese Weise sind der positive Strompfad und der negative Strompfad gleich lang, da der Strom den Weg der geringsten Induktivität wählt, der in diesem Fall durch den verlängerten zweiten negativen Kontaktbereich 214 führt.
Fig. 4 zeigt den negativen Strompfad N und den positiven Strompfad P bei der Verbindungsvorrichtung 210 nach der dritten Ausführungsform.
Durch den ersten Kontaktbereich 211a fließt der erste positive Strombereich IP1 und der zweite positive Strombereich IP2. Durch den zweiten Kontaktbereich 212 fließt der erste negative Strombereich INI und der zweite negative Strombereich IN2. Durch den ersten Verbindungsbereich 215a fließt der dritte positive
Strombereich IP3 und durch den zweiten Verbindungsbereich 216a fließt der dritte negative Strombereich IN3. Durch den dritten Kontaktbereich 213a fließt der vierte positive Strombereich IP4 und der fünfte positive Strombereich IP5. Durch den vierten Kontaktbereich 214 fließt der vierte negative Strombereich IN4, der fünfte negative Strombereich IN5 und der sechste negative
Strombereich IN6.
Das Magnetfeld des ersten negativen Strombereichs INI und des zweiten negativen Strombereichs IN2 kompensieren sich gegenseitig (dargestellt durch die Kreise auf den Stromleitungen) Das Magnetfeld des ersten positiven
Strombereichs IP1 und des zweiten positiven Strombereichs IP2 kompensieren sich gegenseitig. Das Magnetfeld des dritten negativen Strombereichs IN3 und das Magnetfeld des dritten positiven Strombereichs IP3 kompensieren sich gegenseitig. Das Magnetfeld des vierten negativen Strombereichs IN4, des fünften negativen Strombereichs IN5 und des vierten positiven Strombereichs IP4 kompensieren sich gegenseitig. Das Magnetfeld des sechsten negativen Strombereichs IN6 und des fünften positiven Strombereichs IP5 kompensieren sich gegenseitig.
Da der Strom dem Weg der niedrigsten Induktivität folgt, endet der negative Pfad nicht nach dem vierten negativen Strombereich IN4, sondern verläuft entlang dem fünften Strombereich IN5 und dem sechsten negativen Strombereich IN6.
Auf diese Weise kann die Verbindungsinduktivität im Vergleich zu einer
Bändchenbond-Lösung um 20% verringert werden.

Claims

Ansprüche
1. Niederinduktive Verbindungsvorrichtung (10), zum Verbinden eines
Halbleitermoduls (20) mit einem Zwischenkreiskondensator (30);
umfassend:
mindestens einen ersten Kontaktbereich (11a) und einen dem ersten Kontaktbereich (11a) gegenpoligen zweiten Kontaktbereich (12), die eingerichtet sind, das Halbleitermodul (20) zu kontaktieren;
mindestens einen dem ersten Kontaktbereich (11a) gleichpoligen dritten Kontaktbereich (13a) und einen dem dritten Kontaktbereich (13a) gegenpoligen vierten Kontaktbereich (14), die eingerichtet sind, den Zwischenkreiskondensator (30) zu kontaktieren;
mindestens einen ersten Verbindungsbereich (15a), der eingerichtet ist, den ersten Kontaktbereich (11a) und den dritten Kontaktbereich (13a)
miteinander zu verbinden;
mindestens einen zweiten Verbindungsbereich (16a), der eingerichtet ist, den zweiten Kontaktbereich (12) und den vierten Kontaktbereich (14) miteinander zu verbinden; wobei
der erste Verbindungsbereich (15a) und der zweite Verbindungsbereich (16a) jeweils als voneinander getrennte planare Busbar ausgebildet ist.
2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei
der erste Verbindungsbereich (15a) und der zweite Verbindungsbereich (16a) planparallel zueinander angeordnet sind.
3. Verbindungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei
der erste Kontaktbereich (11a), der zweite Kontaktbereich (12), der dritte Kontaktbereich (13a) und der vierte Kontaktbereich (14) planparallel zueinander angeordnet sind; wobei
der erste Verbindungsbereich (15a) und der zweite Verbindungsbereich (16a) senkrecht zu den Kontaktbereichen (11a, 12, 13a, 14) angeordnet sind.
4. Verbindungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei
der erste Verbindungsbereich (15a) und der zweite Verbindungsbereich (16a) lediglich durch eine Isolierschicht voneinander getrennt sind.
5. Verbindungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei
der erste Verbindungsbereich (15a) und der zweite Verbindungsbereich (16a) jeweils als voneinander getrennte laminierte planare Busbar ausgebildet sind.
6. Verbindungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei
ein Abstand zwischen dem ersten Verbindungsbereich (15a) und dem zweiten Verbindungsbereich (16a) konstant ist.
7. Verbindungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei
der zweite Verbindungsbereich (16a) zumindest teilweise kongruent zu dem ersten Verbindungsbereich (15a) ausgebildet ist, vorzugsweise der zweite Kontaktbereich (12) und/oder der vierte Kontaktbereich (14) kongruent zu dem jeweiligen ersten Kontaktbereich (11a) und dem dritten Kontaktbereich (13a) ausgebildet sind.
8. Verbindungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei
der Zwischenkreiskondensator (30) mit einer Zwischenkreis-Busbar ausgebildet ist.
9. Verbindungsvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei
der Zwischenkreiskondensator (30) mit einer gestuften Zwischenkreis- Busbar (230) mit einer ersten Stufe (233) und einer zweiten Stufe (234) ausgebildet ist; wobei die zweite Stufe (234) parallel versetzt zu der ersten Stufe (233) angeordnet ist; wobei
ein Kontaktbereich (214), welcher die erste Stufe (233) kontaktiert, derart verlängert ist, dass er isoliert von der zweiten Stufe (234) planar über diese geführt ist.
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