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Dokumentenidentifikation DE3540551C2 15.02.1990
Titel Halbleiter-Modul für eine schnelle Schaltanordnung
Anmelder Anton Piller GmbH & Co KG, 3360 Osterode, DE
Erfinder Sachs, Klaus, Dipl.-Ing., 3360 Osterode, DE
Vertreter Gralfs, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 3300 Braunschweig
DE-Anmeldedatum 15.11.1985
DE-Aktenzeichen 3540551
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.02.1987
Date of publication of amended patent 15.02.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.1990
IPC-Hauptklasse H03K 17/56
IPC-Nebenklasse H05K 3/46   
Zusammenfassung Elektrisches Halbleiter-Schaltmodul für eine Schaltanordnung mit Schaltzeiten in der Größenordnung von 100 ns und hohen Strömen. Die Schaltanordnung weist eine Parallelschaltung von aktiven Halbleiterschaltelementen und Dioden auf, die jeweils in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet sind, mit einem Lastanschluß von Halbleiterschaltelement und Diode derart, daß das Halbleiterschaltelement und die Diode bezogen auf den Lastanschluß gleichsinnig vom Strom durchflossen werden. Die Anschlüsse für das Gleichspannungspotential sind mit räumlich eng benachbarten Leitern ausgebildet. Auf wenigstens einer elektrisch isolierenden Substratplatte ist eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen und Dioden ausgebildet, die lastseitig mit einer dem Lastanschluß zugeordneten leitenden Schicht auf der Oberfläche der Substratplatte verbunden sind. Der Anschluß der Gleichspannungsquelle kann über zwei durch eine Isolierschicht geführte parallele Leiterschichten erfolgen. Weiter kann der Anschluß über vieradrige symmetrische Leitungen erfolgen, in denen jeweils gegenüberliegende Leiter an einen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiter-Modul für eine schnelle Schaltanordnung mit einem aktiven Halbleiterschaltelement und einer Freilaufdiode, die in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet sind, mit einem gemeinsamen Lastanschluß von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode, derart, daß das Halbleiterschaltelement und die Freilaufdiode bezogen auf den gemeinsamen Lastanschluß gleichsinnig von Strom aus einer Gleichspannungsquelle durchflossen werden, die an die jeweils anderen Anschlüsse von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode angeschlossen ist, bei dem die jeweils anderen Anschlüsse von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode jeweils mit einer von zwei durch eine Isolierschicht getrennten Leiterschichten verbunden sind, die in unmittelbarer Nachbarschaft von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode angeordnet sind und vom Laststrom gleichsinnig durchflossen werden, und bei dem jeweils eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen und Dioden auf einer elektrisch isolierenden Substratplatte angeordnet sind, und stellt eine Verbesserung und weitere Ausbildung der Erfindung nach Patent 34 20 535 dar.

Bei dem Halbleiter-Modul nach dem Hauptpatent wird für den Schaltkreis mit dem aktiven Halbleiterelement und der Freilaufdiode eine extrem niedrige Induktivität erreicht, durch die es möglich ist, auch bei extrem kurzen Schaltzeiten die beim Abschalten eines Stromes auftretenden Überspannungen am Transistor auf dessen zulässige Überspannungen zu begrenzen.

Zur Erzielung einer höheren Leistung werden nach dem Hauptpatent eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen und Dioden unmittelbar nebeneinander angeordnet, wobei sich die Leiterschichten, über die der Anschluß an die Gleichspannungsquelle erfolgt, über die Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen und Dioden in deren unmittelbarer Nachbarschaft erstrecken. Bei den Ausführungsformen ist dabei als gemeinsamer Lastpunkt für alle Halbleiterschaltelemente und Dioden eine zu den beiden der Stromversorgung dienenden Leiterschichten im wesentlichen parallele Leiterschicht vorgesehen, die auf der den Halbleiterschaltelementen und Dioden abgewandten Seite der Leiterschichten für die Stromversorgung liegt. Diese Ausführung bedingt, daß die Bonddrähte der Halbleiterschaltelemente und Dioden für den gemeinsamen Lastanschluß durch die Leiterschichten für die Stromversorgung hindurchgeführt werden müssen. Dies kann bei der Montage Schwierigkeiten bereiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Halbleiter-Modul nach dem Hauptpatent weiterzuentwickeln.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die lastseitige Verschaltung der Halbleiterschaltelemente und Dioden direkt auf der Substratplatte durchgeführt wird. Der äußere Lastanschluß kann dann direkt an eine auf der Substratplatte angeordnete Leiterschicht geführt werden, die hierbei den gemeinsamen Lastpunkt für alle Paarungen von Halbleiterschaltelementen und Dioden bildet.

Durch zweckmäßige Anordnung der Leiterschichten auf der Substratplatte kann die gewünschte Schaltung über die Bonddrähte der Halbleiterschaltelemente und der Dioden hergestellt werden, soweit nicht bereits eine unmittelbare Kontaktierung der auf die Leiterschichten aufgesetzten Chips erfolgt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Grundschaltung eines Halbleiter-Moduls.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht ein Halbleiter-Modul mit einer Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen und Dioden.

Fig. 3 zeigt für eine Anordnung nach Fig. 2 eine Stromzufuhr der Gleichspannung mit zwei parallelen Leiterschichten.

In Fig. 1 ist die Grundschaltung des Halbleiter-Moduls entsprechend Fig. 2 des Hauptpatentes wiedergegeben. Ein aktives Halbleiterschaltelement 4, hier dargestellt als Transistor, und eine Freilaufdiode 8 sind in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet. Beide sind mit einem gemeinsamen Lastanschluß 12 derart verbunden, daß das Halbleiterschaltelement 4 und die Freilaufdiode 8 bezogen auf den gemeinsamen Lastanschluß gleichsinnig vom Strom aus einer Gleichspannungsquelle 6 durchflossen werden, die an die jeweils anderen Anschlüsse 14, 16 von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode angeschlossen sind. Die jeweils anderen Anschlüsse von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode sind jeweils mit vom Laststrom gleichsinnig durchflossenen Leitern verbunden, die nach dem Hauptpatent durch zwei durch eine Isolierschicht getrennte Leiterschichten gebildet werden, die in unmittelbarer Nachbarschaft von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode angeordnet sind. Der Stromkreis mit dem Halbleiterschaltelement 4 und der Diode 8 wird durch einen Stützkondensator 10 abgeschlossen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein isolierendes Substrat 20 vorgesehen, auf dem voneinander getrennte Leiterflächen für die Stromzufuhr und den Lastanschluß vorgesehen sind. Diese Leiteranschlüsse können auf die Substratplatte 20 aufgeklebte Leiterbleche sein, die jeweils am Rande des Substrates mit Anschlußfahnen versehen sind, die beispielsweise senkrecht zur Leiterflächenebene nach oben geführt sind.

Im einzelnen sind auf der Substratplatte vier Halbleiterschaltelemente 22 und vier Dioden 24 angeordnet. Für die Halbleiterschaltelemente sind Leiterflächen 26 vorgesehen, auf die die als Transistoren ausgebildeten Halbleiterschaltelemente 22 derart aufgelötet oder leitend aufgeklebt sind, daß der Kollektoranschluß mit der Leiterfläche 26 verbunden ist. Die Anschlußfahne 28 dieser Leiterfläche bildet den Pluspol der Stromversorgung. Neben der Leiterfläche 26 ist eine Leiterfläche 30 mit einer Anschlußfahne 32 vorgesehen. An die Leiterfläche 30 ist der Bonddraht der Basis des Halbleiterschaltelementes 22 angeschlossen. Zwischen die Leiterflächen 26 greifend ist eine Leiterfläche 34 für den Lastanschluß vorgesehen. An diese Leiterfläche sind die Halbleiterschaltelemente 22 mit den Emitterbonddrähten angeschlossen. Auf die Leiterfläche 34 sind weiter die Dioden 24 aufgelötet oder leitend aufgeklebt, und zwar derart, daß der dem gemeinsamen Lastanschluß 12 zugeordnete Pol der Diode leitend mit der Leiterfläche 34 verbunden ist. Der Bonddraht des anderen Pols ist an eine weitere Leiterfläche 36 mit einer Anschlußfahne 38 für den Minuspol der Stromversorgung verbunden.

Die Leiterfläche 34 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils zwischen den Leiterfahnen 32 und 38 mit einer Leiterfahne 40 als Steueranschlüsse für die Emitter der Halbleiterschaltelemente 22 versehen.

Als Möglichkeit für den Anschluß der Last sind Leiterfahnen 42 angegeben sowie eine querverlaufende Leiterfahne 44. Da der gemeinsame Lastanschluß 12 aller Halbleiterschaltelemente und Dioden auf der Leiterfläche 34 liegt, kann der Lastanschluß an beliebiger Stelle der Leiterfläche 34 erfolgen, beispielsweise also wahlweise an den Leiterfahnen 42 oder 44, wobei diese Leiterfahnen auch beliebig untereinander verbunden sein können.

Der Anschluß an die Spannungsquelle 6 erfolgt, wie in Fig. 3 dargestellt, entsprechend dem Hauptpatent über zwei parallele und gegeneinander isolierte plattenförmige Leiterschichten 46, 48, die in Fig. 3 zur Veranschaulichung mit unterschiedlicher Breite dargestellt sind, aber selbstverständlich auch gleiche Breite haben können. Die beiden Leiterschichten sind in der Länge versetzt, so daß überstehende Enden 50, 52 gebildet werden, an die der Plus- bzw. der Minuspol der Spannungsquelle 6anschließbar sind. Die beiden Leiterschichten 46, 48 sind seitlich mit Anschlußfahnen 54 an der Leiterschicht 48 und Anschlußfahnen 56 an der Leiterschicht 46 versehen. Mit diesen Anschlußfahnen sind jeweils die Anschlußfahnen 28 bzw. 38 verbunden. In Fig. 3 sind weiter die Anschlußfahnen 40 für die Leiterschicht 34 des Lastanschlusses ersichtlich. Die Anschlußfahne 44 könnte beispielsweise unter der Leiterschicht 46 abgebogen und mit Anschlußmitteln für den Lastanschluß versehen sein. Die Anschlußfahnen 32 sind als Steueranschlüsse der Transistoren an eine Steuerschaltung zu führen. Zwischen die Leiterschichten 46 und 48 sind Stützkondensatoren 58 geschaltet.

Zwischen den beiden Leiterschichten ist vorzugsweise eine Isolierschicht angeordnet.

Fig. 3 zeigt ein Halbleiter-Modul, das in seinem Aufbau dem Halbleiter-Modul nach Fig. 2 entspricht. Es sind daher hier die gleichen Bezugszeichen eingetragen und hinsichtlich des Aufbaus und der Funktion wird auf die Beschreibung der Fig. 2 verwiesen. Abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 ist hier der Anschluß an die Spannungsquelle gelöst. Der Anschluß erfolgt hier über ein vieradriges Kabel mit symmetrischem Querschnitt, der in Fig. 5 dargestellt ist. Dieses Kabel 60 hat vier Adern 62, 64, 66 und 68, die jeweils gegeneinander isoliert sind, wobei die Isolierung so dünn wie möglich ausgeführt werden sollte. Die vier Adern können in eine gemeinsame Isolierhülle 70 eingeschlossen werden. Sie sind zur Erhaltung ihrer Lage gegeneinander vorzugsweise verdrillt. Wie in Fig. 5 dargestellt, sind jeweils zwei gegenüberliegende Adern 62, 66 bzw. 64, 68 einem Pol der Spannungsquelle zugeordnet.


Anspruch[de]
  1. 1. Halbleiter-Modul für eine schnelle Schaltanordnung mit einem aktiven Halbleiterschaltelement und einer Freilaufdiode, die in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet sind, mit einem gemeinsamen Lastanschluß von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode, derart, daß das Halbleiterschaltelement und die Freilaufdiode bezogen auf den gemeinsamen Lastanschluß gleichsinnig von Strom aus einer Gleichspannungsquelle durchflossen werden, die an die jeweils anderen Anschlüsse von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode angeschlossen ist, bei dem die jeweils anderen Anschlüsse von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode jeweils mit einer von zwei durch eine Isolierschicht getrennten Leiterschichten verbunden sind, die in unmittelbarer Nachbarschaft von Halbleiterschaltelement und Freilaufdiode angeordnet sind und vom Laststrom gleichsinnig durchflossen werden, und bei dem eine Mehrzahl von Halbleiterschaltelementen und Dioden auf wenigstens einer elektrisch isolierenden Substratplatte angeordnet sind, nach Patent 34 20 535, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltelemente (22) und Dioden (24) lastseitig mit einer dem Lastanschluß zugeordneten leitenden Schicht (34) auf der Oberfläche der Substratplatte (20) verbunden sind.
  2. 2. Halbleiter-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Substratplatte (20) gesonderte leitende Abschnitte (26) für die Anbringung der Halbleiterschaltelemente (22) vorgesehen sind.
  3. 3. Halbleiter-Modul nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der leitenden Schichten (26, 30, 34, 36) auf dem Substrat mit wenigstens einer Anschlußfahne (28, 32, 34, 38) versehen ist.






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