Halbleiterbauelement

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit zwei Thyristorchips; sie betrifft außerdem ein Leistungshalbleitermodul mit einem solchen Halbleiterbauelement.

In Halbleiterschaltgeräten, z. B. Sanf tstartern, kann eine antiparallele Schaltung von zwei Thyristoren als ein Halbleiterschalter zum Schalten eines Wechselstroms verwendet werden, siehe z. B. DE102016214419A1 (Siemens AG) 08.02.2018. Dafür muss die Kathode eines ersten Thyristorchips mit der Anode eines zweiten Thyristorchips verbunden werden; darüber hinaus sind in der anti-parallelen Schaltung noch weitere elektrische Verbindungen herzustellen.

Es ist bekannt, diese elektrischen Verbindungen der Thyristoren mittels Bonddrähten auszuführen, siehe z. B. W02008/071134A1 (Siemens AG) 19.06.2008 und DE102008031297A1 (Siemens AG) 14.01.2010. Um die in einem Leistungshalbleitermodul auftretenden Stromstärken bewältigen zu können, werden je elektrischer Verbindung unter Umständen mehrere parallel verlaufende Bonddrähte benötigt, die in vielen Fällen auch noch in einem abgewinkelten Verlauf geführt und gebondet werden müssen. Dadurch wird die Herstellung einer antiparallelen Schaltung von zwei Thyristoren erschwert.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Herstellung einer antiparallelen Schaltung von zwei Thyristoren zu vereinfachen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfacher herzustellende Thyristorschaltung anzugeben .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Halbleiterbauelement mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Das Halbleiterbauelement weist einen Schaltungsträger auf, der in einer ersten Leiterschicht eine erste Leiterbahn auf- weist . Der Schaltungsträger kann alternativ auch als „Substrat" bezeichnet sein . Der Schaltungsträger kann als eine sogenannte DCB (= Direct Copper Bonding) ausgebildet sein . Eine DCB ist ein Sandwich, bestehend aus zwei Leiterschichten, z . B . Kupfer- oder Aluminiumschichten oder -lagen, und einer dazwischenliegenden isolierenden Schicht , z . B . einer Keramikschicht . Eine solche DCB lässt im Vergleich zu konventionellen Leiterplatten, wie z . B . Epoxy-Leiterplatten, erheblich höhere Temperaturen für die zu tragenden Bauelemente , insbesondere der Leistungshalbleiter, zu . Dabei kann die erste Leiterbahn durch eine Unterteilung, z . B . durch ein Strukturierungsverfahren wie Fotolithografie der Halbleitertechnik, der ersten Leiterschicht in voneinander elektrisch isolierte Leitungs- und Anschlussstrukturen gebildet worden sein . Die erste Leiterbahn der ersten Leiterschicht ist also eine auf einer elektrisch isolierenden Schicht eines Schaltungsträgers angeordnete elektrisch leitfähige Fläche , die von anderen Leiterbahnen der ersten Leiterschicht elektrisch isoliert ist . Diese Leiterbahnen dienen als Leitungsstrukturen und als Kontakt flächen für elektronische Bauelemente . Die Gesamtheit der Leiterbahnen eines Schaltungsträgers bildet ein Schaltungslayout auf der isolierenden Trägerschicht .

Das Halbleiterbauelement weist einen ersten Thyristorchip auf , der auf seiner Oberseite einen Anodenkontakt und einen Gatekontakt und auf seiner Unterseite einen Kathodenkontakt aufweist ; dabei ist der erste Thyristorchip mit seinem Kathodenkontakt so auf die erste Leiterbahn aufgesetzt , dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Kathodenkontakt und der ersten Leiterbahn besteht . Die erste Leiterbahn weist eine planar ausgebildete erste Kontakt fläche auf , an welcher der Kathodenkontakt des ersten Thyristorchips anliegt . Insbesondere ist der Kathodenkontakt über eine Lötverbindung mit der ersten Kontakt fläche elektrisch verbunden, so dass ein nied- rigohmiger elektrischer Übergang mit zugleich einem geringen Wärmeleitwiderstand hergestellt ist . Die elektrische Verbindung, z . B . in Form einer Lötung, sorgt zudem dafür, dass der erste Thyristorchip mechanisch auf der ersten Leiterbahn der ersten Leiterschicht fixiert ist .

Das Halbleiterbauelement weist einen zweiten Thyristorchip auf , der auf seiner Oberseite einen Kathodenkontakt und einen Gatekontakt und auf seiner Unterseite einen Anodenkontakt aufweist ; dabei ist der zweite Thyristorchip mit seinem Anodenkontakt so auf die erste Leiterbahn aufgesetzt , dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Anodenkontakt und der ersten Leiterbahn besteht . Die erste Leiterbahn weist eine zweite eben ausgebildete Kontakt fläche auf , an welcher der Anodenkontakt des zweiten Thyristorchips anliegt . Insbesondere ist der Anodenkontakt über eine Lötverbindung mit der zweiten Kontakt fläche elektrisch verbunden, so dass ein niederohmiger elektrischer Übergang mit zugleich einem geringen Wärmeleitwiderstand hergestellt ist . Die elektrische Verbindung, z . B . in Form einer Lötung, sorgt zudem dafür, dass der zweite Thyristorchip mechanisch auf der ersten Leiterbahn der ersten Leiterschicht fixiert ist .

Die Thyristorchips sind als Mikrochip ausgebildete Thyristoren . Die Thyristorchips werden in dieser Beschreibung auch einfach als Thyristoren bezeichnet . Die einzelnen Thyristorchips können platten- oder scheibenförmig ausgebildet sein . Sie weisen j eweils zwei Hauptanschlüsse , nämlich einen Kathodenkontakt und einen Anodenkontakt , und einen Steuerelektrodenanschluss , nämlich einen Gatekontakt , auf , wobei sich einer der Hauptanschlüsse sowie der Steuerelektrodenanschluss auf der Oberseite des Thyristorchips und der andere Hauptanschluss auf der Unterseite des Thyristorchips befinden .

Ein derartiger Thyristorchip ist insbesondere gehäuselos . Im Wesentlichen besteht ein solcher Thyristorchip aus dem Halbleiterchip selbst , dem sogenannten „Die" ( engl . : Würfel , Plättchen) . Auf dem Die sind Kontaktierungs flächen zum Bonden, d . h . zum elektrischen Kontaktieren der Elektroden des Thyristorchips , vorhanden . Die kompakte Bauart erlaubt einen niederohmigen Anschluss des Thyristorchips an die Leiterschicht bei einem zugleich geringen Wärmeübergangswiderstand zur Kühlung des Thyristorchips .

Das Halbleiterbauelement weist mindestens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement , insbesondere ein Metallelement z . B . aus Kupfer oder Aluminium, auf , das den Anodenkontakt des ersten Thyristorchips mit dem Kathodenkontakt des zweiten Thyristorchips elektrisch verbindet . Außerdem stellt die erste Leiterbahn der ersten Leiterschicht eine elektrische Verbindung zwischen dem Kathodenkontakt des ersten Thyristorchips und dem Anodenkontakt des zweiten Thyristorchips her . Als das mindestens eine elektrisch leitfähige Verbindungselement können Bonddrähte , Stanzteile oder beliebig hergestellte Metallstücke verwendet werden; es ist prinzipiell j edes elektrisch leitfähige Element verwendbar, das mit dem Anoden- und dem Kathodenkontakt elektrisch leitend verbunden werden kann . Die Anordnung der elektrisch leitfähigen Verbindungselemente , insbesondere der Verlauf der Bonddrähte , in dem Halbleiterbauelement zur Herstellung der erforderlichen elektrischen Verbindungen des Halbleiterbauelements wird vereinfachend als „Bondbild" bezeichnet , auch wenn die allgemeinere Bezeichnung „Verbindungselementbild" an dieser Stelle richtiger wäre .

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde , dass sich durch den Einsatz zweier unterschiedlicher Thyristorchips , eines ersten Thyristorchips mit Kathode unten und eines zweiten Thyristorchips mit Kathode oben, das Bondbild und somit die Herstellung einer antiparallelen Schaltung von zwei Thyristoren wesentlich vereinfachen lässt . Die Lage von Anodenkontakt und Kathodenkontakt des ersten Thyristorchips ist dabei vertauscht gegenüber der Lage des zweiten Thyristorchips .

Die Erfindung ermöglicht eine Umsetzung der antiparallelen Schaltung der Thyristoren mit einem stark vereinfachten Bondbild . Die Anzahl der anzuordnenden elektrisch leitfähigen Verbindungselemente , insbesondere der zu ziehenden Bonddräh- te , wird signi fikant reduziert . Es müssen die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente nur noch auf der Oberseite der Chips angeordnet werden . Auch wird der Verlauf der elektrisch leitfähigen Verbindungselemente begradigt , z . B. ist ein Bonden mit einem geraden Verlauf der Bonddrähte möglich .

Die Erfindung ermöglicht eine einfachere Bonddrahtplatzierung und eine Reduzierung der Anzahl der Bonddrähte , was zu einer Reduzierung der Bondkosten führt . Man gewinnt infolge des vereinfachten Bondbilds auch Einbauplatz , so dass man in einem vorgegebenen Bauraum größere Halbleiter platzieren kann .

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Halbleiterbauelement einen Eingangskontakt und einen Ausgangskontakt auf . Durch diese beiden Kontakte kann das Halbleiterbauelement in einen Stromkreis geschaltet werden, wo das Halbleiterbauelement als Schalter fungiert . Dabei ist der Ausgangskontakt durch die erste Leiterbahn der ersten Leiterschicht mit dem Anodenkontakt des zweiten Thyristorchips elektrisch verbunden . Das Halbleiterbauelement weist außerdem mindestens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement , z . B . mindestens einen Bonddraht , auf , das den Eingangskontakt mit dem Anodenkontakt des ersten Thyristorchips elektrisch verbindet . Ein Vorteil dabei ist , dass die für den Betrieb des Halbleiterbauelements erforderlichen elektrischen Verbindungen mit elektrisch leitfähigen Verbindungselementen, z . B . Bonddrähten, und mit Leiterbahnen der ersten Leiterschicht hergestellt werden, die ein einfaches Bondbild ergeben .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Halbleiterbauelement einen ersten Steuerkontakt und einen zweiten Steuerkontakt auf . Die Steuerkontakte können als Kontaktierungs flächen ausgebildet sein, die auf einer Träger- schicht des Schaltungsträgers angeordnet sind . Sie können als Leiterbahnen der ersten Leiterschicht , z . B . Kupfer- oder Aluminiumfelder, die auf einer Trägerschicht des Schaltungsträgers angeordnet sind, ausgebildet sein, die von anderen Leiterbahnen der ersten Leiterschicht elektrisch isoliert sind . Dabei weist das Halbleiterbauelement außerdem mindestens einen Ansteuerdraht auf , welcher den ersten Steuerkontakt mit dem Gatekontakt des ersten Thyristorchips elektrisch verbindet . Und das Halbleiterbauelement weist mindestens einen Ansteuerdraht auf , der den zweiten Steuerkontakt mit dem Gatekontakt des zweiten Thyristorchips elektrisch verbindet . Ein Vorteil dabei ist , dass die für den Betrieb des Halbleiterbauelements erforderlichen elektrischen Verbindungen mit elektrisch leitfähigen Verbindungselementen, z . B . Bonddrähten, hergestellt werden, die ein einfaches Bondbild ergeben .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Halbleiterbauelement einen dritten Steuerkontakt auf . Der Steuerkontakt kann als eine Kontaktierungs fläche ausgebildet sein, die auf einer Trägerschicht des Schaltungsträgers angeordnet ist . Er kann als eine Leiterbahn der ersten Leiterschicht , z . B . ein Kupfer- oder Aluminiumfeld, das auf einer Trägerschicht des Schaltungsträgers angeordnet ist , ausgebildet sein, das von anderen Leiterbahnen der ersten Leiterschicht elektrisch isoliert ist . Und das Halbleiterbauelement weist mindestens einen Hil fsdraht auf , der den dritten Steuerkontakt mit dem Kathodenkontakt des zweiten Thyristorchips elektrisch verbindet . Ein Vorteil dabei ist , dass die für den Betrieb des Halbleiterbauelements erforderlichen elektrischen Verbindungen mit Bonddrähten hergestellt werden, die ein einfaches Bondbild ergeben .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Halbleiterbauelement einen vierten Steuerkontakt auf , der durch die erste Leiterbahn der ersten Leiterschicht mit dem Kathodenkontakt des ersten Thyristorchips elektrisch verbunden ist . Der vierte Steuerkontakt kann als eine Kontaktierungs fläche der ersten Leiterbahn ausgebildet sein . Ein Vor- teil dabei ist , dass für den Betrieb des Halbleiterbauelements erforderliche elektrischen Verbindungen mit Leiterbahnen der ersten Leiterschicht hergestellt werden, die ein einfaches Bondbild ergeben .

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist ein Leistungsmodul , kurz für : Leistungshalbleitermodul , mit einem Halbleiterbauelement gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen . Ein Leistungshalbleitermodul ist eine elektrische Vorrichtung, welche mit Hil fe von Halbleiterbauelementen elektrische Energie möglichst ef fi zient in die von verschiedenen Anwendungen benötigte Form umwandeln und über geeignete Schaltungen den Leistungs fluss zuverlässig steuern kann . Das erfindungsgemäße Leistungsmodul weist außer einem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement einen Kühlkörper, ein Gehäuse und eine Vergussmasse , z . B . ein Kunststof f , auf . Dabei weist der Schaltungsträger des Halbleiterbauelements außer der auf der Oberseite des Schaltungsträgers angeordneten ersten Leiterschicht noch eine auf der Unterseite des Schaltungsträgers angeordnete zweite Leiterschicht sowie eine die beiden vorgenannten Leiterschichten voneinander elektrisch isolierende mittlere Schicht auf .

Der Schaltungsträger kann eine DCB sein; dabei können die beiden Leiterschichten Kupfer- oder Aluminiumschichten und die mittlere Schicht eine Keramikschicht sein . Die möglichen Ausgestaltungen einer DCB sind dem Fachmann aber ausreichend bekannt und müssen an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt werden . Das Halbleiterbauelement ist auf dem Kühlkörper angeordnet und in dem Gehäuse eingehaust , welches mit der Vergussmasse ausgefüllt ist . Leistungshalbleitermodule werden zur I solation von Umwelteinflüssen in Gehäuse eingebaut . Diese Gehäuse schützen das Modul vor mechanischen Zerstörungen, Feuchtigkeit und anderen schädlichen Einwirkungen von außen . Das Gehäuse ist üblicherweise mit einer Füllmasse vergossen, die als elektrische I solationsschicht und zugleich als mechanische Halterung dient . Es resultiert ein Kunststof f körper, in welchen die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile und Komponenten vollständig eingebettet sind und aus welchem lediglich die elektrischen Zu- und Ableitungen des Leistungsmoduls herausragen .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Leistungsmoduls sind zwischen den Thyristorchips und der ersten Leiterschicht und zwischen dem Kühlkörper und der zweiten Leiterschicht j eweils Verbindungsschichten angeordnet . Dabei kann es sich um Schichten aus Lot oder anderen elektrisch leitfähigen Materialien handeln . Die Verbindungsschichten stellen eine mechanische Fixierung und eine elektrische und thermische Verbindung zwischen den verbundenen Bauelementen her .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Leistungsmoduls sind der Eingangskontakt und der Ausgangskontakt des Halbleiterbauelements j eweils durch die Vergussmasse hindurch mit einer ersten bzw . zweiten Kontaktierungsvorrichtung, welche außerhalb des Gehäuses angeordnet sind, elektrisch verbunden . Das Leistungsmoduls weist somit einen Kunststof f körper auf , in welchen die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile und Komponenten vollständig eingebettet sind und aus welchem lediglich die elektrischen Zu- und Ableitungen des Leistungsmoduls herausragen .

Im Folgenden wird die Erfindung unter Zuhil fenahme der beiliegenden Zeichnung erläutert . Es zeigt j eweils schematisch und nicht maßstabsgetreu

Fig . 1 ein Schaltbild eines Thyristorpaars ;

Fig . 2 einen Schnitt durch ein herkömmliches Leistungsmodul ;

Fig . 3 ein Schaltbild und ein Bondbild eines herkömmlichen Thyristorpaars ;

Fig . 4 einen Schnitt eines herkömmlich verschalteten Thyristorpaars ; Fig. 5 ein Schaltbild und ein Bondbild eines erfindungsgemäßen Thyristorpaars;

Fig. 6 einen Schnitt eines erfindungsgemäß verschalteten Thyristorpaars ;

Fig. 7 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul gemäß einer ersten Ausgestaltung; und

Fig. 8 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul gemäß einer weiteren Ausgestaltung.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Bauelements, welches ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar Tl.l, TI.2 aufweist, das über Kontaktstücke LI, L2 des Bauelements mit den beiden Polen einer Wechselspannungsquelle verbunden werden kann. Dabei können die Thyristoren Tl.l, TI.2 jeweils in Form eines Halbleiterchips Cl, C2 ausgebildet sein. Die Thyristoren Tl.l, TI.2 weisen jeweils eine Anode Al, A2, eine Kathode Kl, K2 und eine Gate-Elektrode Gl, G2 auf. Durch ein Steuergerät können beide Thyristoren Tl.l, TI.2 jeweils durch Anlegen eines Stroms an die Gate-Elektroden Gl, G2 eingeschaltet werden, d. h. von einem sperrenden Ausgangszustand in einen leitenden Zustand überführt werden. Das Einschalten eines Thyristors durch ein Anlegen dieses Gatestroms wird als „Zünden" bezeichnet. Einmal gezündet, bleiben die Thyristoren auch ohne anliegenden Gatestrom stromleitend, bis der durch den leitfähigen Thyristor fließende Strom einen Mindestwert, den sog. Haltestrom, unterschreitet.

Bei herkömmlichen antiparallel geschalteten Thyristorpaaren Tl.l, TI.2 werden zwei Thyristoren gleichen Typs TI mit einem gleichen Aufbau verwendet: die Kathode Kl, K2 ist bei beiden Thyristorchips Tl.l, TI.2 an derselben Position, z. B. oben auf dem Chip. Demgegenüber werden bei einem erfindungsgemäßen antiparallel geschalteten Thyristorpaar zwei Thyristoren unterschiedlichen Typs T10, TI mit unterschiedlichem Aufbau verwendet: ein erster Thyristorchip Cl, T10 hat seine Kathode Kl unten und ein zweiter Thyristorchip C2 , TI hat seine Kathode K2 oben, d . h . gespiegelt zu dem ersten Thyristorchip Cl , T10 .

Fig . 2 zeigt einen Schnitt eines herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls 4 , in dem ein herkömmlich antiparallel geschaltetes Thyristorpaar Tl . l , TI . 2 verbaut ist . Das Leistungshalbleitermodul weist einen typischen hybriden leistungselektronischen Aufbau mit mehreren auf einem Sub- strat/Schaltungsträger zusammengefassten und miteinander ver- schalteten Leistungshalbleiterbauelementen Cl , C2 auf . Die Bestückung des Leistungshalbleitermoduls 4 umfasst mindestens ein Halbleiterbauelement Cl , C2 , welches ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar Tl . l , TI . 2 aufweist . Das Leistungshalbleitermodul 4 kann noch weitere Halbleiterbauelemente aufweisen, wie z . B . GTOs (= Gate Turn-Of f thyristor ) , MCTs (= MOS-Controlled Thyristor ) , Leistungsdioden, IGBTs (= Insulated Gate Bipolar Transistor ) oder MOSFETs (= Metal-Oxide- Semiconductor Field-Ef fect Transistor ) . Ein Modul 4 kann aber auch noch andere Beschaltungskomponenten, z . B . passive Bauelemente und Sensoren, beinhalten . Die Halbleiterbauelemente eines herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls 4 sind handelsübliche Bauteile , und werden deshalb im Folgenden nicht genauer beschrieben .

Das Leistungshalbleitermodul 4 enthält eine Bodenplatte P . Die Bodenplatte P ist im dargestellten Beispiel mittels einer Wärmeleitschicht I mit einem Kühlkörper KK verbunden, welcher Kühlrippen aufweisen kann, um die von den Halbleiterelementen erzeugte Wärme abzuführen . Auf die Darstellung von Kühlrippen an dem Kühlkörper KK in Fig . 2 wurde aus Gründen der Vereinfachung verzichtet . Eine andere günstige Aus führungs form wäre z . B . ein Flüssigkeitskühler . Die Wärmeleitschicht I kann aus einem TIM (= Thermal Interface Material ) bestehen, welches die thermische Kopplung zwischen der Bodenplatte P und dem Kühlkörper KK verbessert . Die Bodenplatte P wird durch eine Befestigungsvorrichtung B an dem Kühlkörper KK befestigt ; dabei unterstützt ein möglichst enger Kontakt zwischen der Bo- denplatte P und dem Kühlkörper KK die Abfuhr von Wärme von den Halbleiterbauelementen Cl, C2.

Die Bodenplatte P ist bevorzugt aus einem gut wärmeleitenden Material z. B. aus einem Metall wie Aluminium oder Kupfer oder einem Metall/Matrix-Komposit wie Aluminium- Siliziumkarbid (AlSiC) oder Kupfer-Siliziumkarbid (CuSiC) hergestellt. Dabei ist eine Bodenplatte P aus einem Metall- Keramik-Komposit (AlSiC, CuSiC) gut mit Kühlstrukturen KK aus dem gleichen Komposit oder aus dem zugehörigen Metall (Al, Cu) kombinierbar.

In dem gezeigten Aufbau sind die Leistungshalbleiterbauelemente Cl, C2 auf einem Schaltungsträger S aufgebaut. Der Schaltungsträger S bildet eine elektrische Isolation zwischen den Halbleiterbauelementen Cl, C2 und der Bodenplatte P und weist zudem eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, um die Wärme der Halbleiterbauelemente Cl, C2 zur Bodenplatte P abzuführen. Dabei kann der Schaltungsträger S eine Keramikschicht CC aufweisen, wobei Aluminiumnitrid (AIN) , Aluminiumoxid (A12O3) , Berylliumoxid (BeO) , Siliziumkarbid (SiC) oder Siliziumnitrid (SiN) bevorzugte Materialien sind. Vorzugsweise werden wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizienten keramische Schaltungsträger S, sogenannte DCB-Substrate verwendet, welche aus einem keramischen Isolator CC wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, bestehen, auf deren beiden Seiten jeweils eine dünne Schicht reinen Kupfers, nämlich eine erste Leiterschicht CU1 auf einer Oberseite der Keramikschicht CC und eine zweite Leiterschicht CU2 auf einer Unterseite der Keramikschicht CC, aufgebracht ist, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Verbindung des Schaltungsträ- gers S zur Bodenplatte P erfolgt über eine Lotschicht V.

Der Schaltungsträger S weist auf seiner den Halbleiterbauelementen Cl, C2 zugewandten Oberseite metallisierte Leiterbahnen Fl, F2, F3, F4 auf, die nach schaltungstechnischen Erfordernissen strukturiert sind: im vorliegenden Beispiel umfassen die Leiterbahnen Fl bis F4 einen Eingangskontakt LI, ei- nen Ausgangskontakt L2 , eine erste Leiterbahn Fl und eine zweite Leiterbahn F2 . Die Leiterbahnen Fl bis F4 wurden durch eine Unterteilung der ersten Leiterschicht GUI , welche auf der Oberseite der Keramikschicht CG angeordnet wurde , gebildet .

Mit den Leiterbahnen Fl bis F4 sind die elektronischen Halbleiterbauelemente Cl , C2 mechanisch und elektrisch verbunden; diese elektrischen Verbindungen können durch Lotschichten V hergestellt sein . Anstelle der Lotschichten V zwischen den Halbleiterbauelementen Cl , C2 und dem Schaltungsträger S kommt auch eine andere stof f schlüssige Verbindung bzw . Befestigung in Frage , die einen guten elektrischen und thermischen Kontakt gewährleistet , beispielsweise über eine Zwischenlage in Form einer Metallplatte . Elektrische Verbindungen zwischen den Leiterbahnen Fl bis F4 und den Halbleiterbauelementen Gl , C2 sind durch Bonddrähte D hergestellt .

Das Leistungshalbleitermodul 4 umfasst weiterhin ein Gehäuse H, das mit der Bodenplatte P abgeschlossen ist und somit einen Gehäuseinnenraum bildet . Üblich sind Kunststof f gehäuse . Das Gehäuse H kann außer aus Kunststof f auch aus einem anderen Dielektrikum, insbesondere aus einer Keramik, bestehen . Die Keramiken sind billig und resistent und haben für elektrische I solatoren eine gute thermische Leitfähigkeit . Diese thermische Leitfähigkeit ist wichtig, um die entstandene Wärme abzuführen .

Zur gegenseitigen elektrischen I solation der Bauelemente des Leistungshalbleitermoduls 4 und zur Abdichtung des Schaltungsaufbaus gegen die Außenatmosphäre wird das Gehäuse H zumindest teilweise in Richtung der Bodenplatte P mit einer Vergussmasse M vergossen . Typisch wird das Gehäusevolumen soweit mit Vergussmasse M aufgefüllt , dass sie die Halbleiterbauelemente Cl , C2 gleichmäßig umgibt und die üblichen Normvorschri ften erfüllt sind . Die Anschlüsse 51 , 52 des Leistungshalbleitermoduls 4 sind über die Kontakte LI , L2 des Schaltungsträgers S und Lotschichten V an geeigneten Stellen aus dem vergossenen Gehäuse H herausgeführt, um äußere Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls 4 bereitzustellen.

Fig. 3 zeigt im Teil a ein Schaltbild und im Teil b ein Bondbild eines herkömmlichen Halbleiterbauelements mit einem antiparallel verschalteten Thyristorpaar. Das Schaltbild (Fig. 3a) zeigt zwei gleich ausgebildete Thyristoren Tl.l, TI.2, die antiparallel miteinander verschaltet sind. Die Kathode Kl, K2 ist bei beiden Thyristorchips Tl.l, TI.2 an derselben Position an der Oberseite des Chips. Das Gate Gl, G2 ist bei beiden Thyristorchips Tl.l, TI.2 an derselben Position an der Oberseite des Chips. Die Anode Al, A2 ist bei beiden Thyristorchips Tl.l, TI.2 an derselben Position an der Unterseite des Chips.

Die Verschaltung des beiden Thyristorchips Tl.l, TI.2 ist wie folgt: der Eingangskontakt LI der Schaltung ist mittels einer ersten Bond-Verbindung 11 mit der Kathode Kl des ersten Transistorchips Tl.l verbunden. Die Anode Al des ersten Transistorchips Tl.l ist mittels einer zweiten Bond-Verbindung 12 mit der Kathode K2 des zweiten Transistorchips TI.2 verbunden. Die Kathode Kl des ersten Transistorchips Tl.l ist mittels einer dritten Bond-Verbindung 13 mit der Anode A2 des zweiten Transistorchips TI.2 verbunden. Die Kathode K2 des zweiten Transistorchips TI.2 ist mittels einer vierten Bond- Verbindung 14 mit dem Ausgangskontakt L2 verbunden.

Das Bondbild (Fig. 3b) zeigt eine Draufsicht eines herkömmlich verschalteten Thyristorpaars. Aus der Kupferschicht, die als erste Leiterschicht GUI auf der Keramikschicht CC des Schaltungsträger angeordnet ist, sind durch ein Strukturierungsverfahren acht voneinander elektrisch isolierte Leiterbahnen gebildet: der Eingangskontakt LI des Halbleiterbauelements bildet eine dritte Leiterbahn F3. Der erste Transistorchip CI, Tl.l ist mit seinem Anodenkontakt Al auf einer ersten Leiterbahn Fl angeordnet. Der zweite Transistorchip C2, TI.2 ist mit seinem Anodenkontakt A2 auf einer zweiten Leiterbahn F2 angeordnet. Und der Ausgangskontakt L2 des Halbleiterbauelements bildet eine vierte Leiterbahn F4. Darüber hinaus bildet ein erster Steuerkontakt 31 eine fünfte F5, ein zweiter Steuerkontakt 32 eine sechste F6, ein dritter Steuerkontakt 33 eine siebente F7, und ein vierter Steuerkontakt 34 eine achte Leiterbahn F8.

Die Verschaltung des beiden Thyristorchips Tl.l, TI.2 ist wie folgt: Die dritte Leiterbahn F3, d. h. der Eingangskontakt LI der Schaltung, ist mittels einer ersten Bond-Verbindung 11 mit der Kathode Kl des ersten Transistorchips Tl.l verbunden. Die erste Leiterbahn Fl, auf das die Anode Al des ersten Transistorchips Tl.l gelötet ist, ist mittels einer zweiten Bond-Verbindung 12 mit der Kathode K2 des zweiten Transistorchips TI.2 verbunden. Die Kathode Kl des ersten Transistorchips Tl.l ist mittels einer dritten Bond-Verbindung 13 mit der zweiten Leiterbahn F2, auf das die Anode A2 des zweiten Transistorchips TI.2 gelötet ist, verbunden. Die Kathode K2 des zweiten Transistorchips TI.2 ist mittels einer vierten Bond-Verbindung 14 mit der vierten Leiterbahn F4, d. h. dem Ausgangskontakt L2 der Schaltung, verbunden.

Die fünfte Leiterbahn F5, welches einen ersten Steuerkontakt 31 (Hilfskathode) der Schaltung bildet, wird mittels eines ersten Hilfsdrahts 16 das Potential der Kathode Kl des ersten Transistors Tl.l zugeführt, wobei der erste Hilfsdraht 16 mit einem ersten Ende mit der Anode A2 des zweiten Transistors TI.2 verbunden ist, die auf dem Potential der Kathode Kl des ersten Transistors Tl.l liegt. Mit einem anderen Ende ist der erste Hilfsdraht 16 mit dem ersten Steuerkontakt 31 verbunden, von dem aus eine elektrische Verbindung zu einem Steuergerät zur Ansteuerung des ersten Thyristors Tl.l hergestellt werden kann. Der erste Steuerkontakt 31, über den dem Steuergerät Energie aus dem Hauptstromkreis zur Verfügung gestellt werden kann, wird für eine Ansteuerung des Gate Gl des ersten Transistorchips Tl.l verwendet. Von der sechsten Leiterbahn F6, welche einen zweiten Steuerkontakt 32 der Schaltung bildet, verläuft ein erster Ansteuerdraht 15 zum Gate Gl des ersten Thyristors Tl.l.

Von der siebten Leiterbahn F7, welche einen dritten Steuerkontakt 33 der Schaltung bildet, verläuft ein zweiter Ansteuerdraht 17 zum Gate G2 des zweiten Thyristors TI.2.

Der achten Leiterbahn F8, welche einen vierten Steuerkontakt 34 (Hilskathode ) der Schaltung bildet, wird mittels eines zweiten Hilfsdrahts 18 das Potential der Kathode K2 des zweiten Transistors TI.2 zugeführt, wobei der zweite Hilfsdraht 18 mit einem ersten Ende mit der Anode Al des ersten Transistors Tl.l verbunden ist, die auf dem Potential der Kathode K2 des zweiten Transistors TI.2 liegt. Mit einem anderen Ende ist der zweite Hilfsdraht 18 mit dem vierten Steuerkontakt 34 verbunden, von dem aus eine elektrische Verbindung zu einem Steuergerät zur Ansteuerung des zweiten Thyristors TI.2 hergestellt werden kann. Der vierte Steuerkontakt 34, über den dem Steuergerät Energie aus dem Hauptstromkreis zur Verfügung gestellt werden kann, wird für eine Ansteuerung des Gate G2 des zweiten Transistorchips TI.2 verwendet.

Um die in dem Leistungshalbleiterbauelement Cl, C2 auftretenden Stromstärken bewältigen zu können, werden pro elektrischer Verbindung 11, 12, 13, 14 mehrere parallel verlaufende Bonddrähte benötigt, die zudem auch noch in einem abgewinkelten Verlauf geführt und gebondet werden müssen. Dadurch wird die Herstellung einer antiparallelen Schaltung von zwei Thyristoren mit einem Bondbild gemäß Fig. 3b mittels Drahtbonden erschwert .

Fig 4 zeigt einen Schnitt von zwei herkömmlich miteinander verschalteten Thyristoren TI, T2 gemäß dem Schalt-/ Bondbild von Fig. 3. Die beiden Thyristorchips Cl, C2 haben den gleichen Aufbau, d. h. jeweils einen an der Unterseite des Chips angeordneten Anodenkontakt Al, A2, jeweils einen an der Oberseite des Chips angeordneten Kathodenkontakt Kl, K2, und je- wells einen an der Oberseite des Chips angeordneten Gatekontakt Gl , G2 . Zwischen den Kontakten an der Oberseite und der Unterseite befindet sich ein Halbleiter-Schichtaufbau 1 , der ebenfalls bei beiden Thyristorchips Cl , C2 gleich ausgebildet ist .

Der erste Thyristorchip Cl , Tl . l ist auf der ersten Leiterbahn Fl angeordnet . Dabei ist der an der Unterseite des ersten Thyristorchips Gl , Tl . l angeordnete Anodenkontakt Al mittels einer Lotschicht V elektrisch und mechanisch mit der ersten Leiterbahn Fl verbunden . Auf der Oberseite des ersten Thyristorchips Gl , Tl . l sind der Kathodenkontakt Kl und der Gatekontakt Gl angeordnet .

Der zweite Thyristorchip C2 , TI . 2 ist auf der zweiten Leiterbahn F2 angeordnet . Dabei ist der an der Unterseite des zweiten Thyristorchips C2 , TI . 2 angeordnete Anodenkontakt A2 mittels einer Lotschicht V elektrisch und mechanisch mit der zweiten Leiterbahn F2 verbunden . Auf der Oberseite des zweiten Thyristorchips C2 , TI . 2 sind der Kathodenkontakt K2 und der Gatekontakt G2 angeordnet .

Hinsichtlich der elektrischen Verschaltung der beiden Thyristorchips Cl , C2 durch Bonddrähte D wird auf die Beschreibung zu Fig . 3b verwiesen .

Fig . 5 zeigt im Teil a ein Schaltbild und im Teil b ein Bondbild eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements mit einem antiparallel verschalteten Thyristorpaar Cl , C2 . Das Schaltbild ( Fig . 5a ) zeigt zwei unterschiedlich ausgebildete Thyristoren T10 , TI , die antiparallel miteinander verschaltet sind . Die Kathode K10 des ersten Thyristorchips T10 ist an der Unterseite des Chips , wohingegen die Kathode K2 des zweiten Thyristorchips TI an der Oberseite des Chips ist . Die Anode A10 des ersten Thyristorchips T10 ist an der Oberseite des Chips , wohingegen die Anode A2 des zweiten Thyristorchips TI an der Unterseite des Chips ist . Das Gate G10 des ersten Thyristorchips T10 wie auch das Gate G2 des zweiten Thyristorchips TI sind an der Oberseite des j eweiligen Chips .

Die Verschaltung des beiden Thyristorchips T10 , TI ist wie folgt : der Eingangskontakt LI der Schaltung ist mittels einer ersten Bond-Verbindung 21 mit der Anode A10 des ersten Transistorchips T10 verbunden . Die Anode A10 des ersten Transistorchips T10 ist mittels einer zweiten Bond-Verbindung 22 mit der Kathode K2 des zweiten Transistorchips TI verbunden . Die Anode A2 des zweiten Transistorchips TI ist mittels einer dritten Bond-Verbindung 23 mit dem Ausgangskontakt L2 verbunden . Die Kathode K10 des ersten Transistorchips T10 ist mittels einer Verbindung 24 , welche keine Bonddraht-Verbindung ist , mit der Anode A2 des zweiten Transistorchips TI verbunden . Anstatt mit Bonddrähten können die elektrischen Verbindungen 21 , 22 , 23 auch mit anderen Verbindungselementen hergestellt sein .

Das Bondbild ( Fig . 5b ) zeigt eine Draufsicht eines erfindungsgemäß verschalteten Thyristorpaars Cl , C2 . Aus der Kupferschicht , die als eine erste Leiterschicht GUI auf der Keramikschicht CC des Schaltungsträger angeordnet ist , sind durch ein bekanntes Strukturierungsverfahren sechs voneinander elektrisch isolierte Leiterbahnen gebildet worden : Beide Transistorchips Cl , C2 sind auf einer ersten Leiterbahn Fl angeordnet : der erste Transistorchip Cl , T10 ist mit seinem Kathodenkontakt K10 auf der ersten Leiterbahn Fl angeordnet , wohingegen der zweite Transistorchip C2 , TI mit seinem Anodenkontakt A2 auf der ersten Leiterbahn Fl angeordnet ist . Ein vierter Steuerkontakt 44 ebenso wie der Ausgangskontakt L2 des Halbleiterbauelements sind ebenfalls auf der ersten Leiterbahn Fl platziert . Der Eingangskontakt LI des Halbleiterbauelements bildet eine zweite Leiterbahn F2 . Darüber hinaus bildet ein erster Steuerkontakt 41 eine dritte Leiterbahn F3 , ein zweiter Steuerkontakt 42 eine vierte Leiterbahn F4 , und ein dritter Steuerkontakt 43 eine fünfte Leiterbahn F5 . Die Verschaltung des beiden Thyristorchips T10 , TI ist wie folgt : Die zweite Leiterbahn F2 , d . h . der Eingangskontakt LI der Schaltung, ist mittels einer ersten Bond-Verbindung 21 mit der Anode A10 des ersten Transistorchips T10 verbunden . Die als eine Kupferlage ausgebildete erste Leiterbahn Fl , auf dem die Kathode K10 des ersten Transistorchips T10 und die Anode K2 des zweiten Transistorchips TI aufgelötet sind, verbindet die Kathode K10 des ersten Transistorchips T10 mit der Anode K2 des zweiten Transistorchips TI . Die Anode A10 des ersten Transistorchips T10 ist mittels einer zweiten Bond- Verbindung 22 mit der Kathode K2 des zweiten Transistorchips TI verbunden . Die Anode A2 des zweiten Transistorchips TI ist durch die erste Leiterbahn Fl mit dem Ausgangskontakt L2 der Schaltung verbunden . Anstatt mit Bonddrähten können die elektrischen Verbindungen 21 , 22 auch mit anderen Verbindungselementen hergestellt sein .

Vom vierten Steuerkontakt 44 , der als eine Auskragung der ersten Leiterbahn Fl ausgebildet ist und auf dem Potential der Kathode K10 des ersten Transistors T10 liegt , kann eine elektrische Verbindung zu einem Steuergerät zur Ansteuerung des ersten Thyristors T10 hergestellt werden . Der vierte Steuerkontakt 44 , über den dem Steuergerät Energie aus dem Hauptstromkreis zur Verfügung gestellt werden kann, wird für eine Ansteuerung des Gate G10 des ersten Transistorchips T10 verwendet .

Von der dritten Leiterbahn F3 , welche einen ersten Steuerkontakt 41 der Schaltung bildet , verläuft ein erster Ansteuerdraht 25 zum Gate G10 des ersten Thyristors T10 .

Von der vierten Leiterbahn F4 , welche einen zweiten Steuerkontakt 42 der Schaltung bildet , verläuft ein zweiter Ansteuerdraht 26 zum Gate G2 des zweiten Thyristors TI .

Der fünften Leiterbahn F5 , welches einen dritten Steuerkontakt 43 der Schaltung bildet , wird mittels eines Hil fsdrahts 27 das Potential der Kathode K2 des zweiten Transistors TI zugeführt , wobei der Hil fsdraht 27 mit einem ersten Ende mit der Kathode K2 des zweiten Transistors TI verbunden ist . Mit einem anderen Ende ist der Hil fsdraht 27 mit dem dritten Steuerkontakt 43 verbunden, von dem aus eine elektrische Verbindung zu einem Steuergerät zur Ansteuerung des zweiten Thyristors TI hergestellt werden kann . Der dritte Steuerkontakt 43 , über den dem Steuergerät Energie aus dem Hauptstromkreis zur Verfügung gestellt werden kann, wird für eine Ansteuerung des Gate G2 des zweiten Transistorchips TI verwendet .

Um die in dem Leistungshalbleiterbauelement Cl , C2 auftretenden Stromstärken bewältigen zu können, werden pro elektrischer Verbindung 21 , 22 zwar mehrere parallel verlaufende Bonddrähte benötigt . Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Thyristoren und der Antiparallelschaltung ergibt sich aber ein stark vereinfachtes Bondbild, bei dem die Anzahl der insgesamt zu ziehenden Drähte signi fikant reduziert wird und nur noch auf der Oberseite der Chips gebondet werden muss . Außerdem ermöglicht die Erfindung einen geraden Verlauf der Bonddrähte . Dadurch wird die Herstellung einer antiparallelen Schaltung von zwei Thyristoren mit einem Bondbild gemäß Fig . 5b mittels Drahtbonden wesentlich erleichtert . Auch die Herstellung der elektrischen Verbindungen mit anderen Verbindungselementen als Bonddrähten wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Thyristorchips erleichtert : die Verbindungselemente können unter anderem geradlinig verlaufen .

Alternativ zu der in Fig . 5b gezeigten Aus führung kann der Ausgangskontakt L2 des Halbleiterbauelements auch als eine von der ersten Leiterbahn Fl abgetrennte Leiterbahn ausgebildet sein, die durch ein elektrisches Verbindungselement , z . B . einen oder mehrere Bonddrähte , mit der ersten Leiterbahn Fl elektrisch verbunden ist . Diese alternative Aus führung ist zum Beispiel dann vorteilhaft , wenn die ersten Leiterbahn Fl und die davon abgetrennte Leiterbahn des Ausgangskontakts L2 auf unterschiedlichen Höhenniveaus relativ zur Ebene der Keramikschicht CC liegen sollen . Fig 6 zeigt einen Schnitt von zwei erfindungsgemäß miteinander verschalteten Thyristoren T10 , TI gemäß dem Schalt-/ Bondbild von Fig . 5 . Die beiden Thyristorchips Cl , C2 haben einen unterschiedlichen Aufbau : Die Kathode K10 des ersten Thyristorchips Cl , T10 ist an der Unterseite des Chips , wohingegen die Kathode K2 des zweiten Thyristorchips C2 , TI an der Oberseite des Chips ist . Die Anode A10 des ersten Thyristorchips Cl , T10 ist an der Oberseite des Chips , wohingegen die Anode A2 des zweiten Thyristorchips C2 , TI an der Unterseite des Chips ist . Das Gate G10 des ersten Thyristorchips Cl , T10 und das Gate G2 des zweiten Thyristorchips C2 , TI sind beide an der Oberseite des j eweiligen Chips . Zwischen den Kontakten an der Oberseite und der Unterseite befinden sich j eweils Halbleiter-Schichtaufbauten 1 , 10 , die ebenfalls bei beiden Thyristorchips Cl , C2 unterschiedlich ausgebildet sind .

Der erste Thyristorchip Cl , T10 ist auf der ersten Leiterbahn Fl angeordnet . Dabei ist der an der Unterseite des ersten Thyristorchips Cl , T10 angeordnete Kathodenkontakt K10 mittels einer Lotschicht V elektrisch und mechanisch mit der ersten Leiterbahn Fl verbunden . Auf der Oberseite des ersten Thyristorchips Cl , T10 sind der Anodenkontakt A10 und der Gatekontakt G10 angeordnet .

Der zweite Thyristorchip C2 , TI ist ebenfalls auf der ersten Leiterbahn Fl angeordnet . Dabei ist der an der Unterseite des zweiten Thyristorchips C2 , TI angeordnete Anodenkontakt A2 mittels einer Lotschicht V elektrisch und mechanisch mit der ersten Leiterbahn Fl verbunden . Auf der Oberseite des zweiten Thyristorchips C2 , TI sind der Kathodenkontakt K2 und der Gatekontakt G2 angeordnet .

Hinsichtlich der elektrischen Verschaltung der beiden Thyristorchips Cl , C2 durch Bonddrähte D wird auf die Beschreibung zu Fig . 5b verwiesen . Fig . 7 zeigt einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls 4 gemäß einer ersten Ausgestaltung, in dem ein erfindungsgemäß antiparallel geschaltetes Thyristorpaar T10 , TI verbaut ist .

Das Leistungshalbleitermodul weist einen typischen hybriden leistungselektronischen Aufbau mit mehreren auf einem Sub- strat/Schaltungsträger zusammengefassten und miteinander ver- schalteten Leistungshalbleiterbauelementen Cl , C2 auf . Die Bestückung des Leistungshalbleitermoduls 4 umfasst mindestens ein Halbleiterbauelement Cl , C2 , welches ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar T10 , TI . 2 aufweist . Das Leistungshalbleitermodul 4 kann noch weitere Halbleiterbauelemente aufweisen, wie z . B . GTOs , MCTs , Leistungsdioden, IGBTs oder MOSFETs . Ein Modul 4 kann aber auch noch andere Beschaltungskomponenten, z . B . passive Bauelemente und Sensoren, beinhalten . Die Halbleiterbauelemente eines herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls 4 sind handelsübliche Bauteile , und werden deshalb im Folgenden nicht genauer beschrieben .

Das Leistungshalbleitermodul 4 enthält eine Bodenplatte P . Die Bodenplatte P ist im dargestellten Beispiel mittels einer Wärmeleitschicht I mit einem Kühlkörper KK verbunden, welcher Kühlrippen aufweisen kann, um die von den Halbleiterelementen erzeugte Wärme abzuführen . Auf die Darstellung von Kühlrippen an dem Kühlkörper KK in Fig . 7 wurde aus Gründen der Vereinfachung verzichtet . Eine andere günstige Aus führungs form wäre z . B . ein Flüssigkeitskühler . Die Wärmeleitschicht I kann aus einem TIM bestehen, welches die thermische Kopplung zwischen der Bodenplatte P und dem Kühlkörper KK verbessert . Die Bodenplatte P wird durch eine Befestigungsvorrichtung B an dem Kühlkörper KK befestigt ; dabei unterstützt ein möglichst enger Kontakt zwischen der Bodenplatte P und dem Kühlkörper KK die Abfuhr von Wärme von den Halbleiterbauelementen Cl , C2 .

Die Bodenplatte P ist bevorzugt aus einem gut wärmeleitenden Material z . B . aus einem Metall wie Aluminium oder Kupfer oder einem Metall/Matrix-Komposit wie Aluminium- Sili ziumkarbid (AlSiC ) oder Kupfer-Sili ziumkarbid ( CuSiC ) hergestellt . Dabei ist eine Bodenplatte P aus einem Metall- Keramik-Komposit (AlSiC, CuSiC ) gut mit Kühlstrukturen KK aus dem gleichen Komposit oder aus dem zugehörigen Metall (Al , Cu) kombinierbar .

In dem gezeigten Aufbau sind die Leistungshalbleiterbauelemente Cl , C2 auf einem Schaltungsträger S aufgebaut . Der Schaltungsträger S bildet eine elektrische I solation zwischen den Halbleiterbauelementen Cl , C2 und der Bodenplatte P und weist zudem eine gute Wärmeleitfähigkeit auf , um die Wärme der Halbleiterbauelemente Cl , C2 zur Bodenplatte P abzuführen . Dabei kann der Schaltungsträger S eine Keramikschicht CC aufweisen, wobei Aluminiumnitrid (AIN) , Aluminiumoxid (A12O3 ) , Berylliumoxid (BeO) , Sili ziumkarbid ( SiC ) oder Siliziumnitrid ( SiN) bevorzugte Materialien sind . Vorzugsweise werden wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoef fi zienten keramische Schaltungsträger S , sogenannte DCB-Substrate verwendet , welche aus einem keramischen I solator CC wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid, bestehen, auf deren beiden Seiten j eweils eine dünne Schicht reinen Kupfers , nämlich eine erste Leiterschicht CU1 auf einer Oberseite der Keramikschicht CC und eine zweite Leiterschicht CU2 auf einer Unterseite der Keramikschicht CC, aufgebracht ist , wie in Fig . 7 dargestellt . Die Verbindung des Schaltungsträ- gers S zur Bodenplatte P erfolgt über eine Lotschicht V .

Der Schaltungsträger S weist auf seiner den Halbleiterbauelementen Cl , C2 zugewandten Oberseite eine erste Leiterschicht CU1 auf , die nach schaltungstechnischen Erfordernissen in mehrere Leiterbahnen Fl und F2 strukturiert ist : im vorliegenden Beispiel umfassen die Leiterbahnen außer einer ersten Leiterbahn Fl noch eine zweite Leiterbahn mit dem Eingangskontakt LI . Die Leiterbahnen Fl und F2 wurden durch eine Strukturierung der ersten Leiterschicht CU1 , welche auf der Oberseite der Keramikschicht CC angeordnet wurde , gebildet . Mit den Leiterbahnen Fl , F2 sind die elektronischen Halbleiterbauelemente Cl , C2 mechanisch und elektrisch verbunden; diese elektrischen Verbindungen können durch Lotschichten V hergestellt sein . Anstelle der Lotschichten V zwischen den Halbleiterbauelementen Cl , C2 und dem Schaltungsträger S kommt auch eine andere stof f schlüssige Verbindung bzw . Befestigung in Frage , die einen guten elektrischen und thermischen Kontakt gewährleistet , beispielsweise über eine Zwischenlage in Form einer Metallplatte . Elektrische Verbindungen zwischen den Leiterbahnen Fl , F2 und den Halbleiterbauelementen Cl , C2 sowie zwischen den Halbleiterbauelementen Cl , C2 sind durch Bonddrähte D hergestellt . Anstatt mit Bonddrähten können diese elektrischen Verbindungen auch mit anderen Verbindungselementen hergestellt sein .

Das Leistungshalbleitermodul 4 umfasst weiterhin ein Gehäuse H, das mit der Bodenplatte P abgeschlossen ist und somit einen Gehäuseinnenraum bildet . Üblich sind Kunststof f gehäuse . Das Gehäuse H kann außer aus Kunststof f auch aus einem anderen Dielektrikum, insbesondere aus einer Keramik, bestehen . Die Keramiken sind billig und resistent und haben für elektrische I solatoren eine gute thermische Leitfähigkeit . Diese thermische Leitfähigkeit ist wichtig, um die entstandene Wärme abzuführen .

Zur gegenseitigen elektrischen I solation der Bauelemente des Leistungshalbleitermoduls 4 und zur Abdichtung des Schaltungsaufbaus gegen die Außenatmosphäre wird das Gehäuse H zumindest teilweise in Richtung der Bodenplatte P mit einer Vergussmasse M vergossen . Typisch wird das Gehäusevolumen soweit mit Vergussmasse M aufgefüllt , dass sie die Halbleiterbauelemente Cl , C2 gleichmäßig umgibt und die üblichen Normvorschri ften erfüllt sind . Die Anschlüsse 51 , 52 des Leistungshalbleitermoduls 4 sind über die Kontakt flächen LI , L2 des Schaltungsträgers S und Lotschichten V an geeigneten Stellen aus dem vergossenen Gehäuse H herausgeführt , um äußere Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls 4 bereitzustellen . Fig . 8 zeigt einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls 4 gemäß einer weiteren Ausgestaltung . Im Unterschied zu dem in Fig . 7 gezeigten Aufbau fehlen bei dem in Fig . 8 gezeigten Aufbau des Leistungsmoduls 4 die Bodenplatte P, die Wärmeleitschicht I und die Befestigungsvorrichtungen B . Der

Schaltungsträger S ist lediglich über eine Verbindungsschicht V an den Kühlkörper KK aufgesetzt .