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DE102008026347A1 - Power-electronic arrangement, has electrically conducting regions arranged in edge region, where arrangement between one of conducting regions and base body comprises electrically conductive connection - Google Patents

Power-electronic arrangement, has electrically conducting regions arranged in edge region, where arrangement between one of conducting regions and base body comprises electrically conductive connection Download PDF

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DE102008026347A1
DE102008026347A1 DE102008026347A DE102008026347A DE102008026347A1 DE 102008026347 A1 DE102008026347 A1 DE 102008026347A1 DE 102008026347 A DE102008026347 A DE 102008026347A DE 102008026347 A DE102008026347 A DE 102008026347A DE 102008026347 A1 DE102008026347 A1 DE 102008026347A1
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electrically conductive
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electronic device
power electronic
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Thomas Dr. Stockmeier
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Semikron Elektronik GmbH and Co KG
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Semikron GmbH and Co KG
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
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    • H10W70/685—
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    • H10W72/5363—

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Abstract

The arrangement has a conductor path (10) arranged on an electrically insulating main surface (410) of a substrate (4) and comprising a high potential against a base plate (60). An external boundary (102) of the conductor path is arranged at a distance from an outer edge (402) of the substrate. Two electrically conducting regions (20, 30) are arranged in an edge region (430) between the external boundary of the conductor path and the substrate edge. An arrangement between one of the conducting regions and the base body comprises an electrically conductive connection (70).

Description

Die Erfindung beschreibt eine leistungselektronische Anordnung mit einem Substrat und einem Grundkörper, wie sie beispielhaft Teil eines Leistungshalbleitermoduls ist.The Invention describes a power electronic device having a Substrate and a basic body, as example part a power semiconductor module.

Grundsätzlich bekannt sind Leistungshalbleitermodule mit einem Grundkörper, der als Grundplatte des Leistungshalbleitermoduls selbst oder als zusätzlicher Kühlkörper ausgebildet ist. Derartige Leistungshalbleitermodule bieten gegenüber diskreten Leistungsschaltern (z. B. Scheibenzellen, TO220) den großen Vorteil der inneren Isolierung gegenüber einer Wärmesenke, hier beispielhaft dem Grundkörper. Diese innere Isolierung wird gemäß dem Stand der Technik beispielhaft durch den Einsatz von keramischen Substraten erreicht, die eine hohe Durchschlagsfestigkeit mit einer großen Wärmeleitfähigkeit verbinden. Sie erlauben den effizienten Aufbau von Leistungsschaltungen, da sie neben der Basisisolierung, der Isolation zur Umgebung auch eine Funktionsisolierung, die Isolierung verschiedener Bereiche gegeneinander auf einer strukturierten und mit Bauelementen versehenen Fläche, bereitstellen. Derartige Leistungshalbleitermodule, mit keramischen Substraten sind beispielhaft aus der US 5,466,969 , aus der EP 0 750 345 A2 sowie der DE 197 00 963 A1 bekannt.Basically known are power semiconductor modules with a base body, which is designed as a base plate of the power semiconductor module itself or as an additional heat sink. Compared to discrete circuit breakers (eg disc cells, TO220), such power semiconductor modules offer the great advantage of internal insulation compared to a heat sink, here by way of example the main body. This internal insulation is achieved according to the prior art by way of example by the use of ceramic substrates which combine a high dielectric strength with a high thermal conductivity. They allow the efficient construction of power circuits, as they provide not only basic insulation, insulation to the environment but also functional insulation, the insulation of different areas against each other on a structured and component-provided surface. Such power semiconductor modules, with ceramic substrates are exemplified in US 5,466,969 , from the EP 0 750 345 A2 as well as the DE 197 00 963 A1 known.

All diesen Ausgestaltungen von Leistungshalbleitermodulen nach dem Stand der Technik ist gemeinsam die Verwendung eines keramischen Isolierstoffkörpers mit Leiterbahnen auf dessen erster und einer flächigen Metallkaschierung auf dessen zweiter Hauptfläche, hergestellt z. B. durch eine Spinellbindung zwischen Aluminiumoxid (Al2O3) und Kupferoxid nach dem ”Direct Copper Bonding”(DCB)-Verfahren oder durch ein Aktivlötverfahren ”Active Metal Brazing” (AMB).All these embodiments of power semiconductor modules according to the prior art, the use of a ceramic insulating material with interconnects on the first and a flat metal lamination on the second major surface, prepared z. Example by a spinel bond between alumina (Al 2 O 3 ) and copper oxide by the "Direct Copper Bonding" (DCB) method or by an active soldering method "Active Metal Brazing" (AMB).

Bei allen bekannten Ausgestaltungen dieser Substrate dehnen sich die Leiterbahnen nicht bis an den Rand des Substrats aus, wodurch dort ein elektrisch nicht leitender Bereich ausgebildet wird. Typischerweise reicht auch die flächige Metallkaschierung auf der zweiten Hauptfläche des Isolierstoffkörpers nicht an den somit durch diesen gebildeten Rand des Substrats heran. Durch diese Anordnung ergibt sich eine bis zu gewissen Spannungsgrenzen ausreichende Durchschlagsfestigkeit der Anordnung aus Substrat, hierauf angeordneten Leiterbahn und einem typischerweise auf Grundpotential liegendem Grundkörper. Es ist aus der DE 100 63 714 A1 bekannt diese Spannungsgrenze zu erhöhen, indem der Außenrand der flächigen Metallkaschierung gegenüber dem Außenrand der Leiterbahnen auf der ersten Hauptfläche des Substrats zurückversetzt ausgebildet ist.In all known embodiments of these substrates, the conductor tracks do not extend to the edge of the substrate, whereby an electrically non-conductive region is formed there. Typically, the flat metal lamination on the second main surface of the insulating material does not reach the edge of the substrate thus formed by it. As a result of this arrangement, the dielectric strength of the arrangement made up of substrate, conductor track arranged thereon, and a base body typically lying at ground potential is sufficient, up to certain voltage limits. It is from the DE 100 63 714 A1 Known to increase this voltage limit by the outer edge of the sheet-metal coating against the outer edge of the conductor tracks on the first main surface of the substrate is set back.

Beispielhaft aus der nicht vorveröffentlichten DE „10 2007 062 305 A1” ist es bekannt bei Leistungshalbleiterbauelementen, vorzugsweise auch bei Leistungsdioden, in einem Randbereich um den aktiven Bereich herum eine Feldringstruktur vorzusehen, die zum Erreichen einer geforderten Sperrspannungsfestigkeit beiträgt. Diese Feldringe sind konzentrisch um den aktiven Bereich herum angeordnet.Exemplary from the not previously published DE "10 2007 062 305 A1" It is known in power semiconductor devices, preferably also in power diodes, to provide in a peripheral region around the active region around a field ring structure, which contributes to achieve a required reverse voltage resistance. These field rings are arranged concentrically around the active area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine leistungselektronische Anordnung mit einem Substrat und einem Grundkörper anzugeben, wobei die Durchschlagsfestigkeit am Randbereich unabhängig von der Art des Substrats erhöht wird.Of the Invention is based on a power electronic Specify arrangement with a substrate and a base body, the dielectric strength at the edge area is independent is increased by the type of substrate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch ein Leistungshalbleitermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.These Problem is solved according to the invention, by a power semiconductor module having the features of the claim 1. Preferred embodiments are in the dependent Claims described.

Ausgangspunkt der erfindungsgemäßen Lösung sind Leistungshalbleitermodule gemäß dem oben beschrieben Stand der Technik, wobei die folgenden Ausführungen nicht nur hierauf und auch nicht auf die oben genannten Ausbildung der Substrate beschränkt sind.starting point The solution according to the invention are power semiconductor modules according to the above-described prior art, the following not only apply thereto and also not limited to the above-mentioned formation of the substrates are.

Die erfindungsgemäße leistungselektronische Anordnung weist ein Substrat und einen Grundkörper, beispielhaft einen Kühlkörper eines Leistungshalbleitermoduls, auf. Dieser Grundkörper schließt sich an der zweiten Hauptfläche des Substrats an und ist mit diesem zumindest thermisch leitend verbundenen. Der Grundkörper besteht hierbei aus einem elektrisch leitenden oder leitfähigen Material und liegt auf Grundpotential.The inventive power electronic device has a substrate and a base body, by way of example a heat sink of a power semiconductor module, on. This basic body closes at the second Main surface of the substrate and is at least with this thermally conductively connected. The basic body exists in this case of an electrically conductive or conductive Material and is based on ground potential.

Auf einer ersten elektrisch isolierend ausgebildeten Hauptfläche des Substrats ist mindestens eine erste, hohes Potential gegenüber dem Grundkörper aufweisende, Leiterbahn angeordnet. In Leistungshalbleitermodulen sind auf derartigen Leiterbahnen die Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet, ebenso sind die schaltungsgerechten Verbindungen zumindest teilweise mittels derartiger Leiterbahn ausgebildet. Typischerweise sind in Leistungshalbleitermodulen eine Mehrzahl derartiger Leiterbahn angeordnet, die im Betrieb unterschiedliches Potential aufweisen.On a first electrically insulating main surface of the substrate is at least a first, high potential opposite arranged the main body, conductor track. In Power semiconductor modules are on such traces the Power semiconductor devices arranged, as are the circuit right Compounds at least partially formed by means of such a conductor track. Typically, in power semiconductor modules, a plurality arranged such a track, the different potential during operation exhibit.

Gemäß dem Stand der Technik sind diese Leiterbahnen räumlich begrenzt wobei ihre Außengrenze diejenige dem Rand des Substrats zugewandte Begrenzung darstellt. Diese Außengrenze ist von dem Außenrand des Substrats beabstandet. In dem hierdurch gebildeten Randbereich sind zwischen der Leiterbahn und der Außengrenze mindestens ein erster und ein zweiter elektrisch leitender Bereich angeordnet. Es ist hierbei offensichtlich bevorzugt, wenn der mindestens eine erste und der zweite leitende Bereich voneinander und von der mindestens einen ersten hohes Potential aufweisenden Leiterbahn elektrisch isoliert sind. Weiteres Kennzeichnen für die erfindungsgemäße Anordnung ist hierbei, dass zwischen dem zweiten leitenden Bereich und dem Grundkörper eine elektrisch leitende Verbindung angeordnet ist. Es kann hierbei bevorzugt sein, wenn diese Verbindung hochohmig ausgebildet ist.According to the prior art, these interconnects are spatially limited, with their outer boundary representing the boundary facing the edge of the substrate. This outer boundary is spaced from the outer edge of the substrate. At least one first and one second electrically conductive region are arranged between the conductor track and the outer boundary in the edge region formed as a result. It is obviously here before zugt if the at least one first and the second conductive region from each other and from the at least one first high potential having conductor track are electrically isolated. Another characteristic of the arrangement according to the invention here is that between the second conductive region and the base body, an electrically conductive connection is arranged. It may be preferred in this case if this connection is formed high impedance.

Es kann ebenso bevorzugt sein, wenn das Substrat einen Isolierstoffkörper und hiermit verbunden eine flächige elektrisch leitende Schicht, ein Metallkaschierung, gemäß dem oben beschriebenen Stand der Technik aufweist. Hierbei bildet die dem Isolierstoffkörper abgewandte Oberfläche dieser Metallkaschierung die zweite Hauptfläche des Substrats aus.It may also be preferred if the substrate is an insulating material and connected thereto a planar electrically conductive Layer, a metal lamination, according to the above has described prior art. This forms the insulating body opposite surface of this metal lamination the second Main surface of the substrate.

Eine besonders bevorzugte Anordnung ergibt sich, wenn die mindestens eine erste und die zweite leitende Schicht auf dem Randbereich des Substrats vollständig umlaufend um diesen Randbereich ausgebildet sind. Hierbei bilden sich um den aktiven Bereich, hier die auf dem Substrat angeordnete Schaltung, eine Art Feldringstruktur vergleichbar einer Leistungsdiode aus, wodurch die Durchschlagsfestigkeit der Anordnung erhöht wird.A particularly preferred arrangement results when the at least a first and second conductive layers on the edge region of the substrate completely formed circumferentially around this edge region are. This form around the active area, here on the Substrate arranged circuit, a kind of field ring structure comparable a power diode, whereby the dielectric strength of the Arrangement is increased.

Aus Gründen der inneren Isolation, beispielhaft im Inneren eines Leistungshalbleitermoduls ist es bevorzugt, wenn die die Zwischenräume zwischen der ersten Leiterbahn und dem ersten leitenden Bereich und zwischen den leitenden Bereichen mit einem Isolationsstoff verfüllt sind.Out For reasons of internal isolation, exemplary inside a power semiconductor module, it is preferable if the the gaps between the first conductive line and the first conductive region and filled between the conductive areas with an insulating material are.

Besonders bevorzugte Weiterbildungen dieser Schaltungsanordnung sind in der jeweiligen Beschreibung der Ausführungsbeispiele genannt. Die erfinderische Lösung wird zudem an Hand der Ausführungsbeispiele der 1 bis 6 weiter erläutert.Particularly preferred developments of this circuit arrangement are mentioned in the respective description of the embodiments. The inventive solution is also based on the embodiments of the 1 to 6 further explained.

1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung als Teilschnitt. 1 shows a first embodiment of an arrangement according to the invention as a partial section.

2 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung als Teilschnitt. 2 shows a second embodiment of an arrangement according to the invention as a partial section.

3 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung als Teilschnitt. 3 shows a third embodiment of an arrangement according to the invention as a partial section.

4 zeigt eine vierte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung als Teilschnitt. 4 shows a fourth embodiment of an arrangement according to the invention as a partial section.

5 zeigt die eine Draufsicht auf die erste erfindungsgemäße Anordnung. 5 shows a plan view of the first arrangement according to the invention.

6 zeigt die eine Draufsicht auf die dritte erfindungsgemäße Anordnung. 6 shows a plan view of the third arrangement according to the invention.

1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung als Teilschnitt. Dargestellt ist hier ein Grundkörper (60), beispielhaft ein Kühlkörper zur Verbindung mit einem Leistungshalbleitermodul. Auf diesem Grundkörper (60) ist thermisch leitend verbunden ein Substrat (4) mit dessen zweiter Hauptfläche (420) angeordnet. Dieses Substrat (4) weist einen Isolierstoffkörper (40) gemäß dem Stand der Technik auf. 1 shows a first embodiment of an arrangement according to the invention as a partial section. Shown here is a basic body ( 60 ), for example, a heat sink for connection to a power semiconductor module. On this basic body ( 60 ) is thermally conductively connected to a substrate ( 4 ) with its second major surface ( 420 ) arranged. This substrate ( 4 ) has an insulating body ( 40 ) according to the prior art.

Auf der ersten Hauptfläche (410) dieses Substrats (4) ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit nur eine Leiterbahn (10) dargestellt, wobei diese im Betrieb hohes Potential, beispielhaft über 2500 V aufweist. Nicht dargestellt, aber üblich, sind auf diesen Leiterbahnen angeordnete und schaltungsgerechte verbundene Leistungshalbleiterbauelemente.On the first main surface ( 410 ) of this substrate ( 4 ) is, without restriction of generality, only one interconnect ( 10 ), which in operation has a high potential, for example over 2500 V. Not shown, but common, are arranged on these interconnects and circuit-connected connected power semiconductor devices.

Diese Leiterbahn (10) weist eine Außengrenze (102) auf, die dem Substratrand (402) zugewandt ist, ohne dass weitere Leiterbahnen, also elektrisch leitende Bereich, die der inneren schaltungsgerechten Funktion dienen, hierzwischen im Randbereich (430) des Substrats (4) angeordnet sind.This track ( 10 ) has an external border ( 102 ), which are the substrate edge ( 402 ) facing, without further interconnects, so electrically conductive area, which serve the inner circuit-oriented function, herebetween in the edge region ( 430 ) of the substrate ( 4 ) are arranged.

In diesem Randbereich (430) des Substrats (4) sind erfindungsgemäß mindestens ein, hier genau ein erster (20) und eine zweiter (30) leitender Bereich angeordnet. Der erste leitenden Bereich (20) ist von der Leiterbahn (10) beabstandet und somit elektrisch isoliert und weist eine Innengrenze (200) und eine Außengrenze (202) auf. Die Innengrenze (200) des ersten leitenden Bereichs (20) ist der Außengrenze (102) der Leiterbahn (10) zugewandt, während die Außengrenze (202) des ersten leitenden Bereichs (20) der Innengrenze (300) des zweiten leitenden Bereichs (30) zugewandt ist. Dieser zweite leitenden Bereich (30) ist vom ersten (20) ebenfalls beabstandet und elektrisch isoliert. Die Außengrenze (302) des zweiten elektrisch leitenden Bereichs ist in dieser Ausgestaltung vom Substratrand (402) ebenfalls beabstandet.In this border area ( 430 ) of the substrate ( 4 ) are according to the invention at least one, here exactly a first ( 20 ) and a second ( 30 ) conductive area arranged. The first conductive area ( 20 ) is from the track ( 10 ) and thus electrically isolated and has an inner boundary ( 200 ) and an external border ( 202 ) on. The inner border ( 200 ) of the first conductive area ( 20 ) is the external border ( 102 ) the conductor track ( 10 ), while the external border ( 202 ) of the first conductive area ( 20 ) of the internal border ( 300 ) of the second conductive area ( 30 ) is facing. This second conductive area ( 30 ) is from the first ( 20 ) also spaced and electrically isolated. The external border ( 302 ) of the second electrically conductive region is in this embodiment of the substrate edge ( 402 ) also spaced.

Für die Ausbildung der ersten (20) und des zweiten (30) elektrisch leidenden Bereichs ist es besonders bevorzugt, wenn diese gleichzeitig und mit dem gleichen Herstellungsverfahren wie die Leiterbahn (10) ausgebildet werden. Nach den bekannten Verfahren hergestellte Leiterbahn (10) und elektrisch leitenden Bereiche (20, 30) bilden im Rahmen der Herstellungstoleranzen Kanten senkrecht zur Substratebene aus.For the training of the first ( 20 ) and the second ( 30 ), it is particularly preferred if these are used simultaneously and with the same production method as the conductor track (FIG. 10 ) be formed. Printed circuit produced by the known processes (US Pat. 10 ) and electrically conductive regions ( 20 . 30 ) form edges perpendicular to the substrate plane within the manufacturing tolerances.

Weiterhin ist schematisch dargestellt, dass der zweite elektrisch leitende Bereich (30) mit dem Grundkörper (60) eine nieder- oder auch möglicherweise bevorzugt hochohmige (72) Verbindung (70) aufweist. Hierdurch wird der zweite elektrisch leitende Bereich (30) auf das Potential des Grundkörpers (60) gebracht, wodurch die Anordnung der ersten (20) und zweiten (30) elektrisch leitenden Bereiche eine ähnliche Funktion wie die Feldringstruktur einer Leistungsdiode übernehmen und die Durchschlagsfestigkeit der gesamten Anordnung verbessern.Furthermore, it is shown schematically that the second electrically conductive region (FIG. 30 ) with the basic body ( 60 ) a low or possibly preferred high impedance ( 72 ) Connection ( 70 ) having. As a result, the second electrically conductive region ( 30 ) to the potential of the basic body ( 60 ), whereby the arrangement of the first ( 20 ) and second ( 30 ) electrically conductive regions perform a similar function as the field ring structure of a power diode and improve the dielectric strength of the entire assembly.

2 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung als Teilschnitt. Diese unterscheide sich von derjenigen gemäß 1 dadurch, dass das Substrat (4) nicht nur aus einem Isolierstoffkörper (40) besteht, sonder zusätzlich auf der den Leiterbahnen (10) abgewandten Seite eine flächige Metallkaschierung (42) aufweist, die allerdings hier nicht bis zum Substratrand (402) reicht. 2 shows a second embodiment of an arrangement according to the invention as a partial section. This differs from the one according to 1 in that the substrate ( 4 ) not only from a Isolierstoffkörper ( 40 ), but additionally on the printed conductors ( 10 ) facing away from a flat metal lamination ( 42 ), which, however, does not reach the substrate edge ( 402 ) enough.

Weiterhin unterscheidet sich diese Ausgestaltung dahingehend, dass die Außengrenze (302) des zweiten elektrisch leitenden Bereichs (30) mit dem Substratrand (402) fluchtet und von diesem Bereich eine Drahtbondverbindung (74), als eine Ausgestaltung der elektrisch leitenden Verbindung (70), von dem zweiten Bereich (30) zum Grundkörper (60) reicht.Furthermore, this embodiment differs in that the external border ( 302 ) of the second electrically conductive region ( 30 ) with the substrate edge ( 402 ) and from this area a wire bond ( 74 ), as an embodiment of the electrically conductive connection ( 70 ), from the second area ( 30 ) to the main body ( 60 ) enough.

3 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung als Teilschnitt. Diese unterscheidet sich wesentlich von derjenigen gemäß 2 dadurch, dass die Innen- (200, 300) und Außengrenzen (202, 302) der elektrisch leitenden ersten (20) und zweiten (30) Bereiche keine senkrechten Kanten aufweisen, sondern einen sanften Abfall ihrer Dicke in Richtung der jeweiligen Grenze aufweisen. In dieser Ausgestaltung ist ist die Außengrenze (302) des zweiten elektrisch leitenden Bereichs (30) vom Substratrand (402) beabstandet, während der die Metallkaschierung (42) bis zu diesem reicht. 3 shows a third embodiment of an arrangement according to the invention as a partial section. This differs significantly from the one according to 2 in that the interior ( 200 . 300 ) and external borders ( 202 . 302 ) of the electrically conductive first ( 20 ) and second ( 30 ) Areas have no vertical edges, but have a gentle drop in thickness in the direction of the respective boundary. In this embodiment, the external border ( 302 ) of the second electrically conductive region ( 30 ) from the substrate edge ( 402 ), during which the metal lamination ( 42 ) until this is enough.

Weiterhin dargestellt ist die elektrisch leitende Verbindung (70) des zweiten elektrisch leitenden Bereichs (30) zum Grundkörper (60) mittels einer Durchkontaktierung (76) durch den Isolierstoffkörper (40) des Substrats (4). Diese Durchkontaktierung (76) verbindet die zweite elektrisch leitende Schicht (30) mit der flächigen Metallkaschierung (42) des Substrats (4), die wiederum mit dem Grundkörper (60) elektrisch und thermisch leitend verbunden ist.Also shown is the electrically conductive connection ( 70 ) of the second electrically conductive region ( 30 ) to the main body ( 60 ) by means of a via ( 76 ) through the Isolierstoffkörper ( 40 ) of the substrate ( 4 ). This via ( 76 ) connects the second electrically conductive layer ( 30 ) with the flat metal lamination ( 42 ) of the substrate ( 4 ), in turn with the main body ( 60 ) is electrically and thermally conductively connected.

4 zeigt eine vierte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung als Teilschnitt. Diese unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 dadurch, dass die drei hier dargestellten ersten (20) und der zweite (30) elektrisch leitenden Bereich nicht gleiche Dicke aufweisen wie die Leiterbahn (10) und vorzugsweise auch nicht mit dem gleichen Herstellungsverfahren erzeugt wurden. Ein geeignetes Herstellungsverfahren hierfür wäre das Abscheiden von Metall auf dem Isolierstoffkörper (40) aus der Dampfphase. 4 shows a fourth embodiment of an arrangement according to the invention as a partial section. This differs from the one according to 1 in that the three first (here shown 20 ) and the second ( 30 ) electrically conductive region do not have the same thickness as the conductor track ( 10 ) and preferably also not produced by the same production process. A suitable manufacturing method for this would be the deposition of metal on the Isolierstoffkörper ( 40 ) from the vapor phase.

Weiterhin dargestellt und speziell auch bei diese Ausgestaltung der ersten (20) und zweiten (30) leitenden Schichten vorteilhaft ist, dass hier eine Mehrzahl von ersten leitenden Schichten (20) nicht zwangsläufig gleicher geometrischer Abmessungen angeordnet sind. Die elektrisch leitende Verbindung (70) zum Grundkörper (60) ist nur schematisch dargestellt.Furthermore shown and especially in this embodiment of the first ( 20 ) and second ( 30 ) conductive layers is advantageous in that here a plurality of first conductive layers ( 20 ) are not necessarily arranged the same geometric dimensions. The electrically conductive connection ( 70 ) to the main body ( 60 ) is shown only schematically.

Ebenso kann es bevorzugt sein, wenn die Zwischenräume (50, 52, 54) zwischen der ersten Leiterbahn (10) und dem ersten leitenden Bereich (20) und zwischen den ersten und dem zweiten (30) leitenden Bereichen mit einem Isolationsstoff (80) verfüllt sind. Typisch hierfür ist eine Verfüllung mit einem Monomer des Silikonkautschuks, der nach Entgasen polymerisiert wird. Durch diesen Silikonkautschuk (80) wird hauptsächlich die Funktionsisolierung im Inneren eines beispielhaften Leistungshalbleitermoduls hergestellt.Likewise, it may be preferable if the gaps ( 50 . 52 . 54 ) between the first track ( 10 ) and the first conductive area ( 20 ) and between the first and the second ( 30 ) conductive areas with an insulating material ( 80 ) are filled. Typical of this is a filling with a monomer of the silicone rubber, which is polymerized after degassing. Through this silicone rubber ( 80 ), functional insulation is mainly produced inside an exemplary power semiconductor module.

5 zeigt die eine Draufsicht auf die erste erfindungsgemäße Anordnung, wobei auf die Darstellung des Grundkörpers (60, vgl. 1) verzichtet wurde und auch die elektrisch leitenden Verbindung (70) des zweiten elektrisch leitenden Bereichs (30) mit diesem ist nur schematisch als Drahtbondverbindung (74) angedeutet ist. 5 shows a plan view of the first arrangement according to the invention, wherein the representation of the basic body ( 60 , see. 1 ) and also the electrically conductive connection ( 70 ) of the second electrically conductive region ( 30 ) with this is only schematically as Drahtbondverbindung ( 74 ) is indicated.

Dargestellt ist hier nicht nur eine Leiterbahn (10), sondern drei Leiterbahnen, wie sie in Leistungshalbleitermodulen für die Führung der beiden Gleichspannungs- und des Wechselstrompotentials notwendig sind. Diese Leiterbahnen (10) bilden die innere schaltungsgerechten Funktion aus. Demgegenüber dienen der hier eine erste (20) und der zweite (30) elektrisch leitende Bereich der Verbesserung der Durchschlagsfestigkeit der Anordnung. Es ist bevorzugt diesen ersten (20) und den zweiten (30) leitenden Bereich um alle Leiterbahnen (10) herum diese umschließend im Randbereich (430, vgl. 1) des Substrats (4) anzuordnen.Shown here is not just a trace ( 10 ), but three tracks, as they are necessary in power semiconductor modules for the management of the two DC and AC potential. These tracks ( 10 ) train the inner circuit-like function. In contrast, here serve a first ( 20 ) and the second ( 30 ) electrically conductive region to improve the dielectric strength of the device. It is preferable to use this first ( 20 ) and the second ( 30 ) conductive area around all traces ( 10 ) around it in the border area ( 430 , see. 1 ) of the substrate ( 4 ).

6 zeigt die eine Draufsicht auf die vierte erfindungsgemäße Anordnung, wobei wiederum auf die Darstellung des Grundkörpers (60, vgl. 1) verzichtet wurde und auch die elektrisch leitenden Verbindung (70, vgl. 4) des zweiten elektrisch leitenden Bereichs (30) nicht dargestellt ist. 6 shows a plan view of the fourth arrangement according to the invention, again to the representation of the main body ( 60 , see. 1 ) and also the electrically conductive connection ( 70 , see. 4 ) of the second electrically conductive region ( 30 ) is not shown.

Dargestellt sind hier ebenfalls wie unter 5 die drei Leiterbahnen (10), wie sie in Leistungshalbleitermodulen für die Führung der beiden Gleichspannungs- und des Wechselstrompotentials notwendig sind. Im Gegensatz zur Darstellung gemäß 5 umschließen der erste (20) und zweite (30) elektrisch leitende Bereich nicht alle Leiterbahnen (10) vollständig. Hier werden ausschließlich die dem Substratrand (402) zugewandten Außengrenzen (102) der Leiterbahnen (10) hohem, hier mit positivem Gleichspannungs- und Wechselspannungspotential, im Randbereich (430, vgl. 1) des Substrats (4) hin umschlossen.Shown here are also as below 5 the three tracks ( 10 ), as they are necessary in power semiconductor modules for the management of the two DC and AC potential. In contrast to the representation according to 5 enclose the first ( 20 ) and second ( 30 ) electrically conductive area not all tracks ( 10 ) Completely. Here, only the substrate edge ( 402 ) ( 102 ) of the tracks ( 10 ) high, here with positive DC voltage and AC potential, in the border area ( 430 , see. 1 ) of the sub strats ( 4 ) enclosed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - DE 102007062305 A1 [0005] - DE 102007062305 A1 [0005]

Claims (8)

Leistungselektronische Anordnung mit einem Substrat (4) und mit einem sich an eine zweite Hauptfläche (420) des Substrats (4) anschließenden und mit diesem verbundenen, ein Grundpotential aufweisenden, Grundkörper (60) aus einem elektrisch leitenden Material, wobei auf einer ersten elektrisch isolierend ausgebildeten Hauptfläche (410) des Substrats (4) mindestens eine erste hohes Potential gegenüber dem Grundkörper (60) aufweisende Leiterbahn (10) angeordnet ist, deren Außengrenze (102) von dem Außenrand (402) des Substrats (4) beabstandet ist und wobei in diesem Randbereich (430) zwischen der Außengrenze (102) der Leiterbahn (10) und dem Substratrand (402) mindestens ein erster (20) und ein zweiter (30) elektrisch leitender Bereich angeordnet sind, wobei die Anordnung zwischen dem zweiten leitenden Bereich (30) und dem Grundkörper (60) eine elektrisch leitende Verbindung (70) aufweist.Power electronic device with a substrate ( 4 ) and with a to a second main surface ( 420 ) of the substrate ( 4 ) and connected thereto, having a basic potential, basic body ( 60 ) made of an electrically conductive material, wherein on a first electrically insulating main surface ( 410 ) of the substrate ( 4 ) at least one first high potential with respect to the main body ( 60 ) conductor track ( 10 ) whose external border ( 102 ) from the outer edge ( 402 ) of the substrate ( 4 ) and wherein in this edge region ( 430 ) between the external border ( 102 ) the conductor track ( 10 ) and the substrate edge ( 402 ) at least one first ( 20 ) and a second ( 30 ) electrically conductive region, wherein the arrangement between the second conductive region ( 30 ) and the basic body ( 60 ) an electrically conductive connection ( 70 ) having. Leistungselektronische Anordnung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine erste (20) und der zweite (30) leitende Bereich voneinander und von der mindestens einen ersten hohes Potential aufweisenden Leiterbahn (10) elektrisch isoliert angeordnet sind.A power electronic device according to claim 1, wherein the at least one first ( 20 ) and the second ( 30 ) conductive region from one another and from the at least one first high-potential conductor track ( 10 ) are arranged electrically isolated. Leistungselektronische Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (4) einen Isolierstoffkörper (40) und hiermit verbunden eine flächige elektrisch leitende Metallkaschierung (42) mit einer zweiten Hauptfläche (420) des Substrats (4) aufweist.A power electronic device according to claim 1, wherein the substrate ( 4 ) an insulating material body ( 40 ) and connected thereto a planar electrically conductive metal coating ( 42 ) with a second main surface ( 420 ) of the substrate ( 4 ) having. Leistungselektronische Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, wobei die elektrisch leitende Verbindung (70) zwischen dem zweiten leitenden Bereich (30) und dem Grundkörper (60) mittels einer Drahtbondverbindung (74) oder mittels einer Durchkontaktierung (76) durch den Isolierstoffkörper (40) des Substrats (4) ausgebildet ist.A power electronic device according to claim 1 or 3, wherein the electrically conductive connection ( 70 ) between the second conductive region ( 30 ) and the basic body ( 60 ) by means of a wire bond connection ( 74 ) or by means of a via ( 76 ) through the Isolierstoffkörper ( 40 ) of the substrate ( 4 ) is trained. Leistungselektronische Anordnung nach Anspruch 4, wobei die elektrisch leitende Verbindung (70) hochohmig (72) ausgebildet ist.Power electronic device according to claim 4, wherein the electrically conductive connection ( 70 ) high resistance ( 72 ) is trained. Leistungselektronische Anordnung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine erste (20) und die zweite (30) leitende Schicht auf dem Randbereich (430) des Substrats (4) vollständig umlaufend um diesen Randbereich (430) ausgebildet sind.A power electronic device according to claim 1, wherein said at least one first ( 20 ) and the second ( 30 ) conductive layer on the edge region ( 430 ) of the substrate ( 4 ) completely circumferentially around this edge region ( 430 ) are formed. Leistungselektronische Anordnung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine erste (20) und der zweite (30) elektrisch leitende Bereich die mindestens eine erste Leiterbahn (10) an allen direkt dem Substratrand (430) zugewandten Außengrenzen (102) umschließt.A power electronic device according to claim 1, wherein the at least one first ( 20 ) and the second ( 30 ) electrically conductive area the at least one first conductor track ( 10 ) at all directly to the substrate edge ( 430 ) ( 102 ) encloses. Leistungselektronische Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Zwischenräume (50, 52, 54) zwischen der ersten Leiterbahn (10) und dem ersten leitenden Bereich (20) und zwischen den leitenden Bereichen (20, 30) mit einem Isolationsstoff (80) verfüllt sind.A power electronic device according to claim 1, wherein the gaps ( 50 . 52 . 54 ) between the first track ( 10 ) and the first conductive area ( 20 ) and between the leading areas ( 20 . 30 ) with an insulating material ( 80 ) are filled.
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