DE102009002993B4

DE102009002993B4 - Leistungshalbleitermodul mit beabstandeten Schaltungsträgern

Info

Publication number: DE102009002993B4
Application number: DE102009002993A
Authority: DE
Inventors: Thilo Stolze; Olaf Hohlfeld; Peter Kanschat
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: US20100284155A1; DE102009002993A1; CN101887888A; CN101887888B; US8514579B2

Abstract

Leistungshalbleitermodul mit – einer Modulunterseite (102); – einem Gehäuse (104); – wenigstens zwei voneinander beabstandeten Schaltungsträgern (T1, T2, T3), von denen jeder eine dem Inneren des Gehäuses (104) zugewandte Oberseite (51) aufweist, sowie eine dem Inneren des Gehäuses (104) abgewandte Unterseite (52); – einer Anzahl elektrischer Anschlüsse (110), die im Inneren des Gehäuses (104) elektrisch leitend mit zumindest einem der Schaltungsträger (T1, T2, T3) verbunden sind, und die an der Oberseite (101) des Gehäuses (104) aus diesem heraus ragen; wobei – die elektrischen Anschlüsse (110) als Federkontakte zur Druckkontaktierung oder als Einpresskontakte ausgebildet sind; – die Unterseite (52) eines jeden der Schaltungsträger (T1, T2, T3) zumindest einen Abschnitt aufweist, der zugleich einen Abschnitt der Modulunterseite (102) bildet; und – zumindest eine zwischen zwei benachbarten Schaltungsträgern (T1, T2; T2, T3) angeordnete Montageeinrichtung (53), die eine Befestigung des Leistungshalbleitermoduls (100) an einem Kühlkörper...

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet von Leistungshalbleitermodulen. Leistungshalbleitermodule weisen einen oder mehrere Leistungshalbleiterchips auf. Um die beim Betrieb des Moduls in den Leistungshalbleiterchips anfallende Abwärme abzuleiten, wird das Leistungshalbleitermodul üblicherweise mit einem Kühlkörper verbunden. Hierzu wird meist eine aufwändige Verbindungstechnik eingesetzt, bei der das Leistungshalbleitermodul an mehreren Verbindungsstellen mit dem Kühlkörper verbunden wird, um eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung zu erreichen.
Weiterhin wird das Modul häufig mit einer anwenderspezifischen Steuereinheit elektrisch und mechanisch verbunden. Zur Herstellung insbesondere der hierzu erforderlichen elektrischen Verbindungen ist ebenfalls eine aufwändige Verbindungstechnik mit einer Vielzahl von Verbindungsstellen erforderlich.
Die Leistungshalbleiterchips des Moduls werden üblicherweise auf einem oder mehreren Keramiksubstraten montiert, da diese zum einen einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der sich weniger stark vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Halbleiterchips unterscheidet, und da sie zum anderen eine gute Ableitung der Betriebswärme der Leistungshalbleiterchips ermöglichen.
Eine bekannte Möglichkeit, ein oder mehrere mit Leistungshalbleiterchips bestückte Keramiksubstrate in einem Leistungshalbleitermodul zu verbauen, besteht darin, sämtliche verwendeten Keramiksubstrate auf einer gemeinsamen, massiven metallischen Bodenplatte, deren Unterseite zugleich die Unterseite des Moduls bildet, zu montieren und das Leistungshalbleitermodul mit seiner Unterseite an einem Kühlkörper anzubringen. Durch die Bodenplatte verschlechtert sich jedoch der thermische Kontakt zwischen den Substraten und dem Kühlkörper.
Ein alternativer Aufbau sieht vor, auf eine massive metallische Bodenplatte zu verzichten. Um bei solchen Modulen eine gleichmäßige Verteilung des Anpressdrucks zwischen den Substraten und dem Kühlkörper zu erreichen, werden die einzelnen Substrate entweder entlang ihres seitlichen Randes umlaufend durch das Gehäuse an den Kühlkörper gepresst, wobei dieses mittels einer Vielzahl von Befestigungsstellen mit dem Kühlkörper verbunden wird, oder aber die einzelnen Substrate werden mit Befestigungsöffnungen versehen, so dass beispielsweise mittels einer Schraube ein Anpressdruck im Innenbereich eines Substrats in Richtung des Kühlkörpers erzeugt werden kann. Solche Leistungshalbleitermodule ohne gemeinsame Grundplatte weisen entweder den Nachteil einer Vielzahl von Befestigungsstellen zwischen dem Leistungshalbleitermodul und dem Kühlkörper auf, oder aber es müssen Montageöffnungen in den Keramiksubstraten hergestellt werden, was jedoch einen hohen Aufwand erfordert, Platz auf dem Substrat benötigt, die Wärmeableitung zum Kühlkörper hin verschlechtert und außerdem die Gefahr eines Bruchs der Keramik im Bereich der Montageöffnung mit sich bringt.
Weiterhin steigt mit der Anzahl der in einem Leistungshalbleitermodul verbauten Leistungshalbleiterchips auch die erforderliche Größe der Substrate. Mit zunehmender Substratfläche wird es auch schwieriger, einen gleichmäßigen Anpressdruck der Substrate gegen den Kühlkörper zu erreichen. Außerdem muss ein großflächiges, mit vielen Leistungshalbleiterchips bestücktes Substrat als ganzes ausgesondert oder aufwändig repariert werden, wenn auch nur einer der Leistungshalbleiterchips einen Defekt aufweist.
Aus der DE 10 2007 016 222 B3 ist ein Leistungshalbleitermodul mit zwei Substraten bekannt, die durch Lastanschlusselemente des Module druckkontaktiert werden. Die Lastanschlusselemente sind außerdem mit Anschlusskontakten versehen, die zur Herstellung modulexterner elektrischer Verbindungen eine Durchgangsöffnung mit darunter liegender Gewindehülse aufweist.
Die DE 199 42 770 A1 beschreibt ein Leistungshalbleitermodul mit einer Grundplatte, an die mehrere mit Leistungshalbleiterchips bestückte Substrate andrückbar sind. Die Substrate sind in Felder eines gitterförmigen Rahmens eingesetzt. Die elektrische Kontaktierung der Substrate erfolgt mittels Kontaktschnüren mit einem elastischen Kern, der von einer elektrisch leitenden Ümhüllung umgeben ist. Weiterhin ist eine Kontaktschiene vorgesehen, die oberhalb der Substratebene entlang eines Zwischenraumes zwischen zwei benachbarten Substraten verläuft. Außerdem erstreckt sich die Kontaktschiene bis über die seitlichen, an den Zwischenraum angrenzenden Rinder der benachbarten Substrate. Zwischen der Kontaktschiene und den benachbarten Substraten verläuft jeweils eine Kontaktschnur, die durch die Kontaktschiene an das betreffende Substrat angepresst wird, wodurch eine Druckkontaktierung der Substrate erfolgt. Für den modulexternen elektrischen Anschluss ist die Kontaktschiene mit einer Gewindebohrung versehen.
In der DE 103 31 335 B4 ist eine Leistungshalbleitervorrichtung mit vier Wärmeverteilern beschrieben, die symmetrisch um eine Öffnung herum angeordnet sind, mittels der die Leistungshalbleitervorrichtung mit einem Kühlkörper verschraubt werden kann. Die elektrischen Anschlüsse der Leistungshalbleitervorrichtung sind seitlich aus deren Gehäuse herausgeführt.
Die DE 10 2006 005 445 A1 beschreibt ein Leistungshalbleitermodul mit einem einzigen Substrat, sowie mit einer zentralen Befestigungsöffnung, die sich durch das Gehäuse des Leistungshalbleitermoduls und das Substrat hindurch erstreckt, mittels der das Leistungshalbleitermodul mit einem Kühlkörper verschraubt werden kann. Zur elektrischen Kontaktierung des Leistungshalbleitermoduls sind Anschlusselemente vorgesehen, die sich ausgehend von dem Substrat durch die Oberseite des Gehäuses bis zu dessen Außenseite erstrecken und dort eine Leiterplatte kontaktieren.
Aus der JP 2000 228 490 A ist ein Leistungshalbleitermodul mit einer metallischen Grundplatte bekannt, auf der ein Isolationssubstrat angeordnet ist. Weiterhin ist eine Montageöffnung vorgesehen, an der das Modul mit einem Kühlkörper verschraubt werden kann. Der elektrische Anschluss des Moduls erfolgt über Kupferleiter, die an der Oberseite aus dem Modulgehäuse herausgeführt, umgebogen und mit Öffnungen versehen sind.
Die DE 10 2007 046 021 A1 beschreibt ein Leistungshalbleitermodul mit einer metallischen Grundplatte, auf der zwei Isolationssubstrate angeordnet sind. Der elektrische Anschluss des Moduls erfolgt über Kupferleiter, die an der Oberseite aus dem Modulgehäuse herausgeführt und mit Öffnungen versehen sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Leistungshalbleitermodul bereitzustellen, welches keine gemeinsame metallische Grundplatte aufweist, auf der die Schaltungsträger des Moduls montiert sind, und das sich auf einfache Weise und mit möglichst wenigen Verbindungsstellen an einem Kühlkörper montieren und außerdem mit einer anwenderepezifischen Steuerschaltung verbinden lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Leistungshalbleitermodul gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Das nachfolgend erläuterte Leistungshalbleitermodul weist eine Modulunterseite, ein Gehäuse sowie wenigstens zwei voneinander beabstandete Schaltungsträger auf. Jeder der Schaltungsträger besitzt eine dem Inneren des Gehäuses zugewandte Oberseite, sowie eine dem Inneren des Gehäuses abgewandte Unterseite. Die Unterseite eines jeden der Schaltungsträger weist zumindest einen Abschnitt auf, der zugleich einen Abschnitt der Modulunterseite bildet. Über diesen Abschnitt kann die in dem Leistungshalbleitermodul anfallende Abwärme zu einen Kühlkörper hin abgeführt werden. Weiterhin weist das Modul zumindest eine zwischen zwei benachbarten Schaltungsträgern angeordnete Montageeinrichtung, z. B. eine Montageöffnung, auf, die eine Befestigung des Leistungshalbleitermoduls an einem Kühlkörper ermöglicht. Außerdem ist eine Anzahl elektrischer Anschlüsse vorgesehen, die im Inneren des Gehäuses elektrisch leitend mit zumindest einem der Schaltungsträger verbunden sind, und die an der Oberseite des Gehäuses aus diesem heraus ragen. Die elektrischen Anschlüsse können als Federkontakte zur Druckkontaktierung oder als Einpresskontakte ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls mit zwei voneinander beabstandeten Schaltungsträgern;
2 eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß 1, an dem eine Leiterplatte mit einer anwenderspezifischen Ansteuerschaltung montiert ist;
3 eine Explosionsdarstellung der Anordnung gemäß 2;
4 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Leistungshalbleitermoduls mit drei voneinander beabstandeten Schaltungsträgern, wobei zwischen benachbarten Schaltungsträgern jeweils ein Gehäusesteg angeordnet ist;
5 eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls mit zwei voneinander beabstandeten Schaltungsträgern, zwischen denen ein Steg angeordnet ist, auf welchem eine Leiterplatte befestigt ist;
6 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung entsprechend den 2 und 3, bei der das Leistungshalbleitermodul eine Anzahl elektrischer Anschlüsse aufweist, die an der Oberseite des Gehäuses aus dem Gehäuse herausragen und die als Einpresskontakte ausgebildet sind;
7 einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung entsprechend den 2 und 3, bei der das Leistungshalbleitermodul eine Anzahl elektrischer Anschlüsse aufweist, die an der Oberseite des Gehäuses aus dem Gehäuse herausragen und die als Druckkontakte ausgebildet sind;
8 ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls mit zwei Einzel-Leistungshalbleiterschaltern, die auf verschiedenen Schaltungsträgern angeordnet sind;
9 ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls mit drei Halbbrücken, von denen jede auf einem anderen Schaltungsträger angeordnet ist;
10 ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls mit drei Halbbrücken, welche jeweils einen High-Side-Schalter und einen Low-Side-Schalter aufweisen, wobei die High-Side-Schalter gemeinsam auf einem ersten Schaltungsträger und die Low-Side-Schalter gemeinsam auf einem zweiten Schaltungsträger angeordnet sind;
11 ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls mit drei Halbbrücken, von denen eine erste auf einem ersten Schaltungsträger und eine zweite auf einem zweiten Schaltungsträger angeordnet ist, und wobei die dritte Halbbrücke einen High-Side-Leistungshalbleiterschalter aufweist, der auf dem ersten Schaltungsträger angeordnet ist, sowie einen Low-Side-Leistungshalbleiterschalter, der auf dem zweiten Schaltungsträger angeordnet ist;
12 ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls mit drei Halbbrücken, wobei zumindest eine der Halbbrücken einen steuerbaren Low-Side-Leistungshalbleiterschalter und einen steuerbaren High-Side-Leistungshalbleiterschalter aufweist, wobei sowohl der Low-Side-Leistungshalbleiterschalter als auch der High-Side-Leistungshalbleiterschalter jeweils einen ersten Einzelschalter aufweist, der auf dem ersten Schaltungsträger angeordnet ist, sowie einen zweiten Einzelschalter, der auf dem zweiten Schaltungsträger angeordnet ist;
13 ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls, welches zwei bestückte Schaltungsträger gemäß 10 aufweist, sowie einen weiteren Schaltungsträger, auf dem ein Brückengleichrichterschalter sowie eine Bremschopperschaltung angeordnet sind; und
14 ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls mit einem ersten Schaltungsträger, auf dem drei Halbbrückenzweige angeordnet sind, sowie mit einem zweiten Schaltungsträger, auf dem eine Brückengleichrichterschaltung und eine Bremschopperschaltung angeordnet sind.
In den Figuren bezeichnen – falls nichts anders erwähnt – gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Elemente mit gleicher oder einander entsprechender Funktion.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls 100 mit einem Gehäuse 104, sowie mit zwei voneinander beabstandeten Schaltungsträgern T1 und T2 mit Blick auf deren dem Gehäuseinneren zugewandeten Oberseiten 51. Zwischen den benachbarten Schaltungsträgern T1 und T2 befindet sich ein Steg 54, welcher einen Bestandteil des Gehäuses 104 darstellt und in dem eine Montageöffnung 53 vorgesehen ist, mittels der das Leistungshalbleitermodul 100 mit einem Kühlkörper verschraubt werden kann.
Die Montageeinrichtung 53 ist vollständig zwischen den beiden benachbarten Schaltungsträgern T1 und T2 angeordnet. Hierbei können die benachbarten Schaltungsträger T1 und T2 zwei einander zugewandten Außenkanten 71 und 72 aufweisen, zwischen denen die Montageeinrichtung 53 mittig angeordnet ist.
Auf den Schaltungsträgern T1 und T2 sind Leistungshalbleiterchips 120 schaltungsgerecht angeordnet. Bei den Leistungshalbleiterchips 120 kann es sich beispielsweise um IGBTs, rückwärts leitende IGBTs, MOSFETs, J-Fets, Thyristoren, Dioden oder beliebige andere Leistungshalbleiterbauelemente handeln. Insbesondere können die Leistungshalbleiterchips 120 auch als steuerbare Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sein.
Die Schaltungsträger T1, T2 weisen zumindest an ihren Oberseiten 51 jeweils eine Metallisierung 55 auf, die bei Bedarf strukturiert sein kann, um eine Verschaltung der Leistungshalbleiterchips 120 zu realisieren. In die Seitenwand des Gehäuses 104 sind elektrische Anschlusskontakte 110 eingesetzt, die im Inneren des Gehäuses 104 mit den Leistungshalbleiterchips 120 verbunden sind und die an der Oberseite des Gehäuses 104 aus dem Gehäuse 104 herausragen, so dass das Leistungshalbleitermodul 100 auf einfache Weise mit einer anwenderspezifischen Steuerelektronik verbunden werden kann.
Zur Verbesserung der elektrischen Isolationsfestigkeit kann das Gehäuseinnere optional mit einer Vergussmasse, beispielsweise einem Silikongel, vergossen werden.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung mit dem Leistungshalbleitermodul 100 gemäß 1, auf das eine Leiterplatte 200 mit einer anwenderspezifischen Ansteuerelektronik aufgesetzt ist. Auf der dem Leistungshalbleitermodul 100 abgewandten Seite der Leiterplatte 200 ist eine optionale Druckplatte 300 vorgesehen, die eine gleichmäßige Druckverteilung auf die Leiterplatte 200 und das Leistungshalbleitermodul 100 gewährleistet, wenn der Verbund aus Leistungshalbleitermodul 100, Leiterplatte 200 und Druckplatte 300 mit einem Kühlkörper (nicht gezeigt) verschraubt wird. Zur Verschraubung weist die Druckplatte 300 eine Montageöffnung 353 auf, welche mit der Montageöffnung 53 des Leistungshalbleitermoduls 100 fluchtet.
3 zeigt eine Explosionsdarstellung der Anordnung gemäß 2. Hierbei ist zu erkennen, dass das Gehäuse 104 des Leistungshalbleitermoduls 100 einen Gehäuserahmen 105 aufweist, sowie einen Steg 54, der optional einstückig mit dem Gehäuserahmen 105 ausgebildet sein kann. Durch den Gehäuserahmen 105 und den Steg 54 sind zwei Aussparungen 106 an der Unterseite des Gehäuserahmens 105 ausgebildet, in die jeweils einer der Schaltungsträger T1 und T2 eingesetzt wird.
Wie dargestellt kann das Gehäuse 104 außerdem einen optionalen Gehäusedeckel 103 aufweisen, der zumindest die Leistungshalbleiterchips 120 überdeckt. Ein solcher optionaler Gehäusedeckel 103 ist so ausgestaltet, dass die elektrischen Anschlüsse 110 nach dem Aufsetzen des Gehäusedeckels 103 auf den Rahmen 105 von der Außenseite des Moduls 100 zugänglich bleiben. Hierzu können die Anschlusskontakte 110 seitlich am Rand des Deckels 103 vorbeigeführt oder aber durch Öffnungen im Gehäusedeckel 103 hindurchgeführt werden.
Die Leiterplatte 200 kann eine in 3 nicht näher dargestellte elektrische Regel- oder Steuerschaltung aufweisen, die zur Ansteuerung des Leistungshalbleitermoduls 100 dient. Die hierzu erforderlichen elektrischen Bauelemente können auf der dem Leistungshalbleitermodul 100 zugewandten Unterseite und/oder auf der dem Leistungshalbleitermodul 100 abgewandten Oberseite der Leiterplatte 200 angeordnet sein. Die Leiterplatte 200 weist außerdem eine Befestigungsöffnung 253 auf, die beispielhaft als – bezogen auf die Unterseite 102 des Leistungshalbleitermoduls 100 – als zentrale Befestigungsöffnung ausgebildet ist, welche bei sachgerechter Montage mit der Befestigungsöffnung 53 des Leistungshalbleitermoduls 100 und der Befestigungsöffnung 353 der Druckplatte 300 fluchtet.
Die Leiterplatte 200 und die Anschlusskontakte 110 sind so aufeinander abgestimmt, dass die auf der Leiterplatte 200 realisierte Ansteuerschaltung beim Aufsetzen der Leiterplatte 200 auf das Leistungshalbleitermodul 100 schaltungsgerecht mit den Anschlusskontakten 110 verbunden wird.
Wie in 3 außerdem zu sehen ist, kann die Druckplatte 300 nicht nur eine, sondern auch mehrere Bestandteile 301, 302 aufweisen.
4 zeigt einen Abschnitt eines Leistungshalbleitermoduls 100 mit drei in Reihe angeordneten, jeweils voneinander beabstandeten Schaltungsträgern T1, T2 und T3 mit parallelen seitlichen Kanten 71, 72, 73, 74. Zwischen jeweils zwei benachbarten T1/T2 bzw. T2/T3 der Schaltungsträger T1, T2, T3 sind Stege 54 ausgebildet, welche optional einstückig mit einem nicht dargestellten Gehäuserahmen ausgebildet sein können. Die Stege 54 können beispielsweise – ebenso wie der Gehäuserahmen – aus Kunststoff hergestellt sein. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die Unterseite des Gehäuserahmens auch durch eine Leiterplatte gebildet sein, in welcher die Öffnungen 106 (siehe 3) ausgebildet sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung können die Stege 54 auch als Abschnitt einer solchen Leiterplatte ausgebildet sein.
In jedem der Stege 54 eine Montageöffnung 53 vorgesehen, mittels der das Leistungshalbleitermodul 100 mit einem Kühlkörper verschraubt werden kann. Oberhalb einer jeder der Montageöffnungen 53 ist auf jedem der betreffenden Stege 54 ein zylindrischer Ring angeordnet, der einstückig mit dem betreffenden Steg 54 ausgebildet sein kann und der dazu dient, beim Vergießen des Moduls 100 mit einer Vergussmasse deren Auslaufen durch die betreffende Befestigungsöffnung 53 zu verhindern.
Um bei Bedarf die auf den Schaltungsträgern T1, T2 und T3 realisierten Schaltkreise elektrisch leitend miteinander zu verbinden, können elektrisch leitende Verbindungselemente vorgesehen sein, welche benachbarte Schaltungsträger T1/T2 bzw. T2/T3 über den dazwischen liegenden Steg 54 hinweg elektrisch leitend verbinden. Ein solches Verbindungselement kann beispielsweise als metallischer Bügel 58 ausgebildet sein, der mit den oberseitigen Metallisierungen 55 der betreffenden Schaltungsträger T1 und T2 verlötet oder verschweißt ist, oder als Bonddraht 59, der auf die oberseitigen Metallisierungen 55 der benachbarten, elektrisch leitend miteinander zu verbindenden Schaltungsträger T2 und T3 gebondet ist.
5 zeigt eine perspektivische Anordnung eines Abschnitts eines Leistungshalbleitermoduls 100 mit zwei voneinander beabstandeten Schaltungsträgern T1 und T2, zwischen denen ein Steg 54 wie vorangehend beschrieben ausgebildet ist. Auf dem Steg 54 ist eine optionale Leiterplatte 60 angeordnet, welche im einfachsten Fall eine Metallisierung als Stützpunkt zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den benachbarten Schaltungsträgern T1 und T2 dienen kann, welcher aber bei Bedarf auch mit elektrischen Bauelementen bestückt sein kann, die untereinander über die Leiterplatte 60 verbunden sind. Die Leiterplatte 60 kann beispielsweise – wie dargestellt – mittels Bonddrähten 62 mit den an den Steg 54 angrenzenden Schaltungsträgern T1 und T2 elektrisch leitend verbunden sein.
Alternativ oder zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Leiterplatte 60 an einen oder an mehrere der Anschlusskontakte 110, die Leiterplatte 60 mittels Bonddrähten oder anderen elektrisch leitenden Verbindungseinrichtungen mit einem oder mehreren der Anschlusskontakte 110 elektrisch leitend zu verbinden.
6 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Anordnung, deren prinzipieller Aufbau der Anordnung gemäß den 2 und 3 entspricht. In dieser Anordnung sind aufeinanderfolgend ein Kühlkörper 400, ein Leistungshalbleitermodul 100, eine Leiterplatte 200 und eine Druckplatte 300 angeordnet. Diese Komponenten sind so zueinander positioniert, dass eine Befestigungsöffnung 353 der Druckplatte 300 mit Befestigungsöffnungen 253 der Leiterplatte 200 und 53 des Leistungshalbleitermoduls 100 sowie mit einer Gewindebohrung 453 des Kühlkörpers 400 fluchtet, so dass die einzelnen Komponenten in der gezeigten Reihenfolge mittels eines beispielhaft als Schraube ausgebildeten Befestigungselements 500 verbunden werden können. Um den Wärmekontakt zwischen der Unterseite 102 des Leistungshalbleitermoduls 100 und der Oberseite 401 des Kühlkörpers 400 zu optimieren, kann ein Wärmeübertragungsmedium 140, beispielsweise eine Wärmeleitpaste, auf die Unterseite 102 des Leistungshalbleitermoduls 100 und/oder auf die Oberseite 401 des Kühlkörpers 400 aufgetragen werden.
Bei dem gezeigten Leistungshalbleitermodul 100 sind die Anschlusskontakte 110 beispielhaft als Einpresskontakte ausgebildet, deren aus dem Gehäuse 104 herausragenden Enden in korrespondierende Öffnungen 210 der Leiterplatte 200 eingepresst und damit schaltungsgerecht elektrisch leitend mit der Leiterplatte 200 und über die darauf aufgebrachten Leiterbahnstrukturen mit der Ansteuerschaltung verbunden werden können. Die Bestückung der Leiterplatte 200 ist in 6 nicht dargestellt.
Die Schaltungsträger T1 und T2 weisen jeweils an ihren Oberseiten 51 eine Oberseitenmetallisierung 55 auf, die bei Bedarf strukturiert sein kann, sowie an ihren Unterseiten 52 eine optionale Unterseitenmetallisierung 57. Bei einem jeden der Schaltungsträger T1 und T2 sind die Oberseitenmetallisierungen 55 sowie die optionalen Unterseitenmetallisierungen 57 auf einem Isolationsträger 56, beispielsweise ein Keramikplättchen, aufgebracht. Bei einem solchen Keramikplättchen kann es sich beispielsweise um eine Aluminiumoxid-Keramik, Siliziumnitridkeramik oder um eine Aluminiumnitrid-Keramik handeln. Die Schaltungsträger T1 und T2 können beispielsweise als DCB-Substrate (DCB = Direct Copper Bonding), als DAB-Substrate (DAB = Direct Aluminum Bonding) oder als AMB-Substrate (AMB = Active Metal Brazing) ausgebildet sein.
Die Anordnung gemäß 7 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß 6 darin, dass das Leistungshalbleitermodul 100 Anschlusskontakte 110 aufweist, die als Federkontakte ausgebildet sind, welche eine Druckkontaktierung des Leistungshalbleitermoduls 100 mit korrespondierenden Kontaktflächen 211 der Leiterplatte 200 ermöglichen.
8 zeigt ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls mit zwei steuerbaren Leistungshalbleiterschaltern S1H und S1L, deren Laststrecken zu einer Halbbrücke 1 in Reihe geschaltet sind. Die Halbbrücke 1 weist zur Zuführung einer positiven Versorgungsspannung +U_B einen oberen Anschluss auf, sowie einen unteren Anschluss zur Zuführung einer negativen Versorgungsspannung –U_B.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird von zwei miteinander zu einer Halbbrücke verschalteten steuerbaren Leistungshalbleiterschalter S1H und S1L der dem Anschluss zur Zuführung der positiven Versorgungsspannung +U_B nächstgelegene der steuerbare Leistungshalbleiterschalter S1H als ”High-Side-Schalter” bezeichnet. Entsprechend wird der dem Anschluss zur negativen Versorgungsspannung –U_B nächstgelegene der steuerbaren Leistungshalbleiterschalter S1L als ”Low-Side-Schalter” bezeichnet.
Optional kann parallel zu jedem der steuerbaren Leistungshalbleiterschalter S1H und S1L eine Freilaufdiode D1H bzw. D1L antiparallel geschaltet werden. Die in der vorliegenden Anmeldung verwendete Bezeichnung der steuerbaren Leistungshalbleiterschalter und der Freilaufdioden entspricht folgender Systematik:
An der ersten Stelle bezeichnet ”S” einen steuerbaren Leistungshalbleiterschalter, ”D” eine Diode. Die folgende Ziffer an der zweiten Stelle (im vorliegenden Beispiel die ”1”) entspricht der Nummer der Halbbrücke. Ein ”H” an der dritten Stelle besagt, dass es sich bei dem betreffenden Bauelement um ein ”High-Side-Bauelement” handelt, d. h. um ein Bauelement, das schaltungstechnisch auf der Seite des für die Zuführung der positiven Versorgungsspannung +U_B vorgesehenen Anschlusses der Halbbrücke angeordnet ist. Ein ”L” an der dritten Stelle gibt entsprechend an, dass sich das betreffende Bauelement schaltungstechnisch an der Seite des Anschlusses befindet, der für die Zuführung der negativen Versorgungsspannung –U_B vorgesehen ist.
Als steuerbarer Leistungshalbleiterschalter S1H, S1L im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird eine logische Einheit verstanden, die entweder mittels genau eines Leistungshalbleiterchips oder aber mittels zwei oder mehrer elektrisch parallel geschalteten Leistungshalbleiterchips realisiert ist. Ein solcher mittels genau eines einzigen Leistungshalbleiterchips realisierter Leistungsschalter wird nachfolgend auch als Einzelschalter bezeichnet.
Bei der Anordnung gemäß 8 ist es vorgesehen, dass jeder der steuerbaren Leistungshalbleiterschalter S1H und S1L auf einem eigenen Schaltungsträger T1 bzw. T2, welche voneinander beabstandet im Leistungshalbleitermodul angeordnet sind, angeordnet ist. In 8 ebenso wie in den nachfolgenden Figuren sind die verschieden, jeweils voneinander beabstandeten Schaltungsträger T1, T2 und ggf. T3 eines Leistungshalbleitermoduls durch gestrichelte Linien angegeben, d. h. sämtliche von einer derartigen gestrichelten Linie umgebenen Bauelemente S1H, D1H bzw. S1L, D1L sind auf dem der gestrichelten Linie entsprechenden Schaltungsträger T1 bzw. T2 angeordnet. Dies gilt jedoch nicht für die ebenfalls dargestellten Leiterbahnen und Schaltungsknoten.
9 zeigt ein Schaltbild eines anderen Leistungshalbleitermoduls, welches drei voneinander beabstandete Schaltungsträger T1, T2 und T3 aufweist. Auf jedem der Schaltungsträger T1, T2, T3 ist eine Halbbrücke 1, 2 bzw. 3 angeordnet. Jeder dieser Halbbrücken 1, 2, 3 weist einen steuerbaren High-Side-Leistungshalbleiterschalter S1H, S2H bzw. S3H und einen steuerbaren Low-Side-Leistungshalbleiterschalter S1L, S2L bzw. S3L auf, wobei bei eine jeder der Halbbrücken 1, 2, 3 die Laststrecke des zugehörigen steuerbaren High-Side-Leistungshalbleiterschalter mit der Laststrecke des zugehörigen steuerbaren Low-Side-Leistungshalbleiterschalter in Reihe geschaltet ist. Optional kann antiparallel zur Laststrecke eines jeden der steuerbaren Leistungshalbleiterschalter S1H, S2H, S3H, S1L, S2L und S3L eine Freilaufdiode D1H, D2H, D3H, D1L, D2L bzw. D3L geschaltet sein. Jede dieser Freilaufdioden ist auf demselben Schaltungsträger T1, T2 bzw. T3 angeordnet wie der zugehörige steuerbare Leistungshalbleiterschalter, zu dessen Laststrecke die betreffende Freilaufdiode antiparallel geschaltet ist.
Die Halbbrücken 1, 2, 3 können optional parallel geschaltet sein, um eine gemeinsame Zuführung einer positiven Versorgungsspannung +U_B und einer negativen Versorgungsspannung –U_B zu ermöglichen.
10 zeigt ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls, welches drei Halbbrücken 1, 2, 3 aufweist, die ebenso wie die Halbbrücken 1, 2, 3 gemäß 9 verschaltet sein können. Das Leistungshalbleitermodul zu 10 unterscheidet sich von dem Leistungshalbleitermodul zu 9 durch eine andere Anordnung der steuerbaren Leistungshalbleiterschalter und der optionalen zugehörigen Freilaufdioden. Bei dem Leistungshalbleitermodul zu 10 sind die steuerbaren High-Side-Leistungshalbleiterschalter S1H, S2H und S3H sämtlicher Halbbrücken 1, 2, 3 auf einem ersten Schaltungsträger T1 und sämtliche steuerbaren Low-Side-Leistungshalbleiterschalter S1L, S2L und S3L der Halbbrücken 1, 2, 3 auf einem anderen, vom ersten Schaltungsträger T1 beabstandeten zweiten Schaltungsträger T2 angeordnet.
Optional kann antiparallel zu der Laststrecke eines jeden der steuerbaren Leistungshalbleiterschalter S1H, S2H, S3H, S1L, S2L und S3L eine Freilaufdiode D1H, D2H, D3H, D1L, D2L bzw. D3L geschaltet und auf demselben der Schaltungsträger T1 bzw. T2 angeordnet sein wie der zu der betreffenden Freilaufdiode D1H, D2H, D3H, D1L, D2L bzw. D3L gehörende steuerbare Leistungshalbleiterschalter S1H, S2H, S3H, S1L, S2L bzw. S3L.
11 zeigt das Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls mit einer Halbbrücke 2, deren steuerbarer Low-Side-Leistungshalbleiterschalter S2L auf einem ersten Schaltungsträger T1 und deren steuerbarer High-Side-Leistungshalbleiterschalter S2H auf einem vom ersten Schaltungsträger T1 beabstandeten zweiten Schaltungsträger T2 angeordnet ist.
Weiterhin weist die zweite Halbbrücke 2 eine optionale High-Side-Diode DH auf, die zur Laststrecke des steuerbaren Low-Side-Schalters S2L in Reihe geschaltet ist, und die auf dem ersten Schaltungsträger T1 angeordnet ist. Entsprechend weist die zweite Halbbrücke 2 eine Low-Side-Diode DL auf, die zur Laststrecke des steuerbaren High-Side-Schalters S2H in Reihe geschaltet ist und die auf dem zweiten Schaltungsträger T2 angeordnet ist. Die High-Side-Diode DH ist auf dem ersten Schaltungsträger T1, die Low-Side-Diode DL auf dem zweiten Schaltungsträger T2 angeordnet.
Weiterhin ist auf dem ersten Schaltungsträger T1 eine optionale weitere Halbbrücke 1 mit steuerbaren Leistungshalbleiterschaltern D1H und D1L sowie mit Freilaufdioden D1H und D1L angeordnet. Entsprechend ist auf dem zweiten Schaltungsträger T2 eine optionale Halbbrücke 3 mit steuerbaren Leistungshalbleiterschaltern D3H und D3L sowie mit Freilaufdioden D3H und D3L angeordnet.
12 zeigt ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls mit einer ersten Halbbrücke 1, deren steuerbarer Leistungshalbleiterschalter S1H zwei elektrisch parallel geschaltete steuerbare Einzelleistungshalbleiterschalter S1H1 und S1H2 aufweist, und deren steuerbarer Low-Side-Leistungshalbleiterschalter S1L zwei elektrisch parallel geschaltete steuerbare Einzelleistungshalbleiterschalter S1L1 und S1L2 umfasst. Die steuerbaren Einzelschalter S1H1 und S1L1 sind als Leistungshalbleiterchips realisiert und auf einem ersten Schaltungsträger T1 angeordnet. Entsprechend sind auch die steuerbaren Einzelschalter S1H2 und S1L2 als Leistungshalbleiterchips realisiert, allerdings auf einem vom ersten Schaltungsträger T1 beabstandeten zweiten Schaltungsträger T2 angeordnet.
Wie dargestellt kann ein jeder der steuerbaren High-Side-Leistungshalbleiterschalter S2H, S3H der zweiten Halbbrücke 2 bzw. der dritten Halbbrücke 3 und ein jeder der steuerbaren Low-Side-Leistungshalbleiterschalter S2L, S3L der zweiten Halbbrücke 2 bzw. der dritten Halbbrücke 3 durch Parallelschaltung von zwei oder mehr steuerbaren Leistungshalbleiterschaltern S2H1 parallel zu S2H2, S3H1 parallel zu S3H2, S2L1 parallel zu S2L2 bzw. S3L1 parallel zu S3L2 gebildet sein.
13 zeigt ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls, welches drei Halbbrücken 1, 2, 3 umfasst, die wie unter Bezugnahme auf 10 beschrieben miteinander verschaltet und auf zwei Schaltungsträger T1 und T2 verteilt angeordnet sein können. Ergänzend zu den bestückten Schaltungsträgern T1 und T2 ist ein dritter Schaltungsträger T3 vorgesehen, der von den Schaltungsträgern T1 und T2 beabstandet ist. Auf dem dritten Schaltungsträger T3 ist eine Brückengleichrichterschaltung 4 angeordnet, die beispielhaft mittels Dioden D realisiert ist. Die Brückengleichrichterschaltung 4 dient zur Gleichrichtung eines mindestens zweiphasigen Wechselstroms. Die Brückengleichrichterschaltung 4 umfasst je Phase eine Reihenschaltung R1, R2 bzw. R3 mit jeweils zwei in Reihe geschalteten Dioden D. Diese Reihenschaltungen R1, R2, R3 sind elektrisch parallel geschaltet und können so zwischen zwei Ausgängen 41 und 42 der Brückengleichrichterschaltung 4 eine Zwischenkreisspannung bereitstellen.
Auf dem dritten Schaltungsträger T3 ist außerdem eine Bremschopperschaltung 5 angeordnet, welche einen steuerbaren Leistungshalbleiterschalter SW umfasst, zu dessen Laststrecke eine Diode DW in Reihe geschaltet ist.
14 zeigt ein Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls, welches sich von dem Leistungshalbleitermodul zu 13 dadurch unterscheidet, dass die Halbbrücken 1, 2, 3 auf einem gemeinsamen Schaltungsträger T angeordnet sind.
Anhand der 15 und 16 wird nachfolgend schematisch anhand von Beispielen erläutert, wie eine oder mehrere Montageeinrichtungen 53 eines Leistungshalbleitermoduls 100 in Bezug auf die zwei oder mehr Schaltungsträger T1, T2 bzw. T3 des Moduls 100 angeordnet sein können.
Die Anordnung gemäß 15 zeigt zwei voneinander beabstandete Schaltungsträger T1 und T2. Das Modul 100 umfasst genau eine Montageeinrichtung 53, die mittig zwischen den Schaltungsträgern T1 und T2 angeordnet ist.
Entsprechend zeigt die Anordnung gemäß 16 drei voneinander beabstandete Schaltungsträger T1, T2 und T3. Das Modul 100 umfasst genau zwei Montageeinrichtungen 53, von denen jeweils eine mittig zwischen einem Paar benachbarter Schaltungsträger T1 und T2 bzw. T2 und T3 angeordnet ist.
Generell kann bei einem Leistungshalbleitermodul 100 mit einer Anzahl N1 Schaltungsträgern T1, T2, T3 und einer Anzahl N2 Montageeinrichtungen 53 das Verhältnis N2:N1 beispielsweise kleiner als 1, oder kleiner als 2/3 gewählt werden.

Claims

Leistungshalbleitermodul mit – einer Modulunterseite (102); – einem Gehäuse (104); – wenigstens zwei voneinander beabstandeten Schaltungsträgern (T1, T2, T3), von denen jeder eine dem Inneren des Gehäuses (104) zugewandte Oberseite (51) aufweist, sowie eine dem Inneren des Gehäuses (104) abgewandte Unterseite (52); – einer Anzahl elektrischer Anschlüsse (110), die im Inneren des Gehäuses (104) elektrisch leitend mit zumindest einem der Schaltungsträger (T1, T2, T3) verbunden sind, und die an der Oberseite (101) des Gehäuses (104) aus diesem heraus ragen; wobei – die elektrischen Anschlüsse (110) als Federkontakte zur Druckkontaktierung oder als Einpresskontakte ausgebildet sind; – die Unterseite (52) eines jeden der Schaltungsträger (T1, T2, T3) zumindest einen Abschnitt aufweist, der zugleich einen Abschnitt der Modulunterseite (102) bildet; und – zumindest eine zwischen zwei benachbarten Schaltungsträgern (T1, T2; T2, T3) angeordnete Montageeinrichtung (53), die eine Befestigung des Leistungshalbleitermoduls (100) an einem Kühlkörper (400) ermöglicht.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 1, bei dem die Montageeinrichtung (53) als Montageöffnung ausgebildet ist, die sich in einer Richtung senkrecht zur Modulunterseite (102) durch das Leistungshalbleitermodul (100) hindurch erstreckt.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Montageeinrichtung (53) vollständig zwischen den beiden benachbarten Schaltungsträgern (T1, T2; T2, T3) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Montageeinrichtung (53) mittig zwischen zwei einander zugewandten Außenkanten der beiden benachbarten Schaltungsträger (T1, T2; T2, T3) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem jeder der Schaltungsträger (T1, T2, T3) an seiner Oberseite (51) eine Oberseitenmetallisierung (55) aufweist.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 5, bei dem Oberseitenmetallisierungen (55) von zumindest zwei der Schaltungsträger (T1, T2; T2, T3) mittels eines Verbindungselements (58, 59) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 6, bei dem das Verbindungselement als Bonddraht (59) oder als metallischer Bügel (58) ausgebildet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem jeder der Schaltungsträger (T1, T2, T3) auf seiner Unterseite (52) eine Unterseitenmetallisierung (57) aufweist;
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zumindest einer, mehrere oder jeder der Schaltungsträger (T1, T2, T3) als metallisiertes Keramikplättchen ausgebildet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem keiner der Schaltungsträger (T1, T2, T3) eine Durchgangsöffnung zwischen der Oberseite (51) und der Unterseite (52) aufweist.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Gehäuse (104) an der Modulunterseite (102) Aussparungen (106) aufweist, in die die Schaltungsträger (T1, T2, T3) eingesetzt sind.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem wenigstens zwei benachbarte der Schaltungsträger (T1, T2; T2, T3) jeweils mittels eines dazwischen liegenden Stegs (54) voneinander separiert sind.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 12, bei dem auf dem Steg (54) eine Leiterplatte (60) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem auf jedem der Schaltungsträger (T1, T2, T3) zumindest ein Leistungshalbleiterchip (120) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 14, bei dem auf jedem der Schaltungsträger (T1, T2, T3) zumindest eines der folgenden Bauelemente angeordnet ist: ein IGBT, ein rückwärts leitender IGBT, ein MOSFET, ein J-FET, ein Thyristor, eine Diode.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem auf jedem der Schaltungsträger (T1) zumindest ein steuerbarer Leistungshalbleiterschalter (S1H) und eine Freilaufdiode (D1H) angeordnet sind.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16 mit wenigstens zwei Halbbrückenzweigen (1, 2, 3), von denen jeder einen steuerbaren High-Side Leistungshalbleiterschalter (S1H, S2H, S3H) und einen steuerbaren Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S1L, S2L, S3L) aufweist, deren Laststrecken in Reihe geschaltet sind, wobei jeder der Halbbrückenzweige (1, 2, 3) auf einem anderen der Schaltungsträger (T1, T2, T3) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16 mit wenigstens zwei Halbbrückenzweigen (1, 2, 3), von denen jeder einen steuerbaren High-Side Leistungshalbleiterschalter (S1H, S2H, S3H) und einen steuerbaren Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S1L, S2L, S3L) aufweist, deren Laststrecken in Reihe geschaltet sind, wobei sämtliche der steuerbaren High-Side Leistungshalbleiterschalter (S1H, S2H, S3H) auf einem ersten (T1) der Schaltungsträger (T1, T2) und sämtliche der steuerbaren Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S1L, S2L, S3L) auf einem zweiten (T2) der Schaltungsträger (T1, T2) angeordnet sind.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16 mit einem ersten Halbbrückenzweig (1), einem zweiten Halbbrückenzweig (2) und einem dritten Halbbrückenzweig (3), von denen jeder einen steuerbaren High-Side Leistungshalbleiterschalter (S1H, S2H, S3H) und einen steuerbaren Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S1L, S2L, S3L) aufweist, deren Laststrecken in Reihe geschaltet oder in Reihe schaltbar sind, wobei – der steuerbare High-Side Leistungshalbleiterschalter (S1H) des ersten Halbbrückenzweiges (1) und die steuerbaren Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S1L, S2L) des ersten Halbbrückenzweiges (1) und des zweiten Halbbrückenzweiges (2) zusammen mit einer zur Laststrecke des steuerbaren Low-Side Leistungshalbleiterschalters (S2L) des zweiten Halbbrückenzweiges (2) in Reihe geschalteten High-Side Diode (DH) auf einem ersten (T1) der Schaltungsträger (T1, T2) angeordnet sind; und – der steuerbare Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S3L) des dritten Halbbrückenzweiges (3) und die steuerbaren High-Side Leistungshalbleiterschalter (S2H, S3H) des zweiten Halbbrückenzweiges (2) und des dritten Halbbrückenzweiges (3) zusammen mit einer zur Laststrecke des steuerbaren High-Side Leistungshalbleiterschalters (S2H) des zweiten Halbbrückenzweiges (2) in Reihe geschalteten Low-Side Diode (DL) auf einem zweiten (T2) der Schaltungsträger (T1, T2) angeordnet sind.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, das zu jedem der steuerbaren High-Side Leistungshalbleiterschalter (S1H, S2H, S3H) und zu jedem der steuerbaren Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S1L, S2L, S3L) eine Freilaufdiode (D1H, D2H, D3H, D1L, D2L, D3L) aufweist, die zusammen mit dem betreffenden High-Side bzw. Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S1H, S2H, S3H, S1L, S2L, S3L) auf demselben Schaltungsträger (T1, T2, T3) angeordnet und antiparallel zur Laststrecke des betreffenden High-Side bzw. Low-Side Leistungshalbleiterschalters (S1H, S2H, S3H, S1L, S2L, S3L) geschaltet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16 mit einem ersten Halbbrückenzweig (1), der einen steuerbaren High-Side Leistungshalbleiterschalter (S1H) und einen steuerbaren Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S1L) aufweist, deren Laststrecken in Reihe geschaltet sind, wobei – der steuerbare High-Side Leistungshalbleiterschalter (S1H) des ersten Halbbrückenzweiges (1) zumindest zwei steuerbare High-Side Einzelhalbleiterschalter (S1H1, S1H2) umfasst, deren Laststrecken parallel geschaltet sind; – der steuerbare Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S1L) des ersten Halbbrückenzweiges (1) zumindest zwei steuerbare Low-Side Einzelhalbleiterschalter (S1L1, S1L2) umfasst, deren Laststrecken parallel geschaltet sind; – zumindest einer (S1H1) der steuerbaren High-Side Einzelhalbleiterschalter (S1H1, S1H2) auf einem ersten (T1) der Schaltungsträger (T1, T2) angeordnet ist; – zumindest einer (S1H2) der steuerbaren High-Side Einzelhalbleiterschalter (S1H1, S1H2) auf einem zweiten (T2) der Schaltungsträger (T1, T2) angeordnet ist; – zumindest einer (S1L1) der steuerbaren Low-Side Einzelhalbleiterschalter (S1L1, S1L2) auf dem ersten (T1) der Schaltungsträger (T1, T2) angeordnet ist; – zumindest einer (S1L2) der steuerbaren Low-Side Einzelhalbleiterschalter (S1L1, S1L2) auf dem zweiten (T2) der Schaltungsträger (T1, T2) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 21 mit einem zweiten Halbbrückenzweig (2) und einem dritten Halbbrückenzweig (3), von denen jeder einen steuerbaren High-Side Leistungshalbleiterschalter (S2H, S3H) und einen steuerbaren Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S2L, S3L) aufweist, deren Laststrecken in Reihe geschaltet sind, wobei – der steuerbare High-Side Leistungshalbleiterschalter (S2H) und der steuerbare Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S2L) des zweiten Halbbrückenzweiges (2) auf dem ersten (T1) der Schaltungsträger (T1, T2)) angeordnet sind; und – der steuerbare High-Side Leistungshalbleiterschalter (S3H) und der steuerbare Low-Side Leistungshalbleiterschalter (S3L) des dritten Halbbrückenzweiges (3) auf dem zweiten (T2) der Schaltungsträger (T1, T2) angeordnet sind.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 20 oder 21, das zu jedem der steuerbaren High-Side Einzelhalbleiterschalter (S1H1, S1H2, S2H1, S2H2, S3H1, S3H3) und zu jedem der steuerbaren Low-Side Einzelhalbleiterschalter (S1L1, S1L2, S2L1, S2L2, S3L1, S3L3) eine Freilaufdiode (D1H1, D1H2, D2H1, D2H2, D3H1, D3H3, D1L1, D1L2, D2L1, D2L2, D3L1, D3L3) aufweist, von denen jede antiparallel zur Laststrecke des betreffenden High-Side bzw. Low-Side Einzelhalbleiterschalters (S1H1, S1H2, S2H1, S2H2, S3H1, S3H3, S1L1, S1L2, S2L1, S2L2, S3L1, S3L3) geschaltet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 18 mit – einer Brückengleichrichterschaltung (4) zum Gleichrichten eines Mehrphasenwechselstromes mit einer Anzahl von N ≥ 2 Phasen, wobei die Brückengleichrichterschaltung () für jede der N Phasen zwei Gleichrichterdioden (D) aufweist, die zu einer Reihenschaltung (R1, R2, R3) in Reihe geschaltet sind, und wobei die dadurch gebildeten N Reihenschaltungen (R1, R2, R3) parallel geschaltet sind; – einer weiteren Diode (DW), sowie mit einem weiteren steuerbaren Leistungshalbleiterschalter (SW), dessen Laststrecke mit der weiteren Diode (DW) in Reihe geschaltet ist; wobei die Gleichrichterdioden (D) der Brückengleichrichterschaltung (4), die weitere Diode (DW) und der weitere Leistungshalbleiterschalter (SW) auf einem dritten (T3) der Schaltungsträger (T1, T2, T3) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16 mit – wenigstens drei Halbbrückenzweigen (1, 2, 3), von denen jeder einen steuerbaren High-Side Leistungshalbleiterschalter (SH1, SH2, SH3) und einen steuerbaren Low-Side Leistungshalbleiterschalter (SL1, SL2, SL3) aufweist, deren Laststrecken in Reihe geschaltet sind, wobei jeder der Halbbrückenzweige (1, 2, 3) auf einem ersten (T) der Schaltungsträger (T, T3) angeordnet ist; – einer Brückengleichrichterschaltung (4) zum Gleichrichten eines Mehrphasenwechselstromes mit einer Anzahl von N ≥ 2 Phasen, wobei die Brückengleichrichterschaltung (4) für jede der N Phasen zwei Gleichrichterdioden (D) aufweist, die zu einer Reihenschaltung (R1, R2, R3) in Reihe geschaltet sind, und wobei die dadurch gebildeten N Reihenschaltungen (R1, R2, R3) parallel geschaltet sind; – einer weiteren Diode (D''), sowie mit einem weiteren steuerbarer Leistungshalbleiterschalter (SW), dessen Laststrecke mit der weiteren Diode (DW) in Reihe geschaltet ist; wobei die Gleichrichterdioden (D) der Brückengleichrichterschaltung (4), die weitere Diode (DW) und der weitere Leistungshalbleiterschalter (SW) auf einem zweiten (T3) der Schaltungsträger (T, T3) angeordnet ist.