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DE19927285C2 - Niederinduktives Halbleiterbauelement - Google Patents

Niederinduktives Halbleiterbauelement

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DE19927285C2
DE19927285C2 DE19927285A DE19927285A DE19927285C2 DE 19927285 C2 DE19927285 C2 DE 19927285C2 DE 19927285 A DE19927285 A DE 19927285A DE 19927285 A DE19927285 A DE 19927285A DE 19927285 C2 DE19927285 C2 DE 19927285C2
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DE
Germany
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semiconductor component
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semiconductor
component according
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DE19927285A
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Martin Hierholzer
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Infineon Technologies AG
Original Assignee
EUPEC GmbH
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Publication date
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Priority to KR10-2001-7016143A priority patent/KR100458425B1/ko
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Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Derartige Halbleiterbauelemente werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen zwischen zumindest einem batteriegestützten Niederspannungs-Bordnetz einerseits und einem Starter- Generator als Anlasser bzw. Ladevorrichtung für die jeweilige Batterie andererseits eingesetzt. Sie dienen im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges zur Anpassung von Spannung und Leistung des dann als Generator arbeitenden Starter-Generators an die entsprechenden Betriebsdaten der jeweiligen nachzuladenden Batterie und beim Starten des dann als Motor arbeitenden Starter-Generators mit Hilfe der jeweiligen Batterie zur Ge­ währleistung eines hinreichenden Start-Drehmomentes mit ent­ sprechend hohem Anfahrstrom.
Als wesentliche Bauteile einer solchen Schaltungsanordnung gelten insbesondere eine Anzahl von Halbleiter-Halbbrücken als Leistungsbauteile, eine Anzahl von Zwischenkreis- Bauelementen, insbesondere Kondensatoren, und eine Anzahl von Steuerelementen, insbesondere Treiberstufen. Ein derartiges Halbleiterbauelement ist beispielsweise aus der DE 196 45 636 C1 bekannt, das zur Ansteuerung eines Elektromotors dient.
Als Schaltelemente weisen die beschriebenen Halbleiterbauele­ mente vielfach MOSFETs auf. Diese werden durch eine zwischen den Sourcekontakt und den Gatekontakt angelegte Steuerspan­ nung leitend bzw. sperrend geschaltet. In der Praxis wird die Steuerspannung zwischen den Sourceanschluss und den Gatean­ schluss gelegt. Der zum Sourcekontakt führende Draht hat eine Eigeninduktivität, die bewirkt, dass der sich beim Ein- oder Ausschalten des MOSFETs zeitlich ändernde Laststrom eine Spannung in der Induktivität induziert, die der Steuerspan­ nung schaltverzögernd entgegenwirkt. Schaltet man mehrere MOSFET parallel und steuert sie gemeinsam aus einer einzigen Spannungsquelle an, so führt die erwähnte Induktivität dazu, dass im Ansteuerkreis wegen unvermeidlicher Bauelemente Tole­ ranzen hochfrequente Schwingungen mit Amplituden auftreten, die den MOSFET zerstören können. Die Schwingfrequenz wird maßgeblich durch die Induktivität des Sourceanschlusses und daneben durch andere parasitäre Netzwerk- und Bauelementepa­ rameter bestimmt. Zur Verringerung der Nachteile der Wirkung der Induktivität des Sourceanschlusses wird in der EP 0 265 833 B1 vorgeschlagen, die Leiterbahnen, die mit den Sourceanschlüssen verbunden werden auf der einen Seite des MOSFETs und die Leiterbahnen für die Ansteuerung auf der an­ deren Seite des MOSFETs anzuordnen. Hierdurch ergibt sich ei­ ne weitgehende magnetische Entkoppelung des Ansteuerkreises von den Sourceanschlüssen des Halbleiterbauelements.
Es sind folglich überwiegend die Streuinduktivitäten in den Zuführungen zu den Laststromanschlüssen eines oder mehrerer Halbleiterschalter, die insbesondere bei sehr hohen Strom­ steilheiten (dI/dt) Probleme, d. h. Überspannungen bereiten. Zur Kompensation dieser Überspannungen sind deshalb große Kondensatoren sowie Widerstände notwendig. Diese können je­ doch das Schaltverhalten des Halbleiterbauelementes nachtei­ lig beeinflussen. Um diesen Nachteilen zu entgehen, versucht man in der Praxis durch geschickte, d. h. kurze Leiterbahn­ führung die Induktivitäten in den Zuführungen zu verringern.
Im einzelnen ist aus der DE 299 00 370 U1 ein Halbleiterbau­ element, bestehend aus einem Gehäuse, einer Trägerplatte, ei­ nem Keramiksubstrat, das an seiner Oberseite mit einer Metal­ lisierung versehen ist, zwei Schaltelementen, die auf der Oberseite des Keramiksubstrates elektrisch leitend angeordnet sind und jeweils über die Laststromanschlüsse und einen Steu­ erstromanschluss verfügen, mehreren externen Laststroman­ schlusselementen, die mit den Laststromanschlüssen der Schaltelemente über Zuführungen elektrisch verbunden sind, wobei die Laststromanschlusselemente ein erstes oder ein zweites Versorgungspotential aufweisen können und jeweils zwei Schaltelemente benachbart zueinander angeordnet sind, bekannt.
Weiterhin beschreibt die DE 37 34 067 C2 eine Halbleitervor­ richtung, bei der Flächen aller Hauptanschlusselemente sand­ wichartig unter jeweiliger Zwischenlage einer Isolierschicht übereinanderliegend angeordnet sind, wobei abgebogene An­ schlussbereiche der jeweiligen Anschlusselemente parallel zu­ einander so dicht beieinander liegen, dass sich die Magnet­ felder der entsprechenden Ströme gegenseitig kompensieren, und wobei die Drähte, die zu Hilfsanschlusselementen führen, verdrillt sind. Durch diese Gestaltung der Hauptanschlussele­ mente wird die Halbleitervorrichtung speziell in einer für einen Hochfrequenzbetrieb geeigneten Weise ausgestaltet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Halbleiterbauelement anzugeben, das die nachteilige Wirkung der Streuinduktivitäten nicht aufweist und auf einfache Weise herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Halbleiterbauelement der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale ge­ löst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Zuführungen zweier benachbarter Schaltelemente sind so angeordnet, dass sich entstehende Magnetfelder in den Zufüh­ rungen durch die entgegengesetzte Polarität an den Laststrom­ anschlusselementen kompensieren und dadurch die wirksame In­ duktivität minimiert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich wie folgt. Es ist etwa vorgesehen, ein Schaltelement mit zwei Zufüh­ rungen zu verbinden, wobei sich die Zuführungen zwischen der ersten und der zweiten Seite des Gehäuses erstrecken und wo­ bei die eine Zuführung das erste Versorgungspotential und die andere Zuführung das zweite Versorgungspotential aufweist.
Es ist ferner vorgesehen, die auf einer Gehäuseseite befind­ lichen und zwei benachbarten Schaltelementen zugeordneten Laststromanschlußelemente mit dem ersten bzw. mit dem zweiten Versorgungspotential zu beaufschlagen. Zur Erzielung einer minimalen Streuinduktivität ist es folglich notwendig, zumin­ dest zwei benachbarte Schaltelemente vorzusehen, deren auf einer Gehäuseseite benachbarte Laststromanschlußelemente eine unterschiedliche Polarität aufweisen. Die Vorteile der Erfin­ dung lassen sich mit jeder geradzahligen Anzahl an Schaltele­ menten erzielen. Vorteilhafterweise werden die Vielzahl an geradzahligen Schaltelementen auf einer Fluchtlinie nebenein­ ander angeordnet. Die Zuführungen zwischen Laststroman­ schlußelementen und den Laststromanschlüssen der nebeneinan­ der angeordneten Schaltelemente verlaufen vorteilhafterweise in etwa orthogonal zur genannten Fluchtlinie. Die zugeordne­ ten Laststromanschlußelemente weisen dann alternierend das erste und das zweite Versorgungspotential auf. Neben der ge­ ringen Streuinduktivität läßt sich hierdurch ein sehr kompak­ ter Aufbau des Halbleiterbauelementes erzielen. Es muß nur wenig Fläche für geeignete Leiterbahnführungen bzw. für die Zuführungen vorgesehen werden, was einen kostengünstigen Auf­ bau ermöglicht.
Vorzugsweise besteht ein Schaltelement aus zwei seriell mit­ einander verschalteten Halbleiterschaltern, deren Verbin­ dungspunkt mit einem Laststromanschlußelement verbunden ist und einen Ausgang des Halbleiterbauelementes bildet. Die zwei seriell verschalteten Halbleiterschalter sind vorzugsweise auf einer zu der ersten bzw. der zweiten Seite in etwa ortho­ gonalen Fluchtlinie angeordnet. Bekannterweise ist hierdurch eine Halbbrücke gebildet.
Es ist weiterhin denkbar, daß die Vielzahl oder ein Teil der Vielzahl an Schaltelementen bzw. Halbbrücken mittels der Me­ tallisierung und/oder Bonddrähten parallel geschalten sind zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit des Halbleiterbauelemen­ tes. Hierdurch wird der Einsatz an hohen Leistungsbereichen möglich.
Als Schaltelemente werden vorzugsweise MOSFETs oder IGBTs verwendet. Es ist jedoch im Grunde jeder beliebige steuerbare Halbleiterschalter verwendbar. Vorzugsweise wird die Erfin­ dung zur Ansteuerung einer Phase eines 3-Phasen- Wechselrichter-Moduls verwendet. Das Halbleiterbauelement stellt dann eine sehr niederinduktive Halbbrücke dar.
Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur näher erläutert.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement 1 nach der Figur zeigt dieses in einer Draufsicht. Dieses weist ein Gehäuse 2 auf, das mit einer Trägerplatte 3 verbunden ist. Auf der Trä­ gerplatte 3 sind beispielhaft drei Keramiksubstrate 4 aufge­ bracht, die zum Gehäuseinneren hin angeordnet sind. Es könnte auch nur ein einziges Keramiksubstrat verwendet werden. Jedes der Keramiksubstrate 4 ist mit einer (nicht gezeigten) Metal­ lisierung 5 versehen, auf welcher eine geradzahlige Anzahl an Schaltelementen 6 aufgebracht sind. In der vorliegenden Figur weisen das linke und das mittlere Keramiksubstrat 4 jeweils vier Schaltelemente 6 auf. Jedes Schaltelement 6 besteht aus zwei Halbleiterschaltern 17, 17'. Diese sind auf einer Fluchtlinie angeordnet, die in etwa orthogonal zu den beiden langen Seiten 13, 14 des Gehäuses 2 angeordnet sind. Ein Halbleiterschalter 17, 17' kann z. B. als MOSFET oder als IGBT ausgeführt sein.
Jeder der beiden Halbleiterschalter 17, 17' ist über Bond­ drähte 16 mit der Metallisierung 5 verbunden. Ferner ist je­ der Halbleiterschalter 17, 17' über eine Zuführung 9 mit ei­ nem Laststromanschlußelement 10 verbunden. Die Zuführung 9 kann beispielsweise als Bonddraht oder aber als Einzeldraht ausgeführt sein. Die Zuführung 9 ist annähernd in der Flucht­ linie der beiden Halbleiterschalter 17, 17' angeordnet. Die Laststromanschlußelemente 10 sind in der vorliegenden Figur in sogenannten Führungselementen 15 an der Gehäuseinnenseite befestigt. Diese mechanische Ausführung stellt lediglich eine Variante dar, wie die Schaltelemente 6 über die Zuführungen 9 nach außen kontaktiert werden können. Es ist selbstverständ­ lich jede andere Variante denkbar. Das oberste linke Last­ stromanschlußelement 10 ist mit einem ersten Versorgungspo­ tential, welches z. B. das Massepotential sein könnte, verbun­ den. Das davon rechts benachbarte Laststromanschlußelement 10 ist hingegen mit einem zweiten Versorgungspotential 12 beauf­ schlagt. Dieses Laststromanschlußelement ist einem zweiten Schaltelement 6 zugeordnet. Wie in der Figur angedeutet, sind die Laststromanschlußelemente 10 auf der ersten Seite 13 des Gehäuses 2 alternierend mit dem ersten Versorgungspotential 11 und dem zweiten Versorgungspotential 12 beaufschlagt (von links nach rechts). Auf der zweiten Seite 14 sind die Last­ stromanschlußelemente 10 (von links nach rechts) zuerst mit dem zweiten 12, dann mit dem ersten Versorgungspotential 11 alternierend beaufschlagt. Gegenüber dem Stand der Technik läßt sich die Induktivität mit dem erfindungsgemäßen Halblei­ terbauelement von 50 nH auf 5 nH reduzieren.
Beispielhaft wird im folgenden angenommen, daß es sich bei den Halbleiterschaltern 17, 17' um MOSFETs handelt. Der Sour­ cekontakt des MOSFETs 17, 17' ist auf der Oberseite angeord­ net, während sich der Drainkontakt auf der Rückseite befindet und mit der Metallisierung elektrisch und mechanisch steht. Dann ergibt sich folgender Laststrompfad bei dem ganz links angeordneten Schaltelement 6 von oben nach unten:
Erstes Versorgungspotential 11 am Laststromanschlußelement 10 -Zuführung 9'- Source des Halbleiterschalters 17' (Oberseite des Halbleiterschalters) - Drain des Halbleiterschalters 17' (Unterseite des Halbleiterschalters) - Metallisierung 5 - Bonddraht 16 - Sourcekontakt des Halbleiterschalters 17 (Oberseite des Halbleiterschalters) - Drainkontakt des Halb­ leiterschalters 17 (Unterseite des Halbleiterschalters) - Me­ tallisierung - Zuführung 9 - Laststromanschlußelement 10, verbunden mit dem zweiten Versorgungspotential.
Bei dem rechts daneben benachbarten Schaltelement 6 ergibt sich der Strompfad von oben nach unten in genau umgekehrter Reihenfolge:
Zweites Versorgungspotential 12 am Laststromanschlußelement 10 - Zuführung 9 - Drainkontakt des Halbleiterschalters 17 - Sourcekontakt des Halbleiterschalters 17 - Bondverbindung zur Metallisierung 5 - Drainkontakt des Halbleiterschalters 17' - Sourcekontakt des Halbleiterschalters 17' - Zuführung 9 - Laststromanschlußelement 10, verbunden mit dem ersten Versor­ gungspotential (Bezugspotential).
Im erstgenannten Fall ergibt sich dann ein von unten nach oben verlaufender Laststrom, während im zweitgenannten Fall der Laststrom von oben nach unten verläuft. Die durch den Stromfluß in den Zuführungen entstehenden Magnetfelder werden durch die entgegengesetzte Stromrichtung kompensiert. Hier­ durch verringert sich die wirksame Induktivität.
Um die Stromtragfähigkeit zu erhöhen, ist es mittels der (nicht dargestellten) Metallisierung und/oder Bondverbindun­ gen möglich, die in der Figur gezeigten acht Schaltelemente miteinander parallel zu verschalten. Bei Verwendung von iden­ tischen Halbleiterschaltern 17, 17' in allen acht Schaltele­ menten 6 ergibt sich bei Parallelschaltung in allen Strompfa­ den ein gleich großer Strom. Hierdurch wird eine ideale Kom­ pensation des entstehenden Magnetfeldes ermöglicht. Auf die explizite Darstellung der Metallisierung bzw. der Verdrahtung der Ausgänge der Halbbrücke mit Laststromanschlußelementen wurde verzichtet, da diese nicht den Kernbestandteil der Er­ findung bilden.
Auf dem rechts angeordneten Keramiksubstrat 4 in dem Gehäuse 2 können beispielsweise zur weiteren Verringerung von Über­ spannungen noch Kondensatoren angeordnet werden. Diese Kon­ densatoren können gegenüber dem Stand der Technik jedoch we­ sentlich geringer und somit kostengünstiger dimensioniert werden. Ebenso ist es denkbar, auf dem rechts angeordneten Keramiksubstrat 4 die Ansteuerung für die Halbleiterschalter 17, 17' unterzubringen. Diese könnte sich jedoch auch außer­ halb des Halbleiterbauelements befinden.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement stellt in der be­ schriebenen Weise eine Halbbrücke dar. Durch die Verwendung dreier baugleicher erfindungsgemäßer Halbleiterbauelemente kann dann ein 3-Phasen-Wechselrichter-Modul angesteuert wer­ den. Dieses kann vorteilhafterweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden und beispielsweise einen Drehstrommotor an­ steuern, der sowohl eine Lichtmaschine als auch einen Anlas­ ser ersetzt. Es ist eine Verwendung sowohl an 12 V als auch an 42 V Bordnetzen möglich.
Die Erfindung kann bei allen Anwendungen, die hohe Strom­ steilheiten aufweisen, sinnvoll eingesetzt werden. Beispiels­ weise wäre ein Einsatz in der Umrichtertechnik denkbar.
Bezugszeichenliste
1
Halbleiterbauelement
2
Gehäuse
3
Trägerplatte
4
Keramiksubstrat
5
Metallisierung
6
Schaltelement
7
Laststromanschluß
8
Steueranschluß
9
Zuführung (Draht/Bonddraht)
10
Laststromanschlußelement
11
erstes Versorgungspotential
12
zweites Versorgungspotential
13
erste Seite
14
zweite Seite
15
Führungselement
16
Bonddraht
17
Halbleiterschalter

Claims (9)

1. Halbleiterbauelement (1) bestehend aus
einem Gehäuse (2),
einer Trägerplatte (3),
zumindest einem Keramiksubstrat (4), das zumindest an sei­ ner Oberseite mit einer Metallisierung (5) versehen ist,
zumindest zwei Schaltelementen (6), die auf der Oberseite des Keramiksubstrats (4) elektrisch leitend angeordnet sind und jeweils über Laststromanschlüsse (7) und einen Steueran­ schluß (8) verfügen,
mehreren externen Laststromanschlußelementen (10), die mit den Laststromanschlüssen der Schaltelemente über Zuführungen (9) elektrisch verbunden sind, wobei
die Laststromanschlußelemente (10) ein erstes oder ein zweites Versorgungspotential (11, 12) aufweisen können und jeweils zwei Schaltelemente (6) benachbart angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die mehreren externen Laststromanschlußelemente (10) auf einer ersten Seite (13) und einer zweiten (14), der er­ sten (13) gegenüberliegenden Seite des Gehäuses (2) vorgese­ hen sind,
daß die jeweiligen Zuführungen (9, 9') sich annähernd par­ allel zu zwei zugeordneten Laststromanschlußelementen (10) hin erstrecken und
daß benachbarte Laststromanschlußelemente (10) unterschied­ liche Polarität aufweisen, so daß die Laststromanschlüsse (7) auf der ersten bzw. der zweiten Seite (13, 14) alternierend das erste bzw. das zweite Versorgungspotential (11, 12) auf­ weisen.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltelement (6) mit zwei Zuführungen (9) verbunden ist, die sich zwischen der ersten und der zweiten Seite (13, 14) des Gehäuses erstrecken, und daß die eine Zuführung (9) das erste Versorgungspotential (11) und die andere Zuführung (9') das zweite Versorgungspotential (12) aufweist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Gehäuseseite befindlichen und zwei benach­ barten Schaltelementen (6) zugeordneten Laststromanschlußele­ mente (10) mit dem ersten bzw. dem zweiten Versorgungspoten­ tial beaufschlagt sind.
4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine geradzahlige Vielzahl an Schaltelementen (6) vorge­ sehen ist.
5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltelement (6) aus zwei seriell verschalteten Halbleiterschaltern (17, 17') besteht, deren Verbindungspunkt mit einem Laststromanschlußelement (10) verbunden ist und ei­ nen Ausgang des Halbleiterbauelemnts bildet.
6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei serielll verschalteten Halbleiterschalter (17, 17') auf einer zu der ersten bzw. zweiten Seite (13, 14) or­ thogonalen Fluchtlinie angeordnet sind.
7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (6) mittels der Metallisierung (5) und/oder Bonddrähten (16) zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit parallel geschaltet sind.
8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (6) IGBTs oder MOSFETs aufweist.
9. Verwendung der Halbleiterbauelemente nach einem der An­ sprüche 1 bis 8 zur Ansteuerung einer Phase eines 3-Phasen- Wechselrichter-Moduls.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10109344C1 (de) * 2001-02-27 2002-10-10 Siemens Ag Schaltungsanordnung mit Halbbrücken
JP3748075B2 (ja) * 2002-08-30 2006-02-22 セイコーエプソン株式会社 電子モジュール及びその製造方法並びに電子機器
DE102005036116B4 (de) * 2005-08-01 2012-03-22 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul
DE102006004031B3 (de) * 2006-01-27 2007-03-08 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitermodul mit Halbbrückenkonfiguration
DE102006012781B4 (de) 2006-03-17 2016-06-16 Infineon Technologies Ag Multichip-Modul mit verbessertem Systemträger und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102007013186B4 (de) 2007-03-15 2020-07-02 Infineon Technologies Ag Halbleitermodul mit Halbleiterchips und Verfahren zur Herstellung desselben
US7791208B2 (en) 2007-09-27 2010-09-07 Infineon Technologies Ag Power semiconductor arrangement
DE112009001638B4 (de) 2008-07-10 2020-07-16 Mitsubishi Electric Corporation Leistungshalbleitermodul
DE102014219998B4 (de) * 2014-10-02 2020-09-24 Vitesco Technologies GmbH Leistungsmodul, Leistungsmodulgruppe, Leistungsendstufe sowie Antriebssystem mit einer Leistungsendstufe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3734067C2 (de) * 1986-10-08 1990-05-10 Fuji Electric Co., Ltd., Kawasaki, Kanagawa, Jp
EP0265833B1 (de) * 1986-10-22 1991-07-24 Siemens Aktiengesellschaft Halbleiterbauelement mit mindestens einem Leistungs-MOSFET
DE19645636C1 (de) * 1996-11-06 1998-03-12 Telefunken Microelectron Leistungsmodul zur Ansteuerung von Elektromotoren
DE29900370U1 (de) * 1999-01-12 1999-04-08 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH & Co. KG, 59581 Warstein Leistungshalbleitermodul mit Deckel

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4038488A (en) * 1975-05-12 1977-07-26 Cambridge Memories, Inc. Multilayer ceramic multi-chip, dual in-line packaging assembly
US4809135A (en) * 1986-08-04 1989-02-28 General Electric Company Chip carrier and method of fabrication
US5089877A (en) * 1990-06-06 1992-02-18 Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. Zero power ic module
TW214631B (de) * 1992-02-25 1993-10-11 American Telephone & Telegraph
US5629559A (en) * 1993-04-06 1997-05-13 Tokuyama Corporation Package for semiconductor device
EP0710983B1 (de) * 1994-11-07 2001-02-28 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH & Co. KG Brücken-Modul

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3734067C2 (de) * 1986-10-08 1990-05-10 Fuji Electric Co., Ltd., Kawasaki, Kanagawa, Jp
EP0265833B1 (de) * 1986-10-22 1991-07-24 Siemens Aktiengesellschaft Halbleiterbauelement mit mindestens einem Leistungs-MOSFET
DE19645636C1 (de) * 1996-11-06 1998-03-12 Telefunken Microelectron Leistungsmodul zur Ansteuerung von Elektromotoren
DE29900370U1 (de) * 1999-01-12 1999-04-08 eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH & Co. KG, 59581 Warstein Leistungshalbleitermodul mit Deckel

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DE19927285A1 (de) 2000-12-28

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