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DE9113499U1 - Electronic switch - Google Patents

Electronic switch

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DE9113499U1 DE9113499U DE9113499U DE9113499U1 DE 9113499 U1 DE9113499 U1 DE 9113499U1 DE 9113499 U DE9113499 U DE 9113499U DE 9113499 U DE9113499 U DE 9113499U DE 9113499 U1 DE9113499 U1 DE 9113499U1
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Description

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung, insbesonders Leistungshalbleiterschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electronic circuit, in particular a power semiconductor circuit according to the preamble of claim 1.

Es sind elektronische Schaltungen bekannt, die auf einem oder mehreren isolierenden Substraten mittels auf dem Substrat festhaftender, strukturierter Kontaktflächen und darauf angebrachten Halbleitertabletten Anschlußleiter aufweisen, welche die Schaltung in einer geometrisch definierten Weise mit externen Strom- und Steueranschlüssen verbinden. Die Geometrie der Kontaktflächen auf dem Substrat stellt dabei die entsprechende Schaltung dar, wobei die Halbleiteroberflächen und die Kontaktflächen noch mittels interner Leiter (beispielsweise Bonddrähte) entsprechend verbunden sind. Dabei werden alle notwendigen elektrischen Verbindungen so auf Substratebene ausgebildet, daß auf einem Substrat für einen Anschluß nach außen immer nur ein bestimmter Anschlußleiterkontakt existiert. Besonders bei Leistungshalbleiterschaltungen mit erheblichen Stromdichten erfordert das auf Substratebene eine dem ohm'sehen Widerstand der Leiterbahnen angepaßte Bahnbreite und eine erzwungene Geometrie der Kontaktflächen als Leiterstruktur, die der optimalen thermischen Verteilung der wärmeerzeugenden Halbleitertabletten auf dem auch zu Kühlzwecken dienenden Substrat nicht Rechnung trägt. Da auf Substratebene beispielsweise sich kreuzende Leiterstrukturen nicht möglich sind, ergeben sich Umwege und Umgehungen, die einer optimalen Struktur entgegen stehen. v Electronic circuits are known which have connecting conductors on one or more insulating substrates by means of structured contact surfaces firmly adhering to the substrate and semiconductor tablets attached thereto, which connect the circuit to external power and control connections in a geometrically defined manner. The geometry of the contact surfaces on the substrate represents the corresponding circuit, with the semiconductor surfaces and the contact surfaces also being connected accordingly by means of internal conductors (for example bonding wires). All necessary electrical connections are formed at substrate level in such a way that there is always only one specific connecting conductor contact on a substrate for an external connection. Particularly in the case of power semiconductor circuits with considerable current densities, this requires a track width at substrate level that is adapted to the ohmic resistance of the conductor tracks and a forced geometry of the contact surfaces as a conductor structure that does not take into account the optimal thermal distribution of the heat-generating semiconductor tablets on the substrate, which also serves for cooling purposes. Since, for example, crossing conductor structures are not possible at substrate level, detours and workarounds arise that are contrary to an optimal structure. v

Des weiteren ergibt sich daraus eine erhebliche Flächenausdehnung, welche die Kosten für Substrat und anschließendem Gehäuse erhöht. Des weiteren weisen Leiterteile die auf Substratebene angeordnet sind eine höhere Leitungsinduktivität auf, als beispielsweise übereinander in kleinerem Abstand verlaufende Leiterteile, was bei Schaltvorgängen zu höheren Überspannungen führt.Furthermore, this results in a significant expansion of the surface area, which increases the costs for the substrate and the subsequent housing. Furthermore, conductor parts arranged at the substrate level have a higher line inductance than, for example, conductor parts running one above the other at a smaller distance, which leads to higher overvoltages during switching processes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Schaltungsanordnung, insbesonders eine Leistungshalbleiterschaltung zu schaffen, die bei gegebener Substratfläche optimierte ohm'sche Widerstände und niedrige elektrische Induktionswerte der Leitungen ergibt, sowie zuläßt, die wärmeerzeugenden Halbleitertabletten so anzuordnen, daß sich eine optimierte Ausnützung der Substratfläche zu Wärmeableitung ergibt, was beispielsweise durch eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Wärmequellen über die Substratfläche gegeben ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The invention is based on the object of creating an electronic circuit arrangement, in particular a power semiconductor circuit, which, for a given substrate area, results in optimized ohmic resistances and low electrical induction values of the lines, and allows the heat-generating semiconductor tablets to be arranged in such a way that an optimized utilization of the substrate area for heat dissipation results, which is achieved, for example, by distributing the heat sources as evenly as possible over the substrate area. This object is achieved according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1. Further developments of the electronic circuit arrangement according to the invention are characterized in the subclaims.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Schaltungsanordnung ergibt sich der Vorteil eines kompakten, kostengünstigen Aufbaues, der auf einer gegebenen Grundfläche eine hohe Stromdichte ermöglicht und der durch eine flexible Anordnung der Anschlußleiter an die konstruktiven und elektrischen Notwendigkeiten beispielsweise einer Stromrichterschaltung anpaßbar ist.The design of the circuit arrangement according to the invention provides the advantage of a compact, cost-effective structure which enables a high current density on a given base area and which can be adapted to the structural and electrical requirements of, for example, a power converter circuit through a flexible arrangement of the connecting conductors.

Die Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von den schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen elektronischen Schaltungsanordnung und deren Erklärungen.The details, features and advantages emerge from the following description of the schematically illustrated embodiments of the electronic circuit arrangement according to the invention and their explanations.

Fig. l zeigt schematisch das Grundprinzip der Erfindung auf: Eine elektronische Schaltungsanordnung [10] mit einer Kühlplatte [12], die auch als Kühlkörper mit Kühlrippen ausgebildet sein kann, an der in an sich bekannter Weise ein elektrisch isolierendes Substrat [14] befestigt ist, wird durch die Halbleiterelemente [16] und die Kontaktflächen [18] gebildet, wobei innere Anschlußleiter [20], beispielsweise als Bonddrähte, notwendige Verbindungen zwischen den Halbleitere-Fig. l shows schematically the basic principle of the invention: An electronic circuit arrangement [10] with a cooling plate [12], which can also be designed as a cooling body with cooling fins, to which an electrically insulating substrate [14] is attached in a manner known per se, is formed by the semiconductor elements [16] and the contact surfaces [18], whereby internal connecting conductors [20], for example as bonding wires, provide necessary connections between the semiconductor elements.

u ,* k: "■ u ,* k : "■

lementen und den auf der Oberseite des Substrates festhaftenden Kontaktflächen [18] herstellen.elements and the contact surfaces firmly adhering to the upper side of the substrate [18].

Erfindungsgemäß besteht die elektronische Schaltung aus weiteren, außerhalb des Substrates verlaufenden Anschlußleitern [22, 26] die zwei Funktionen besitzen:According to the invention, the electronic circuit consists of additional connecting conductors [22, 26] running outside the substrate, which have two functions:

a) die Verbindung von getrennt liegenden Kontaktflächen [18] untereinander oder zwischen Kontaktflächen [18] und Halbleiterelement [16] herzustellena) to establish the connection between separate contact surfaces [18] with each other or between contact surfaces [18] and semiconductor element [16]

b) mittels äußerer Anschlüsse [24] die Verbindung nach außen zum Zweck des Anschlusses der Schaltung an den Strom- oder Steuerkreis zu ermöglichen.(b) to enable external connections [24] for the purpose of connecting the circuit to the power or control circuit.

Durch die Anordnung der Anschlußleiter [22, 26] über dem Substrat wird eine Leitungsführung auf dem Substrat vermieden, was im Fall des Stromverlaufs des gezeichneten Beispiels zu einem hohen Flächenverbrauch auf dem Substrat führen würde, da die Anschlußleiter [22, 26] durch ihre mehrlagige Anordnung Kreuzungen ermöglichen und weiter durch ihren geringen Abstand zu den stromführenden Kontaktflächen [18] einen niedrigen Induktivitätswert aufweisen. Außerdem können die Anschlußleiter [22, 26] durch eine entsprechend gewählte Stärke des Leiters kompakter ausgeführt werden, als die Leiterschicht der Kontaktflächen [18], die auf dem Substrat vornehmlich nur in einer begrenzten Schichtstärke ausgeführt werden kann.By arranging the connecting conductors [22, 26] above the substrate, a cable routing on the substrate is avoided, which in the case of the current flow in the example shown would lead to a high area consumption on the substrate, since the connecting conductors [22, 26] enable crossings due to their multi-layer arrangement and also have a low inductance value due to their small distance from the current-carrying contact surfaces [18]. In addition, the connecting conductors [22, 26] can be made more compact by selecting an appropriate conductor thickness than the conductor layer of the contact surfaces [18], which can primarily only be made in a limited layer thickness on the substrate.

Die Anschlußleiter [22, 26] gemäß der Erfindung können einstückig oder auch mehrstückig zusammengesetzt verbunden ausgeführt werden.The connecting conductors [22, 26] according to the invention can be made in one piece or in multiple pieces.

Die Verbindung der Anschlußleiter [22, 26] mit den Kontaktflächen [18] oder den Halbleitertabletten [16] kann stoffschlüssig mittels Lot-, Schweiß-Bondverbindung oder loslösbar mittels Druckkontakt hergestellt werden.The connection of the connecting conductors [22, 26] with the contact surfaces [18] or the semiconductor tablets [16] can be made in a material-locking manner using solder, welded bonding or detachably using pressure contact.

Durch eine entsprechende geometrische Formgebung der Anschlußleiter [22, 26] kann die Lage der äußeren Anschlüsse [24] an jeder Umfangsstelle des Substrates [14] oder der Kühlplatte [12] wählbar, den konstruktiven Anforderungen der Stromrichterschaltung gemäß, festgelegt werden.By appropriately shaping the connecting conductors [22, 26], the position of the external connections [24] can be selected at any point around the circumference of the substrate [14] or the cooling plate [12], in accordance with the design requirements of the converter circuit.

Die in Fig. 2 angedeutete elektronische Schaltungsanordnung [10] unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausbildung dadurch, daß die Ebene der Anschlußleiter [22, 26] einen bestimmten Winkel (beispielsweise 90°) zur Ebene der Kontaktflächen [18] des Substrates [14] einnimmt und daß die Anschlußleiter [22, 26] nahe beieinander geführt werden können, was in bestimmten Stromrichterschaltungen zu einer sehr kompakten Bauweise und zu niedrigen Induktivitätswerten der Leiterführung führt. Des weiteren sei hier angedeutet, daß durch die Anschlußleiter [22, 26] auch mehrere Substrate nach den Ansprüchen der Erfindung verbunden werden können.The electronic circuit arrangement [10] indicated in Fig. 2 differs from the design shown in Fig. 1 in that the plane of the connecting conductors [22, 26] forms a certain angle (for example 90°) to the plane of the contact surfaces [18] of the substrate [14] and that the connecting conductors [22, 26] can be routed close to one another, which in certain converter circuits leads to a very compact design and to low inductance values of the conductor routing. Furthermore, it should be noted here that several substrates can also be connected by the connecting conductors [22, 26] in accordance with the claims of the invention.

Claims (8)

Postfach. G'I'm.^^'l2'J~ Tot.t0911> tansprücheP.O. Box. G'I'm.^^'l2'J~ Tot.t0911> tclaims 1. Halbleiterschaltung [10], insbesondere Leistungshalbleiterschaltung, bestehend aus mindestens einem isolierenden Substrat [14] mit darauf angebrachten Kontaktflächen [18] und daran angebrachten Halbleitertabletten [16] und aus mindestens einem metallischen Leiterteil [22, 26]1. Semiconductor circuit [10], in particular power semiconductor circuit, consisting of at least one insulating substrate [14] with contact surfaces [18] and semiconductor tablets [16] attached thereto and of at least one metallic conductor part [22, 26] dadurch gekennzeichnet, daßcharacterized in that das mindestens eine Leiterteil [22, 26] außerhalb der Fläche des mindestens einen Substrates [14] verläuft und mindestens eine Kontaktfläche [18] und mindestens eine Halbleitertablette [16] des mindestens einen Substrates [14] oder mehrere Kontaktflächen [18] des mindestens einen Substrates [14] elektrisch verbindet und einen äußeren Anschluß [24] aufweist.the at least one conductor part [22, 26] extends outside the surface of the at least one substrate [14] and electrically connects at least one contact surface [18] and at least one semiconductor tablet [16] of the at least one substrate [14] or several contact surfaces [18] of the at least one substrate [14] and has an external connection [24]. 2. Halbleiterschaltung [10] nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Kontaktfläche [18] oder Halbleitertablette [16] und dem Leiterteil [22, 26] durch stoffschlüssigen Kontakt hergestellt wird.2. Semiconductor circuit [10] according to claim 1, characterized in that the connection between the contact surface [18] or semiconductor tablet [16] and the conductor part [22, 26] is made by material contact. 3. Halbleiterschaltung [10] nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Kontaktfläche [18] oder Halbleitertablette [16] und dem Leiterteil [22, 26] durch loslösbaren Kontakt hergestellt wird. v 3. Semiconductor circuit [10] according to claim 1, characterized in that the connection between the contact surface [18] or semiconductor tablet [16] and the conductor part [22, 26] is made by detachable contact. v 4 . Halbleiterschaltung [10] nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Leiterteil [22, 26] in wesentlichen Abschnitten parallel zur Substratfläche verläuft.4. Semiconductor circuit [10] according to claim 1, characterized in that the at least one conductor part [22, 26] runs parallel to the substrate surface in essential sections. ■&iacgr;> &iacgr;'"' .Ti : f ■ - * ' ^n■&iacgr;> &iacgr;'"' .Ti : f ■ - * ' ^n 5. Halbleiterschaltung [10] nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterteile [22, 26] zueinander oder zu den Kontaktflächen [18] des mindestens einen Substrates [14] im geringen Abstand verlaufen.5. Semiconductor circuit [10] according to claim 1, characterized in that the conductor parts [22, 26] are spaced apart from one another or from the contact surfaces [18] of the at least one substrate [14]. 6. Halbleiterschaltung [10] nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterteile [22, 26] voneinander oder von Kontaktflächen [18] mit einem dünnen Isolator elektrisch getrennt werden.6. Semiconductor circuit [10] according to claim 1 and 5, characterized in that the conductor parts [22, 26] are electrically separated from one another or from contact surfaces [18] with a thin insulator. 7. Halbleiterschaltung [10] nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterteile [22, 26] aus mehreren Leiterstücken bestehen, die untereinander verbunden sind.7. Semiconductor circuit [10] according to claim 1, characterized in that the conductor parts [22, 26] consist of several conductor pieces which are connected to one another. 8. Halbleiterschaltung [10] nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiterteil [22, 26] die gleichnamigen Elektroden mehrerer Halbleitertabletten [16] miteinander verbindet. 8. Semiconductor circuit [10] according to claim 1, characterized in that a conductor part [22, 26] connects the electrodes of the same name of several semiconductor tablets [16] to one another.
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