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DE102024105617A1 - Power electronic switching device - Google Patents

Power electronic switching device

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Publication number
DE102024105617A1
DE102024105617A1 DE102024105617.7A DE102024105617A DE102024105617A1 DE 102024105617 A1 DE102024105617 A1 DE 102024105617A1 DE 102024105617 A DE102024105617 A DE 102024105617A DE 102024105617 A1 DE102024105617 A1 DE 102024105617A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
section
potential surface
switching device
electronic switching
power electronic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024105617.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Tobias Appel
Henning Ströbel-Maier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semikron Danfoss GmbH
Original Assignee
Semikron Danfoss GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semikron Danfoss GmbH filed Critical Semikron Danfoss GmbH
Priority to DE102024105617.7A priority Critical patent/DE102024105617A1/en
Publication of DE102024105617A1 publication Critical patent/DE102024105617A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D80/00—Assemblies of multiple devices comprising at least one device covered by this subclass
    • H10D80/20—Assemblies of multiple devices comprising at least one device covered by this subclass the at least one device being covered by groups H10D1/00 - H10D48/00, e.g. assemblies comprising capacitors, power FETs or Schottky diodes

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Abstract

Vorgestellt wird eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit einem Substrat mit einer ersten Haupt-Potentialfläche zur Führung eines ersten Lastpotentials, einer zweiten Haupt-Potentialfläche zur Führung eines zweiten Lastpotentials, einer ersten Hilfs-Potentialfläche zur Führung eines Ansteuerpotentials und einer zweiten Hilfs-Potentialfläche zur Führung des zweiten Lastpotentials, wobei ein erster Abschnitt der ersten Hilfs-Potentialfläche parallel zu einem zweiten Abschnitt der zweiten Hilf-Potentialfläche und parallel zu einem ritten Abschnitt der zweiten Hauptpotentialfläche angeordnet ist, wobei im Betrieb der Stromfluss durch den ersten Abschnitt parallel zu dessen Verlauf in eine erste Richtung erfolgt und wobei der Stromfluss durch den zweiten Abschnitt parallel zu dessen Verlauf in eine zweite, der ersten entgegengesetzten Richtung erfolgt. A power electronic switching device is presented with a substrate having a first main potential surface for carrying a first load potential, a second main potential surface for carrying a second load potential, a first auxiliary potential surface for carrying a control potential and a second auxiliary potential surface for carrying the second load potential, wherein a first section of the first auxiliary potential surface is arranged parallel to a second section of the second auxiliary potential surface and parallel to a third section of the second main potential surface, wherein during operation the current flows through the first section parallel to its course in a first direction and wherein the current flows through the second section parallel to its course in a second direction opposite to the first.

Description

Die Erfindung beschreibt eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit einem Substrat mit einer Mehrzahl von Haupt-, und Hilfs-Potentialflächen mit parallel angeordneten Abschnitten.The invention describes a power electronic switching device with a substrate having a plurality of main and auxiliary potential surfaces with parallel arranged sections.

Die DE 10 2015 120 157 A1 offenbart eine leistungselektronische Schalteinrichtung ausgebildet mit einem Substrat, das eine Mehrzahl von Potentialflächen aufweist, wobei mindestens zwei unterschiedliche Potentiale jeweils mindestens einer dieser Potentialflächen zugeordnet sind, wobei auf einer ersten Leiterbahn, ausgebildet durch mindestens eine Potentialfläche ersten Potentials eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen in einer n×m-Matrix, ausgerichtet in x-y-Richtung, angeordnet sind, die zueinander parallel geschaltet sind und ein Stromventil ausbilden. Hierbei können die Halbleiterbauelemente auf eine Mehrzahl von Potentialflächen ersten Potentials, die die erste Leiterbahn ausbilden, verteilt sein.The DE 10 2015 120 157 A1 discloses a power electronic switching device formed with a substrate having a plurality of potential surfaces, wherein at least two different potentials are each assigned to at least one of these potential surfaces. A plurality of semiconductor components are arranged in an n×m matrix, aligned in the xy direction, on a first conductor track formed by at least one potential surface of the first potential. These semiconductor components are connected in parallel to one another and form a current valve. The semiconductor components can be distributed across a plurality of potential surfaces of the first potential that form the first conductor track.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Einschränkungen der Schaltgeschwindigkeit einer leistungselektronischen Schalteinrichtung, insbesondere bei der Verwendung von Halbleiterbauelementen mit großer Bandlücke, insbesondere SiC Bauelementen, durch geeignete Anordnung von Potentialflächen zu verringern.The invention is based on the object of reducing limitations of the switching speed of a power electronic switching device, in particular when using semiconductor components with a large band gap, in particular SiC components, by a suitable arrangement of potential surfaces.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit einem Substrat mit einer ersten Haupt-Potentialfläche zur Führung eines ersten Lastpotentials, einer zweiten Haupt-Potentialfläche zur Führung eines zweiten Lastpotentials, einer ersten Hilfs-Potentialfläche zur Führung eines Ansteuerpotentials und einer zweiten Hilfs-Potentialfläche zur Führung des zweiten Lastpotentials, wobei ein erster Abschnitt der ersten Hilfs-Potentialfläche parallel zu einem zweiten Abschnitt der zweiten Hilf-Potentialfläche und parallel zu einem ritten Abschnitt der zweiten Hauptpotentialfläche angeordnet ist, wobei im Betrieb der Stromfluss durch den ersten Abschnitt parallel zu dessen Verlauf in eine erste Richtung erfolgt und wobei der Stromfluss durch den zweiten Abschnitt parallel zu dessen Verlauf in eine zweite, der ersten entgegengesetzten Richtung erfolgt.This object is achieved according to the invention by a power electronic switching device having a substrate with a first main potential surface for carrying a first load potential, a second main potential surface for carrying a second load potential, a first auxiliary potential surface for carrying a control potential and a second auxiliary potential surface for carrying the second load potential, wherein a first section of the first auxiliary potential surface is arranged parallel to a second section of the second auxiliary potential surface and parallel to a third section of the second main potential surface, wherein during operation the current flows through the first section parallel to its course in a first direction and wherein the current flows through the second section parallel to its course in a second direction opposite to the first.

Die beschriebenen Abschnitte sind insbesondere dadurch charakterisiert, dass ihre Länge in Stromflussrichtung wesentlich größer ist als ihre Breite, insbesondere beträgt die Länge mindestens das Vierfache der Breite. Bei Abschnitten von Hilfs-Potentialfläche beträgt die Länge insbesondere mindesten das Sechsfache der Breite.The sections described are particularly characterized by the fact that their length in the direction of current flow is significantly greater than their width; in particular, the length is at least four times the width. In the case of sections of auxiliary potential surfaces, the length is, in particular, at least six times the width.

Grundsätzlich weist die leistungselektronische Schalteinrichtung und deren Potentialflächen Anschlussflächen und Anschlusselemente auf, die derart angeordnet sind, dass die jeweiligen Stromflussrichtungen im Betrieb erreicht werden können. Vorzugsweise sind diese Anschlusselemente, Last- und Hilfsanschlusselemente, die fachüblich ausgebildet sind.In principle, the power electronic switching device and its potential surfaces comprise connection surfaces and connection elements arranged in such a way that the respective current flow directions can be achieved during operation. These connection elements are preferably load and auxiliary connection elements of standard design.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die erste Haupt-Potentialfläche mit der zweiten Hilfs-Potentialfläche derart elektrisch leitfähig verbunden ist, dass im Betrieb sich die entgegengesetzten Stromflussrichtungen einstellen.It may be advantageous if the first main potential surface is electrically conductively connected to the second auxiliary potential surface in such a way that the opposite current flow directions are established during operation.

Es kann auch vorteilhaft sein, wenn der zweite Abschnitt zwischen dem ersten und dritten Abschnitt angeordnet ist.It may also be advantageous if the second section is arranged between the first and third sections.

Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn ein vierter Abschnitt der ersten Haupt-Potentialfläche parallel zum dritten Abschnitt der zweiten Haupt-Potentialfläche angeordnet ist.It may also be advantageous if a fourth section of the first main potential surface is arranged parallel to the third section of the second main potential surface.

Es kann bevorzugt sein, wenn im Betrieb der Stromfluss durch den dritten Abschnitt parallel zu dessen Verlauf in der ersten Richtung erfolgt.It may be preferred if, during operation, the current flow through the third section is parallel to its course in the first direction.

Weiterhin kann es bevorzugt sein, wenn auf dem dritten Abschnitt eine Mehrzahl von ersten Leistungshalbleiterbauelementen, vorzugsweise in Reihe, angeordnet und elektrisch leitfähig damit verbunden sind. Hierbei kann es zudem bevorzugt sein, wenn der vierte Abschnitt mit gegenüber der zweiten Haupt-Potentialfläche abgewandten Lastkontaktanschlüssen der ersten Leistungshalbleiterbauelemente jeweils elektrisch leitfähig mittels einer ersten Verbindungseinrichtung verbunden ist. Hierbei kann es weiterhin bevorzugt sein, wenn der erste Abschnitt mit gegenüber der zweiten Haupt-Potentialfläche abgewandten Hilfskontaktanschlüssen der ersten Leistungshalbleiterbauelemente jeweils elektrisch leitfähig mittels einer zweiten Verbindungseinrichtung verbunden ist. Besonders vorteilhaft kann es zudem sein, wenn ein, eine Mehrzahl oder alle Lastkontaktanschlüsse der ersten Leistungshalbleiterbauelemente mit der zweiten Hilfs-Potentialfläche derart elektrisch leitfähig verbunden ist, dass im Betrieb sich die entgegengesetzten Stromflussrichtungen einstellen.Furthermore, it may be preferred if a plurality of first power semiconductor components are arranged on the third section, preferably in series, and are electrically conductively connected thereto. In this case, it may also be preferred if the fourth section is each electrically conductively connected to load contact terminals of the first power semiconductor components facing away from the second main potential surface by means of a first connecting device. In this case, it may further be preferred if the first section is each electrically conductively connected to auxiliary contact terminals of the first power semiconductor components facing away from the second main potential surface by means of a second connecting device. It may also be particularly advantageous if one, a plurality, or all of the load contact terminals of the first power semiconductor components are electrically conductively connected to the second auxiliary potential surface in such a way that the opposite current flow directions are established during operation.

Grundsätzlich kann es vorteilhaft sein, wenn eine dritte Haupt-Potentialfläche angeordnet ist, die einen fünften Abschnitt aufweist, der parallel zu einem ersten Abschnitt der ersten Hilf-Potentialfläche angeordnet ist. Hier kann es zudem vorteilhaft sein, wenn der erste Abschnitt zwischen dem zweiten und fünften Abschnitt angeordnet ist. Hierbei kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn auf dem fünften Abschnitt eine Mehrzahl von zweiten Leistungshalbleiterbauelementen, vorzugsweise in Reihe, angeordnet und elektrisch leitfähig damit verbunden sind. Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn im Betrieb der Stromfluss durch den fünften Abschnitt parallel zu dessen Verlauf in die zweite Richtung erfolgt. Schließlich kann es vorteilhaft sein, wenn eine dritte Hilfs-Potentialfläche angeordnet ist, die einen sechsten Abschnitt aufweist, der parallel zum fünften Abschnitt angeordnet ist. Dabei kann es zudem vorteilhaft sein, wenn der fünfte Abschnitt zwischen dem ersten und sechsten Abschnitt angeordnet ist.In principle, it may be advantageous if a third main potential surface is arranged, which has a fifth section arranged parallel to a first section of the first auxiliary potential surface. Here, it may also be advantageous if the first section is arranged between the second and fifth sections. It may further be advantageous if a plurality of second power semiconductor components are arranged on the fifth section, preferably in series, and electrically conductively connected thereto. It may also be advantageous if, during operation, the current flows through the fifth section parallel to its course in the second direction. Finally, it may be advantageous if a third auxiliary potential surface is provided, which has a sixth section arranged parallel to the fifth section. It may also be advantageous if the fifth section is arranged between the first and sixth sections.

Grundsätzlich kann es bevorzugt sein, wenn der fünfte Abschnitt mit gegenüber der dritten Haupt-Potentialfläche abgewandten Lastkontaktanschlüssen der zweiten Leistungshalbleiterbauelemente jeweils elektrisch leitfähig mittels einer dritten Verbindungseinrichtung verbunden ist.In principle, it may be preferred if the fifth section is each electrically conductively connected to load contact terminals of the second power semiconductor components facing away from the third main potential surface by means of a third connecting device.

Zudem kann es bevorzugt sein, wenn der sechste Abschnitt mit gegenüber der dritten Haupt-Potentialfläche abgewandten Hilfskontaktanschlüssen der zweiten Leistungshalbleiterbauelemente jeweils elektrisch leitfähig mittels einer vierten Verbindungseinrichtung verbundenist.In addition, it may be preferred if the sixth section is each electrically conductively connected to auxiliary contact terminals of the second power semiconductor components facing away from the third main potential surface by means of a fourth connecting device.

Im Grund können die ersten Leistungshalbleiterbauelemente einen oberen oder einen unteren Leistungsschalter einer Halbbrückenschaltung, vorzugsweise einer Zwei-Level- oder einer Drei-Level-Halbbrückenschaltung, ausbilden.In principle, the first power semiconductor components can form an upper or a lower power switch of a half-bridge circuit, preferably a two-level or a three-level half-bridge circuit.

Es versteht sich, dass die vorstehend und im Folgenden genannten Merkmale und Ausgestaltungen des leistungselektronischen Schalteinrichtung einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend genannten und hier oder im Folgenden erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen sich nicht ausschließenden Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features and configurations of the power electronic switching device mentioned above and below can be implemented individually or in any combination to achieve improvements. In particular, the features mentioned above and explained here or below can be used not only in the specified combinations, but also in other non-exclusive combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung oder von jeweiligen Teilen hiervon.

  • 1 zeigt eine erste Ausgestaltung schematisch einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtung in Draufschicht.
  • 2 zeigt ein Schaltbild einer derartigen leistungselektronischen Schalteinrichtung.
  • 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung schematisch einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtung in Draufschicht.
  • 4 zeigt eine dritte Ausgestaltung schematisch einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtung in Draufschicht.
Further explanations of the invention, advantageous details and features emerge from the following description of the 1 to 4 schematically illustrated embodiments of the invention or of respective parts thereof.
  • 1 shows a first embodiment schematically of a power electronic switching device according to the invention in a top layer.
  • 2 shows a circuit diagram of such a power electronic switching device.
  • 3 shows a second embodiment schematically of a power electronic switching device according to the invention in a top layer.
  • 4 shows a third embodiment schematically of a power electronic switching device according to the invention in a top layer.

1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtung in schematischer Draufschicht. 2 zeigt ein Schaltbild einer derartigen leistungselektronischen Schalteinrichtung. Dargestellt ist eine Halbbrückenschaltung und deren zugehörige leistungselektronische Schalteinrichtung 1, aufweisend einen oberen und einen unteren Leistungsschalter. Die jeweiligen Leistungsschalter sind in 1 ausgebildet als drei in Reihe angeordnete und geschaltete Leistungshalbleiterbauelemente 320,620, genauer SiC-Leistungs-MOS-FET Transistoren. 1 shows a first embodiment of a power electronic switching device according to the invention in a schematic top layer. 2 shows a circuit diagram of such a power electronic switching device. It shows a half-bridge circuit and its associated power electronic switching device 1, comprising an upper and a lower power switch. The respective power switches are in 1 designed as three series-connected power semiconductor components 320,620, more precisely SiC power MOS-FET transistors.

Fachüblich weist die Schalteinrichtung 1, nur in 2 dargestellt, einen positiven und einen negativen Gleichspannungsanschluss 100,102 und als Mittenabgriff zwischen den Leistungsschaltern einen Wechselspannungsausgang 104 auf.As is customary in the trade, the switching device 1, only in 2 shown, a positive and a negative DC voltage connection 100,102 and an AC voltage output 104 as a center tap between the power switches.

Die leistungselektronische Schalteinrichtung 1 weist ein fachübliches Substrat mit einer Mehrzahl von Potentialflächen auf, die im Betrieb der Schalteinrichtung 1 bzw. der Halbbrückenschaltung verschiedene Potentiale führen.The power electronic switching device 1 has a conventional substrate with a plurality of potential surfaces which carry different potentials during operation of the switching device 1 or the half-bridge circuit.

Das Substrat weist rein beispielhaft zugeordnet zum unteren Leistungsschalter folgende Potentialflächen auf: eine ersten Haupt-Potentialfläche 2 zur Führung eines ersten Lastpotentials, eine zweiten Haupt-Potentialfläche 3 zur Führung eines zweiten Lastpotentials, eine ersten Hilfs-Potentialfläche 5 zur Führung eines Ansteuerpotentials und eine zweiten Hilfs-Potentialfläche 4 zur Führung des zweiten Lastpotentials Hierbei ist ein erster Abschnitt 50 der ersten Hilfs-Potentialfläche 5 parallel zu einem zweiten Abschnitt 40 der zweiten Hilf-Potentialfläche 4 und parallel zu einem dritten Abschnitt 30 der zweiten Haupt-Potentialfläche 3 angeordnet.The substrate has, purely by way of example, the following potential surfaces assigned to the lower circuit breaker: a first main potential surface 2 for carrying a first load potential, a second main potential surface 3 for carrying a second load potential, a first auxiliary potential surface 5 for carrying a control potential and a second auxiliary potential surface 4 for carrying the second load potential. In this case, a first section 50 of the first auxiliary potential surface 5 is arranged parallel to a second section 40 of the second auxiliary potential surface 4 and parallel to a third section 30 of the second main potential surface 3.

In dieser Ausgestaltung ist der zweite Abschnitt 40 zwischen dem ersten und dritten Abschnitt 50,30 angeordnet. Zudem ist ein vierter Abschnitt 20 der ersten Haupt-Potentialfläche 2 parallel zum dritten Abschnitt 30 der zweiten Haupt-Potentialfläche 2 angeordnet.In this embodiment, the second section 40 is arranged between the first and third sections 50, 30. Furthermore, a fourth section 20 of the first main potential surface 2 is arranged parallel to the third section 30 of the second main potential surface 2.

Die ersten, unteren Leistungshalbleiterbauelemente 320 sind auf dem dritten Abschnitt 30 angeordnet und elektrisch leitfähig damit verbunden sind. Der vierte Abschnitt 20 ist mit gegenüber der zweiten Haupt-Potentialfläche 3 abgewandten Lastkontaktanschlüssen 322 der ersten Leistungshalbleiterbauelemente 320 elektrisch leitfähig jeweils mittels einer ersten Verbindungseinrichtung 332 verbunden. Der erste Abschnitt 50 ist mit gegenüber der zweiten Haupt-Potentialfläche 3 abgewandten Hilfskontaktanschlüssen 324 der ersten Leistungshalbleiterbauelemente 320 elektrisch leitfähig jeweils mittels einer zweiten Verbindungseinrichtung 334 verbunden.The first, lower power semiconductor components 320 are arranged on the third section 30 and are electrically conductively connected thereto. The fourth section 20 is electrically conductively connected to load contact terminals 322 of the first power semiconductor components 320, which are remote from the second main potential surface 3, by means of a first connecting device 332. The first section 50 is connected to auxiliary contacts, which are remote from the second main potential surface 3. tterminals 324 of the first power semiconductor components 320 are each electrically conductively connected by means of a second connecting device 334.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Haupt-Potentialfläche 2 unmittelbar mit dem negativen Gleichspannungsanschluss 102 und die zweite Haupt-Potentialfläche 3 unmittelbar mit dem Wechselspannungsausgang 104 verbunden. Weiterhin ist die erste Hilfs-Potentialfläche 5 mit dem unteren Gateansteueranschluss 108 und die zweite Hilfs-Potentialfläche 6 mit einem unteren Drainpotential-Hilfanschluss 112 verbunden.In this embodiment, the first main potential surface 2 is directly connected to the negative DC voltage terminal 102, and the second main potential surface 3 is directly connected to the AC voltage output 104. Furthermore, the first auxiliary potential surface 5 is connected to the lower gate drive terminal 108, and the second auxiliary potential surface 6 is connected to a lower drain potential auxiliary terminal 112.

Im Betrieb erfolgt der Stromfluss durch den ersten Abschnitt 50 parallel zu dessen Verlauf in eine erste Richtung 80, der Stromfluss durch den zweiten Abschnitt 40 erfolgt parallel zu dessen Verlauf in eine zweite, der ersten entgegengesetzten Richtung 82. Schlussendlich verlaufen der erste und zweite Stromfluss in diametral entgegengesetzte Richtungen 80,82. Dies wird erreicht, indem die erste Haupt-Potentialfläche 2 mit der zweiten Hilfs-Potentialfläche 4 an jeweils einer Stelle elektrisch leitfähig verbunden ist. Hierzu wird in erster Stromflussrichtung 80 betrachtete das Ende des vierten Abschnitts 20 elektrisch leitend, beispielhaft mittels einer Bondrahtverbindung 90, mit in zweiter Stromflussrichtung 82 betrachtet dem Beginn des zweiten Abschnitts 40 verbunden. Im Betrieb erfolgt weiterhin der Stromfluss durch den dritten Abschnitt 30 parallel zu dessen Verlauf in der ersten Richtung 80.During operation, the current flows through the first section 50 parallel to its course in a first direction 80, and the current flows through the second section 40 parallel to its course in a second direction 82 opposite to the first. Finally, the first and second current flows run in diametrically opposite directions 80, 82. This is achieved by electrically connecting the first main potential surface 2 to the second auxiliary potential surface 4 at one point each. For this purpose, the end of the fourth section 20, viewed in the first current flow direction 80, is electrically connected, for example by means of a bond wire connection 90, to the beginning of the second section 40, viewed in the second current flow direction 82. During operation, the current continues to flow through the third section 30 parallel to its course in the first direction 80.

Weiterhin dargestellt ist eine dritte Haupt-Potentialfläche 6 angeordnet ist, die einen fünften Abschnitt 60 aufweist, der parallel zu einem ersten Abschnitt 50 der ersten Hilf-Potentialfläche 5 angeordnet ist. Hierbei ist der erste Abschnitt 50 zwischen dem zweiten und fünften Abschnitt 40,60 angeordnet. Auf dem fünften Abschnitt 60 sind die zweiten, oberen Leistungshalbleiterbauelementen 620 angeordnet und elektrisch leitfähig damit verbunden. Weiterhin ist eine dritte Hilfs-Potentialfläche 7 dargestellt, die einen sechsten Abschnitt 70 aufweist, der parallel zum fünften Abschnitt 60 angeordnet ist. Der fünfte Abschnitt 60 ist zwischen dem ersten und sechsten Abschnitt 50,70 angeordnet. Nur in 2 dargestellt ist eine weitere Hilfs-Potentialfläche mit einem weiteren Abschnitt in äquivalenter Ausgestaltung und Anordnung wie die zweite Hilfs-Potentialfläche 4 und ihr zugehöriger zweiter Abschnitt 40.Also shown is a third main potential surface 6, which has a fifth section 60 arranged parallel to a first section 50 of the first auxiliary potential surface 5. Here, the first section 50 is arranged between the second and fifth sections 40, 60. The second, upper power semiconductor components 620 are arranged on the fifth section 60 and are electrically conductively connected thereto. Furthermore, a third auxiliary potential surface 7 is shown, which has a sixth section 70 arranged parallel to the fifth section 60. The fifth section 60 is arranged between the first and sixth sections 50, 70. Only in 2 Shown is a further auxiliary potential surface with a further section in an equivalent design and arrangement to the second auxiliary potential surface 4 and its associated second section 40.

Der fünfte Abschnitt 60 ist mit gegenüber der dritten Haupt-Potentialfläche 6 abgewandten Lastkontaktanschlüssen 622 der zweiten Leistungshalbleiterbauelemente 620 jeweils elektrisch leitfähig mittels einer dritten Verbindungseinrichtung 632 verbunden. Der sechste Abschnitt 70 ist mit gegenüber der dritten Haupt-Potentialfläche 5 abgewandten Hilfskontaktanschlüssen 624 der zweiten Leistungshalbleiterbauelemente 620 jeweils elektrisch leitfähig mittels einer vierten Verbindungseinrichtung 634 verbunden.The fifth section 60 is electrically conductively connected to load contact terminals 622 of the second power semiconductor components 620, which are remote from the third main potential surface 6, by means of a third connecting device 632. The sixth section 70 is electrically conductively connected to auxiliary contact terminals 624 of the second power semiconductor components 620, which are remote from the third main potential surface 5, by means of a fourth connecting device 634.

Die dritte Haupt-Potentialfläche 6 ist unmittelbar mit dem positiven Gleichspannungsanschluss 100 verbunden. Weiterhin ist die dritte Hilfs-Potentialfläche 7 mit dem oberen Gateansteueranschluss 106 und die weitere Hilfs-Potentialfläche mit einem oberen Drainpotential-Hilfanschluss 110 verbunden.The third main potential surface 6 is directly connected to the positive DC voltage terminal 100. Furthermore, the third auxiliary potential surface 7 is connected to the upper gate control terminal 106, and the further auxiliary potential surface is connected to an upper drain potential auxiliary terminal 110.

Im Betrieb erfolgt der Stromfluss durch den fünften Abschnitt 60 parallel zu dessen Verlauf in die zweite Richtung 82.During operation, the current flows through the fifth section 60 parallel to its course in the second direction 82.

3 zeigt eine zweite Ausgestaltung schematisch einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtung 1 in Draufschicht. Diese Ausgestaltung entspricht der ersten mit um den sechsten Abschnitt 70 als Spiegelachse ergänzten ersten, zweiten und drittem Haupt-Potentialflächen 2,3,6 wie auch ersten und zweiten Hilfs-Potentialflächen 4,5. 3 shows a second embodiment of a power electronic switching device 1 according to the invention in a top layer. This embodiment corresponds to the first embodiment with the first, second, and third main potential surfaces 2, 3, 6, as well as the first and second auxiliary potential surfaces 4, 5, supplemented by the sixth section 70 as a mirror axis.

4 zeigt eine dritte Ausgestaltung schematisch einer erfindungsgemäßen leistungselektronischen Schalteinrichtung 1 in Draufschicht. Diese Ausgestaltung entspricht der ersten, wobei hier allerdings keine unmittelbare Verbindung zwischen der ersten Haupt-Potentialfläche 2 und der zweiten Hilfs-Potentialfläche 4 besteht. 4 shows a third embodiment of a top-layer power electronic switching device 1 according to the invention. This embodiment corresponds to the first, although there is no direct connection between the first main potential surface 2 and the second auxiliary potential surface 4.

Vielmehr ist hier jeder Lastkontaktanschluss 322 der jeweiligen ersten Leistungshalbleiterbauelemente 320 mit der zweiten Hilfs-Potentialfläche 4 mittels eine Drahtbondverbindung verbunden, sodass im Betrieb sich die entgegengesetzten ersten und zweiten Stromflussrichtungen 80,82 einstellen.Rather, each load contact terminal 322 of the respective first power semiconductor components 320 is connected to the second auxiliary potential surface 4 by means of a wire bond connection, so that the opposite first and second current flow directions 80, 82 are established during operation.

Rein vorsorglich sei darauf hingewiesen, dass jeweils genannte Drahtbondverbindungen auch durch äquivalente sonstige fachüblich Punkt zu Punkt Verbindungen ersetzt werden können.As a precautionary measure, it should be noted that the wire bond connections mentioned can also be replaced by other equivalent point-to-point connections commonly used in the field.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10 2015 120 157 A1 [0002]DE 10 2015 120 157 A1 [0002]

Claims (18)

Leistungselektronische Schalteinrichtung (1) mit einem Substrat mit einer ersten Haupt-Potentialfläche (2) zur Führung eines ersten Lastpotentials, einer zweiten Haupt-Potentialfläche (3) zur Führung eines zweiten Lastpotentials, einer ersten Hilfs-Potentialfläche (5) zur Führung eines Ansteuerpotentials und einer zweiten Hilfs-Potentialfläche (4) zur Führung des zweiten Lastpotentials, wobei ein erster Abschnitt (50) der ersten Hilfs-Potentialfläche (5) parallel zu einem zweiten Abschnitt (40) der zweiten Hilf-Potentialfläche (4) und parallel zu einem dritten Abschnitt (30) der zweiten Hauptpotentialfläche (3) angeordnet ist, wobei im Betrieb der Stromfluss durch den ersten Abschnitt (50) parallel zu dessen Verlauf in eine erste Richtung (80) erfolgt und wobei der Stromfluss durch den zweiten Abschnitt (40) parallel zu dessen Verlauf in eine zweite, der ersten entgegengesetzten Richtung (82) erfolgt.Power electronic switching device (1) with a substrate having a first main potential surface (2) for carrying a first load potential, a second main potential surface (3) for carrying a second load potential, a first auxiliary potential surface (5) for carrying a control potential and a second auxiliary potential surface (4) for carrying the second load potential, wherein a first section (50) of the first auxiliary potential surface (5) is arranged parallel to a second section (40) of the second auxiliary potential surface (4) and parallel to a third section (30) of the second main potential surface (3), wherein during operation the current flows through the first section (50) parallel to its course in a first direction (80) and wherein the current flows through the second section (40) parallel to its course in a second direction (82) opposite to the first. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Haupt-Potentialfläche (2) mit der zweiten Hilfs-Potentialfläche (4) derart elektrisch leitfähig verbunden ist, dass im Betrieb sich die entgegengesetzten Stromflussrichtungen einstellen.Power electronic switching device according to Claim 1 , wherein the first main potential surface (2) is electrically conductively connected to the second auxiliary potential surface (4) in such a way that the opposite current flow directions are established during operation. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Abschnitt (40) zwischen dem ersten und dritten Abschnitt (50,30) angeordnet ist.Power electronic switching device according to one of the preceding claims, wherein the second section (40) is arranged between the first and third sections (50, 30). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein vierter Abschnitt (20) der ersten Haupt-Potentialfläche (2) parallel zum dritten Abschnitt (30) der zweiten Haupt-Potentialfläche (3) angeordnet ist.Power electronic switching device according to one of the preceding claims, wherein a fourth section (20) of the first main potential surface (2) is arranged parallel to the third section (30) of the second main potential surface (3). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Betrieb der Stromfluss durch den dritten Abschnitt (30) parallel zu dessen Verlauf in der ersten Richtung (80) erfolgt.Power electronic switching device according to one of the preceding claims, wherein during operation the current flows through the third section (30) parallel to its course in the first direction (80). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf dem dritten Abschnitt (30) eine Mehrzahl von ersten Leistungshalbleiterbauelementen (320), vorzugsweise in Reihe, angeordnet und elektrisch leitfähig damit verbunden sind.Power electronic switching device according to one of the preceding claims, wherein a plurality of first power semiconductor components (320) are arranged on the third section (30), preferably in series, and are electrically conductively connected thereto. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 6, wobei der vierte Abschnitt (20) mit gegenüber der zweiten Haupt-Potentialfläche (3) abgewandten Lastkontaktanschlüssen (322) der ersten Leistungshalbleiterbauelemente (320) jeweils elektrisch leitfähig mittels einer ersten Verbindungseinrichtung (332) verbunden ist.Power electronic switching device according to Claim 6 , wherein the fourth section (20) is each electrically conductively connected to load contact terminals (322) of the first power semiconductor components (320) facing away from the second main potential surface (3) by means of a first connecting device (332). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der erste Abschnitt (50) mit gegenüber der zweiten Haupt-Potentialfläche (3) abgewandten Hilfskontaktanschlüssen (324) der ersten Leistungshalbleiterbauelemente (320) jeweils elektrisch leitfähig mittels einer zweiten Verbindungseinrichtung (334) verbunden ist.Power electronic switching device according to Claim 6 or 7 , wherein the first section (50) is each electrically conductively connected to auxiliary contact terminals (324) of the first power semiconductor components (320) facing away from the second main potential surface (3) by means of a second connecting device (334). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 6 bis 8, wobei ein, eine Mehrzahl oder alle Lastkontaktanschlüsse (322) der ersten Leistungshalbleiterbauelemente (320) mit der zweiten Hilfs-Potentialfläche (4) derart elektrisch leitfähig verbunden ist, dass im Betrieb sich die entgegengesetzten Stromflussrichtungen einstellen.Power electronic switching device according to Claim 6 until 8 , wherein one, a plurality or all load contact terminals (322) of the first power semiconductor components (320) are electrically conductively connected to the second auxiliary potential surface (4) in such a way that the opposite current flow directions are established during operation. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine dritte Haupt-Potentialfläche (6) angeordnet ist, die einen fünften Abschnitt (60) aufweist, der parallel zu einem ersten Abschnitt (50) der ersten Hilf-Potentialfläche (5) angeordnet ist.Power electronic switching device according to one of the preceding claims, wherein a third main potential surface (6) is arranged, which has a fifth section (60) which is arranged parallel to a first section (50) of the first auxiliary potential surface (5). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Abschnitt (50) zwischen dem zweiten und fünften Abschnitt (40,60) angeordnet ist.Power electronic switching device according to Claim 10 , wherein the first section (50) is arranged between the second and fifth sections (40,60). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 10 oder 11 wobei auf dem fünften Abschnitt (60) eine Mehrzahl von zweiten Leistungshalbleiterbauelementen (620), vorzugsweise in Reihe, angeordnet und elektrisch leitfähig damit verbunden sind.Power electronic switching device according to Claim 10 or 11 wherein a plurality of second power semiconductor components (620) are arranged on the fifth section (60), preferably in series, and are electrically conductively connected thereto. Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 10 bis 12, wobei im Betrieb der Stromfluss durch den fünften Abschnitt (60) parallel zu dessen Verlauf in die zweite Richtung (82) erfolgt.Power electronic switching device according to Claim 10 until 12 , wherein during operation the current flows through the fifth section (60) parallel to its course in the second direction (82). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 10 bis 13, wobei eine dritte Hilfs-Potentialfläche (7) angeordnet ist, die einen sechsten Abschnitt (70) aufweist, der parallel zum fünften Abschnitt (60) angeordnet ist.Power electronic switching device according to Claim 10 until 13 , wherein a third auxiliary potential surface (7) is arranged, which has a sixth section (70) which is arranged parallel to the fifth section (60). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 14, wobei der fünfte Abschnitt (60) zwischen dem ersten und sechsten Abschnitt (50,70) angeordnet ist.Power electronic switching device according to Claim 14 , wherein the fifth section (60) is arranged between the first and sixth sections (50,70). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 10 bis 15, wobei der fünfte Abschnitt (60) mit gegenüber der dritten Haupt-Potentialfläche (6) abgewandten Lastkontaktanschlüssen (622) der zweiten Leistungshalbleiterbauelemente (620) jeweils elektrisch leitfähig mittels einer dritten Verbindungseinrichtung (632) verbunden ist.Power electronic switching device according to Claim 10 until 15 , wherein the fifth section (60) is each electrically conductively connected to load contact terminals (622) of the second power semiconductor components (620) facing away from the third main potential surface (6) by means of a third connecting device (632). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach Anspruch 10 bis 16, wobei der sechste Abschnitt (70) mit gegenüber der dritten Haupt-Potentialfläche (6) abgewandten Hilfskontaktanschlüssen (624) der zweiten Leistungshalbleiterbauelemente (620) jeweils elektrisch leitfähig mittels einer vierten Verbindungseinrichtung (634) verbunden ist.Power electronic switching device according to Claim 10 until 16 , wherein the sixth section (70) is each electrically conductively connected to auxiliary contact terminals (624) of the second power semiconductor components (620) facing away from the third main potential surface (6) by means of a fourth connecting device (634). Leistungselektronische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, wobei die ersten Leistungshalbleiterbauelemente (320) einen oberen oder einen unteren Leistungsschalter einer Halbbrückenschaltung, vorzugsweise einer Zwei-Level- oder einer Drei-Level-Halbbrückenschaltung, ausbilden.Power electronic switching device according to one of the Claims 6 until 17 , wherein the first power semiconductor components (320) form an upper or a lower power switch of a half-bridge circuit, preferably a two-level or a three-level half-bridge circuit.
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0278432A1 (en) 1987-02-06 1988-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Bridge arm with free-wheel diodes
DE10316356A1 (en) 2003-04-10 2004-11-11 Semikron Elektronik Gmbh Modular power semiconductor module
DE102004027186B3 (en) 2004-06-03 2005-10-20 Eupec Gmbh & Co Kg Control circuit with MOSFET's and diodes is placed in orientation magnetic field and has crossed and cross-connected auxiliary emitter conductor and gate conductors with connectors in central portion
US20120320645A1 (en) 2010-03-23 2012-12-20 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Power Converter
DE102012217624A1 (en) 2011-09-30 2013-04-04 Infineon Technologies Ag Low inductance semiconductor module
US20140252410A1 (en) 2013-03-08 2014-09-11 Ixys Corporation Module and Assembly with Dual DC-Links for Three-Level NPC Applications
DE112013001234T5 (en) 2012-03-01 2015-01-08 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module and energy conversion device
US20180033720A1 (en) 2015-02-26 2018-02-01 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
DE102019112936A1 (en) 2019-05-16 2020-11-19 Danfoss Silicon Power Gmbh Semiconductor module
US20220189930A1 (en) 2020-03-18 2022-06-16 Fuji Electric Co., Ltd. Module

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0278432A1 (en) 1987-02-06 1988-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Bridge arm with free-wheel diodes
DE10316356A1 (en) 2003-04-10 2004-11-11 Semikron Elektronik Gmbh Modular power semiconductor module
DE102004027186B3 (en) 2004-06-03 2005-10-20 Eupec Gmbh & Co Kg Control circuit with MOSFET's and diodes is placed in orientation magnetic field and has crossed and cross-connected auxiliary emitter conductor and gate conductors with connectors in central portion
US20120320645A1 (en) 2010-03-23 2012-12-20 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Power Converter
DE102012217624A1 (en) 2011-09-30 2013-04-04 Infineon Technologies Ag Low inductance semiconductor module
DE112013001234T5 (en) 2012-03-01 2015-01-08 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module and energy conversion device
US20140252410A1 (en) 2013-03-08 2014-09-11 Ixys Corporation Module and Assembly with Dual DC-Links for Three-Level NPC Applications
US20180033720A1 (en) 2015-02-26 2018-02-01 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
DE102019112936A1 (en) 2019-05-16 2020-11-19 Danfoss Silicon Power Gmbh Semiconductor module
US20220189930A1 (en) 2020-03-18 2022-06-16 Fuji Electric Co., Ltd. Module

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