(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体モジュール（１０）であって、
少なくとも１つの基板（４）と、
前記基板（４）上に配置され、前記基板とは反対側の自身の側に端子面（２１）を有している少なくとも１つのパワー半導体（２）と、
前記基板（４）上で前記パワー半導体（２）に隣接して配置された負荷電位面（２３）と、
前記端子面（２１）を、前記負荷電位面（２３）に平行かつ導電的に接続させるための複数のボンディング接続部（２５，２６）と、
を備えており、
各ボンディング接続部（２５，２６）は、前記負荷電位面（２３）上に少なくとも１つの第１のボンディング脚部（３１）を有し、前記端子面（２１）上に複数の第２のボンディング脚部（３２）を有し、前記各ボンディング接続部（２５，２６）は、前記端子面（２１）上に少なくとも１つの終端部を有し、
前記複数のボンディング接続部（２５，２６）は、同じ数のボンディング脚部を有する複数のボンディング接続部からなる少なくとも２つのグループ（２５，２６）に配列され、１つのグループの各ボンディング接続部の前記第２のボンディング脚部（３２）は、専ら、前記端子面の部分面によって画定される、前記端子面（２１）のセグメントまたは領域（２２ａもしくは２２ｂ）に配置されており、
前記グループは、前記グループの前記第１のボンディング脚部（３１）が、前記負荷電位面（２３）上で、前記パワー半導体（２）から、異なった間隔ではあるが、ただし各グループ内では一致している間隔（ａ１もしくはａ２）をおいて配置されていることに関して異なっており、
少なくとも１つの前記グループの前記ボンディング接続部（２６）が、それぞれ１つの第３のボンディング脚部（３３）を有し、前記第３のボンディング脚部（３３）は、前記第１のボンディング脚部（３１）と前記第２のボンディング脚部（３２）との間の前記ボンディング接続部（２６）の延在部において、前記負荷電位面（２３）から電気的に絶縁されて前記基板（４）上に配置された金属化部（３０）上に配置されており、
全ての前記グループ（２５もしくは２６）の前記ボンディング接続部は、長さが実質的に異ならない、
パワー半導体モジュール（１０）。
【請求項２】
前記グループ（２５もしくは２６）ごとの各ボンディング接続部の前記第２のボンディング脚部（３２）は、専ら、前記端子面（２１）の厳密に１つの共通の部分面に配置されている、
請求項１記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項３】
前記共通の部分面は、それ自体閉じられている、
請求項２記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項４】
前記金属化部（３０）は、平行に離間されて、前記負荷電位面（２３）と１つの前記パワー半導体（１）の１つの縁部との間に延在している、
請求項１から３までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項５】
前記負荷電位面（２３）はセグメント化されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項６】
前記グループ（２６）の前記第３のボンディング脚部（３３）は、共通の前記金属化部（３０）上に配置されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項７】
前記ボンディング接続部（２５，２６）は、ボンディングワイヤである、
請求項１から６までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項８】
１つの前記グループ（２５もしくは２６）の前記第２のボンディング脚部（３２）は、規則的なパターンで配置されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項９】
少なくとも２つのグループ（２５もしくは２６）は、前記ボンディング接続部ごとに前記第２のボンディング脚部（３２）の数が異なっている、
請求項１から８までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項１０】
前記パワー半導体は、８ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の縁部長を有している、
請求項１から９までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項１１】
グループごとに、１５〜５０の前記ボンディング接続部（２５，２６）が設けられている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項１２】
前記パワー半導体（２）および所属の前記負荷電位面（２３）は、セラミック基板（４）上に配置されている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項１３】
前記パワー半導体（２）は、ダイオード、トランジスタまたはサイリスタである、請求項１から１２までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【請求項１４】
厳密に２つの前記パワー半導体（１，２）または２の倍数に相応する数の前記パワー半導体を備え、第１のパワー半導体（１）の前記ボンディング接続部（１５，１６）は、同じ数のボンディング脚部を有する複数のボンディング接続部からなる２つのグループ（１５もしくは１６）に配列され、１つのグループの各ボンディング接続部の前記第２のボンディング脚部（３２）は、専ら、前記端子面（１１）の部分面によって画定される、前記端子面（１１）のセグメントまたは領域（１２ａもしくは１２ｂ）に配置されており、前記第１のパワー半導体（１）のグループ（１５もしくは１６）は、前記グループ（１５もしくは１６）の前記第１のボンディング脚部（３１）が、前記第１のパワー半導体（１）の前記負荷電位面の２つのセグメント（１３ａ，１３ｂ）のうちの相異なるセグメント上に配置され、さらにそれぞれ前記第１のパワー半導体（１）の径方向に対向する２つの縁部に隣接して配置されていることに関して異なっており、さらに第２のパワー半導体（２）の前記ボンディング接続部（２５，２６）に接続される厳密に１つの前記負荷電位面（２３）が、前記第１および前記第２のパワー半導体（１，２）の間で、前記第２のパワー半導体（２）の１つの縁部と、前記第１のパワー半導体（１）の残りの縁部のうちの１つと、に隣接して配置されている、
請求項１から１３までのいずれか１項記載のパワー半導体モジュール（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパワー半導体モジュールに関する。パワー半導体モジュールは、パワーエレクトロニクス回路に使用される半導体アセンブリである。パワー半導体モジュールは、通常はインバータや整流器のように車両用途および産業用途に使用されている。パワー半導体モジュールに含まれている半導体コンポーネントは、通常は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）半導体チップまたはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）半導体チップである。ＩＧＢＴおよびＭＯＳＦＥＴの半導体チップは、様々な公称電圧および電力を有する。いくつかのパワー半導体モジュールは、過電圧保護のために半導体パッケージ内に付加的な半導体ダイオード（すなわちフリーホイールダイオード）も有する。
【背景技術】
【０００２】
より高出力な用途に対しては、パワー半導体モジュールは、通常は、個々の基板上に１つ以上のパワー半導体構成素子（以下では単にパワー半導体とも称する）を有している。基板は、通常は、パワー半導体モジュールを電気的に絶縁するために、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４またはその他の好適な材料などのような少なくとも１つの絶縁セラミック基板を有している。基板は、通常、金属ベースプレートに被着されており、この金属ベースプレートは、ヒートシンクへのモジュールの機械的固定および熱的結合のための安定化された支持体として用いられる。少なくともセラミック基板の上面は、一方ではその上に配置されかつ規則的にはんだ付けされたパワー半導体を接触接続させ、他方では電気的な電位面、特に負荷電位面を提供するために、純粋なまたはめっきされたＣｕ、Ａｌまたはその他の好適な材料によって金属被覆されている。これらの電位面は、一方では、パワー半導体とのいわゆるボンディング接続部を介した電流供給または引き出しに用いられ、他方では、モジュールへのもしくはモジュールからの、特にそのハウジングからの電流供給または引き出しに用いられる端子部品との機械的固定および電気的接続に用いられ、例えば、端子部品を、ハウジング外部の外部導体と、例えばねじ込み式接続を介して接続させるために用いられる。電位面のために設けられた金属層は、通常は、共晶銅接合法（ＤＣＢ）、共晶アルミニウム接合法（ＤＡＢ）または活性金属硬ろう付け法（ＡＭＢ）を用いてセラミック基板にボンディングされる。
【０００３】
電位面を、関連するパワー半導体の基板とは反対側の少なくとも１つの端子面と電気的に接続するために、ボンディングワイヤの形態のボンディング接続部（ワイヤボンディング接続部とも称する）かまたはボンディングストリップ部（ボンディングストリップ接続部とも称する）が規則的に設けられており、これらは電位面と半導体の端子面との間の導電的な接触接続を形成している。パワーエレクトロニクスの分野では、純粋なアルミニウム（９９．９９％以上のＡｌ含有量）および銅材料がボンディング接続部のために使用される。一方ではボンディング接続部と端子面との間、他方ではボンディング接続部と電位面との間の接続を形成するための方法の様々な変化形態には、サーモコンプレッションボンディング法（略してＴＣ−ボンディング）、サーモソニック−ボール−ウェッジボンディング法（ＴＳ−ボンディング）、ウルトラソニック−ウェッジ−ウェッジボンディング法（ＵＳボンディング）がある。この場合、一方ではボンディング接続部と端子面との間、他方ではボンディング接続部と端子電位面との間でそれぞれ形成された接触接続領域はボンディング脚部と称する。
【０００４】
この種のパワー半導体モジュールと、その構造化に求められるパワー半導体構成素子への要求およびそれに伴う性能は、近年において恒常的に高まっている。例えば、半導体構成素子の単位面積当たりの電流強度は増加している。さらに経済的な必要性から、半導体素子は、その電力限界にますます近づけて動作されている。
【０００５】
パワー半導体モジュールまたはパワー半導体構成素子の性能に対する決定的な外的要因は、熱放出ならびに電流供給および引き出しである。パワー半導体構成素子の電流供給および引き出しに関する従来技術には、例えばワイヤボンディング接続部またはボンディングストリップ接続部として様々な態様のボンディング接続部がある。電流負荷の高いパワー半導体では、１００μｍ〜５００μｍの直径の太線かまたは太いワイヤストリップが使用される。それらの断面が十分でない場合には、複数の平行なボンディング接続部が規則的に設けられる。本発明の対象は、この種のボンディング接続部の性能にある。
【０００６】
パワー半導体構成素子のためのワイヤボンディング接続部は、例えば独国特許出願公開第１９５４９０１１号明細書（ＤＥ１９５４９０１１Ａ１）から公知である。そこに紹介されているそれらのパワー半導体モジュールでは、パワー半導体構成素子が、はんだ接続を用いて基板上に配置される。このパワー半導体素子の第２の主表面のはんだ接続部は、電流供給および引き出しの一部を表している。さらなる電流端子は、パワー半導体素子の第１の主表面の端子面を提供する金属化部と、負荷電位面と、の間のワイヤボンディング接続部を用いて形成される。公知のワイヤボンディング接続部に対する特徴は、ボンディングワイヤが相互に密接して配置されていること、および個々のボンディングワイヤのボンディング脚部が、特にパワー半導体構成素子に関して、一列にまたはわずかにオフセットされて配置されていることにある。
【０００７】
従来技術によれば、パワー半導体構成素子は、電流供給のために隣接して配置された個別のボンディングワイヤだけを用いて接触接続されるのでなく、ボンディングワイヤの方向で少なくとも部分的に上下に位置する２つ以上のボンディングワイヤを用いて頻繁に接触接続される。個別のボンディングワイヤは、パワー半導体構成素子上の電流分布の改善のためにも、その端子面と複数のボンディング脚部を用いて頻繁に接触接続する。
【０００８】
シミュレーションでは、負荷端子電位面とパワー半導体構成素子との間のボンディングワイヤの従来技術による配置構成の場合、電流が、端子面を介してパワー半導体構成素子内に不均一に給電され、それによってパワー半導体構成素子がその全面において電流導通のために均等に負荷されないことが示されている。
【０００９】
独国特許出願公開第１０２０４１５７号明細書（ＤＥ１０２０４１５７Ａ１）には、導体路とパワー半導体構成素子との導電接続のためのワイヤボンディング接続部が開示されており、ここでは、全てのボンディングワイヤの間隔またはボンディングワイヤの個々のグループ内での間隔が可変であり、それによってボンディングワイヤの延在方向に垂直な方向での電流給電が従来技術に比べてより均一に構成されている。
【００１０】
独国特許第１０２００５０３９９４０号明細書（ＤＥ１０２００５０３９９４０Ｂ４）は、複数のボンディング接続部の第２のボンディング脚部が端子面全体にわたってチェス盤状に交互に分散され、これらのボンディング接続部が複数のボンディング接続部からなる２つのグループを形成するワイヤボンディング接続部を開示しており、ここでは、これらのグループは、ボンディング接続部の長さが異なっており、さらにそれらの第２のボンディング脚部は、端子面上で共通のセグメントまたは共通の領域を画定していない。
【００１１】
ワイヤボンディング接続部のこの態様における欠点は、この場合この種の複雑なトポロジーを有意に使用できるようにするためには、パワー半導体構成素子の十分に大きな端子面が使用可能でなければならないことである。
【００１２】
特に、ダイオードおよびサイリスタを有するパワー半導体モジュールの場合、とりわけ、このパワー半導体構成素子のサージ電流負荷を考慮しなければならない。これらの電流サージは、１／１０秒単位の短期間のうちに、パワー半導体構成素子の連続負荷を何度も上回る。この場合、連続動作用に設計されたボンディング接続部の態様は、必ずしも有利ではないことが判明している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明が基礎とする課題は、ボンディング接続部の最大通電容量が、全体として、特にサージ電流負荷の場合において改善され、特に電流分布とひいては個々のボンディング接続部を介した熱分布とがさらに補償される、パワー半導体モジュール用のボンディング接続部を提供することにある。この課題は本発明により、請求項１に記載の特徴を有するパワー半導体モジュールによって解決される。さらに、本発明の特に好ましい態様は、従属請求項に開示されている。特許請求の範囲に個別に記載された特徴は、任意に技術的に有意な方法で相互に組み合わせ可能であり、それらは本発明のさらなる態様を示していることを指摘しておく。この説明は、特に図面との関連において、本発明を付加的に特徴付け、特定するものである。
【００１４】
本発明によるパワー半導体モジュールは、基板、好ましくは電気的に絶縁された基板を有している。例えばこの基板は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４などのようなセラミック基板である。この基板は、好ましくは、金属ベースプレート上に配置され、この場合このベースプレートは、ヒートシンクへの配置と、場合によっては固定のために構成されている。
【００１５】
本発明によれば、さらに、少なくとも１つのパワー半導体が設けられている。ここで考察されるパワー半導体は、例えば、パワーダイオードのような制御されていない構成素子か、またはパワーサイリスタもしくは例えばバイポーラトランジスタなどのパワートランジスタのような制御された構成素子でもある。これらの制御された構成素子は、その駆動制御のために、一般的にその第１の主表面上に設けられた金属化部によって提供される少なくとも１つのさらなる端子面を有しており、このさらなる端子面は、導通する負荷電流から電気的に分離され、さらに従来技術により、ボンディング接続部を用いて、基板の制御電位表面にも接続されている。この制御端子間のボンディング接続部は、本発明の対象ではない。
【００１６】
本発明によれば、パワー半導体は、基板とは反対側の自身の側に端子面を有している。この端子面は、連続的な金属化部として形成することができ、あるいは、例えば、ＩＧＢＴのエミッタ端子面の場合のように、セグメント化されていてもよい。
【００１７】
本発明によれば、さらに、基板上でパワー半導体に隣接して配置され、場合によってはセグメント化された負荷電位面が設けられている。
【００１８】
本発明によれば、さらに、端子面を、負荷電位面に平行かつ導電的に接続させるための複数のボンディング接続部が設けられている。本発明によれば、複数のボンディング接続部の各々は、少なくとも１つの第１のタイプのボンディング脚部、略して第１のボンディング脚部を有しており、この場合、第１のボンディング脚部は、それが少なくとも１つの負荷電位面上に配置されていることによって特徴付けられている。さらに、複数のボンディング接続部の各々は、本発明によれば、複数の第２のボンディング脚部を有しており、この場合は、それらがパワー半導体の端子面上に配置されている。本発明によれば、各ボンディング接続部は、端子面上に少なくとも１つの終端部を有しており、好ましくは１つの終端部は負荷電位面上に設けられ、１つの終端部は端子面上に設けられ、さらに好ましくは、ボンディング接続部は、それらの終端部において、それぞれボンディング脚部を用いて終端している。
【００１９】
本発明によれば、複数のボンディング接続部は、同じ数のボンディング脚部を有する複数のボンディング接続部からなる少なくとも２つのグループに配列されている。本発明によれば、１つのグループの各ボンディング接続部の第２のボンディング脚部は、専ら、端子面の部分面によって画定される、当該端子面のセグメントまたは領域に配置されている。換言すれば、異なるグループのセグメントまたは領域は、相互に空間的に分離されて配置されているか、または第２のボンディング脚部に関して表現すれば、本発明によれば、グループの第２のボンディング脚部の空間的に交差する配置構成は設けられていない。好ましくは、グループの各ボンディング接続部の第２のボンディング脚部は、専ら、端子面の厳密に１つの共通の部分面に配置されている。好ましくはこの部分面は、それ自体閉じられている。好ましくは、グループごとに、１５〜５０のボンディング接続部が設けられており、さらに好ましくは、１６〜３０のボンディング接続部が設けられている。
【００２０】
本発明によれば、グループは、当該グループの第１のボンディング脚部が、負荷電位面上で、パワー半導体から、異なった間隔ではあるが、ただし各グループ内では一致している間隔をおいて配置されていることに関して異なっている。本発明による、グループに所属するボンディング接続部の他に、さらなるボンディング接続部が設けられていてもよい。これらのさらなるボンディング接続部は、例えば、制御電位面を、制御されたパワー半導体の所属の制御端子面に電気的に接続させるために設けられている。
【００２１】
本発明の基本的な考察は、負荷電流を導通させるパワー半導体の端子面上の電流密度を、従来技術に比べてより均一にさせることにある。本発明による実施形態によれば、グループごとの電流供給および引き出しがパワー半導体の端子面の１つの領域に限定され、特に均一な負荷電流分布と、ひいてはオーミック熱損失の分布とが、ボンディング接続部を介して達成されることが示された。
【００２２】
本発明に従って、負荷電位面からパワー半導体構成素子の接触接続面もしくは金属化部まで改善構成されるボンディング接続部は、複数の個別のボンディングワイヤまたはボンディングストリップも有しており、これらのボンディングワイヤまたはボンディングストリップは、自身の側で、複数の第２のボンディング脚部を、パワー半導体構成素子の金属化部上に有している。これらの第２のボンディング脚部は、任意に配置されていてもよい。ここでは関連するするセグメントまたは領域内への第２の脚部の規則的な配置構成が好ましい。例えば、関連するグループに所属する第２の脚部の配置構成がチェス盤状であるならば、この場合の第２のボンディング脚部は、ここでは同じ「色」のフィールド上にのみ配置され、すなわち列ごとにずらされて配置される。平行な同一列の配置構成は好ましく、この場合は次に隣接する第２の脚部の間の間隔は両方向で維持される。
【００２３】
ボンディング接続部は、好ましくは、ボンディング接続部の温度に起因する膨張の際の機械的な引っ張り負荷および／または圧力負荷ができるだけわずかしかかからないようにするために、ボンディング脚部の間が湾曲形状に形成される。
【００２４】
好ましい実施形態によれば、１つのグループのボンディング接続部は長さが異ならない。さらに好ましくは、１つのグループのボンディング接続部は全て同じ長さを有する。
【００２５】
好ましい実施形態によれば、グループに所属するボンディング接続部の材料は、アルミニウムまたは銅を含む。例えば、ボンディング接続部は、９９．９９％以上の純度を有する高純度アルミニウムまたは高純度銅からなる。代替的に、ボンディング接続部は、例えばアルミニウム合金または銅合金からなり、この場合は合金化添加剤として、マグネシウム、シリコン、銀などが、例えばボンディング接続部の熱伝導特性または導電性特性もしくは機械的特性を改善する添加剤として設けられる。好ましくはボンディング接続部は、ボンディングワイヤである。例えば、ボンディングワイヤは、丸い断面を有する。好ましくは、断面直径は、１００μｍ〜８００μｍの範囲、より好ましくは１２５μｍ〜５００μｍの範囲にあり、例えば３００μｍである。
【００２６】
好ましい実施形態によれば、１つのグループのボンディング接続部は、それぞれ１つの第３のボンディング脚部を有し、該第３のボンディング脚部は、第１と第２のボンディング脚部の間のボンディング接続部の延在部において、負荷電位面から絶縁されて配置された基板の金属化部上に配置されることが想定される。本発明の趣旨における絶縁配置は、それ自体が金属化に関するものであり、したがってボンディング接続部によって形成される電気的接続に矛盾するものではない。換言すれば、この態様では、金属化部は、専ら、少なくとも１つのボンディング接続部を介して負荷電位面に電気的に接続される。付加的なボンディング脚部によって生じる付加的な湾曲状の案内に基づき、関連するボンディング接続部の延長が生じる。このことは、それらのボンディング接続部の長さに関して異なるグループを補償することが可能な手段を提供する。ここでの付加的なボンディング脚部は、この場合絶縁された金属化部上への配置構成に基づき、本発明の基本的考察の趣旨における電流分布にマイナスの影響を与えることなく、ボンディング接続部の付加的な機械的安定化をもたらす。好ましくは、グループの第３のボンディング脚部は、基板の共通の金属化部上に配置され、基板との接続によって、とりわけ有利な冷却が生じる。例えば、それらは、パワー半導体の１つの縁部に平行かつ縁部から離間して延在する仮想線に沿って配置される。
【００２７】
本発明の趣旨における「セグメント」との概念は、互いに電気的に絶縁されて配置されている領域を意味する。例えばここでは、その電気的な絶縁が基板上への配置から生じる金属化部があげられるが、ただしその他の電気的な接続も除外されない。導電接続は、例えば１態様では、負荷端子部品を介して形成され、これにより、セグメントへの共通の負荷電流供給の機能またはセグメントからの共通の負荷電流引き出しの機能が作用する。例えば、セグメントは、パワー半導体の対向する縁部に対して平行かつ離間されて配置されている。外部からの導体路端部との電気的および機械的接続に用いられ、場合によってはパワー半導体モジュールのハウジングからの電気的接続線の引き出しに用いられる負荷端子部品は、例えば鏡面対称に構成されたブラケットとして構成されている。
【００２８】
したがって、例えば、本発明によるパワー半導体モジュールは、対称的なブラケットとして構成され、そのブラケット端部が負荷電位面の２つのセグメントと接触接続する、好ましくははんだ付けを介して接触接続する少なくとも１つの端子部品を含む。例えばこのブラケットは、金型部品であり、好ましくは、銅または銅合金からなる金型部品である。
【００２９】
好ましい実施形態によれば、グループのボンディング接続部は、それらの配置構成に関して鏡面対称性が生じるように配置される。その際には、本発明によるグループに所属するボンディング接続部の他に、この対称性の影響を受けない、例えばパワー半導体の制御端子と所属の制御電位面との接続に用いられるような、ボンディング接続部も想定可能であることは排除されるべきではない。
【００３０】
好ましい態様によれば、少なくとも２つのグループは、ボンディング接続部ごとに第２のボンディング脚部の数が異なっている。例えば、１つのグループは、ボンディング接続部ごとに２つの第２のボンディング脚部を有し、別のグループは、ボンディング接続部ごとに３つの第２のボンディング脚部を有する。
【００３１】
好ましい態様によれば、所属の負荷電位面もしくは所属の負荷電位面セグメントと、所属の接触接続面領域もしくは接触接続面セグメントと、の間で、所属のボンディング接続部によって橋絡すべき間隔が最大であるグループは、ボンディング接続部ごとに最小数の第２のボンディング脚部を有することが想定される。
【００３２】
好ましい態様によれば、パワー半導体は、８ｍｍ〜５０ｍｍの範囲、好ましくは９ｍｍ〜２５ｍｍの範囲、より好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の最低縁部長を有している。
【００３３】
好ましくは、パワー半導体モジュールは、さらにハウジング、例えばプラスチックからなるハウジング、好ましくは繊維強化型熱可塑性プラスチックのような繊維強化されたプラスチックからなるハウジングを含む。好ましくはこのハウジングは、スリーブハウジングとして構成されている。
【００３４】
好ましい態様によれば、本発明によるパワー半導体モジュールは、厳密に２つのパワー半導体または２の倍数に相応する数のパワー半導体を含んでいる。例えば、パワー半導体の数に対応する数の基板が設けられている。第１のパワー半導体のボンディング接続部は、それぞれ同じ数のボンディング脚部を有する複数のボンディング接続部からなる２つのグループに配列され、１つのグループの各ボンディング接続部の第２のボンディング脚部は、専ら、端子面の部分面によって画定される、当該端子面のセグメントまたは領域に配置されている。第１のパワー半導体のグループは、当該グループの第１のボンディング脚部が、第１のパワー半導体の負荷電位面の２つのセグメントの別のセグメント上に配置され、さらにそれぞれ第１のパワー半導体の径方向に対向する２つの縁部に隣接して配置されていることに関して異なっている。第２のパワー半導体のボンディング接続部に接続される厳密に１つの、第２のパワー半導体の負荷電位面は、第１および第２のパワー半導体の間で、第２のパワー半導体の１つの縁部と、第１のパワー半導体の残りの縁部のうちの１つと、に隣接して配置されている。１実施形態によれば、第２のパワー半導体の負荷電位面は、基板の金属化部によって形成されており、この金属化部は、同時に第１のパワー半導体との接触接続を形成し、かつ／または第２のパワー半導体に所属するさらなる負荷電位面を形成する。これにより、所属の負荷電位面を含めたパワー半導体の省スペース的な配置構成を、均一な電流分布と同時に達成することが可能になる。特に、それによって負荷電位面もしくはそのセグメントの対称的な配置構成が可能となる。このことは、例えば、本発明によるパワー半導体モジュールに所属するハウジングの外部に配置されている外部導体路とのさらなる接続のために、定期的に使用される端子部品も、例えばブラケット形状で、対称的に設計することが可能になるという利点を有する。このことは、特に均一な電流分布だけでなく、本発明によるモジュールの簡単な製造ももたらす。
【００３５】
パワー半導体は、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、ダイオードを含むグループから選択されている。好ましくは厳密に２つのパワー半導体は、異なるパワー半導体の対である。
【００３６】
本発明は、さらに、前述した各実施形態のうちの１つのヒートシンクとパワー半導体モジュールとからなり、前述した相応の技術的利点を有する装置に関する。
【００３７】
以下では本発明を、図面に基づきより詳細に説明する。この場合これらの図面は例示的なものとしてのみ理解されるべきであり、１つの好ましい変化実施例を示しているにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるパワー半導体モジュール１０の第１の実施形態の平面図
【図２】図１のパワー半導体モジュールの詳細図
【図３】図１のパワー半導体モジュールのさらなる詳細図
【図４】本発明によるパワー半導体モジュール１０の第２の実施形態の平面図
【図５】図４に示された構造の説明のためいくつかの構成部品を抜いた図４による平面図
【図６】図４に示された構造の説明のため別の構成部品を抜いた図４による平面図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１〜図３は、本発明によるパワー半導体モジュール１０の第１の実施形態を示し、それに対して図４〜図６は、本発明によるパワー半導体モジュール１０の第２の実施形態を示す。第１および第２の実施形態のモジュールは、実質的に、使用されるパワー半導体１，２およびボンディング接続構造部、とりわけ第２のパワー半導体２の詳細によって異なる。図１〜図３による第１の実施形態は、第１のパワー半導体１および第２のパワー半導体２として、２つのサイリスタを有し、それに対して図４〜図６の実施形態は、第１のパワー半導体１もしくは第２のパワー半導体２として、２つのダイオードを有する。
【００４０】
第１の実施形態のパワー半導体モジュール１０は、金属ベースプレート５を有しており、このベースプレート５は、図示されていないヒートシンク上への配置と固定に用いられる。ベースプレート５の、ヒートシンクとは反対側には、セラミックからなる２つの電気的に絶縁された基板３，４が被着されている。基板３，４の、ベースプレート５とは反対側の表面には、それぞれ複数の金属化部が被着されており、それぞれ１つは、その上に配置されたパワー半導体１，２の主表面の固定と電気的接触接続に使用される。基板３，４の他の金属化部は、パワー半導体１，２のための負荷電位面１３ａ，１３ｂ，２３の提供に用いられる。この場合、第１のパワー半導体１には、とりわけ、２つのセグメント１３ａ，１３ｂから形成された負荷電位面が割り当てられている。１つの負荷電位面へのセグメント１３ａ，１３ｂの割り当ては、パワー半導体の、ここではパワー半導体１のカソードの同じ機能的な相互接続によって生じ、ただし、図示されていない端子部品の平行な電流供給または引き出しによっても相応に生じる。この端子部品は、ブラケット状でかつ鏡面対称に構成され、パワー半導体１と交差的に配置され、そのブラケット自由端部は負荷電位面１３ａ，１３ｂ上に載置されてこれとはんだ付けされる。相互に実質的に平行に配置されている、アルミニウムボンディングワイヤまたは代替的に銅ボンディングワイヤからなる、複数のボンディング接続部１５，１６が設けられている。これらのボンディング接続部１５，１６の各々は、第１のボンディング脚部３１を有し、この第１のボンディング脚部３１は、それが負荷電位面もしくは所属のセグメントとの接触接続部を有することによって優れている。これらのボンディング接続部１５，１６の各々は、少なくとも２つ、ここでは３つの第２のボンディング脚部３２を有しており、これらの第２のボンディング脚部３２は、それらが端子面１１もしくは端子面１１のここではセグメント１２ａ，１２ｂのような所属の領域に配置されていることによって優れている。以下で説明する全てのボンディング脚部３１，３２，３３は、ＵＳ−ウェッジ−ウェッジボンディングにより、それぞれボンディング接続部によって接触接続される金属化部と接続されている。
【００４１】
セグメント１２ａおよび１２ｂは、パワー半導体１の機能的な相互接続に基づいて、端子面１１に、ここではカソード端子面に統合される。図中のそれぞれ第１のボンディング脚部３１および第２のボンディング脚部３２の符号は、明瞭化のために省略されている。ボンディング脚部３１，３２の間で、ボンディング接続部は、湾曲部を形成し、この湾曲部は、図３中に第１のパワー半導体１のボンディング接続部に関連して明確に示されている。グループ１５および１６のボンディング接続部は、それらが全て同じ数の第２のボンディング脚部３２を有し、かつ端子面１１上に存在する終端部を有していることによって優れている。したがって、一方の負荷電位面セグメント１３ａから出発して、複数の第２のボンディング脚部３２を端子面１１上で形成しながら、ただしそこで終端することなく、別の負荷端子面セグメント１３ｂまで、そこにおいて再び終端するために延在している、図示されていないボンディング接続部は、本発明による、ひいては複数のグループの１つに所属するボンディング接続部としては見なされないであろう。ボンディング接続部１５および１６をグループに区別して分割することは、一方では、グループのボンディング接続部を、専ら、端子面の部分面によって画定されるセグメント、詳細には端子面１１のセグメント１２ａもしくは１２ｂに配置することによって生じ、他方では、それらの第１のボンディング脚部３１を負荷電位面の別のセグメント１３ａもしくは１３ｂに配置することによって生じる。本発明による平行かつ枝分かれした電流供給もしくは引き出し、およびここでの最良なケースのように、端子面のセグメントまで延在する分枝は、電流分布に関して、特に、端子面の複数のセグメントにわたって延在するこれまでに公知のボンディング接続部に比べて、有利に作用することが示された。パワー半導体１のボンディング接続部の第２のボンディング脚部３２の配置構成は、軸線４４に沿って鏡面対称である。
【００４２】
本発明による態様は、特に、さらに別の基板４上に配置されている第２のパワー半導体２に関している。そのボンディング接続部２５，２６の具体的な構成は、図２において詳細に認識可能である。このパワー半導体２もサイリスタである。ここでも、複数のボンディング接続部２５，２６が、同じ数のボンディング脚部３１および３２の複数のボンディング接続部からなる少なくとも２つのグループ２５，２６に配列され、１つのグループの各ボンディング接続部の第２のボンディング脚部３２は、専ら、端子面のそれ自体閉じられた共通の部分面によって画定される、端子面２１のセグメント２２ａもしくは２２ｂに配置されている。これらのグループは、それらの第１のボンディング脚部３１が、ここでは基板３上に存在する所属の負荷電位面２３上で、パワー半導体２から、異なった間隔ではあるが、ただし各グループ内では一致している間隔ａ１もしくはａ２をおいて配置されていることに関して異なっている。ここでは、その所属のセグメント２２ａが、関連する負荷電位面２３に空間的に近接して配置されているグループ２６の間隔ａ２は、その所属のセグメント２２ｂが、関連する負荷電位面から空間的にさらに離間されて配置されているグループ２５の間隔ａ１よりも大きくなるように選択されており、これによって、少なくともほぼ、ボンディング接続部２５，２６の長さの一致が生じる。
【００４３】
図４〜図６に示された第２の実施形態のパワー半導体モジュール１０は、金属ベースプレート５を有しており、この金属ベースプレート５は、図示されていないヒートシンク上への配置と固定に用いられる。ベースプレート５の、ヒートシンクとは反対側には、セラミックからなる２つの電気的に絶縁された基板３，４が被着されている。基板３，４の、ベースプレート５とは反対側の表面には、それぞれ複数の金属化部が被着されており、それぞれ１つは、その上に配置されたパワー半導体１，２の主表面の固定と電気的接触接続に使用される。これらのパワー半導体１，２はそれぞれ前述したようにパワーダイオードである。基板３，４の他の金属化部は、パワー半導体１，２のための負荷電位面１３ａ，１３ｂ，２３の提供に用いられる。この場合、パワー半導体１には、とりわけ、２つのセグメント１３ａ，１３ｂから形成された負荷電位面が割り当てられている。１つの負荷電位面へのセグメント１３ａ，１３ｂの割り当ては、パワー半導体の、ここではパワー半導体１のアノード端子の同じ機能的な相互接続によって生じ、ただし、図示されていない端子部品の平行な電流供給または引き出しによっても相応に生じる。この端子部品は、ブラケット状でかつ鏡面対称に構成されており、パワー半導体１と交差的に配置され、そのブラケット自由端部は負荷電位面１３ａ，１３ｂ上に載置されてこれとはんだ付けされる。相互に実質的に平行に配置されている、アルミニウムボンディングワイヤまたは代替的に銅ボンディングワイヤからなる、複数のボンディング接続部１５，１６が設けられている。これらのボンディング接続部１５，１６の各々は、第１のボンディング脚部３１を有し、この第１のボンディング脚部３１は、それが負荷電位面もしくは所属のセグメント１３ａもしくは１３ｂとの接触接続部を有することによって優れている。これらのボンディング接続部１５，１６の各々は、少なくとも２つ、ここでは３つの第２のボンディング脚部３２を有しており、これらの第２のボンディング脚部３２は、それらが端子面１１もしくは端子面１１の所属の領域１２ａ，１２ｂに配置されていることによって優れている。これらの領域１２ａ，１２ｂは、ここでは一点鎖線によって相互に区別されており、セグメント化は存在しないが、端子面１１は、第１の実施形態のパワー半導体１とは異なり、連続的な金属化部によって画定されている。図中のそれぞれ第１のボンディング脚部３１および第２のボンディング脚部３２の符号は、明瞭化のために省略されている。ボンディング脚部３１，３２の間で、ボンディング接続部は、湾曲部を形成する。グループ１５および１６のボンディング接続部は、それらが全て同じ数の第２のボンディング脚部３２を有し、かつ端子面１１上に存在する終端部を有していることによって優れている。ボンディング接続部１５および１６をグループに区別して分割することは、一方では、グループのボンディング接続部を、専ら、端子面の部分面によって画定される領域、詳細には端子面１１の領域１２ａもしくは１２ｂに配置することによって生じ、他方では、それらの第１のボンディング脚部３１を負荷電位面の別のセグメント１３ａもしくは１３ｂに配置することによって生じる。本発明による平行でかつ枝分かれした電流供給もしくは引き出し、およびここでの最良なケースのように、端子面のセグメントまで延在する分枝は、電流分布に関して、特に、端子面の複数のセグメントにわたって延在するこれまでに公知のボンディング接続部に比べて、有利に作用することが示された。
【００４４】
本発明によるボンディング接続部の態様は、特に、さらに別の基板４上に配置されている第２のパワー半導体２に関している。そのボンディング接続部２５，２６の具体的な構成は、図５において詳細に認識可能であり、ここではそれぞれ例示的に示されたボンディング接続部２５もしくは２６において明らかである。このパワー半導体２もダイオードである。ここでも、複数のボンディング接続部２５，２６が、それぞれ同じ数のボンディング脚部３１および３２の複数のボンディング接続部からなる少なくとも２つのグループ２５，２６に配列され、１つのグループの各ボンディング接続部の第２のボンディング脚部３２は、専ら、端子面の共通のそれ自体閉じられた部分面によって画定される、端子面２１の領域２２ａもしくは２２ｂに配置されている。しかしながら、図５に示すように、ボンディング接続部２５，２６の一部を省略することにより、これらのグループはボンディング脚部の数において異なることが明らかにされる。グループ２５は、全部で３つのボンディング脚部を有し、そのうちの２つのみが第２のボンディング脚部３２であるのに対して、グループ２６は、全部で５つのボンディング脚部を有し、そのうちの３つが第２のボンディング脚部である。その上さらに、端子面２１上に存在する第２のボンディング脚部３２と、負荷電位面２３上に存在する第１のボンディング脚部３１と、の間には、それぞれ１つの第３のボンディング脚部３３が設けられており、この第３のボンディング脚部３３は、負荷電位面２３と端子面２１とに対して電気的に絶縁されて基板４上に配置された金属化部３０上に配置されている。１つのグループ２６のみが第３のボンディング脚部３３をそのボンディング接続部に有し、それらの全ては金属化部３０の閉じられた表面上に配置されている。
【００４５】
２つのグループのボンディング接続部は、さらに、それらの第１のボンディング脚部３１が、ここでは基板３上に存在する所属の負荷電位面２３上で、パワー半導体２から、異なった間隔ではあるが、ただし各グループ内では一致している間隔ａ１もしくはａ２をおいて配置されていることに関して異なっている。ここでは、その所属のセグメント２２ａが、関連する負荷電位面２３に空間的に近接して配置されているグループ２６の間隔ａ２は、その所属のセグメント２２ｂが、関連する負荷電位面から空間的にさらに離間されて配置されているグループ２５の間隔ａ１よりも大きくなるように選択されており、これによって、異なる数の第２のボンディング脚部３２および付加的な第３のボンディング脚部３３の特徴と協働して、少なくともほぼ、ボンディング接続部２５，２６の長さの一致が生じる。
【００４６】
図５および図６に基づけば、第２のパワー半導体２に所属する負荷電位面２３は、パワー半導体１および２の縁部に平行に延在するように配置されているのに対し、第３のボンディング脚部３３のために設けられた金属化部３０は、平行に離間されて、負荷電位面２３と第２のパワー半導体２の縁部との間を延在していることが明らかにされる。負荷電位面２３は、この場合、金属化部によって画定され、この金属化部は、図示されていない端子部品のための端子面１４とはんだ付け面とをそこに画定するために、第１のパワー半導体１の下方を、当該金属化部がこの場合第１のパワー半導体１の基板３に面する主表面に接触しながら他方の側まで延在している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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