DE202009017816U1 - The power semiconductor module - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitermodul, das ein Substrat (12) mit einer schaltstrukturierten Metalllage (14) aufweist, an der mindestens ein eine Gatefläche (18) und eine im Vergleich hierzu große Emitterfläche (20) aufweisendes Leistungshalbleiterchip (16) angeordnet ist, das mittels einer flexiblen Schaltfolie (24) verschaltet ist, und mit mindestens einem Temperatursensor (34), dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor (34) auf der vom Substrat (12) abgewandten Oberseite (36) der flexiblen Schaltfolie (24) über der Emitterfläche (20) des mindestens einen Leistungshalbleiterchips (16) angebracht ist.Power semiconductor module having a substrate (12) with a schaltstrukturierten metal layer (14) on which at least one a gate surface (18) and a comparatively large emitter surface (20) exhibiting power semiconductor chip (16) is arranged, which by means of a flexible switching film ( 24) is interconnected, and with at least one temperature sensor (34), characterized in that the at least one temperature sensor (34) on the side facing away from the substrate (12) top (36) of the flexible switching film (24) over the emitter surface (20) of at least one power semiconductor chip (16) is mounted.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul, das ein Substrat mit einer schaltstrukturierten Metalllage aufweist, an der mindestens ein eine Gatefläche und eine im Vergleich hierzu große Emitterfläche aufweisendes Leistungshalbleiterchip angeordnet ist, das mittels einer flexiblen Schaltfolie verschaltet ist, und mit mindestens einem Temperatursensor.The The invention relates to a power semiconductor module comprising a substrate having a schaltstrukturierten metal layer, on the at least a gate area and a comparatively large emitter surface exhibiting Power semiconductor chip is arranged, which by means of a flexible Switching foil is interconnected, and with at least one temperature sensor.

Bei bekannten Leistungshalbleitermodulen werden die Temperatursensoren oftmals neben den Leistungshalbleiterchips auf dem Substrat angeordnet. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um ein DCB (Direct Copper Bonding) oder um ein IMS (Integrated Metal Substrate) Substrat handeln.at known power semiconductor modules are the temperature sensors often arranged next to the power semiconductor chips on the substrate. For example, the substrate may be a DCB (Direct Copper Bonding) or an IMS (Integrated Metal Substrate) substrate act.

Temperatursensoren, die bei bekannten Leistungshalbleitermodulen seitlich neben den Leistungshalbleiterchips angeordnet sind, messen jedoch nicht die Temperatur der Leistungshalbleiterchips sondern eine durch einen Kühlkörper des Leistungshalbleitermoduls beeinflusste niedrigere Temperatur. Der resultierende thermische Widerstand ist stark von dem verwendeten Kühlkörper abhängig.Temperature sensors, in known power semiconductor modules laterally next to the Power semiconductor chips are arranged, but do not measure the Temperature of the power semiconductor chips but one by one Heatsink of the Power semiconductor module influenced lower temperature. Of the resulting thermal resistance is greatly different from that used Heatsink dependent.

Desgleichen wurde bereits vorgeschlagen, Temperatursensoren in die Leistungshalbleiterchips zu integrieren. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass die in die Leistungshalbleiterchips integrierten Temperatursensoren keine Potentialtrennung besitzen und aktive Chip-Fläche der Leistungshalbleiterchips verbrauchen. Bei Leistungshalbleitermodulen mit einer Vielzahl Leistungshalbleiterchips ergibt sich außerdem das Problem, dass die in die Leistungshalbleiterchips integrierten Temperatursensoren nur mit großem schaltungstechnischem Aufwand ausgewertet werden können.Similarly has already been proposed, temperature sensors in the power semiconductor chips too integrate. However, the problem arises that in the Power semiconductor chips integrated temperature sensors no potential separation own and active chip area consume the power semiconductor chips. For power semiconductor modules with a variety of power semiconductor chips also gives the Problem that the temperature sensors integrated into the power semiconductor chips only with big circuit complexity can be evaluated.

In Kenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Leistungshalbleitermodul der eingangs genannten Art mit einer einfachen und optimal wirksamen Temperatursensorik auszubilden.In Knowledge of these circumstances, the invention is based on the object a power semiconductor module of the type mentioned with a form simple and optimally effective temperature sensors.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1, d. h. dadurch gelöst, dass der mindestens eine Temperatursensor auf der vom Substrat abgewandten Oberseite der flexiblen Schaltfolie über der relativ großen Emitterfläche des mindestens einen Leistungshalbleiterchips angebracht ist.These The object is achieved by the Features of claim 1, d. H. solved by the fact that the at least one Temperature sensor on the side facing away from the substrate top of flexible switching foil over the relatively large one Emitter surface of the at least one power semiconductor chip is mounted.

Das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul weist die Vorteile auf, dass für den mindestens einen Temperatursensor keine aktive Chipfläche des mindestens einen Leistungshalbleiterchips benötigt wird, und dass eine genaue Temperaturmessung des Leistungshalbleiterchips gewährleistet wird, weil die thermische Anbindung des Temperatursensors an das Leistungshalbleiterchip bei dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul im Vergleich zur thermischen Anbindung eines Temperatursensors, der auf dem Substrat neben dem Leistungshalbleiterchip vorgesehen ist, wesentlich besser ist.The Power semiconductor module according to the invention has the advantages that for the at least one temperature sensor no active chip area of at least a power semiconductor chip is needed, and that an accurate Temperature measurement of the power semiconductor chip guaranteed is because the thermal connection of the temperature sensor to the Power semiconductor chip in the power semiconductor module according to the invention in comparison to the thermal connection of a temperature sensor, the is provided on the substrate next to the power semiconductor chip, is much better.

Die zu erwartende kapazitive Kopplung des Temperatursensors zur Emitterfläche des Leistungshalbleiterchips kann z. B. in einfacher Weise durch entsprechende Filter geglättet werden.The expected capacitive coupling of the temperature sensor to the emitter surface of the Power semiconductor chips can z. B. in a simple manner by appropriate Smoothed filter become.

Bei dem erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermodul kann die flexible Schaltfolie eine schaltstrukturierte Metallfolie oder ein Folienverbund sein, der aus einer ersten und einer zweiten Metallfolie, die schaltstrukturiert sind, und einer isolierenden Folie besteht, die zwischen der ersten und der zweiten Metallfolie vorgesehen ist. Eine derartige Ausbildung der flexiblen Schaltfolie der zuletzt genannten Art weist außerdem den Vorteil auf, dass der Temperatursensor wegen der Isolationslage, d. h. der isolierenden Folie zwischen der ersten und der zweiten Metallfolie, isoliert ausgewertet werden kann.at the power semiconductor module according to the invention the flexible switching foil can be a structured metal foil or a film composite consisting of a first and a second Metal foil, which are schematized, and an insulating foil which is provided between the first and the second metal foil is. Such a design of the flexible switching foil of the last mentioned type also indicates the advantage that the temperature sensor, because of the insulation layer, d. H. the insulating film between the first and the second metal foil, can be evaluated in isolation.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungen.Further Details, features and advantages will be apparent from the following Description of the power semiconductor module according to the invention in Connection with the following drawings.

Es zeigen:It demonstrate:

1 abschnittweise und nicht maßstabgetreu eine erste Ausbildung des Leistungshalbleitermoduls, und 1 in sections and not to scale, a first embodiment of the power semiconductor module, and

2 eine zweite Ausbildung des Leistungshalbleitermoduls in einer der 1 ähnlichen nicht maßstabgetreuen Darstellung. 2 a second embodiment of the power semiconductor module in one of 1 similar representation not true to scale.

1 zeigt ein erste Ausbildung des Leistungshalbleitermoduls 10, das ein Substrat 12 mit einer schaltstrukturierten Metalllage 14 aufweist. An der Metalllage 14 ist mindestens ein Leistungshalbleiterchip 16 angeordnet. Das Leistungshalbleiterchip 16 weist eine kleine Gatefläche 18 und eine im Vergleich hierzu große Emitterfläche 20 auf. Mit der Bezugsziffer 22 ist eine Basisfläche des Leistungshalbleiterchips 16 bezeichnet. 1 shows a first embodiment of the power semiconductor module 10 that is a substrate 12 with a textured metal layer 14 having. At the metal layer 14 is at least one power semiconductor chip 16 arranged. The power semiconductor chip 16 has a small gate area 18 and a comparatively large emitter area 20 on. With the reference number 22 is a base area of the power semiconductor chip 16 designated.

Das Leistungshalbleiterchip 16 ist mittels einer flexiblen Schaltfolie 24 verschaltet, bei der es sich um eine schaltstrukturierte Metallfolie 26 handelt. Die Metallfolie 26 ist beispielsweise eine Folie aus Kupfer, die in den Bereichen 28 und 30 jeweils eine Sinterverbindung 32 aufweist. Eine weitere Sinterverbindung 32 ist der Basisfläche 22 des Leistungshalbleiterchips 16 zugeordnet.The power semiconductor chip 16 is by means of a flexible switching foil 24 connected, which is a schaltstrukturierte metal foil 26 is. The metal foil 26 For example, a foil made of copper, which is in the areas 28 and 30 each a sintered connection 32 having. Another sintered connection 32 is the base area 22 of the power semiconductor chip 16 assigned.

Zur Bestimmung der jeweiligen Betriebstemperatur des Leistungshalbleiterchips 16 ist ein Temperatursensor 34 vorgesehen, der auf der vom Substrat 12 abgewandten Oberseite 36 der flexiblen Schaltfolie 24 über der Emitterfläche 20 des Leistungshalbleiterchips 16 positioniert ist.For determining the respective operating stems temperature of the power semiconductor chip 16 is a temperature sensor 34 provided on the substrate 12 opposite top 36 the flexible switching foil 24 over the emitter surface 20 of the power semiconductor chip 16 is positioned.

2 zeigt in einer der 1 ähnlichen schematischen Ansicht eine zweite Ausführungsform des Leistungshalbleitermoduls 10, die sich von dem in 1 gezeichneten Leistungshalbleitermodul 10 insbesondere dadurch unterscheidet, dass die flexible Schaltfolie 24 von einem Folienverbund gebildet ist, der aus einer ersten Metallfolie 38, einer zweiten Metallfolie 40 und einer zwischen der ersten und der zweiten Metallfolie 38 und 40 vorgesehenen isolierenden Folie 42 besteht. 2 shows in one of the 1 similar schematic view of a second embodiment of the power semiconductor module 10 that differ from the one in 1 drawn power semiconductor module 10 especially differs in that the flexible switching film 24 is formed by a film composite consisting of a first metal foil 38 , a second metal foil 40 and one between the first and second metal foils 38 and 40 provided insulating film 42 consists.

Gleiche Einzelheiten sind in 2 mit denselben Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet, so dass es sich erübrigt, in Verbindung mit 2 alle Einzelheiten noch einmal detailliert zu beschreiben. Auch bei der Ausbildung gemäß 2 ist der Temperatursensor 34 auf der vom Substrat 12 abgewandten Oberseite 36 der flexiblen Schaltfolie 24 über der Emitterfläche 20 des Leistungshalbleiterchips 16 positioniert, um die Betriebstemperatur des jeweiligen Leistungshalbleiterchips 16 zu sensieren.Same details are in 2 with the same reference numerals as in 1 referred, so that it is unnecessary, in connection with 2 to describe all the details again in detail. Also in the training according to 2 is the temperature sensor 34 on the from the substrate 12 opposite top 36 the flexible switching foil 24 over the emitter surface 20 of the power semiconductor chip 16 positioned to the operating temperature of the respective power semiconductor chip 16 to sensate.

1010
LeistungshalbleitermodulThe power semiconductor module
1212
Substrat (von 10)Substrate (from 10 )
1414
Metalllage (an 12)Metal layer (at 12 )
1616
Leistungshalbleiterchip (von 10 an 14)Power semiconductor chip (from 10 at 14 )
1818
Gatefläche (von 16)Gate area (from 16 )
2020
Emitterfläche (von 16)Emitter surface (from 16 )
2222
Basisfläche (von 16)Base area (from 16 )
2424
flexible Schaltfolie (von 10 für 16)flexible switching foil (from 10 For 16 )
2626
Metallfolie (von 24)Metal foil (from 24 )
2828
Bereich (von 26 bei 20)Section 26 at 20 )
3030
Bereich (von 26 bei 14)Section 26 at 14 )
3232
Sinterverbindung (bei 28, 30)Sintered compound (at 28 . 30 )
3434
Temperatursensor (von 10 für 16 an 36)Temperature sensor (from 10 For 16 at 36 )
3636
Oberseite (von 24)Top (from 24 )
3838
erste Metallfolie (von 24)first metal foil (from 24 )
4040
zweite Metallfolie (von 24)second metal foil (from 24 )
4242
isolierende Folie (zwischen 38 und 40)insulating foil (between 38 and 40 )

Claims (3)

Leistungshalbleitermodul, das ein Substrat (12) mit einer schaltstrukturierten Metalllage (14) aufweist, an der mindestens ein eine Gatefläche (18) und eine im Vergleich hierzu große Emitterfläche (20) aufweisendes Leistungshalbleiterchip (16) angeordnet ist, das mittels einer flexiblen Schaltfolie (24) verschaltet ist, und mit mindestens einem Temperatursensor (34), dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Temperatursensor (34) auf der vom Substrat (12) abgewandten Oberseite (36) der flexiblen Schaltfolie (24) über der Emitterfläche (20) des mindestens einen Leistungshalbleiterchips (16) angebracht ist.Power semiconductor module that is a substrate ( 12 ) with a shell-structured metal layer ( 14 ), at least one gate surface ( 18 ) and a comparatively large emitter surface ( 20 ) having power semiconductor chip ( 16 ) is arranged, which by means of a flexible switching film ( 24 ) and at least one temperature sensor ( 34 ), characterized in that the at least one temperature sensor ( 34 ) on the substrate ( 12 ) facing away from the top ( 36 ) of the flexible switching foil ( 24 ) over the emitter surface ( 20 ) of the at least one power semiconductor chip ( 16 ) is attached. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Schaltfolie (24) eine schaltstrukturierte Metallfolie (26) ist.Power semiconductor module according to claim 1, characterized in that the flexible switching foil ( 24 ) a shell-structured metal foil ( 26 ). Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Schaltfolie (24) ein Folienverbund ist, der aus einer ersten und einer zweiten Metallfolie (38 und 40), die schaltstrukturiert sind, und einer isolierenden Folie (42) besteht, die zwischen der ersten und der zweiten Metallfolie (38 und 40) vorgesehen ist.Power semiconductor module according to claim 1, characterized in that the flexible switching foil ( 24 ) is a film composite consisting of a first and a second metal foil ( 38 and 40 ), which are circuit-structured, and an insulating film ( 42 ) between the first and second metal foils ( 38 and 40 ) is provided.
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