ES2347995T3 - Disposión de circuitos con conexión bondeada. - Google Patents
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Abstract
Disposición de circuitos con un sustrato (2) que presenta circuitos impresos (22, 24, 26), por lo menos un primer componente semiconductor de potencia (4) y una conexión bondeada (5) asignada, presentando el primer componente semiconductor de potencia (4) una primera superficie de contacto de carga (40) y una segunda superficie de contacto de carga (42) de la misma polaridad, caracterizada porque la conexión bondeada (5) presenta un número impar N de hilos de bondeo (50, 52, 54), porque la primera mitad (50) de los N-1 hilos de bondeo alcanza desde un primer circuito impreso (22) del sustrato (2) la primera superficie de contacto de carga (40), porque la segunda mitad (52) de los N-1 hilos de bondeo alcanza desde este primer circuito impreso (22) la segunda superficie de contacto de carga (42), y el enésimo (54) hilo de bondeo, saliente del primer circuito impreso (22), presenta tanto en la primera superficie de contacto de carga (40) como en la segunda (42), por lo menos, una pata de bondeo (504, 524).
Description
La invención describe una disposición de circuitos con
un sustrato, con circuitos impresos dispuestos encima, y por
lo menos, un componente semiconductor de potencia dispuesto
en por lo menos uno de dichos circuitos impresos. El
componente semiconductor de potencia respectivo está
conectado de forma electroconductora con un primer circuito
impreso por medio de una conexión bondeada conocida,
básicamente, desde hace mucho tiempo. Las disposiciones de
circuitos de este tipo tienen aplicación preferente en
módulos semiconductores de potencia.
Se conocen diferentes variantes de sustratos,
preferentemente con un cuerpo básico aislante como, por
ejemplo, como sustratos AMB (active metal braze), DCB
(direct copper bonding) o IMS (insulated metal substrat).
Encima de segundos circuitos impresos de estos sustratos
están dispuestos los componentes semiconductores de potencia
en unión, preferentemente, material y electroconductores.
Otros contactos eléctricos del componente semiconductor
de potencia con otros circuitos impresos, por ejemplo con el
primer circuito impreso se realizan, frecuentemente,
- mediante
- conexiones bondeadas que para las conexiones de
- potencia
- presentan una pluralidad de hilos de bondeo
- individuales.
Gracias al perfeccionamiento de los componentes
semiconductores de potencia disminuye su dilatación lateral
y, por lo tanto, su superficie con una intensidad de
corriente máxima admisible no cambiante. Se conocen, por
ejemplo, componentes semiconductores de potencia con dos
superficies de contacto de carga de la misma polaridad, por
ejemplo superficies de contacto emisoras de transistores de
potencia. De este modo, para la solicitación del componente
semiconductor de potencia es preferente si ambas superficies
de contacto emisoras pueden ser alimentadas de corriente en
forma homogénea.
La intensidad de corriente máxima admisible de la
conexión eléctrica por medio de una conexión bondeada es
determinada por el diámetro del hilo de bondeo individual y
el número de hilos de bondeo. Por lo tanto, en una conexión
bondeada puede ser necesario y apropiado disponer un número
- impar
- de hilos de bondeo desde un circuito impreso del
- sustrato
- a las superficies de contacto de carga del
- transistor de potencia.
En una pluralidad de aplicaciones, las superficies de
contacto de carga de diodos de potencia están conectadas,
adicionalmente, con las superficies de contacto de carga de
los transistores de potencia por medio de la misma conexión
bondeada. Con ello, el tamaño de la superficie de contacto
de carga del diodo de potencia puede delimitar el número de
hilos de bondeo por cada conexión bondeada.
El documento DE 10237561 da a conocer un diseño de
circuitos impresos para módulos semiconductores de potencia
que presentan componentes semiconductores de potencia y
líneas de conexión sobre un sustrato aislado. Además, la
descripción de la invención presenta conductores de conexión
de corriente continua adyacentes y dispuestos paralelos y
adyacentes estrechamente a la superficie del sustrato, y un
conductor de corriente alterna extendido igualmente paralelo
a la superficie de sustrato.
La invención tiene el objetivo de indicar una
disposición de circuitos que posibilita una alimentación
homogénea de corriente de dos superficies de contacto de
carga de la misma polaridad de un componente semiconductor
de potencia con un número impar de hilos de bondeo en una
conexión bondeada.
Dicho objetivo es conseguido de conformidad con la
invención por medio de una disposición de circuitos con las
características de la reivindicación 1. Las formas de
realización preferentes se describen en las reivindicaciones
secundarias.
El punto de partida de la disposición de circuitos de
conformidad con la invención es un sustrato, preferentemente
del tipo mencionado anteriormente. El mismo presenta una
pluralidad de circuitos impresos, estando sobre un segundo
de estos circuitos impresos dispuestos, por lo menos, un
primer componente semiconductor de potencia. Éste, por lo
menos, único componente semiconductor de potencia está
conectado de forma electroconductora con un primer circuito
impreso por medio de una conexión bondeada asignada.
El primer componente semiconductor de potencia
respectivo presenta una primera y una segunda superficie de
contacto de carga de la misma polaridad. La conexión
bondeada de la disposición de circuitos presenta un número
impar N de hilos de bondeo, alcanzando la primera mitad de
los hilos de bondeo N-1 de un primer circuito impreso del
sustrato la primera superficie de contacto de carga. La
segunda mitad de los N-1 hilos de bondeo alcanza desde dicho
primer circuito impreso la segunda superficie de contacto de
carga. De conformidad con la invención, el enésimo hilo de
bondeo que parte del primer circuito impreso presenta tanto
en la primera superficie de contacto de carga como en la
segunda, por lo menos, una pata de bondeo.
Gracias a dicha configuración, se consigue una
alimentación de corriente homogénea de ambas superficies de
contacto de carga y, por lo tanto, de todo el componente
semiconductor de potencia. Ello es necesario para conseguir
la capacidad completa del componente semiconductor de
potencia, también en el funcionamiento al límite de su
capacidad. Los perfeccionamientos preferentes de dicha
disposición de circuitos están mencionados en la descripción
respectiva de los modelos de fabricación. Por lo demás, la
solución de conformidad con la invención se explica en
detalle en base a los modelos de fabricación de las figuras
1 a 3.
La figura 1 muestra una primera disposición de circuitos
de conformidad con la invención.
La figura 2 muestra la disposición de los hilos de
bondeo de una conexión bondeada de un componente
semiconductor de potencia de una disposición de circuitos de
conformidad con la invención.
La figura 3 muestra una segunda disposición de circuitos
de conformidad con la invención.
La figura 1 muestra una primera disposición de circuitos
de conformidad con la invención, configurada como conexión
en paralelo de una pluralidad de interruptores de potencia,
tal como es, por ejemplo, parte de un módulo semiconductor
de potencia. Aquí, la disposición de circuitos se compone,
por ejemplo, de un potencial de corriente alterna, un
segundo potencial de corriente continua (24) de polaridad
positiva y terceros circuitos impresos (26) conducen
potencial de mando.
En el segundo circuito impreso (24) y conectados a éste
de forma electroconductora están dispuestos primeros
componentes semiconductores de potencia (4) conectados en
paralelo, en este caso transistores de potencia de efecto de
campo. Dichos transistores de potencia (4) presentan en su
cara apartada respecto del sustrato (2) dos superficies de
contacto de carga (40, 42) de la misma polaridad, y una
superficie de contacto de mando (46). La superficie de
contacto de mando (46) respectiva está conectada en forma
electroconductora con un tercer circuito impreso (26)
asignado del sustrato (2) por medio de una conexión por hilo
de bondeo (56).
La conexión electroconductora entre el primer circuito
impreso (22) del sustrato (2) y las superficies de contacto
de carga (40, 42) del transistor de potencia (4) respectivo
está conformada, del mismo modo, en cada caso por medio de
una conexión bondeada (5). En este caso, debido a que ello
es suficiente para la intensidad de corriente máxima
admisible de la conexión, la conexión bondeada (5) presenta
un número impar de hilos de bondeo (50, 52, 54). La primera
mitad (52) de cuatro de estos cinco hilos de bondeo es
suficiente para la primera superficie de contacto de carga
(40) del transistor de potencia (4) y presenta sobre la
misma dos patas de bondeo (500, 502) por cada hilo de
bondeo. La segunda mitad (52) de cuatro de estos cinco hilos
de bondeo es suficiente para la segunda superficie de
contacto de carga (42) del transistor de potencia (4) y
presenta sobre la misma dos patas de bondeo (520, 522) por
cada hilo de bondeo.
De conformidad con la invención, el quinto de hilo de
bondeo (54) llega desde el primer circuito impreso (22) a la
primera superficie de contacto de carga (40) del transistor
de potencia (4) y presenta sobre la misma una pata de bondeo
(504). Además, este quinto hilo de bondeo (54) llega hasta
la segunda superficie de contacto de carga (42) e,
igualmente, presenta con esta una pata de bondeo (524). Por
lo tanto, la conexión bondeada (5) presenta entre el primer
circuito impreso (22) del sustrato (2) con el transistor de
potencia (4) cinco hilos de bondeo (50, 52, 54) y, en cada
caso, cinco patas de bondeo por cada superficie de contacto
de carga (40, 42). De este modo, la alimentación de
corriente del transistor de potencia (4) puede realizarse
distribuida homogéneamente sobre sus dos superficies de
contacto de carga (40, 42) de la misma polaridad.
La figura (2) muestra la disposición de los hilos de
bondeo (50, 52, 54) de una conexión bondeada (5) de un
componente semiconductor de potencia (4), aquí un transistor
de potencia IGBT de una disposición de circuito de
conformidad con la invención. Se muestra un transistor de
potencia (4) con dos superficies de contacto de carga (40,
42) de la misma polaridad, en este caso la conexión emisora,
y una superficie de contacto de mando (46), la conexión de
compuerta. Ambas superficies de contacto de carga (40, 42)
muestran aquí, como preferente, una misma área.
La conexión bondeada, mostrada sólo en parte (5, véase
la figura 3), de este transistor de potencia (4) presenta un
número impar de hilos de bondeo (50, 52, 54), en este caso
cinco. Los primeros dos hilos de bondeo (50) están asignados
a las primeras superficies de contacto de carga (40) y
presentan, en cada caso, dos patas de bondeo (500, 502)
sobre dicha superficie de contacto de carga (40). Los
segundos dos hilos de bondeo (52) están asignados a la
segunda superficie de contacto de carga (42) y presentan,
igualmente, en cada caso, dos patas de bondeo (520, 522)
sobre dicha superficie de contacto de carga (42).
De conformidad con la invención, el quinto hilo de
bondeo (54) de la conexión bondeada (5) presenta una pata de
bondeo (504) con la primera superficie de contacto de carga
(40) y una pata de bondeo (524) con la segunda superficie de
contacto de carga (42). Por consiguiente, en la totalidad de
cinco hilos de bondeo (50, 52, 54), con, sumadas, diez patas
de bondeo (500, 500, 504, 520, 522, 524) en ambas
superficies de contacto de carga (40, 42) se ha asegurado
que la alimentación de corriente por superficie de contacto
de carga (40, 42) es homogénea. Por lo tanto, en servicio el
transistor de potencia (4) puede ser alimentado de corriente
uniformemente.
La figura 3 muestra una segunda disposición de circuito
de conformidad con la invención, igualmente una conexión en
paralelo de una pluralidad de interruptores de potencia,
aquí compuesta de un transistor de potencia (4) y un diodo
de potencia (7) conectado en forma antiparalela. Con ello,
se hace evidente que un segundo componente semiconductor de
potencia puede limitar el número de hilos de bondeo de una
conexión bondeada. En el segundo circuito impreso (24) del
sustrato (2) se muestra aquí, en cada caso, un transistor de
potencia IGBT (4), véase la figura 2, y, en cada caso, un
diodo de potencia (7) asignado al mismo. Las superficies de
contacto de carga (40, 42, 70) de los componentes
semiconductores de potencia (4, 7), asignadas una a la otra,
están conectadas una con la otra por medio de una conexión
bondeada (5) y en forma electroconductora con el primer
circuito impreso (22) del sustrato (2).
Por razones económicas se seleccionan, en este caso,
componentes semiconductores de potencia (4, 7) cuya
superficie es mínima a la intensidad de corriente máxima
admisible necesaria. Por razones tecnológicas en la
fabricación de la conexión bondeada, en el ejemplo mostrado
sólo es posible disponer un máximo de cinco hilos de bondeo
(50, 52, 54) yuxtapuestos sobre la superficie de contacto de
carga (70) del diodo (7). En el sentido del recorrido del
hilo de bondeo (50, 52, 54) respectivo, el mismo presenta
dos patas de bondeo (570) con el diodo (7). Una cantidad
menor de hilos de bondeo (50, 52, 54) por cada conexión
bondeada (5) tampoco es posible, porque los mismos
reducirían en un quinto la intensidad de corriente máxima
admisible de la conexión bondeada (5) y, por lo tanto, no
podría aprovecharse completamente la potencia de los
componentes semiconductores de potencia (4, 7) y, por
consiguiente, de la disposición de circuitos.
Mediante dicha delimitación de la conexión bondeada (5)
respectiva a cinco hilos de bondeo (50, 52, 54), en el
ulterior recorrido de la conexión bondeada (5) es necesario
alimentar el transistor de potencia IGBT (4) de corriente en
forma homogénea, lo que se realiza por medio de la
configuración, de conformidad con la invención, de la
disposición del quinto hilo de bondeo (54). Éste presenta, en cada caso, una pata de bondeo (504, 524) tanto con la primera superficie de contacto de carga (40) como con la segunda superficie de contacto de carga (42) del transistor 5 de potencia TGBT (4). Los restantes cuatro hilos de bondeo (50, 52) presentan, como es sabido, dos patas de bondeo (500, 500, 520, 122) por cada superficie de contacto de carga (40, 42) de igual polaridad asignadas.
10
Claims (5)
- REIVINDICACIONES
- 1.
- Disposición de circuitos con un sustrato (2) que presenta circuitos impresos (22, 24, 26), por lo menos un primer componente semiconductor de potencia (4) y una conexión bondeada (5) asignada, presentando el primer componente semiconductor de potencia (4) una primera superficie de contacto de carga (40) y una segunda superficie de contacto de carga (42) de la misma polaridad, caracterizada porque la conexión bondeada (5) presenta un número impar N de hilos de bondeo (50, 52, 54), porque la primera mitad (50) de los N-1 hilos de bondeo alcanza desde un primer circuito impreso (22) del sustrato (2) la primera superficie de contacto de carga (40), porque la segunda mitad (52) de los N-1 hilos de bondeo alcanza desde este primer circuito impreso (22) la segunda superficie de contacto de carga (42), y el enésimo (54) hilo de bondeo, saliente del primer circuito impreso (22), presenta tanto en la primera superficie de contacto de carga (40) como en la segunda (42), por lo menos, una pata de bondeo (504, 524).
-
- 2.
- Disposición de circuitos según la reivindicación 1, en la que el primer componente semiconductor de potencia (4) es un transistor de potencia.
-
- 3.
- Disposición de circuitos según la reivindicación 1, en la que el sustrato (2) es un sustrato aislante con una pluralidad de circuitos impresos (22, 24, 26) dispuestos sobre una superficie y el, por lo menos, único componente semiconductor de potencia (4) está conectado en unión material y en forma electroconductora con un segundo circuito impreso (24).
-
- 4.
- Disposición de circuitos según la reivindicación 1, en la que la conexión bondeada (5) conecta, en cada caso, el
-
- 5.
- Disposición de circuitos según la reivindicación 4, en la que el segundo componente semiconductor de potencia
- primer
- circuito impreso (22) con el primer componente
- semiconductor
- de potencia (4) y un segundo componente
- semiconductor de potencia (7).5
(7) es un diodo de potencia.
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