Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
2.5.4 Leistungsmodule
2.5.4.1 Grundlagen
Schaltungen der Leistungselektronik enthalten in der Regel nicht nur einen einzelnen Leistungshalbleiter,
sondern sind fast immer aus mehreren Bauelementen aufgebaut. Beim Einsatz diskreter
Bauelemente müssen also mehrere davon samt ihren zugehörigen Kühlkörpern zu einer
Baugruppe zusammengefasst werden. Da die Kühlkörper elektrisch leitend mit je einem Hauptanschluss
des zugehörigen Halbleiterbauelementes verbunden sind, müssen sie beim Zusammenbau
elektrisch voneinander isoliert werden. Die elektrischen Verbindungen werden durch Kabel
oder Schienen hergestellt. Diese Bauweise ist sehr aufwändig im Bezug auf Material, Volumen
und Arbeitszeit. Einen ganz neuen Weg eröffnete hier die Idee, die notwendige Isolierung der
einzelnen Bauelemente voneinander anstatt in den mechanischen Aufbau der Baugruppe in das
Bauelement selbst hineinzuverlegen. Solche Leistungsmodule sind gekennzeichnet durch die
Trennung der Wege für Strom und Wärme. Eine interne Isolation mit guter Wärmeableitfähigkeit
sorgt dafür, dass die metallische Grundfläche von dem mit den äußeren Anschlüssen verbundenem
Stromkreis elektrisch getrennt ist und die Wärme mehrerer Bauelemente potentialfrei an eine
gemeinsame Kühlvorrichtung abgegeben werden kann (Bild 2.5.34).
Current
Internal
isolation
Heat
Bild 2.5.34 Prinzip der Leistungsmodule am Beispiel des SEMIPACK ® -Halbbrückenmoduls (Phasenmodul,
Zweigmodul) mit zwei Dioden/Thyristoren in Reihenschaltung
Module können als Leistungshalbleiter Netzdioden, schnelle Dioden, Thyristoren, MOSFET oder
IGBT enthalten. Die Komplexität der internen Verschaltung reicht von einem einzelnen Halbleiter
bis zu 20 Halbleiterfunktionen (Kap. 2.5.2.7). Zusätzlich sind bei manchen Modulen passive
Bauelemente wie Temperatursensoren, Widerstände oder Kondensatoren enthalten. Sind auch
Treiberfunktionen integriert, spricht man von Intelligenten Power Modulen (IPM).
Weit verbreitet sind Halbbrückenmodule (Zweigmodule, Phasenmodule) mit der Anschlussfolge
~ / + / - / Steueranschlüsse. Diese Konfiguration ermöglicht es, aus mehreren dieser Module und
einfachen Verbindungselementen alle üblichen Schaltungen der Leistungselektronik aufzubauen.
Auch das weltweit erste Halbleiterleistungsmodul, der SEMIPACK® (1975) wies schon diese Anschlussgeometrie
auf. Bild 2.5.35 zeigt in einer beispielhaften Skizze den Aufbau so eines Halbbrückenmoduls
mit Thyristoren in Löttechnologie. Auf diesen Modultorso wird ein Kunststoffgehäuse
aufgeklebt und soviel Silikon-Gel eingebracht, dass die Isolationsanforderungen dauerhaft
sichergestellt werden. Zu beachten ist, dass die meisten Gehäusematerialien für Infrarotstrahlung
nicht völlig undurchlässig sind. Das hat zur Folge, dass bei heller Umgebung, zum Beispiel Sonnenschein,
der Sperrstrom einen höheren Wert hat als im Dunkeln. Auf Funktion oder Zuverlässigkeit
hat das keinerlei Einfluss.
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