DD209053A1

DD209053A1 - METHOD FOR ELECTRIC AND THERMAL CONTACTING OF POWER ELECTRONIC COMPONENTS

Info

Publication number: DD209053A1
Application number: DD24272982A
Authority: DD
Inventors: Lothar Kampe; Ilse Hank; Lothar Eglinski; Karl-Heinz Heeg
Original assignee: Lothar Kampe; Ilse Hank; Lothar Eglinski; Heeg Karl Heinz
Priority date: 1982-08-24
Filing date: 1982-08-24
Publication date: 1984-04-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein technologisches Verfahren zur Herstellung leistungselektronischer Bauelemente, die vorzugsweise als Dreipolzweigpaar oder Brueckenschaltung ausgebildet sind und mindestens zwei nebeneinander und/oder uebereinander angeordnete, mit Kontaktstreifen untereinander und zu den Aussenanschluessen verbundene Halbleiterelemente enthalten, die thermisch leitend und ggf. elektrisch isoliert auf einer waermeabfuehrenden Grundplatte aufgebaut sind. Die Aufgabe besteht darin, durch eine Aufspaltung desHerstellungsprozesses fuer eine elektrisch betriebsfaehige Einheit in mindestens zwei Teilschritten und der damit verbundenen wesentlichen Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus der Loet- und Montagevorrichtungen den technisch-oekonomischen Aufwand zur Montage vor dem Loetprozess zuverringern und die Qualitaet der Loetung sowie die Positioniergenauigkeit beim Fuegeprozess der Bauteile zu erhoehen. Das geschiet dadurch, dass in einem ersten Verfahrensschritt die Halbleiterelemente und alle elektrisch und thermisch leitendeBauteile mittels einfacher Vorrichtungen zu Baugruppenverloetet werden, die einem weiteren Verfahrensschrittzum elektrisch bereits funktionsfaehigen Bauelement zusammen gefuegtwerden.The invention relates to a technological method for producing power electronic components, which are preferably designed as a three-pole pair or bridge circuit and at least two juxtaposed and / or one above the other, with contact strips to each other and connected to the external terminals semiconductor elements containing thermally conductive and possibly electrically isolated are constructed on a heat dissipating base plate. The task is to reduce the technical-oeconomic effort for assembly before the soldering process by splitting the production process for an electrically operable unit in at least two steps and the associated substantial simplification of the construction of the soldering and mounting devices and the quality of the Loetz and the To increase positioning accuracy in the Fuegeprozess of the components. This is achieved by virtue of the fact that, in a first method step, the semiconductor elements and all the electrically and thermally conductive components are thrown by means of simple devices into assemblies which are added to a further method step to the component which is already functioning electrically.

Description

Erfinder: Ing. Lothar Kanroe Berlin, 20. 08, 1982Inventor: Ing. Lothar Kanroe Berlin, 20. 08, 1982

Dipl.-Ing· Ilse~Hank P 1300Dipl.-Ing. Ilse ~ Hank P 1300

Dr. Dipl.-Phys. Lothar_Eglinski Dipl.-Ing. Karl-Heins Heeg γDr. Dipl.-Phys. Lothar_Eglinski Dipl.-Ing. Karl-He's Heeg γ

Sustellungsbevollm.;Sustellungsbevollm .;

Institut für HegelungstechnikInstitute of Control Engineering

im Kombinat TSB^-SAhT Berlin-Treptowin the Kombinat TSB ^- SAhT Berlin-Treptow

"!Friedrich Ebert""Friedrich Ebert"

1055 Berlin, Storkower Str. 1011055 Berlin, Storkower Str. 101

Büro für SchutzrechteOffice for Property Rights

Verfahren zur elektrischen und thermischen Kontaktierung der Bauteile leistungselektronischer BauelementeMethod for electrical and thermal contacting of the components of power electronic components

H 01 L - 25/00H 01 L - 25/00

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein technologisches Verfahren, bei dem unter Verwendung geeigneter Lehren die elektrische und thermische Kontaktierung der Bauteile leistungselelcfcronischer Bauelemente, vorzugsweise ieistungselektronischer Dr eip öl zrrre igpaare bzw, Brückenschaitungsη erfolgt, die mindestens zrvei nebeneinander und/oder übereinander angeordnete, mit Eontaktstreifen untereinander und zu den AuSenanschlüssea verbundene lialbleitereleaente enthalten, die thermisch leitend und ggf.· elektrisch isoliert auf einer wärmeabführenden Basisplatte aufgebaut sind.The invention relates to a technological process in which using suitable teachings, the electrical and thermal contacting of the components Leistungselelcfcronischer devices, preferably Elektrolytic Dr eip oil zrrre igpaare or, Brückenschaitungsη takes place at least zrvei side by side and / or one above the other, with Eontaktstreifen each other and the AuSenanschlüssea associated Lialbleitereleaente included, which are thermally conductive and possibly · electrically isolated on a heat-dissipating base plate constructed.

Das erfindungsgemäße Verfahren 77ird bei der Herstellung Ieistungselektronischer Bauelemente-, die vorzugsweise als Dreipol zweigpaare oder Brückenschaltungen ausgebildet sind und mindestens zwei Haibleiterelemente enthalten, angewendet„The method 77 according to the invention is used in the production of electronic components which are preferably designed as three-terminal pairs or bridge circuits and contain at least two semiconductor elements. "

Charakteristik der bekannten technischen .LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist gem. DE-OS 27 23 330 ein Verfahren bekannt₃ bei dem zu verlötende Teile zunächst voreslotst und mittels nach- ' folgender Erwärmung verlötet werden., Die Lotteiie von einerIt is gem. DE-OS 27 23 330 discloses a method ₃ in the parts to be soldered first voreslotst and soldered by nach- 'following heating., The Lotteiie of a

bestimmten geometrische q Gestalt and die zu bei ot ende η Kontaktteile and/oder Halbleiter-Plättchen werden dabei so in Behälter eingebracht, daß die Eontaktteile and/oder Halbleiter-Plättchen nach Wärmeeinwirkung an den zu belotenden Stellen mit Lot bedeckt werden» certain geometric q shape and at ot ende end η contact parts and / or semiconductor wafers are thereby introduced into containers that the Eontaktteile and / or semiconductor wafers are covered by heat at the locations to be soldered with solder »

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß nach dem Vorbeloten alle Teile des Bauelements einzeln vorliegen und für die Komplettierung komplizierte Vorrichtungen erforderlich sind. Weiterhin ist zu bemängeln, daß keine auf die verschieden großen Kontaktflächen bezogenen definierten Kräfte aufgebracht werden können und die Qualität der kontaktierten Anschlußstellen damit unterschiedlich ausfällt.A disadvantage of this method is that after Vorbeloten all parts of the device individually present and the completion of complicated devices are required. Furthermore, it is to be complained that no related to the different sized contact surfaces defined forces can be applied and the quality of the contacted terminals thus fails differently.

Weiterhin wird in der DS-AS 14 39 129 sin Verfahren beschrieben, bei dem die Hartmetallronden vorab durch Hartlöten mit den Anschlußleitern und danach in einem zweiten Schritt durch Weichlöten mit dem Halbleiter verbunden werden, Hierbei ist nachteilig, daß die Halbleiterchips erst nach Abschluß beider Lötprozesse in kontaktierter Form vorliegen und zur Funktionskontrolle bzw» Klassierung elektrisch ausgemessen werden können.Furthermore, in the DS-AS 14 39 129 sin process described in which the carbide blanks are previously connected by brazing with the leads and then in a second step by soldering to the semiconductor, this is disadvantageous in that the semiconductor chips only after completion of both soldering processes be in contacted form and can be measured electrically for function control or »classification.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, den technologischen und ökonomischen Aufwand bei der Montage der Einzelteile ieistungseiektronischer Bauelemente vor dem Lötprozeß wesentlich zu senken, die Qualität der Kontaktstellen.zu sichern sowie eine Weiterverarbeitung von fehlerhaften Halbleiterelementen, bestehend aus zwei Hartmetallronden und dem dazwischenliegenden Chip, zu vermeiden*The aim of the invention is to significantly reduce the technological and economic effort in the assembly of the items wereitungseiektronischer components before the soldering process, the quality of Kontaktstellen.zu secure and further processing of defective semiconductor elements, consisting of two carbide blanks and the intermediate chip to avoid *

Darlegung des We se as' der i£rfindungExplanation of the invention as the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein technologischThe invention is based on the object, a technological

24 27 2 9 324 27 2 9 3

einfaches Verfahren zur elektrischen and thermischen Kontaktierung der Bauteile leistungselektronischer Bauelemente, vorzugsweise leistungselektronischer Dreipolzweigpaare bzw, Brückenschaltungen, unter Verwendung entsprechender Vorrichtungen su entwickeln, mit dem eine funktionssichere Verbindung der einzelnen Bauteile mit guter Qualität gewährleistet wird*simple method for electrical and thermal contacting of the components of power electronic components, preferably power electronic three-pole branch pairs or bridge circuits, using appropriate devices develop su, with a functionally reliable connection of the individual components with good quality is guaranteed *

Srfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Herstellung der funktionsfähigen Bauelemente in mindestens swei Teilschritten erfolgt, wobei in einem ersten Verfahrensschritt mittels zweckmäßig gestalteter Lot- und Montagelehren die einzelnen elektrisch und thermisch leitenden Bauteile sowie die Halbleitertabletten vorzugsweise durch Löten ohne Flußmittel in bekannter ^eise unter Schutzgasatmosphäre in einem Durchlauflötofen zu Baugruppen zusammengefaßt und danach in einem zweiten Schritt; mittels einer weiteren Lehre die Einzelbaugruppen in ihrer endgültigen Lage erfaßt, positioniert und sum funktionsfähigen Bauelement verlötet werden« Zur Herstellung der einzelnen Baugruppen können neben der stoffschlüssigen Löttechnologie auch Verfahren angewendet werden, in deren Ergebnis kraftund/ oder formschlüssige Verbindungen entstehen, die elektrisphAccording to the invention, this is achieved by producing the functional components in at least two sub-steps, wherein in a first method step by means of suitably designed soldering and mounting jigs the individual electrically and thermally conductive components and the semiconductor tablets are preferably soldered without flux in a known manner Inert gas atmosphere in a continuous soldering furnace combined to form assemblies and then in a second step; By means of a further teaching, the individual modules are detected in their final position, positioned and soldered soldered functional component. "In addition to the cohesive soldering technology also methods can be used to produce the individual modules, resulting in force and / or positive connections, the elektrisph

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden.The invention will be explained below using an exemplary embodiment.

In den !figuren 1 bis 5 werden die Lot- und Montage le ore η entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt, die zur. Herstellung der in Figur δ gezeigten vier Baugruppen eines leistungselektronischen Dreipolsweigpaares benötigt v/erden.In the figures 1 to 5, the solder and assembly le ore η are shown according to the inventive method, the. Production of the four subassemblies shown in FIG. 6 of a power electronic three-pole branch pair is required.

Im ersten Verfahrensschritt werden gemäß Fig. 1 bis 4 die darin dargestellten Einselteile positioniert und ohne Verwendung von Flußmitteln in bekannter Weise unter Schutzgasatmospäre in einem Durchlauflötofen su den Baugruppen 1 bis 4 verlöteIn the first step, as shown in FIG. 1 to 4, the Einselteile shown therein positioned and soldered without the use of flux in a known manner under inert gas atmosphere in a continuous soldering furnace su the assemblies 1 to 4

tet.tet.

Im zweiten Verfahrensschritt werden gemäß Fig. 5 die Baugruppen 1 bis 4 entsprechend Fig. 6 in ihrer endgültigen Lage erfaßt und unter Schutzgasatmosphäre zu einem funktionsfähigen Bauelement verlötet.In the second step, the assemblies 1 to 4 shown in FIG. 6 are detected in their final position and soldered under inert gas atmosphere to a functional component as shown in FIG. 5.

Die Lehre gemäß Fig. 1 dient zur Montage der Baugruppe 1. Das exakte Positionieren des Kontaktstreifens 5 and der Halbleitertablette 6 wird gesichert durch eine zweckmäßige Bemessung und Anordnung der Ausnehmungen 8 und der Bohrungen 7 and 9 im Lötlehrenkörper 11 sowie durch die Breite des Kontaktstreifens 5«The exact positioning of the contact strip 5 and the semiconductor pellet 6 is secured by a convenient design and arrangement of the recesses 8 and the holes 7 and 9 in the Lötlehrenkörper 11 and by the width of the contact strip. 5 "

Der Anodenanschluß 10 wird von der Bohrung 9 aufgenommen. Der erforderliche ^'lächendruck zum Verlöten der Halbleitertabletten 6 mit.den Kontaktstreifen 5 wird durch dessen Eigengewicht erzeugt, während auf die Anodenanschlüsse 10 geeignete zylinderförmige Zusatzgewichte 12, die ein Sackloch aufweisen, aufgesetzt werden.The anode terminal 10 is received by the bore 9. The required pressure for soldering the semiconductor tablets 6 with the contact strip 5 is generated by its own weight, while suitable cylindrical additional weights 12 having a blind hole are placed on the anode terminals 10.

Die Lehre gemäß !Fig. 2 dient zur Montage der Baugruppe 2. Die Platte 18 enthält Ausnehmungen 14- und den Anschlag 19 zur Lagefixierung der Kontaktstreifen 13. Die mit Bohrungen 15 versehene·· Platte- 16 wird' nach Bestückung der Vorrichtung mit Kontaktstreifen 13 mit Hilfe von Stiften in den Bohrungen 17 befestigt, Durch die Platte 16 wird die Lagegenauigkeit der Halbleitertabletten 6 gewährleistet.The teaching according to FIG. The plate 18 contains recesses 14- and the stop 19 for fixing the position of the contact strips 13. The plate 15 provided with bores 16 is' after the device with contact strip 13 by means of pins in the Holes 17 fastened, By the plate 16, the positional accuracy of the semiconductor tablets 6 is ensured.

Die Lehre gemäß Pig. 3 dient zur Montage der Baugruppe 3* In die Platte 22 sind Bohrungen 21 eingebracht, die zur Aufnahme der Anodenanschlüsse 10 mit den aufgesteckten Kontaktstreifen 23 verwendet werden« Auch hier wird auf die Anodenanschlüsse 10 zur. Srzeuguag des erforderlichen !Flächendrucks jeweils ein Zusatzgewicht 12 aufgesetzt.The teaching according to Pig. 3 is used to mount the assembly 3 * in the plate 22 holes 21 are introduced, which are used to receive the anode terminals 10 with the plugged contact strips 23 "Again, the anode terminals 10 to. In each case an additional weight 12 is placed on the required surface pressure.

Die Lehre gemäß Fig, 4 dient zur Montage der Baugruppe 4, Die Platte 24 enthält Ausnehmungen 25 in der Größe der Isolierkeramik 26, Die Platte 24 und die Basisplatte 28 werden·.durch Stifte in' den.· Bohrungen 27 justiert. Gegebenenfalls wird durch Aufbringen von Zusatzgewichten 29 sin Druck zwischen den miteinander zu verlötenden Einzelteilen erzeugt.4, the plate 24 contains recesses 25 in the size of the insulating ceramic 26. The plate 24 and the base plate 28 are adjusted by means of pins in the holes 27. Optionally, by applying additional weights 29 sin pressure between the individual parts to be soldered produced.

Die in der Pig, 5 dargestellte Lehre wird mittels der Schrauben 33 mit der Basisplatte 28 verschraubt und fixiert. Die bewegliche Platte 32 befindet sich bei der Bestückung der Montagelehre mit den einzelnen Baugruppen in geöffnetem Zustand, damit die vormontierten Baugruppen 1 bis 4 in die Ausnehmungen eingeschoben werden können.The teaching shown in Pig, 5 is screwed and fixed by means of screws 33 with the base plate 28. The movable plate 32 is in the assembly of the assembly jig with the individual modules in the open state, so that the preassembled modules 1 to 4 can be inserted into the recesses.

Sin Herausfallen der einzelnen Baugruppen wird dadurch verhindert, daß die Platte 32 nach der Bestückung der Lehre geschlossen und verriegelt v/ird.Sin falling out of the individual modules is prevented by the fact that the plate 32 closed and locked after the assembly of the teaching v / ird.

Zur Erzeugung des erforderlichen Lötdruckes ist das Einbringen des Zusatzgewichtes 3^ zur Beschwerung der einzelnen Baugruppen vorgesehen.To generate the required soldering pressure the introduction of the additional weight 3 ^ is provided for weighting of the individual modules.

Die Rückwand 31 &nd Platte 32 der Lehre besitzen VorSprünge und Aussparungen, um die exakte maBliche Positionierung der einzelnen Baugruppen zu gewährleisten.The back wall 31 & nd plate 32 of the teachings have projections and recesses to ensure the accurate substantial positioning of the individual assemblies.

Claims

1. A method for electrical and thermal Kontaktierang the components of power electronic components, preferably. are formed as dreipolsweigpaar or bridge circuit and at least two juxtaposed and / or stacked, with contact strips connected to each other and to the external terminals Eaibleiterelemente contain thermally conductive and possibly electrically isolated on a heat dissipating η base plate, characterized in that the production of the functional Components in at least two steps, wherein in a first "/ erschrittschritt by means of appropriately designed soldering and mounting gauges, the individual electrically and thermally conductive components and the semiconductor tablets (6) preferably by soldering without flux in a known manner, under a protective gas atmosphere in a continuous soldering oven combined into modules and then detected in a final step by means of another teaching the individual modules in their final position, positioned and soldered to the functional component *

2, method according to point-1, characterized in that for the production of the individual modules in addition to the cohesive soldering technology also methods are used, resulting in the result of positive and / or positive connections, which are electrically and thermally conductive,

For this

3 sheets of drawings *