DE10008572A1 - Leistungshalbleitermodul mit Ausgleich von mechanischen Spannungen - Google Patents

Leistungshalbleitermodul mit Ausgleich von mechanischen Spannungen

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Abstract

Ein Leistungshalbleitermodul (1) mit einem Substrat (4) und einem Gehäuse (6) weist eine mit dem Substrat (4) verbundene Hülse (2a, 2b) und zumindest einen in die Hülse (2a, 2b) einführbaren Drahtstift (3) auf, der jeweils zur elektrischen Verbindung mit einer Platine (5) dient, die mit dem Gehäuse (6) verbindbar ist. Durch den axialen Freiheitsgrad des Drahtstiftes (3) in der Hülse (2a, 2b) können bei einer Temperaturveränderung mechanische Spannungen infolge der unterschiedlichen Materialeigenschaften vermieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit einem Substrat und einem Gehäuse mit Ausgleich von mechanischen Spannungen, die bei einer Temperaturveränderung durch unter­ schiedliche Materialeigenschaften von Bauteilkomponenten her­ vorgerufen werden.
Leistungshalbleiter finden in den letzten Jahren verstärkt Anwendung in der Automobilelektronik, dem Energiemanagement und zunehmend auch in der industriellen Antriebs- und Automa­ tisierungstechnik. In der Regel sind diese Leistungshalblei­ ter zu Modulen zusammengefaßt, die auf kundenspezifischen An­ forderungen abgestimmt sind.
Bei derartigen Leistungshalbleitermodulen sind die einzelnen elektronischen Bauteile im allgemeinen auf ein Keramiksub­ strat gelötet. In einigen Fällen ist dieses Keramiksubstrat seinerseits mit einer Bodenplatte (Heatsink) verlötet. Da­ durch wird eine ausreichende Wäremabfuhr von den elektroni­ schen Bauteilen im Betrieb sichergestellt. In der Fig. 5 ist beispielhaft eine seitliche Schnittansicht eines Bipolartran­ sistormoduls mit integriertem Gate (IGBT) dargestellt, wie es in "Zuverlässigkeit von Al-Dickdraht-Bondverbindungen", ISHM Konferenz München 1996, Auerbach, Schwarzbauer, Lammers, Len­ ninger, Sommer, offenbart ist. Wie aus dieser Ansicht zu er­ kennen ist, weist ein derartiges Leistungshalbleitermodul 15 Silikonchips 19 auf, die auf ein Keramiksubstrat 17 gelötet sind. Das Keramiksubstrat 17 ist seinerseits mit einer Basis­ platte 18 verlötet. Die Silikonchips 19 sind untereinander mit Aluminiumdrähten 20 elektrisch verbunden. Des weiteren sind an den Seiten eines Gehäuses 22 Pins 16 herausgeführt, die bei einer späteren Montage mit einer Platine (nicht ge­ zeigt) verlötet werden. Die Komponenten dieses Moduls sind ferner mit einem Silikongel 24 zur elektrischen Isolierung vergossen, wobei das Gehäuse 22 des Leistungshalbleitermoduls 15 mit einem Deckel 23 verschlossen ist.
Um eine elektrische Verbindung der Silikonchips 19 über die Pins 16 mit der Platine zu gewährleisten, sind in dem Modul 15 des weiteren Aluminium-Bondverbindungen 21 vorgesehen. Da­ bei sind die Enden dieser Bondverbindungen jeweils an den Si­ likonchips 19 einerseits und an balkonartigen Abschnitten der Pins 16 andererseits verlötet. Wie in der Fig. 5 zu erkennen ist, nehmen die Aluminium-Bondverbindungen 21 eine bogenhaft geschwungene Gestalt an. Diese sogenannten Dehnungsschleifen bzw. Ausgleichsstrecken sind notwendig, um nachteilige mecha­ nische Spannungseinflüsse zu vermeiden, die bei einer Tempe­ raturveränderung aufgrund der unterschiedlichen Materialei­ genschaften der Bauteilkomponenten entstehen.
Um bei einem derartigen Leistungshalbleitermodul zuverlässige Bondverbindungen gewährleisten zu können, ist es notwendig, die Anschlüsse beim Lötprozeß durch aufwendige Werkstückträ­ ger in ihrer Position zu fixieren. Dies führt dazu, dass sich der Herstellungsprozeß aufwendig gestaltet und Fehlereinflüs­ sen unterworfen ist. Außerdem ist bei Verwendung derartiger Aluminium-Bondverbindungen die maximal zulässige Stromstärke durch die Bonddrahtlänge und den Bonddrahtdurchmesser be­ grenzt.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung ei­ nes Leistungshalbleitermoduls zur Direktkontaktierung von An­ schlüssen eines Leistungshalbleiters auf einem Substrat, um thermisch bedingte mechanische Spannungen mit einfachen Mit­ teln auszugleichen, und einem Verfahren zu dessen Herstel­ lung.
Diese Aufgabe wird durch ein Leistungshalbleitermodul gemäß dem Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls gemäß dem Patentanspruch 23 gelöst.
Die Erfindung schafft also ein Leistungshalbleitermodul mit einem Substrat und einem Gehäuse, das gekennzeichnet ist durch zumindest eine mit dem Substrat verbundene Hülse und zumindest einem in die Hülse einführbaren Drahtstift, der je­ weils zur elektrischen Verbindung mit einer Platine dient, die mit dem Gehäuse verbindbar ist. Zur besseren Isolierung besteht dabei das Gehäuse vorzugsweise aus Kunststoff.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Hülse mit dem Substrat verlötet. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass die Hülse zusammen mit weiteren elektro­ nischen Bauteilen während einer Ofenfahrt auf das Substrat gelötet wird. Hierdurch läßt sich vorteilhaft eine effiziente Herstellung des Leistungshalbleitermoduls erzielen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er­ findung ist zur Vorbereitung der Lötung das Substrat mit be­ netzbaren Flächen versehen, die eine in der Oberfläche des Substrats angeordnete Ätzgrube umschließen. Ferner ist das Substrat mit einem Pastenlot bedruckt. Vor der Ofenfahrt bzw. der Lötung wird die Hülse auf das Pastenlot gesetzt. Durch das anschließende Zerfließen des Pastenlots während der Ofen­ fahrt werden Oberflächenkräfte zwischen den benetzbaren Flä­ chen und der Hülse hervorgerufen, die die Hülse mit der Ätz­ grube zentrieren. Somit kann ein sehr einfaches Ausrichten der Hülse auf dem Substrat mit sehr genauen Lagetoleranzen erzielt werden, wodurch die Herstellung des Leistungshalblei­ termoduls weiter vereinfacht wird.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er­ findung ist der Drahtstift in die mit dem Substrat verbundene Hülse eingeführt. Somit wird durch die Hülse und den Draht­ stift ein zweiteiliges Steckersystem gebildet, das die bisher verwendeten, eingangs beschriebenen Bondverbindungen zwischen Substrat und Platine ersetzt. Durch eine vorteilhafte Formge­ bung der Hülse ist der Drahtstift in der Hülse festgeklemmt. Jedoch ist der Drahtstift in der Hülse unter einer äußeren Krafteinwirkung weiterhin axial verschiebbar. Durch diese Ausgestaltung ist es vorteilhaft möglich, dass in einem Zu­ stand, bei dem ein der Hülse entgegengesetztes Ende des Drahtstifts mit einer Platine verbunden und das Lei­ stunsgshalbleitermodul an dieser angebracht ist, nachteilige mechanische Spannungen aufgrund von Temperaturänderungen un­ mittelbar wieder abgebaut werden können. Ein weiterer Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist darin begründet, dass die Lötbarkeit des Drahtstifts bis zum Anbringen an der Platine erhalten bleibt, da der Drahtstift erst nach der Ofenfahrt in die Hülse eingeführt wird.
Ein weiterer Vorteil des aus Hülse und Drahtstift bestehenden zweiteiligen Steckersystems zur elektrischen Verbindung des Substrats mit der Platine besteht ferner darin, dass im Ver­ gleich zu bisherigen Bondverbindungen eine größere maximale Stromstärke zwischen Substrat und Platine zulässig ist. Die bislang hinsichtlich der Stromtragfähigkeit kritischen Para­ meter Drahtdurchmesser und Bonddrahtlänge spielen bei dem er­ findungsgemäßen Steckersystem lediglich eine untergeordnete Rolle.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen sowohl die Hülse als auch der Drahtstift aus verzinntem Kupfer oder Kupferlegierungen, wodurch eine gute Lötbarkeit dieser Komponenten gewährleistet ist. In die­ sem Zusammenhang ist generell eine geeignete Materialauswahl für Hülse und Drahtstift zur Vermeidung einer schädlichen Kontakt-Korrosion, wie sie beispielsweise zwischen Eisen und Kupfer auftritt, erforderlich.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Hülse aus einem Bodenabschnitt und ei­ nem Mantelabschnitt, wobei der Mantelabschnitt im einfachsten Fall beispielsweise eine im wesentlichen zylindrische Form hat. Dabei ist auch ohne Einhaltung genauer Toleranzen bezüg­ lich des Zylinderdurchmessers eine ausreichende Klemmung des Drahtstifts gewährleistet. Zur besseren Einführbarkeit des Drahtstifts ist es denkbar, dass dieser an seinem Endab­ schnitt mit einer Fase versehen ist, die als Einführschräge dient. Das vorstehend genannte zweiteilige Steckersystem kann also auch durch dieses einfache Ausführungsbeispiel vorteil­ haft gewährleistet sein.
Gemäß einem noch weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Mantelabschnitt der Hülse in einer Trichterform ausgebildet, wodurch das Einführen des Draht­ stiftes weiter erleichtert ist. Alternativ dazu können auch bei diesem Ausführungsbeispiel Einführschrägen am Drahtstift vorgesehen sein. Bei der Ausgestaltung in Trichterform weist der Mantelabschnitt Arme auf, zwischen denen Schlitze ausge­ bildet sind, für den Fall, daß das Substrat nach der Lötung einem Waschvorgang unterzogen wird, ist durch die Schlitze vorteilhaft sichergestellt, daß Flußmittelreste aus dem Inne­ ren der Hülse austreten und somit restlos entfernt werden können.
Gemäß einem noch weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in das Gehäuse des Leistungshalbleitermo­ duls ein Silikongel zur Isolierung der Bauteilkomponenten eingefüllt. Die vorstehend genannten Schlitze stellen dabei ein Entweichen von Luft aus dem Silikongel in dem Bereich der Hülse sicher, so dass eine zuverlässige Isolierung gewährlei­ stet ist.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des Leistungshalbleiter­ moduls sind in den Ansprüchen 2 bis 22 beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird ausgeführt, indem zumin­ dest eine Hülse auf ein auf das Substrat aufgebrachtes Pa­ stenlot aufgesetzt wird, indem das Substrat zusammen mit der Hülse erwärmt wird, um ein Verlöten der Hülse mit dem Sub­ strat zu erzielen, und indem ein Drahtstift in die jeweilige Hülse eingeführt wird, wobei über den Drahtstift eine elek­ trische Verbindung des Leistungshalbleitermoduls mit einer Platine hergestellt wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 24 bis 28 beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls, das mit einer Platine verbunden ist,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer mit einem Sub­ strat verbundenen Hülse und eines Drahtstiftes des Leistungs­ halbleitermoduls von Fig. 1,
Fig. 3 eine sternförmige Abwicklung der in der Fig. 2 ver­ wendeten Hülse,
Fig. 4A ein anderes Ausführungsbeispiel einer mit dem Sub­ strat verbundenen Hülse,
Fig. 4B eine Abwicklung der Hülse nach Fig. 4A, und
Fig. 5 ein Leistungshalbleitermodul gemäß dem Stand der Technik.
Das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul 1 mit einem Substrat 4 und einem Gehäuse 6 ist in der Fig. 1 teilweise aufgebrochen dargestellt. In dem aufgebrochenen Bereich ist zu erkennen, dass zumindest eine Hülse 2a, 2b mit dem Sub­ strat 4 verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Hülse 2a, 2b vorzugsweise mit dem Substrat 4 verlötet. Ferner ist zumindest ein Drahtstift 3 jeweils in die Hülse 2a, 2b derart eingeführt, dass er sich in etwa senkrecht zur Ober­ fläche des Substrats 4 erstreckt. Dabei dient das andere freie Ende des Drahtstifts 3, das nicht in die Hülse 2a, 2b eingeführt ist, zur elektrischen Verbindung des Substrats 4 mit einer Platine 5.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Leistungshalbleitermodul 1 über Verbin­ dungseinrichtungen 7 des Gehäuses 6 an der Platine 5 ange­ bracht. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das freie Ende des Drahtstiftes 3 vorzugsweise mit der Platine 5 verlötet. Um eine sichere Anbringung des Leistungshalbleiter­ moduls 1 an die Platine 5 zu gewährleisten, weist das Gehäuse 6 ferner Verbindungseinrichtungen 7 auf. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung bestehen die Verbindungseinrich­ tungen 7 vorzugsweise aus Kunststoff-Schnapphaken, die in die Platine 5 eingeklipst sind. Das Gehäuse 6 weist außerdem eine Gehäuseoberseite 6a auf, in der zumindest eine Öffnung 8 vor­ gesehen ist. Die Gehäuseoberseite 6a ist bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel vorzugsweise einstückig mit dem Gehäuse 6 aus­ gebildet. Alternativ dazu kann die Gehäuseoberseite 6a auch aus einem einzelnen Element bestehen, das mit dem Gehäuse 6 verbunden ist.
Wie aus der Fig. 1 zu erkennen, erstreckt sich der Drahtstift 3 durch die Öffnung 8 der Gehäuseoberseite 6a hindurch. Auf diese Weise ist der Drahtstift 3 aus dem Gehäuse 6 herausge­ führt. Indem sich der Drahtstift 3 durch die Öffnung 8 der Gehäuseoberseite 6a erstreckt, ist weiterhin eine zusätzliche Führung des Drahtstiftes 3 gewährleistet. Da die Gehäuseober­ seite 6a bei diesem Ausführungsbeispiel in gleicher Weise wie das Gehäuse 6 vorzugsweise aus Kunststoff besteht, ist eine sichere Isolierung der vorgenannten Bauteile gewährleistet. Ferner ist in den Zwischenraum zwischen dem Substrat 4 und der Gehäuseoberseite 6a ein Silikongel 14 eingefüllt, das ei­ ne weitere verbesserte Isolierung einer möglichen Vielzahl von Hülsen 2a, 2b und Drahtstiften 3 jeweils voneinander ge­ währleistet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Silikon­ gel 14 derart in das Gehäuse 6 eingefüllt, daß zwischen dem Silikongel 14 und der Gehäuseoberseite 6a ein Hohlraum ver­ bleibt.
Für ein verbessertes Verständnis der Erfindung ist der prin­ zipielle Aufbau des Substrats 4 zusammen mit einer Hülse 2a und dem Drahtstift 3 vergrößert in der Fig. 2 dargestellt, die eine seitliche Schnittansicht zeigt. Das Substrat 4 be­ steht aus einer Keramikschicht 4a, die zwischen zwei Kupfer­ schichten 4b schichtweise aufgenommen ist. Wie deutlich zu erkennen, weist die der Hülse 2a zugewandte Kupferschicht 4b eine Ätzgrube 9b auf, die von metallisch benetzbaren Flächen (nicht gezeigt) umschlossen ist. Entsprechend zu der Ätzgrube 9b weist ein Bodenabschnitt 11 der Hülse 2a ein mittiges Loch 9a auf.
Wenn bei Erwärmung des Substrats 4 ein darauf bedrucktes Pa­ stenlot 10 zerfließt, bewirken zwischen den benetzbaren Flä­ chen des Substrats 4 und der Unterseite des Bodenabschnitts 11 der Hülse 2 wirkende Oberflächenkräfte eine selbsttätige Zentrierung des mittigen Lochs 9a mit der in der Kupfer­ schicht 4b vorgesehenen Ätzgrube 9b. In der Fig. 2 ist eine derartige Zentrierung des mittigen Lochs 9a mit der Ätzgrube 9b gezeigt. Weiter weist die Hülse 2a einzelne Arme 12 auf, die sich in etwa senkrecht zur Oberfläche des Substrats 4 er­ strecken. Die Arme 12 dieser Hülse 2a sind relativ zu dem Bo­ denabschnitt 11 derart gebogen, dass die Hülse 2a eine Trich­ terform ausbildet. Des weiteren sind die Arme 12 in Richtung einer Mittelachse 9c der Hülse 2a, 2b derart gekrümmt, dass die Hülse 2a in Trichterform einen Bereich 13 mit kleinstem Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner als der Durch­ messer des Drahtstifts 3 ist. Der Drahtstift 3 ist axial in die Hülse 2a einführbar, wobei ein der Hülse 2a zugewandtes freies Ende des Drahtstifts 3 über den Bereich 13 mit klein­ stem Durchmesser der Hülse 2a geschoben ist, ohne jedoch mit dem Bodenabschnitt 11 in Berührung zu kommen. Der vorstehend genannte Unterschied der Durchmesser führt dabei zu einer Klemmung des Drahtstifts 3 in dem Bereich 13 mit kleinsten Durchmessern der Hülse 2a.
In der Fig. 3 ist eine Abwicklung der Hülse 2a von Fig. 2 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Mantelabschnitt der Hülse 2a aus sternförmig angeordneten Armen 12 besteht, die sich vom Rand des Bodenabschnitts 11, der das mittige Loch 9a umschließt, radial nach außen erstrecken. Beispielsweise ist es ohne großen Aufwand möglich, eine derartige Abwicklung aus einem Blech oder einem Band zu stanzen. Die sternförmigen Ar­ me 12, die sich vom Rand des Bodenabschnitts 11 radial nach außen erstrecken, werden im Anschluß daran derart umgeformt, dass die Hülse 2a die in der Fig. 2 gezeigte Trichterform an­ nimmt. Wie diese sternförmige Abwicklung nahelegt, weist die Hülse 2a in Trichterform Schlitze zwischen den Armen 12 auf, die ein Ausfließen von Flußmittelresten bei einem sich der Lötung anschließenden Waschvorgang gewährleisten. Die Schlit­ ze stellen darüber hinaus sicher, dass beim Vergießen des Si­ likongels 14 Luft dazwischen austreten kann, so dass in dem vergossenen Silikongel 14 keine unerwünschten Lufteinschlüsse vorhanden sind.
In der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer abgewandelten Hülse 2b dargestellt. Der prinzipielle Aufbau dieser Hülse 2b entspricht dem der Hülse 2a. Gleiche Merkmale sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und an dieser Stelle nicht nochmals erläutert. Wie in der in Fig. 4A dargestellten seit­ lichen Schnittansicht zu erkennen ist, weist diese Hülse 2b in dem Bereich 13 mit kleinstem Durchmesser Keilabschnitte 13a auf, die jeweils radial nach innen zur Mittelachse 9c der Hülse 2b mit spitzem Winkel vorstehen. In dieser Weise ist es möglich, eine im Vergleich zur Hülse 2a noch zuverlässigere Klemmwirkung des Drahtstifts 3 zu erzielen, ohne jedoch dabei den axialen Freiheitsgrad des Drahtstifts völlig zu eliminie­ ren.
Eine Abwicklung des Mantelabschnitts der Hülse 2b ist in der Fig. 4B gezeigt. Darin ist zu erkennen, dass der Mantelab­ schnitt der Hülse 2b im wesentlichen aus vier kreuzförmig an­ geordneten Armen 12 gebildet ist. In gleicher Weise kann die Hülse 2b aus einem Blech oder einem Band gestanzt sein, wobei der Herstellvorgang für diese Hülse 2b aufgrund der geringe­ ren Anzahl der Arme 12 insgesamt vereinfacht ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird ausgeführt, indem zumin­ dest eine Hülse 2a, 2b auf ein auf das Substrat 4 aufgebrach­ tes Pastenlot 10 aufgesetzt wird. Das Substrat 4 wird zusam­ men mit der Hülse 2a, 2b beispielsweise während einer Ofen­ fahrt erwärmt, um ein Verlöten der Hülse 2a, 2b mit dem Sub­ strat 4 zu erzielen. Anschließend wird ein Drahtstift 3 in die jeweilige Hülse 2a, 2b eingeführt, wobei über den Draht­ stift 3 eine elektrische Verbindung des Leistungshalbleiter­ moduls 1 mit der Platine 5 hergestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird ausgeführt, indem ein mittiges Loch 9a in dem Bodenabschnitt 11 der Hülse 2a, 2b während des Verlötens mit einer in dem Substrat 4 angeordne­ ten Ätzgrube 9b zentriert wird. Dieser Effekt ist auf Ober­ flächenkräfte zurückzuführen, die sich während des Erwärmens des Substrats 4 zusammen mit der Hülse 2a, 2b, zwischen den auf der der Hülse 2a, 2b zugewandten Seite des Substrats 4 angeordneten benetzbaren Flächen (nicht gezeigt) und der Un­ terseite des Bodenabschnitts 13 der Hülse 2a, 2b ausbilden. Um eine mögliche Vielzahl von Hülsen 2a, 2b und eine entspre­ chende Anzahl von Drahtstiften 3 geeignet voneinander zu iso­ lieren, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Sili­ kongel 14 zwischen die Hülse 2a, 2b und den Drahtstift 3 ver­ gossen. Durch die vorstehend erläuterten Schlitze zwischen den Armen 12 der Hülse 2a, 2b ist es möglich, dass beim Ver­ gießen des Silikongels 14 Luft durch diese Schlitze hindurch verdrängt wird und aus dem Silikongel 14 austritt.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Leistungshalbleitermo­ dul, das sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und ohne großen Aufwand mit wenigen Verfahrensschritten herge­ stellt werden kann. Der axiale Freiheitsgrad des Drahtstifts 3 in der Hülse 2a, 2b gewährleistet dabei, dass sich bei Tem­ peraturschwankungen, denen das Leistungshalbleitermodul im allgemeinen im Betrieb unterworfen ist, keine nachteiligen mechanischen Spannungen in dem Modul aufbauen können.
Bezugszeichenliste
1
Leistungshalbleitermodul gemäß der Erfindung
2
a Hülse
2
b Hülse
3
Drahtstift
4
Substrat
4
a Keramik
4
b Kupfer
5
Platine
6
Gehäuse
6
a Gehäuseoberseite
7
Verbindungseinrichtung/Schnapphaken
8
Öffnung
9
a mittiges Loch
9
b Ätzgrube
9
c Mittelachse der Hülse
2
a,
2
b
10
Pastenlot
11
Bodenabschnitt
12
Arm
13
Bereich mit kleinstem Durchmesser
13
a Keilabschnitt
14
Silikongel
15
Leistungshalbleitermodul gemäß dem Stand der Technik
16
Pin
17
Keramiksubstrat
18
Basisplatte
19
Silikonchip
20
Aluminiumdraht
21
Aluminium-Bondverbindung
22
Gehäuse
23
Deckel
24
Silikongel

Claims (28)

1. Leistungshalbleitermodul (1) mit einem Substrat (4) und einem Gehäuse (6), gekennzeichnet durch zumindest eine mit dem Substrat (4) verbundene Hülse (2a, 2b) und zumindest einen in die Hülse (2a, 2b) einführbaren Draht­ stift (3), der jeweils zur elektrischen Verbindung mit einer Platine (5) dient, die mit dem Gehäuse (6) verbindbar ist.
2. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2a, 2b) mit dem Substrat (4) verlötet ist.
3. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtstift (3) in der Hülse (2a, 2b) klemmbar ist.
4. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtstift (3) in der Hülse (2a, 2b) unter Krafteinwir­ kung axial verschiebbar ist.
5. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2a, 2b) aus einem Bodenabschnitt (11) und einem Mantelabschnitt gebildet ist.
6. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelabschnitt eine im wesentlichen zylindrische Form hat.
7. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelabschnitt aus einer sternförmigen Abwicklung oder einer kreuzförmigen Abwicklung gebildet ist, wobei diese Ab­ wicklung derart gebogene Arme (12) aufweist, dass die Hülse (2a, 2b) eine Trichterform ausbildet.
8. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Armen (12) der Hülse (2a, 2b) Schlitze ausgebil­ det sind.
9. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2a, 2b) einen Bereich mit kleinstem Durchmesser (13) aufweist, in dem der Drahtstift (3) geklemmt ist.
10. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenabschnitt (11) der Hülse (2a, 2b) ein mittiges Loch (9a) aufweist.
11. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) metallisch benetzbare Flächen aufweist.
12. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) eine Ätzgrube (9b) aufweist.
13. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisch benetzbaren Flächen die Ätzgrube (9b) um­ schließen.
14. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) mit einem Pastenlot (10) bedruckt ist.
15. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2a, 2b) auf die benetzbaren Flächen des Substrats (4) derart aufsetzbar ist, dass das mittige Loch (8) der Hül­ se (2a, 2b) mit der Ätzgrube (9b) zentriert ist.
16. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2a, 2b) und der Drahtstift (3) aus verzinntem Kup­ fer oder Kupferlegierungen bestehen.
17. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) aus Keramik (4a) besteht.
18. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gehäuse (6) ein Silikongel (14) zwischen die Hülse (2a, 2b) und den Drahtstift (3) eingefüllt ist, um eine Iso­ lierung sicherzustellen.
19. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) eine Gehäuseoberseite (6a) mit zumindest ei­ ner Öffnung (8) aufweist, durch die sich der Drahtstift (3) hindurch erstreckt.
20. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) eine Verbindungseinrichtung (7) zur Anbrin­ gung an der Platine (5) aufweist, über die das Leistungshalb­ leitermodul (1) mit der Platine (5) verbindbar ist.
21. Leistungshalbleitermodul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) aus Kunststoff besteht.
22. Leistungshalbleitermodul (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (7) aus einem Schnapphaken gebil­ det ist.
23. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls mit einem Substrat (4) und einem Gehäuse (6), gekennzeichnet durch die Schritte:
Aufsetzen zumindest einer Hülse (2a, 2b) auf ein auf das Sub­ strat (4) aufgebrachtes Pastenlot (10);
Erwärmen des Substrats (4) zusammen mit der Hülse (2a, 2b), um ein Verlöten der Hülse (2a, 2b) mit dem Substrat (4) zu erzielen; und
Einführen eines Drahtstifts (3) in die jeweilige Hülse (2a, 2b), wobei über den Drahtstift eine elektrische Verbindung des Leistungshalbleitermoduls mit einer Platine (5) herge­ stellt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittiges Loch (9a) in einem Bodenabschnitt (11) der Hülse (2a, 2b) während des Verlötens mit einer in dem Substrat (4) angeordneten Ätzgrube (9b) zentriert wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtstift (3) beim Einführen in die Hülse (2a, 2b) ge­ klemmt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtstift (3) in der Hülse (2a, 2b) unter Krafteinwir­ kung axial verschoben wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gehäuse (6) ein Silikongel (14) zwischen die Hülse (2a, 2b) und den Drahtstift (3) vergossen wird, um eine Iso­ lierung sicherzustellen.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vergießen des Silikongels (14) Luft durch in der Hülse (2a, 2b) ausgebildete Schlitze hindurch verdrängt wird und aus dem Silikongel (14) austritt.
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