DE10008572A1 - Leistungshalbleitermodul mit Ausgleich von mechanischen Spannungen - Google Patents
Leistungshalbleitermodul mit Ausgleich von mechanischen SpannungenInfo
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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.
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.
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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