DE102005061772A1

DE102005061772A1 - Leistungshalbleitermodul

Info

Publication number: DE102005061772A1
Application number: DE102005061772A
Authority: DE
Inventors: Ronald Eisele
Original assignee: Danfoss Silicon Power GmbH
Current assignee: Danfoss Silicon Power GmbH
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2005-12-23
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-24
Also published as: DE102005061772B4

Abstract

Es wird ein Leistungshalbleitermodul (1) angegeben mit mindestens einer Trägerplatte (2), die auf einer ersten Seite (3) eine erste Metallschicht (4), die nach außen weist und einen Teil der Außenseite des Leistungshalbleitermoduls (1) bildet, und auf einer zweiten Seite eine zweite Metallschicht (6) aufweist, die nach innen gerichtet ist und an der mindestens ein Leistungs-Halbleiterbauelement (7) befestigt ist, und mit einem Kunststoffkörper (13) aus einem wärmehärtbaren Kunststoff (16), der die Trägerplatte (2) mit Ausnahme der ersten Metallschicht (4) oder zumindest eines Teils davon einschließt. DOLLAR A Man möchte eine zufriedenstellende Kühlung der Halbleiterbauelemente (7) und eine ausreichende Lebensdauer sicherstellen. DOLLAR A Hierzu ist vorgesehen, daß der Kunststoff (16) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem der Trägerplatte (2) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit mindestens einer Trägerplatte, die auf einer ersten Seite eine erste Metallschicht, die nach außen weist und einen Teil der Außenseite des Leistungshalbleitermoduls bildet, und auf einer zweiten Seite eine zweite Metallschicht aufweist, die nach innen gerichtet ist und an der mindestens ein Leistungs-Halbleiterbauelement befestigt ist, und mit einem Kunststoffkörper aus einem wärmehärtbaren Kunststoff, der die Trägerplatte mit Ausnahme der ersten Metallschicht oder zumindest eines Teils davon einschließt.

Ein derartiges Leistungshalbleitermodul ist beispielsweise aus EP 0 270 069 B1 oder US 4 878 106 bekannt.

Ein Leistungshalbleitermodul weist mindestens ein Leistungs-Halbleiterbauelement auf, das in der Lage ist, größere Ströme zu schalten oder zu beeinflussen. Üblicherweise befindet sich außer dem Leistungs-Halbleiterbauelement auch noch mindestens ein weiteres elektronisches Bauelement auf der Trägerplatte, das zum Ansteuern des Leistungs-Halbleiterbauelements dient.

Beim Betrieb eines derartigen Leistungshalbleitermoduls entsteht Wärme, die abgeführt werden muß. Wenn die Wärme nicht abgeführt wird, dann führt sie zu einer Temperaturerhöhung. Die Temperaturfestigkeit der meisten Halbleiterbauelemente, auch der meisten Leistungs-Halbleiterbauelemente, ist jedoch begrenzt. Man muß also dafür sorgen, daß die im Betrieb erzeugte Wärme abgeführt wird.

Es ist hierzu bekannt, die Trägerplatte, die üblicherweise aus einem keramischen Material gebildet ist, mit zwei Metallschichten zu versehen. Die eine Metallschicht, die im folgenden als erste Metallschicht bezeichnet wird, weist nach außen und dient dazu, Wärme, die im Leistungshalbleitermodul erzeugt wird, nach außen abzugeben. Auf der der ersten Metallschicht gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte ist die zweite Metallschicht angeordnet, die nicht unbedingt flächig durchgehen muß, sondern auch Leiterbahnen bilden kann, an denen das Leistungs-Halbleiterbauelement befestigt ist. Die vom Leistungs-Halbleiterbauelement erzeugte Wärme wird dann an die zweite Metallschicht abgegeben, gelangt von dort durch die Trägerplatte an die erste Metallschicht und wird von dort an die Umgebung abgegeben.

Um die Wärmeabgabe zu verbessern, kann man die erste Metallschicht auch mit einem Kühlkörper verbinden, der dann als Wärmesenke dient. Hierzu ist es allerdings erforderlich, die Verbindung zwischen der ersten Metallschicht und dem Kühlkörper so auszubilden, daß sie einen ausreichenden Wärmeübergang ermöglicht. Im einfachsten Fall wird dies dadurch bewerkstelligt, daß man die Trägerplatte mit einem gewissen Druck gegen den Kühlkörper preßt.

Diese Vorgehensweise führt jedoch nicht immer zu einer zufriedenstellenden Wirkung. Bei einer Temperaturerhöhung ändert sich nämlich die Form des Leistungshalbleitermoduls. In vielen Fällen hat der Kunststoff einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Trägerplatte. Bei einer Temperaturerhöhung wird sich also die Trägerplatte und die erste Metallschicht konkav wölben, so daß sie in einem mittleren Bereich den Kontakt zum Kühlkörper verliert, also dort, wo die meiste Wärme erzeugt wird. Theoretisch ließe sich dieses Problem zwar dadurch entschärfen, daß man die Trägerplatte mit einer entsprechend großen Kraft gegen den Kühlkörper drückt. Die möglichen Kräfte sind jedoch begrenzt, weil die Trägerplatte nur eine begrenzte mechanische Belastbarkeit aufweist. Darüber hinaus ergibt sich bei mehreren aufeinanderfolgenden Aufheiz- und Abkühlvorgängen das Risiko, daß die Leiterbahnen der zweiten Metallschicht aufgrund der Verformung des Leistungshalbleitermoduls reißen oder von der Trägerplatte abgelöst werden. Dieses Risiko der Abscherung betrifft vor allem die auf der Trägerplatte befindlichen Bauelemente und Verbindungsdrähte (Bondrähte). Dieses Risiko läßt sich auch durch eine größere Anpreßkraft der Trägerplatte an den Kühlkörper nicht restlos beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zufriedenstellende Kühlung des Halbleiterbauelements und eine ausreichende Lebensdauer sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird bei einem Leistungshalbleitermodul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Kunststoff einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem der Trägerplatte entspricht.

Mit dieser Lösung dehnen sich bei einer Temperaturerhöhung der Kunststoff und die Trägerplatte im wesentlichen gleichförmig aus. Dabei muß es sich zwar nicht um eine exakte Übereinstimmung der Ausdehnung handeln. Kleinere Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten sind durchaus noch tolerierbar. Eine Verformung des Leistungshalbleitermoduls, die man bislang beobachten konnte, ergibt sich jedoch nicht oder nur in einem weitaus geringeren Maße. Dies hat dann den Vorteil, daß die erste Seite und damit auch die erste Metallschicht ihre ursprünglich eingenommene Form zumindest weitgehend beibehält, so daß ein Abheben der Trägerplatte von einer Kühleinrichtung im Grunde nicht zu befürchten ist. Wenn die Wärmeausdehnungskoeffizienten zumindest im wesentlichen übereinstimmen, dann sind auch Verformungskräfte, die thermisch bedingt sind, entsprechend kleiner, so daß man diesen Verformungskräften mit entsprechend kleinen Gegenkräften entgegenwirken kann. Die mechanische Belastung der Trägerplatte wird also klein gehalten. Gleichzeitig ergibt sich aber eine ausrei chende Wärmeabfuhr, so daß das Leistungshalbleitermodul weder thermisch noch mechanisch überbeansprucht wird.

Vorzugsweise weist der Kunststoff mindestens einen Füllstoff auf. Durch die Verwendung eines Füllstoffs, der auch als "Füller" bezeichnet werden kann, kann man in erheblichem Maße Einfluß auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kunststoffs, genauer gesagt des mit dem Füllstoff versehenen Kunststoffs nehmen. Man ist also nicht mehr darauf angewiesen, einen Kunststoff an sich verwenden zu müssen, der den gewünschten niedrigen oder jedenfalls mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Trägerplatte übereinstimmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Damit ist man bei der Wahl des Kunststoffs freier.

Vorzugsweise ist der Füllstoff ein Siliziumoxid, insbesondere ein Siliziumdioxid. Liegt eine breite Kornfraktion und eine insgesamt sehr kleine, zum Teil im Sub-Mikrobereich befindliche Größenverteilung vor, so beeinflußt dies die Fließfähigkeit und Verdichtbarkeit zu einem homogenen Körper positiv. Siliziumoxid bzw. Siliziumdioxid ist ein preisgünstiges Material, das dem Kunststoff den gewünschten Wärmeausdehnungskoeffizienten verleihen kann.

Auch ist von Vorteil, wenn der Kunststoff ein Duroplast, z.B. ein Epoxidharz ist. Ein Epoxidharz läßt sich beispielsweise durch Gießen oder Pressen leicht in die gewünschte Form bringen. Es härtet dann unter Wärme aus.

Vorzugsweise weist der mit Füllstoff versehene Kunststoff eine Schrumpfung auf, die kleiner ist als 0,3 %. Die meisten Kunststoffe weisen eine Schrumpfung auf, die sich beim oder unmittelbar nach dem Gießen ergibt. Diese Schrumpfung wird üblicherweise bei der Gestaltung der zum Gießen verwendeten Form berücksichtigt. Die Trägerplatte weist üblicherweise keine Schrumpfung auf, d.h. sie verändert ihre Abmessungen beim Preß- oder Gießvorgang (oder einem anderen Formgebungsvorgang für den Kunststoff) nicht. Wenn man nun einen Kunststoff verwendet, der einen sehr kleinen Schrumpfungs-Faktor von maximal 0,3 % hat, dann ist die durch die Schrumpfung des Kunststoffs zu erwartende Änderung der Form des Leistungshalbleitermoduls entsprechend klein. Dementsprechend ist auch die Gefahr der Beschädigung des Leistungshalbleitermoduls durch die Schrumpfung klein.

Vorzugsweise liegt die Schrumpfung in einem Bereich von 0,05 % bis 0,25 %. Der in Form gebrachte Kunststoff, der bei oder nach der Formgebung schrumpft, ändert seine Form relativ zur Trägerplatte praktisch nicht mehr, so daß nur kleine oder sogar fast keine Verformungen des Leistungshalbleitermoduls zu befürchten sind.

Bevorzugterweise ist die erste Seite konvex gewölbt. Sie steht also in einem mittleren Bereich etwas weiter vor als in einem Randbereich. Eine derartige Formgebung läßt sich durch mehrere Maßnahmen erreichen, die auch zusammen angewendet werden können. Eine Maßnahme ist, daß die zum Formgeben des Kunststoffs verwendete Form bereits eine entsprechend konkave Form aufweist, so daß die Trägerplatte bei der Formgebung etwas durchgebogen wird. Eine weitere Maßnahme besteht darin, daß man die Schrumpfung des Kunststoffs gezielt ausnutzt, um die gewünschte konvexe Formgebung der ersten Seite der Trägerplatte zu erzielen. In vielen Fällen wird es sinnvoll sein, beide Maßnahmen miteinander zu kombinieren.

Vorzugsweise ist die erste Seite auf einem Kühlkörper festgespannt. Der Kühlkörper kann durch einen massiven Körper, beispielsweise eine Platte aus Kupfer oder Aluminium, gebildet sein. Der Kühlkörper kann auch Kühlrippen oder Kanäle zum Durchleiten eines Kühlfluids aufweisen. Wenn die Trägerplatte konvex gewölbt ist, dann steht sie in einem mittleren Bereich stärker zum Kühlkörper hin vor. Wenn man dann das Leistungshalbleitermodul auf dem Kühlkörper festspannt, ergibt sich der größte Preßdruck in der Mitte, also dort, wo die erste Seite der Trägerplatte auf den Kühlkörper vorsteht. Dort ist dann auch der Wärmeübergang am besten. Dies ist günstig, weil in einem mittleren Bereich der Trägerplatte vielfach auch die meiste Wärme entsteht oder sich die Wärme dort konzentriert.

Bevorzugterweise ist zwischen dem Kühlkörper und der ersten Metallschicht eine Wärmeleitpaste angeordnet. Eine derartige Wärmeleitpaste kann beispielsweise durch ein Fett gebildet sein, das eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. In diesem Fall ist es unschädlich, wenn die erste Metallschicht nicht vollflächig an dem Kühlkörper anliegt. Der verbleibende Spalt, der ohnehin nur eine geringe Höhe hat, wird durch die Wärmeleitpaste ausgefüllt und ermöglicht einen ausreichenden Wärmeübergang von dem Leistungshalbleitermodul zum Kühlkörper.

Auch ist von Vorteil, wenn die Wärmeleitpaste in einem mittleren Bereich der ersten Seite eine geringere Stärke als in einem Randbereich aufweist. Dies ist insbesondere dann mit einfachen Maßnahmen zu erreichen, wenn die erste Seite der Trägerplatte konvex gewölbt ist. Wenn man dann das Leistungshalbleitermodul auf den Kühlkörper unter Zwischenlage der Wärmeleitpaste aufsetzt, dann wird die Wärmeleitpaste von innen nach außen verdrängt. Damit stellt man sicher, daß keine luftgefüllten Taschen in der Wärmeleitpaste verbleiben, die einen Wärmeübergang behindern könnten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Leistungshalbleitermoduls,
2 das Leistungshalbleitermodul im Schnitt,
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Eigenschaft des Leistungshalbleitermoduls,
4 das Leistungshalbleitermodul von 3 beim Aufbringen auf einen Kühlkörper,
5 eine perspektivische Darstellung eines Leistungshalbleitermoduls und
6 das Leistungshalbleitermodul von 5 aus einem anderen Blickwinkel.
1 zeigt wesentliche Bestandteile eines Leistungshalbleitermoduls 1 (2). Eine Trägerplatte 2, die beispielsweise aus einem keramischen Material, wie Ak₂O₃, gebildet ist, ist an einer ersten Seite 3 mit einer ersten Metallschicht 4 versehen. Die erste Metallschicht 4 kann beispielsweise aus Kupfer gebildet werden. Auf einer der ersten Seite 3 gegenüberliegenden zweiten Seite 5 befindet sich eine zweite Metallschicht 6, die nicht durchgehend ausgebildet sein muß. Die zweite Metallschicht 6 ist ebenfalls aus Kupfer gebildet. Sie kann durch Ätzen in eine Reihe von voneinander getrennten Bereichen unterteilt sein, so daß die zweite Metallschicht 6 gleichzeitig Leiterbahnen bildet.
Auf der zweiten Metallschicht 6 sind mehrere Leistungs-Halbleiterbauelemente 7 angeordnet und mit der zweiten Metallschicht 6 leitend verbunden, beispielsweise durch Löten. In an sich bekannter, aber nicht näher dargestellter Weise können zusätzlich zu den Leistungs-Halbleiterbauelementen 7 auch noch weitere Halbleiterbauelemente auf der zweiten Metallschicht 6 angeordnet sein, die Steuerungsfunktionen für die Halbleiterbauelemente 7 haben.
Eine Trägerplatte 2 mit Kupferbahnen als Metallschichten 4, 6 sind als DBC-Produkte bekannt, also als "Direct Bond Copper Product".
Im Betrieb erzeugen die Leistungs-Halbleiterbauelemente 7 in erheblichem Umfang Wärme. Diese Wärme wird zumindest teilweise an die zweite Metallschicht 6 abgegeben, durchdringt von dort aus die Trägerplatte 2 und gelangt zur ersten Metallschicht 4. Von dort wird sie an die Umgebung abgegeben. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn die erste Metallschicht 4 einen Teil der Außenseite des Leistungshalbleitermoduls 1 bildet.
2 zeigt nun eine Einbausituation, in der das Leistungshalbleitermodul 1 auf einem Kühlkörper 8 angeordnet ist. Der Kühlkörper kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. Er ist daher nur schematisch dargestellt. Möglich sind Kühlkörper 8, die eine vergrößerte Oberfläche aufweisen, beispielsweise in Gestalt von mehreren abstehenden Fingern. Es ist aber auch möglich, den Kühlkörper 8 mit Kanälen zu versehen, durch die ein Kühlfluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, geführt werden kann, um Wärme abzutransportieren.
Das Leistungshalbleitermodul 1 weist, wie dies aus 2 zu erkennen ist, neben den in 1 dargestellten Elementen noch Anschlüsse 9, 10 auf, die über Leitungsdrähte 11, 12 mit den Leistungs-Halbleiterbauelementen 7 verbunden sind. Die mit den Anschlüssen 9, 10 und den Leitungsdrähten 11, 12 versehenen Elemente 2, 4, 6, 7 sind in einem Kunststoffkörper 13 angeordnet. Der Kunststoffkörper 13 wird mit Hilfe von Schrauben 14, 15 gegen den Kühlkörper 8 gespannt.
Der Kunststoffkörper 13 ist gebildet durch einen Kunststoff 16, der mit einem Füllstoff 17 versehen ist. Der Füllstoff ist als Siliziumdioxid-Füller ausgebildet. Der Kunststoff 16 selbst ist beispielsweise ein Epoxidharz.
Epoxidharz (und die meisten anderen Kunststoffe) haben einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der wesentlich größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Trägerplatte 2. Eine Trägerplatte 2 aus Keramik hat üblicherweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 7 ppm/°K. Typische Kunststoffe, die im Spritzgußverfahren verwendet werden können, haben einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 80 bis 100 ppm/°K.
Durch die Verwendung des Füllstoffs 17 ist es nun möglich, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kunststoffkörpers 13 etwa genauso groß zu machen, wie den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Trägerplatte 2. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kunststoffkörpers 13 liegt im Bereich von etwa 7 bis 9 ppm/°K.
Geeignete Kunststoffe 16, die bereits mit dem entsprechenden Füllstoff 17 versehen sind, sind beispielsweise von Hitachi Chemical Co., Ltd. unter der Bezeichnung "Hitachi Chemical CEL-9750 HF 10" oder "Hitachi Chemical CEL-9750 ZHF 10" verfügbar. Auch die Sumitomo Bakelite Co., Ltd. bietet unter der Bezeichnung "Sumitomo Sumikon EME-G670 HE" oder "Sumitomo Sumikon EME-G770 HE" geeignete Kunststoffe an.
Dadurch, daß nun die Trägerplatte 2 und der Kunststoffkörper 13 im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, ergibt sich bei einer Wärmezufuhr und der damit verbundenen Temperaturerhöhung keine Relativverschiebung zwischen der Trägerplatte 2 bzw. der zweiten Metallschicht 6 und dem Kunststoffkörper 13. Dadurch werden Belastungen in der Verbindung zwischen der zweiten Metallschicht 6 und der Trägerplatte 2 bzw. Verbindungen zwischen den Halbleiterbauelementen 7 und der zweiten Metallschicht 6 klein gehalten. Auch bei einer wiederholten Temperaturänderung ergeben sich praktisch keine Ermüdungserscheinungen, die die Lebensdauer des Leistungshalbleitermoduls 1 herabsetzen könnten.
Ein besonderer Vorteil ist allerdings auch darin zu sehen, daß die erste Metallschicht 4 an der ersten Seite 3 der Trägerplatte 2 durch die Temperaturerhöhung oder Absenkung nicht in nennenswertem Umfang verformt wird, so daß ein Abheben der zweiten Metallschicht 4 vom Kühlkörper 8 nicht zu befürchten ist, auch wenn sich das Leistungshalbleitermodul 1 erwärmt. Dies wiederum hat zur Folge, daß die zugeführte Wärme in ausreichendem Maße abgeführt werden kann, weil sich auch bei einer Temperaturerhöhung ein flächiger Kontakt zwischen der ersten Metallschicht 4 und dem Kühlkörper 8 aufrecht erhalten läßt.
Der Kunststoffkörper 13, genauer gesagt der mit Füllstoff 17 versehene Kunststoff 16, weist auch eine relativ kleine Schrumpfung auf. Diese liegt bei den obengenannten Kunststoffen von Hitachi Chemical Co., Ltd. oder Sumitomo Bakelite Co., Ltd. im Bereich von 0,07 bis 0,15 %. Die Schrumpfung ist ein Prozeß, der sich bei oder kurz nach der Formgebung des Kunststoffkörpers 13 ergibt. Diese Formgebung 13 erfolgt üblicherweise bei einer erhöhten Temperatur, beispielsweise durch Spritzgießen oder Spritzpressen. Der Kunststoff 16 mit dem Füllstoff 17 hat dabei eine Temperatur in der Größenordnung von 180°C. Der Einspritzdruck liegt in der Größenordnung von etwa 200 bar. Beim Abkühlen verringert der Kunststoff 16 sein Volumen. Durch den Zusatz des Füllstoffs 17 kann man die Volumenverringerung, al so die Schrumpfung, auf sehr kleine Bereiche von weniger als 0,3 %, vorzugsweise sogar im Bereich von 0,05 bis 0,25 %, vermindern.
Eine gewisse Schrumpfung kann jedoch von Vorteil sein, wie anhand von 3 und 4 erläutert werden soll. Hier sind schematisch die Trägerplatte 2 und der Kunststoffkörper 13 dargestellt. Die Trägerplatte 2 schrumpft bei der Formgebung praktisch nicht. Der Kunststoffkörper 13 schrumpft um den oben angegebenen Wert, beispielsweise 0,15 %. Dies führt dazu, daß sich das Leistungshalbleitermodul 1 etwas wölbt und zwar so, daß die erste Seite 3 konvex gewölbt ist. Sie steht also mit ihrem mittleren Bereich etwas nach außen vor.
Wenn diese Wölbung durch die Schrumpfung des Kunststoffkörpers 13 nicht erreicht werden kann, dann kann man auch eine Spritzguß- oder Spritzpreßform verwenden, die eine der in 3 dargestellten konvexen Wölbung der ersten Seite 3 entsprechende konkave Wölbung aufweist. Wenn dann der Kunststoff eingespritzt ist und den Kunststoffkörper 13 bildet, ergibt sich ebenfalls die in 3 dargestellte Form.
Wenn man nun ein derartiges Leistungshalbleitermodul 1 mit den in 2 dargestellten Schrauben 14, 15 auf dem Kühlkörper 8 befestigt, dann wird das Leistungshalbleitermodul 1 zunächst in einem mittleren Bereich 18 in Kontakt mit dem Kühlkörper 8 kommen. Mit weiterem Anspannen der Schrauben 14, 15 wird der Abstand zwischen dem Leistungshalbleitermodul 1 und dem Kühlkörper 8 in Randbereichen 19, 20 vermindert. Der Abstand ist hier übertrieben groß dargestellt. Tatsächlich wird die Wölbung des Leistungshalbleitermoduls 1 nur so groß sein, daß die Abstände zwischen dem Leistungshalbleitermodul 1 und dem Kühlkörper 8 in den Randbereichen in der Größenordnung von 10 bis 50 μm (10 bis 50 × 10^–6 m) liegen.
Vor dem Aufsetzen des Leistungshalbleitermoduls 1 auf den Kühlkörper 8 hat man eine Wärmeleitpaste 21 auf den Kühlkörper 8 aufgebracht. Die Wölbung des Leistungshalbleitermoduls 1 führt nun dazu, daß die Wärmeleitpaste 21, beispielsweise ein Wärmeleitfett, von innen nach außen in Richtung der Pfeile 22, 23 verdrängt wird. Dies führt im Endeffekt dazu, daß die Wärmeleitpaste 21 eine Schicht bildet, die im mittleren Bereich 18 dünner ist als in den Randbereichen 19, 20. Das Verdrängen der Wärmeleitpaste 21 von innen nach außen stellt sicher, daß die Wärmeleitpaste 21 frei von Luftblasen oder Lunkern ist, so daß ein Wärmeübergang zwischen dem Leistungshalbleitermodul 1 und dem Kühlkörper 8 tatsächlich über die gesamte erste Metallschicht 4 erfolgen kann.
Die 5 und 6 zeigen in perspektivischer Darstellung das Leistungshalbleitermodul 1 in einer möglichen Realisierung von außen. Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 4 versehen. Es ist zu erkennen, daß sich die erste Metallschicht 4 über praktisch die gesamte Unterseite des Kunststoffkörpers 13 erstreckt.

Claims

Leistungshalbleitermodul mit mindestens einer Trägerplatte, die auf einer ersten Seite eine erste Metallschicht, die nach außen weist und einen Teil der Außenseite des Leistungshalbleitermoduls bildet, und auf einer zweiten Seite eine zweite Metallschicht aufweist, die nach innen gerichtet ist und an der mindestens ein Leistungs-Halbleiterbauelement befestigt ist, und mit einem Kunststoffkörper aus einem wärmehärtbaren Kunststoff, der die Trägerplatte mit Ausnahme der ersten Metallschicht oder zumindest eines Teils davon einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (16) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem der Trägerplatte (2) entspricht.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (16) mindestens einen Füllstoff (17) aufweist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff (17) ein Siliziumoxid, insbesondere ein Siliziumdioxid, ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (16) ein Duroplast, insbesondere ein Epoxidharz ist.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Füllstoff (17) versehene Kunststoff (16) eine Schrumpfung aufweist, die kleiner ist als 0,3 %.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrumpfung in einem Bereich von 0,05 % bis 0,25 % liegt.
Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Seite (3) konvex gewölbt ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Seite (3) auf einem Kühlkörper (8) festgespannt ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kühlkörper (8) und der ersten Metallschicht (4) eine Wärmeleitpaste (21) angeordnet ist.
Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitpaste (21) in einem mittleren Bereich (18) der ersten Seite (3) eine geringere Stärke als in einem Randbereich (19, 20) aufweist.