DE102006009978A1 - Power semiconductor module, has base plate serving as support, where semiconductor unit is attached with bottom side of the substrate on upper side of base plate, and base plate is made of composite material with metallic material - Google Patents
Power semiconductor module, has base plate serving as support, where semiconductor unit is attached with bottom side of the substrate on upper side of base plate, and base plate is made of composite material with metallic material Download PDFInfo
- Publication number
- DE102006009978A1 DE102006009978A1 DE102006009978A DE102006009978A DE102006009978A1 DE 102006009978 A1 DE102006009978 A1 DE 102006009978A1 DE 102006009978 A DE102006009978 A DE 102006009978A DE 102006009978 A DE102006009978 A DE 102006009978A DE 102006009978 A1 DE102006009978 A1 DE 102006009978A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- power semiconductor
- semiconductor module
- bottom plate
- substrate
- module according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3736—Metallic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
- H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul und insbesondere unter anderem Maßnahmen zur Verbesserung der Lastwechselfestigkeit bei Leistungshalbleitermodulen.The The present invention relates to a power semiconductor module and in particular, inter alia, measures for improving the fatigue strength of power semiconductor modules.
Bei der Entwicklung und Verbesserung von Leistungshalbleitermodulen spielen im Rahmen der Erfüllung von Anforderungen bei der Funktionsintegrität auch Aspekte der Beständigkeit der Funktion und der Struktur von Leistungshalbleitermodulen bei so genannten Wechsellasten eine große Rolle. Damit ist im Allgemeinen die Fähigkeit eines Leistungshalbleitermoduls gemeint, den wechselnden thermischen Beanspruchungen der unterschiedlichen und aneinander gefügten Materialzusammensetzungen gerecht werden zu können. Aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten direkt benachbarter oder auch über Zwischenschichten indirekt aneinander gekoppelter Materialien entstehen häufig Probleme im Hinblick auf die mechanische Stabilität von Schichtstrukturen und deren Verbindungen aneinander.at the development and improvement of power semiconductor modules play in the context of fulfillment functional integrity requirements, and aspects of durability the function and structure of power semiconductor modules so-called alternating loads play a big role. This is in general the ability a power semiconductor module meant the changing thermal Stresses on the different and joined material compositions to be fair. Due to different thermal expansion coefficients directly adjacent or over intermediate layers indirectly coupled materials often cause problems with regard to the mechanical stability of layered structures and their connections to each other.
So ist es z.B. bekannt, dass Leistungshalbleitermodule, bei welchen Halbleitereinheiten mit ihrem zugrunde liegenden Substrat auf einer als Träger dienenden Bodenplatte angebracht werden, hinsichtlich der Langzeitstabilität der Verbindung zwischen Bodenplatte als Träger und dem darauf angeordneten Substrat der Halbleitereinheiten Mängel aufweisen, die nur durch bestimmte und aufwändige Maßnahmen und auch nur zum Teil. kompensiert oder behoben werden können.So it is e.g. known that power semiconductor modules in which Semiconductor units with their underlying substrate on one as a carrier serving base plate, with regard to the long-term stability of the connection between base plate as a carrier and the substrate of the semiconductor units arranged thereon have defects, the only by specific and elaborate activities and only partially. can be compensated or remedied.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungshalbleitermodul zu schaffen, bei welchem auf besonders einfache, zuverlässige und gleichwohl kostengünstige Art und Weise eine langzeitstabile und wechsellastbeständige Verbindung zwischen Substraten vorgesehener Halbleitereinheiten auf als Träger dienenden Bodenplatten erreicht werden kann.Of the Invention is based on the object, a power semiconductor module to create, in which on particularly simple, reliable and nevertheless inexpensive Way a long-term stable and changer load resistant connection between substrates provided semiconductor units serving as a carrier Floor panels can be achieved.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem Leistungshalbleitermodul erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafter Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Unteransprüche.The The object underlying the invention is in a power semiconductor module according to the invention the characteristics of the independent Patent claim 1 solved. Advantageous developments of the power semiconductor module according to the invention are the subject of the respective dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Leistungshalbleitermodul mit mindestens einer Halbleitereinheit und mit einer Bodenplatte als Träger geschaffen. Die jeweilige Halbleitereinheit besteht aus einem Substrat mit einer Oberseite und einer Unterseite. Auf der Oberseite des Substrats ist mindestens ein Halbleiterbauelement vorgesehen. Die Bodenplatte besitzt ihrerseits eine Oberseite, auf welcher die jeweilige Halbleitereinheit mit ihrer Unterseite, also mit der Unterseite des jeweiligen Substrats der Halbleitereinheit aufgebracht ist. Erfindungsgemäß ist die Bodenplatte mit oder aus einem Verbundwerkstoff gebildet, welches aus einem Metallmaterial besteht und welches mit mindestens einem Einsatz mit oder aus einem AlSiC-Material im Metallmaterial versehen ist.According to the invention is a Power semiconductor module with at least one semiconductor unit and with a bottom plate as a carrier created. The respective semiconductor unit consists of a substrate with a top and a bottom. On the top of Substrate is provided at least one semiconductor device. The Base plate in turn has a top on which the respective Semiconductor unit with its bottom, so with the bottom of the respective substrate of the semiconductor unit is applied. According to the invention Base plate formed with or from a composite material, which consists of a metal material and which with at least one Insert with or made of AlSiC material provided in the metal material.
Es ist somit eine Kernidee der vorliegenden Erfindung, eine bei einem Leistungshalbleitermodul vorgesehene Bodenplatte aus einem Verbundwerkstoff zu bilden, der aus einem Metallmaterial einerseits und aus einem AlSiC-Material andererseits besteht, so dass dadurch eine thermomechanische Anpassung zwischen der Bodenplatte einerseits und dem Substrat der Halbleitereinheit andererseits im Hinblick auf die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten erfolgt und folglich die thermomechanische Beanspruchung im Bereich der Grenzfläche zwischen der Oberseite der Bodenplatte als Träger und der Unterseite des Substrats der Halbleitereinheit redu ziert wird, so dass infolge das Auftreten von Rissbildungen oder Ablösevorgängen reduziert wird.It is thus a core idea of the present invention, one in a Power semiconductor module provided base plate made of a composite material to form, made of a metal material on the one hand and from a AlSiC material on the other hand, so that thereby a thermomechanical Adaptation between the bottom plate on the one hand and the substrate of the Semiconductor unit on the other hand with regard to the different CTE takes place and consequently the thermomechanical stress in the area the interface between the top of the bottom plate as a carrier and the bottom of the Substrate of the semiconductor unit is reduced, so that due the occurrence of cracking or detachment is reduced.
Erfindungsgemäß wird also ein Leistungshalbleitermodul geschaffen mit mindestens einer Halbleitereinheit, bestehend aus einem Substrat und mindestens einem auf der Oberseite des Substrats vorgesehenen Halbleiterbauelement, und mit einer Bodenplatte als Träger, auf deren Oberseite die jeweilige Halbleitereinheit mit der Unterseite des jeweiligen Substrats aufgebracht ist, bei welchem die Bodenplatte mit oder aus einem Verbundwerkstoff mit einem Metallmaterial und mit mindestens einem Einsatz mit oder aus einem AlSiC-Material im und/oder auf dem Metallmaterial ausgebildet ist.Thus, according to the invention a power semiconductor module provided with at least one semiconductor unit, consisting of a substrate and at least one on the top the substrate provided semiconductor device, and with a bottom plate as a carrier, on top of which the respective semiconductor unit with the underside of the respective substrate is applied, wherein the bottom plate with or from a composite material with a metal material and with at least one insert with or made of AlSiC material in and / or formed on the metal material.
Das Metallmaterial kann als Grundkörper der Bodenplatte ausgebildet sein.The Metal material can be used as a basic body be formed of the bottom plate.
Das Metallmaterial ist vorzugsweise gut wärmeleitfähig.The Metal material is preferably good thermal conductivity.
Das Metallmaterial ist weiter bevorzugt spanend bearbeitbar.The Metal material is more preferably machinable.
Das Metallmaterial kann mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet sein, die gebildet wird von Kupfer, Aluminium, Stahl, Gusseisen und deren Mischungen oder Legierungen.The Metal material may be made with or from one or more materials be formed from the group formed by copper, aluminum, Steel, cast iron and their mixtures or alloys.
Das AlSiC-Material kann hinsichtlich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metallmaterials und des jeweiligen Substrats oder dessen Unterseite angepasst ausgebildet sein.The AlSiC material may be in terms of thermal expansion coefficient the metal material and the respective substrate or its underside adapted to be trained.
Eine derartige Anpassung ergibt sich zum Beispiel daraus, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient λAlSiC des AlSiC-Materials einerseits größer gewählt wird als der thermische Ausdehnungskoeffizient λDBC des Substrats und andererseits kleiner gewählt wird als der thermische Ausdehnungskoeffi zient λCu des Metallmaterials, zum Beispiel aus Kupfer bestehend. Es ergibt sich somit insbesondere die nachfolgende Beziehung (1) wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient für Aluminiumoxid ist und in etwa auf Grund der Keramikstruktur dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten λDCB des Substrats entspricht. Es gelten noch die folgenden Wertebeziehungen (2) und (3): Such an adaptation results, for example, from the fact that the coefficient of thermal expansion λ AlSiC of the AlSiC material is selected to be greater than the thermal expansion coefficient λ DBC of the substrate and smaller than the coefficient of thermal expansion λ Cu of the metal material, for example of copper consisting. Thus, in particular, the following relationship (1) results. in which is the thermal expansion coefficient for aluminum oxide and corresponds approximately to the ceramic structure to the coefficient of thermal expansion λ DCB of the substrate. The following value relationships (2) and (3) apply:
Der Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten λAlSiC des AlSiC-Materials kann zwischen dem Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines Metallmaterials und dem Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats λDBC oder dessen Unterseite liegen.The value of the thermal expansion coefficient λ AlSiC of the AlSiC material may be between the value of the coefficient of thermal expansion of a metal material and the coefficient of thermal expansion of the substrate λ DBC or its bottom surface.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient λAlSiC des AlSiC-Materials kann durch den Anteil an SiC, zum Beispiel in Form von so genannten SiC-Flakes, im Verhältnis zum einhüllenden Aluminium eingestellt werden. Der Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten λAlSiC des AlSiC-Materials sollte möglichst nahe dem Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrats λDCB des Substrats liegen.The thermal expansion coefficient λ AlSiC of the AlSiC material can be adjusted by the proportion of SiC, for example in the form of so-called SiC flakes, in relation to the enveloping aluminum. The value of the thermal expansion coefficient λ AlSiC of the AlSiC material should be as close as possible to the value of the thermal expansion coefficient of the substrate λ DCB of the substrate.
Der jeweilige Einsatz kann im Bereich der Oberseite der Bodenplatte ausgebildet sein und/oder einen Teil der Oberseite der Bodenplatte bilden oder mit dieser bündig abschließen.Of the respective use may be in the area of the top of the bottom plate be formed and / or a part of the top of the bottom plate form or flush with this to lock.
Der jeweilige Einsatz kann die Bodenplatte in ihrer Schicht oder Schichtstärke weniger als vollständig durchmessen.Of the each use can make the bottom plate less in their layer or layer thickness as completely measured.
Der jeweilige Einsatz kann in einer Oberflächenausnehmung des Metallmaterials eingebracht sein.Of the respective insert may be in a surface recess of the metal material be introduced.
Der jeweilige Einsatz kann in vorteilhafter Weise einen Teil der Oberseite der Bodenplatte bilden, welcher den Teil der Oberseite der Bodenplatte überdeckt oder enthält, welcher der Unterseite mindestens eines Substrats oder eines Teils davon, einer oder mehrerer Kanten der Unterseite mindestens eines Substrats und/oder einer oder mehrerer Ecken der Unterseite eines oder mehrerer Substrate gegenüberliegt, insbesondere im Bereich einer jeweiligen Schweißnaht zwischen einem Substrat und der Oberseite der Bodenplatte oder im Bereich eines Teils einer derartigen Schweißnaht.Of the each insert may advantageously be part of the top form the bottom plate, which covers the part of the top of the bottom plate or contains, which is the underside of at least one substrate or part thereof, one or more edges of the underside of at least one Substrate and / or one or more corners of the underside of a or more than one substrate, in particular in the region of a respective weld seam between a substrate and the top of the bottom plate or in the region of a part of a such weld.
Es können mehrere Einsätze zueinander lateral beabstandet in oder an der Oberseite der Bodenplatte vorgesehen sein.It can several inserts laterally spaced apart in or at the top of the bottom plate be.
Der jeweilige Einsatz kann im Querschnitt horizontal zur Oberseite der Bodenplatte rechteckig, quadratisch, kreisförmig, elliptisch, streifenförmig oder als Randbereich, Rahmen oder Ausschnitt einer entsprechenden geometrischen Figur ausgebildet sein.Of the respective insert may be horizontal in cross-section to the top of the Base plate rectangular, square, circular, elliptical, strip-shaped or as border area, frame or section of a corresponding geometric Figure be formed.
Der jeweilige Einsatz kann am oder im Metallmaterial mittels einer Verbindung über Reibschweißen oder anderer Schweißverfahren verbunden sein.Of the each insert can be on or in the metal material by means of a connection via friction welding or other welding processes be connected.
Die Oberseite der Bodenplatte und die Unterseite eines jeweiligen Substrats können planar ausgebildet sein.The Top of the bottom plate and the bottom of each substrate can be formed planar.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch anhand der nachstehenden Erläuterungen weiter beschrieben.These and other aspects of the present invention are also illustrated the following explanations further described.
Die Erfindung betrifft insbesondere unter anderem auch Maßnahmen zur Verbesserung der Lastwechselfestigkeit in Leistungshalbleitermodulen.The In particular, the invention also relates to measures for improving the fatigue strength in power semiconductor modules.
In leistungselektronischen Modulen stellen die so genannten Substrate, das sind die Träger der Halbleiterbauelemente (IGBTs, Dioden etc.) einzelne Einheiten dieser Module dar. Das gesamte Modul besteht im Allgemeinen aus einer Anzahl mehrerer Substrate, die auf eine Trägerplatte, der so genannten Bodenplatte, montiert werden. Als Montagetechnik wird das Weichlöten verwendet. Die dabei gebildete Verbindung heißt Lotverbindung oder Verbindungsschicht. Die Substrate sind im Allgemeinen Keramiksubstrate, deren Oberseite und Unterseite metallisiert ist. Ein Beispiel für eine derartige Keramik ist z.B. ein DCB-Substrat (DCB – direct copper bonding).In power electronic modules provide the so-called substrates, These are the carriers the semiconductor devices (IGBTs, diodes, etc.) individual units of these modules. The entire module is generally made a number of multiple substrates placed on a support plate, the so-called Base plate, to be mounted. As a mounting technique, the soldering is used. The compound formed in this case is called solder connection or connecting layer. The substrates are generally ceramic substrates whose top surface and bottom is metallized. An example of such a ceramic is e.g. a DCB substrate (DCB - direct copper bonding).
Durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien, insbesondere zwischen Bodenplatte und Keramik, treten während des Modulbetriebs durch die zyklisch auftretende elektrische Verlustwärme Spannungen in der Verbindungsschicht auf. Diese Spannungen führen nach einer bestimmten Anzahl von thermischen Zyklen zu einer Rissbildung und Rissausbreitung in der Lotschicht und damit verbunden zur Delamination des Substrates von der Bodenplatte. Dadurch steigt der thermische Widerstand zwischen Chip und Heatsink massiv an und es kommt zum Modulausfall.By the different expansion coefficients of the used Materials, in particular between base plate and ceramic occur while the module operation by the cyclically occurring electrical loss heat voltages in the connection layer. These voltages lead to a certain number of thermal cycles to cracking and crack propagation in the solder layer and associated delamination of the substrate from the bottom plate. This increases the thermal Resistance between chip and heatsink massive and it comes to Module failure.
Um die Lebensdauer der Module zu erhöhen, müssen die Rissbildung und Rissausbreitung in der Verbindungsschicht zwischen Bodenplatte und Substrat verhindert bzw. verlangsamt werden. Basierend auf einer Verbesserung der Bodenplatteneigenschaften beschreibt die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit zur Verbesserung der Lebensdauer der beschriebenen Verbindungsschicht.Around To increase the life of the modules, cracking and crack propagation must be considered prevented in the bonding layer between the bottom plate and the substrate or slowed down. Based on an improvement in floor tile properties describes the present invention a way to improve the life of the connection layer described.
Seitens der Bodenplatten, die in Leistungshalbleitermodulen verwendet werden, gibt es derzeit zwei grundlegende Konzepte. In Industriemodulen werden in der Regel aufgrund der geringen Kosten Cu Bodenplatten eingesetzt. Problem der Cu Bodenplat ten ist ihr Wärmeausdehnungskoeffizient von 16,5 ppm/K. Dieser Wert ist etwa doppelt so groß, wie der Wärmeausdehnungskoeffizient der Cu metallisierten Al2O3 Substrate (Al2O3: 8 ppm/K).by the floorboards used in power semiconductor modules There are currently two basic concepts. In industrial modules are usually due to the low cost Cu floor plates used. The problem with Cu floorboards is their thermal expansion coefficient of 16.5 ppm / K. This value is about twice as large as the Coefficient of thermal expansion Cu metallized Al2O3 substrates (Al2O3: 8 ppm / K).
Gelöst wurde das Problem der frühzeitigen Delamination durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bisher lediglich in Modulen mit besonders hohen Anforderungen an die thermische Wechsellastfestigkeit. Dazu wurden anstatt der Cu Platten AlSiC Bodenplatten verwendet. Hierbei wird zunächst ein Sinter-Rohling aus SiC-Flakes hergestellt. Dieser Rohling wird dann mit Al ausgegossen. Vorteil dieser Bodenplatte ist, dass über die SiC-Flakes der Wärmeausdehnungskoeffizient angepasst werden kann. Nachteil sind im Vergleich zur Cu Bodenplatte die etwa viermal so hohen Kosten dieser Bodenplatten sowie die Tatsache, dass eine spanende Bearbeitung nicht möglich ist.Was solved the problem of early Delamination due to the different thermal expansion coefficients previously only in modules with particularly high demands the thermal alternating load resistance. For this purpose, instead of the Cu Plates AlSiC bottom plates used. Here, first, a sintered blank made of SiC flakes. This blank is then poured out with Al. The advantage of this floor slab is that the thermal expansion coefficient over the SiC flakes can be adjusted. Disadvantage are compared to the Cu bottom plate about four times as high the cost of these floor slabs as well as the fact that a machining is not possible.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, die positiven Eigenschaften beider Bodenplatten-Typen miteinander zu vereinen. Dazu werden in den für die Substratdelamination kritischen Bereichen rund um die Substrate oder in den Substratecken (vgl. Zeichnung) passende AlSiC Platten in eine metallische Trägerplatte mit entsprechenden Aussparungen eingelassen und mit einem geeigneten Schweißverfahren (wie beispielsweise das Reibschweißen) mit dieser Trägerplatte verbunden.The present invention proposes before, the positive properties of both types of floor slabs together to unite. These are in the for substrate delamination critical areas around the substrates or in the substrate corners (see drawing) suitable AlSiC plates in a metallic carrier plate recessed with appropriate recesses and with a suitable welding processes (Such as friction welding) with this carrier plate connected.
Als Trägerplattenmaterial bieten sich alle Metalle an, die wie Cu eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen und dadurch eine gute Entwärmung der Substrate ermöglichen. Weiterer wichtiger Punkt ist, dass, im Gegensatz zur reinen AlSiC Bodenplatte, eine spanende Bearbeitung des Trägerplattenmaterials für die Weiterverarbeitung möglich wird.When Carrier plate material All metals offer themselves, which like Cu a very high thermal conductivity own and thereby allow a good heat dissipation of the substrates. Another important point is that, in contrast to the pure AlSiC Base plate, a machining of the carrier plate material for further processing possible becomes.
Durch die Kombination eines kostengünstigen Trägerplattenmaterials (z.B. Cu) und die Verwendung von kleinen AlSiC Einsätzen werden die Kosten der Bodenplatte im Vergleich zur AlSiC Bodenplatte verringert und so der Einsatz auch in Modulen für Industrieanwendungen ermöglicht.By the combination of a cost-effective Carrier plate material (e.g., Cu) and the use of small AlSiC inserts reduced the cost of the bottom plate compared to AlSiC bottom plate and so the use also in modules for Industrial applications allows.
Die dadurch erreichbare thermische Wechsellastfestigkeit wird im Vergleich zur Cu Bodenplatte deutlich verbessert, da der Wärmeausdehnungskoeffizient in den kritischen Bereichen an die Ausdehnung des Keramiksubstrates angepasst wird.The achievable thermal Wechsellastfestigkeit is compared significantly improved the Cu bottom plate, since the coefficient of thermal expansion in the critical areas to the extent of the ceramic substrate is adjusted.
Als Bodenplatte in Leistungshalbleitermodulen wird ein Verbundwerkstoff aus einem Metall (mit guter Wärmeleitfähigkeit und der Möglichkeit zur spanenden Bearbeitung) und AlSiC Einsätzen (mit einem angepassten Wärmeausdehnungskoeffizient) als Bodenplatte vorgeschlagen. Die AlSiC Einsätze haben einen Wärmeausdehnungskoeffizienten der an den des Keramiksubstrates angepasst ist und so eine frühzeitige Delamination der Substrate verhindert.As a bottom plate in power semiconductor modules, a composite material of a metal (with good thermal conductivity and the possibility of machining) and AlSiC inserts (with an adapted coefficient of thermal expansion) is proposed as a bottom plate. The AlSiC inserts have a coefficient of thermal expansion which is adapted to that of the ceramic substrate and thus an early De Lamination of the substrates prevented.
Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden auch in Zusammenhang schematischer Figuren näher erläutert:These and other aspects of the present invention are also related schematic figures closer explains:
Nachfolgend werden funktional und/oder strukturell ähnliche, vergleichbare oder identische Elemente und Strukturen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ohne dass in jedem Fall ihres Auftretens eine detaillierte Erläuterung wiederholt wird.following be functionally and / or structurally similar, comparable or identical elements and structures are denoted by the same reference numerals, without in any case of their occurrence a detailed explanation is repeated.
Zur
besseren Übersicht
wird zunächst
ein herkömmliches
Leistungshalbleitermodul
Kritische
Bereiche für
mögliche
Rissbildungen oder Rissentstehungen bei lang andauernden und häufig wiederholten
thermischen Wechsellasten sind bei dieser herkömmlichen Anordnung für ein Leistungshalbleitermodul
Im
Gegensatz zum bekannten Leistungshalbleitermodul gemäß
Aus
der
Bei
der
Bei
der Ausführungsform
der
Die
Die
Bodenplatte
In ähnlicher
Art und Weise zeigen die
Bei
der Ausführungsform
der
Ansonsten
liegen viele Gemeinsamkeiten zu den Ausführungsformen der
Bei
der Ausführungsform
der
Ansonsten
liegen wieder viele Gemeinsamkeiten mit den Ausführungsformen der
Bei
der Ausführungsform
der
Die
Bodenplatte
Bei
der Ausführungsform
der
Die
Bodenplatte
- 11
- Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden ErfindungThe power semiconductor module according to the present invention
- 1'1'
- herkömmliches Leistungshalbleitermodulconventional The power semiconductor module
- 1010
- Bodenplattebaseplate
- 10a10a
- Oberseite, Oberflächetop, surface
- 10b10b
- Unterseite, UnterflächeBottom, undersurface
- 10z10z
- Ausnehmungrecess
- 1111
- Grundkörperbody
- 11'11 '
- Material des Grundkörpers, Metallmaterialmaterial of the basic body, metal material
- 11a11a
- Oberseite, Oberflächetop, surface
- 1212
- Einsatzcommitment
- 12'12 '
- Material des Einsatzes, AlSiC-Materialmaterial of use, AlSiC material
- 1313
- Schweißnaht, BefestigungsmittelWeld seam, fasteners
- 1515
- herkömmliche Bodenplatteconventional baseplate
- 15'15 '
- Material der herkömmlichen Bodenplattematerial the conventional one baseplate
- 15a15a
- Oberseite, Oberflächetop, surface
- 15b15b
- Unterseite, UnterflächeBottom, undersurface
- 2020
- Substratsubstratum
- 20a20a
- Oberseite, Oberflächetop, surface
- 20b20b
- Unterseite, UnterflächeBottom, undersurface
- 20e20e
- Eckbereichcorner
- 20k20k
- Kantenbereichedge region
- 2121
- erster Metallbereich, erste Metallschichtfirst Metal area, first metal layer
- 21b21b
- Unterseite, UnterflächeBottom, undersurface
- 2222
- Keramikschichtceramic layer
- 2323
- zweite Metallschicht, zweite Metallisierung, obere Metallschicht, obere Metallisierungsecond Metal layer, second metallization, upper metal layer, upper metallization
- 23a23a
- Oberseite, Oberflächetop, surface
- 3030
- Halbleiterbauteil, LeistungshalbleiterbauteilSemiconductor device Power semiconductor device
- 4040
- HalbleitereinheitSemiconductor unit
- 5050
- Lotmittel, LotschichtSolder, solder layer
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006009978A DE102006009978B4 (en) | 2006-03-03 | 2006-03-03 | The power semiconductor module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006009978A DE102006009978B4 (en) | 2006-03-03 | 2006-03-03 | The power semiconductor module |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102006009978A1 true DE102006009978A1 (en) | 2007-10-31 |
DE102006009978B4 DE102006009978B4 (en) | 2008-12-18 |
Family
ID=38542150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102006009978A Expired - Fee Related DE102006009978B4 (en) | 2006-03-03 | 2006-03-03 | The power semiconductor module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102006009978B4 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102019202903A1 (en) | 2019-03-04 | 2020-09-10 | Abb Schweiz Ag | Electronic converter trained based on welding technologies |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19647590A1 (en) * | 1996-11-18 | 1998-05-20 | Abb Research Ltd | High power semiconductor multi-chip module e.g. for power electronics |
DE19735531A1 (en) * | 1997-08-16 | 1999-02-18 | Abb Research Ltd | Power semiconductor module with coolers integrated in submodules |
JP2000031358A (en) * | 1998-07-08 | 2000-01-28 | Sansha Electric Mfg Co Ltd | Power semiconductor module |
US6473303B2 (en) * | 2000-02-11 | 2002-10-29 | Abb Schweiz Ag | Cooling device for a high-power semiconductor module |
DE10200372A1 (en) * | 2002-01-08 | 2003-07-24 | Siemens Ag | Power semiconductor module has one contact surface of semiconductor element contacting metallized structure via solder material and second contact surface contacting metallized structure via bonding wire |
DE10331453A1 (en) * | 2003-07-10 | 2005-02-17 | Motorola Broadband Nürnberg GmbH | Method for forming thermal bridge(s) for waste heat dissipation from substrate carrying, or containing electronic components etc., forming recess(es) in substrate and fitting in it thermally conductive body |
DE102004054063B3 (en) * | 2004-11-05 | 2006-06-08 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Process to produce a crack free connection between two components of different thermal coefficients of expansion such a power semiconductor and heat sink uses hot gas spray |
-
2006
- 2006-03-03 DE DE102006009978A patent/DE102006009978B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19647590A1 (en) * | 1996-11-18 | 1998-05-20 | Abb Research Ltd | High power semiconductor multi-chip module e.g. for power electronics |
DE19735531A1 (en) * | 1997-08-16 | 1999-02-18 | Abb Research Ltd | Power semiconductor module with coolers integrated in submodules |
JP2000031358A (en) * | 1998-07-08 | 2000-01-28 | Sansha Electric Mfg Co Ltd | Power semiconductor module |
US6473303B2 (en) * | 2000-02-11 | 2002-10-29 | Abb Schweiz Ag | Cooling device for a high-power semiconductor module |
DE10200372A1 (en) * | 2002-01-08 | 2003-07-24 | Siemens Ag | Power semiconductor module has one contact surface of semiconductor element contacting metallized structure via solder material and second contact surface contacting metallized structure via bonding wire |
DE10331453A1 (en) * | 2003-07-10 | 2005-02-17 | Motorola Broadband Nürnberg GmbH | Method for forming thermal bridge(s) for waste heat dissipation from substrate carrying, or containing electronic components etc., forming recess(es) in substrate and fitting in it thermally conductive body |
DE102004054063B3 (en) * | 2004-11-05 | 2006-06-08 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Process to produce a crack free connection between two components of different thermal coefficients of expansion such a power semiconductor and heat sink uses hot gas spray |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JP 2000031358 A Pat. Abstr. of JP |
Patent Abstracts of Japan & JP 2000031358 A * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102006009978B4 (en) | 2008-12-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102009002065B4 (en) | Lot with intermetallic phase particles, methods of making such a solder, power semiconductor module with stable solder connection, and methods of making such a power semiconductor module | |
DE102013208818B4 (en) | Power semiconductor module and method for producing a power semiconductor module | |
DE102009029577B3 (en) | Process for producing a high-temperature-resistant power semiconductor module | |
DE102010049499B4 (en) | Metal-ceramic substrate and method for producing such a substrate | |
DE112012003228B4 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
DE102005049687B4 (en) | Power semiconductor component in flat conductor technology with vertical current path and method for the production | |
DE102012211424A1 (en) | Semiconductor device and method for its manufacture | |
EP2436032A1 (en) | Cooled electric unit | |
DE102010003533B4 (en) | Substrate arrangement, method for producing a substrate arrangement, method for producing a power semiconductor module and method for producing a power semiconductor module arrangement | |
EP3794638B1 (en) | System for cooling a metal-ceramic substrate, a metal-ceramic substrate and method for producing said system | |
DE102011083218A1 (en) | Semiconductor module with an insert and method for producing a semiconductor module with an insert | |
DE102012202281A1 (en) | Semiconductor device includes semiconductor chip that includes upper and lower contact plates which are integrally connected to upper chip metallization and lower chip metallization by upper and lower connecting layers | |
DE102019211109A1 (en) | Method and cooling body arrangement for cooling semiconductor chips with integrated electronic circuits for power electronic applications | |
DE112017000426T5 (en) | POWER SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING A POWER SEMICONDUCTOR DEVICE | |
DE112019007709T5 (en) | SEMICONDUCTOR DEVICE | |
DE102014115909A1 (en) | Chip assembly, press-pack cell and method of operating a press-pack cell | |
DE112019002287T5 (en) | SEMI-CONDUCTOR DEVICE | |
DE102009022877B4 (en) | Cooled electrical unit | |
DE102010016798B4 (en) | Semiconductor chip package | |
DE102012113014A1 (en) | Component carrier and component carrier assembly | |
DE102006012007A1 (en) | Power semiconductor module, has insulation layer covering upper and edge sides of chip, and inner housing section under release of source and gate contact surfaces of chip and contact terminal surfaces on source and gate outer contacts | |
DE102006009978B4 (en) | The power semiconductor module | |
EP2287899B1 (en) | Solder connection with a multilayered solderable layer and corresponding manufacturing method | |
DE102012216546B4 (en) | METHOD OF SOLDERING A SEMICONDUCTOR CHIP TO A CARRIER | |
DE102009040579B4 (en) | Method for producing semiconductor devices and semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |