DE102012207560B4 - Verfahren zur herstellung und zum betrieb eines halbleitermoduls - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Schaltungsträgers (2), der einen Isolationsträger (20) aufweist, auf den eine zu Leiterbahnen (211, 212, 213, 214) strukturierte Metallisierungsschicht (21) aufgebracht ist;
Bereitstellen eines elektrisch leitenden Anschlusselementes (4, 9), das ein erstes Ende (41, 91) aufweist;
Herstellen einer elektrisch leitenden, stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Metallisierungsschicht (21) und dem ersten Ende (41) durch Lichtbogenschweißen, indem zur Erzeugung eines Lichtbogens (7) zwischen die Metallisierungsschicht (21) und das Anschlusselement (4, 9) eine elektrische Spannung (US) angelegt wird;
Bereitstellen eines von dem ersten Ende (41, 91) verschiedenen zweiten Endes (42, 92) des Anschlusselementes (4, 9), und wobei
der Schaltungsträger (2) so an einem Gehäuse (10) für das Halbleitermodul montiert wird, dass das erste Ende (41, 91) des Anschlusselements (4, 9) innerhalb des Gehäuses (10) und das zweite Ende (42, 49) des Anschlusselements (4, 9) außerhalb des Gehäuses (10) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft Halbleitermodule. Um Halbleitermodule elektrisch zu kontaktieren, sind Anschussstellen erforderlich, über die dem Modul elektrische Potentiale zugeführt oder von denen elektrische Potentiale des Moduls abgegriffen werden können. Typischerweise werden hierzu Anschlussleiter eingesetzt, die an einen Schaltungsträger des Halbleitermoduls gelötet oder gesintert werden. Ebenso ist es bekannt, Anschlusspins in Hülsen einzustecken, die auf den Schaltungsträger gelötet sind. All diese Verfahren sind aufwendig, da hierzu separate Materialien wie beispielsweise ein Lot oder eine sinterfähige Paste bereitgestellt werden müssen. Speziell beim Sintern sind außerdem hohe Anpressdrücke erforderlich. Ebenfalls bekannt ist es, Anschlussleiter durch Ultraschallbonden auf dem Schaltungsträger zu befestigen. Hierzu ist es jedoch erforderlich, dass die Stelle des Anschlussleiters, die an den Schaltungsträger gebondet werden soll, für das Bondwerkzeug zugänglich ist, was die Integrationsdichte der in dem Halbleitermodul verbauten Komponenten begrenzt.
  • Aus der DE 10 2006 038 875 A1 ist eine Anordnung mit einem Leadframe aus Kupfer bekannt, auf dem ein Halbleiterchip angeordnet ist. Neben dem Halbleiterchip und von diesem beabstandet befindet sich eine Kontaktschwelle aus Aluminum oder einer Aluminiumlegierung, die unter anderem durch Lichtbogenschweißen mit dem Leadframe verbunden wird. Danach werden Bondverbindungen zwischen Bondpads des Halbleiterchips und der Kontaktschwelle hergestellt.
  • Die DE 10 2008 058 835 A1 beschreibt ein Elektronikbauelement mit einem Substrat, das mit einer Metallschicht versehen ist. Auf der Metallschicht befindet sich eine mit dieser verbundene zweite Zuleitungskomponente, die mit einem Loch versehen ist. In das Loch ist eine erste Zuleitungskomponente eingesteckt. Außerdem kann die erste Zuleitungskomponente durch Lot, Hartlot oder Schweißung ‚in das Loch gekoppelt‘ sein.
  • Aus der US 4 955 523 A ist es bekannt, einen Anschlussdraht durch Ballbonden auf einen Kontakt eines ICs zu bonden. Hierzu wird der Anschlussdraht an einem Ende erwärmt, um einen „Ball“ zu bilden, was mittels eine Lichtbogens erfolgt, der zwischen dem Anschlussdraht und einer von dem Kontakt des ICs verschiedenen Elektrode erzeugt wird.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls bereitzustellen, mit dem zumindest eines, mehrere oder sämtliche der eingangs genannten Probleme vermieden werden. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines verbesserten Halbleitermoduls anzugeben. Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zum Betrieb eines Halbleitermoduls gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem zur Herstellung eines Halbleitermoduls ein Schaltungsträger sowie ein elektrisch leitendes Anschlusselement bereitgestellt werden. Der Schaltungsträger weist einen Isolationsträger auf, auf den eine zu Leiterbahnen strukturierte Metallisierungsschicht aufgebracht ist. Die Erfindung sieht vor, eine elektrisch leitende stoffschlüssige Verbindung zwischen der Metallisierungsschicht und einem ersten Ende des Anschlusselementes durch Lichtbogenschweißen herzustellen. Hierzu wird zwischen die Metallisierung und das Anschlusselement eine elektrische Spannung angelegt, die zur Erzeugung eines Lichtbogens zwischen dem ersten Ende und der Metallisierungsschicht dient. Weiterhin wird ein von dem ersten Ende verschiedenes zweites Ende des Anschlusselements bereitgestellt. Der Schaltungsträger wird so an einem Gehäuse für das Halbleitermodul montiert, dass das erste Ende des Anschlusselements innerhalb des Gehäuses und das zweite Ende des Anschlusselements außerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
  • Bei einem derart hergestellten Halbleitermodul kann an das zweite Ende ein elektrisches Potential angelegt oder von diesem abgegriffen werden, welches sich von einem Massepotential des Halbleitermoduls unterscheidet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Soweit nicht anders angegeben bezeichnen gleiche Bezugszeihen gleiche oder gleich wirkende Elemente.
  • Es zeigen:
    • 1A-1C verschiedene Schritte eines Verfahrens, bei dem Anschlusselemente, die als vorgefertigte Stifte ausgebildet sind, durch Lichtbogenschweißen mit einem Schaltungsträger verbunden werden;
    • 2A-2D verschiedene Schritte eines Verfahrens, bei dem Anschlusselemente von eine quasi-endlos Rolle durch Lichtbogenschweißen mit einem Schaltungsträger verbunden werden;
    • 3 eine Seitenansicht eines Schaltungsträgers, an dessen Metallisierung mehrere Anschlusselemente angeschweißt sind;
    • 4 einen Querschnitt durch ein Halbleitermodul, bei dem die Anordnung gemäß 3 in einem Gehäuse verbaut ist, aus dem jeweils ein freies Ende der Anschlusselemente herausragt;
    • 5 einen Querschnitt durch ein Halbleitermodul, das sich von dem Halbleitermodul gemäß 4 lediglich darin unterscheidet, dass die freien Enden als Einpresskontakte ausgebildet sind;
    • 6 einen Querschnitt durch ein Halbleitermodul, bei dem der Schaltungsträger auf einer massiven metallischen Bodenplatte montiert ist;
    • 7 einen Querschnitt durch ein Halbleitermodul, bei dem weitere Anschlusselemente an der Innenwand des Gehäuses befestigt sind;
    • 8 einen Querschnitt durch ein Halbleitermodul, das sich von dem Halbleitermodul gemäß 7 dadurch unterscheidet, dass der Schaltungsträger auf einer massiven metallischen Bodenplatte angeordnet ist;
    • 9 einen Querschnitt durch ein Halbleitermodul, bei dem Anschlusselemente, welche an der Innenwand des Modulgehäuses angeordnet ist, durch Lichtbogenschweißen mit dem Schaltungsträger elektrisch leitend verbunden sind; und
    • 10 eine Seitenansicht des in 9 gezeigten und extern beschalteten Halbleitermoduls.
  • 1A zeigt einen Schaltungsträger 2, der mit wenigstens einem Halbleiterchip 1 bestückt ist.
  • Bei dem Schaltungsträger 2 kann es sich beispielsweise um ein Isoliersubstrat handeln, welches einen als flaches, planparalleles Plättchen ausgebildeten Isolationsträger 20 aufweist, der auf seiner oberen Hauptseite mit einer zu Leiterbahnen 211, 212 strukturierten oberen Metallisierungsschicht 21 versehen ist. Optional kann der Isolationsträger 20 wie gezeigt auf seiner unteren Hauptseite mit einer unteren Metallisierungsschicht 22 versehen sein. In diesem Sinn werden als „Hauptseiten“ die beiden flächenmäßig größten Seiten des Isolationsträgers 20 angesehen.
  • Bei dem Isolationsträger 20 kann es sich beispielsweise um ein Keramikplättchen, z. B. aus Aluminiumoxid (Al203), Aluminiumnitrid (AlN) oder Zirkonoxid (Zr02), handeln. Der Schaltungsträger kann beispielsweise als DCB-Substrat (DCB = Direct Copper Bonding), als DAB-Substrat (DAB = Direct Aluminum Bonding) oder als AMB-Substrat (AMB = Active Metal Brazing) ausgebildet sein.
  • Die obere Metallisierungsschicht 21 und/oder die untere Metallisierungsschicht 22 können z.B. vollständig oder zu wenigstens 90 Gew.% (Gewichtsprozent) aus Kupfer bestehen, oder vollständig oder zu wenigstens 90 Gew.% aus Aluminum. Optional können die obere Metallisierungsschicht 21 und/oder die untere Metallisierungsschicht 22 zumindest auf ihren dem Isolationsträger 20 abgewandten Seiten eine oder mehrere dünne metallische Beschichtung aufweisen, beispielsweise um dort die Lötbarkeit oder die Sinterfähigkeit zu verbessern. Geeignete Materialien für derartige metallische Beschichtungen sind z.B. Nickel, Silber, Gold, Palladium.
  • Die obere und/oder die untere Metallisierungsschicht 21 bzw. 22 können jeweils eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 2 mm, oder von 0,25 mm bis 2,5 mm aufweisen. Die Dicke des Isolationsträgers 20 kann z.B. im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm oder von 0,25 mm bis 1 mm liegen.
  • Auf der oberen Metallisierungsschicht 21 sind ein oder mehrere Halbleiterchips 1, beispielsweise MOSFETs, IGBTs, Sperrschichtfeldeffekttransistoren, Thyristoren, Dioden oder beliebige andere Halbleiterbauelemente in beliebigen Kombinationen und Verschaltungen angeordnet. Optional können auf dem Schaltungsträger 2 auch beliebige andere elektronische Bauelemente verbaut sein. Weiterhin können elektrische Verbindungsleitungen vorgesehen sein, um eine Verschaltung der auf dem Schaltungsträger 2 angeordneten elektronischen Bauelemente zu realisieren. Bei derartigen Verbindungselementen kann es sich beispielsweise um Bonddrähte 3 handeln. Alternativ oder ergänzend können jedoch beliebige andere Verbindungselemente wie beispielsweise Metallbleche oder flexible Leiterplatten eingesetzt werden. Die Verbindung dieser Verbindungselemente kann z.B. durch Löten, Sintern, Schweißen oder Ultraschallbonden erfolgen. Ebenso ist es möglich, die Verbindungselemente lediglich durch eine Durchkontaktierung elektrisch leitend der oberen Metallisierung 21 und/oder darauf verbauten elektrischen Bauelementen zu kontaktieren.
  • Um den bestückten Schaltungsträger 2 mit elektrisch leitenden Anschlusselementen 4 zu bestücken, ist ein Greifwerkzeug 60 vorgesehen, das ein vorgefertigtes Anschlusselement 4 aufnimmt. Das Greifwerkzeug 60 ist lediglich schematisch dargestellt. Es kann eine Greifzange 61 aufweisen, um mit diesem ein Anschlusselement 4 aufzunehmen. Hierzu kann das Anschlusselement 4 mit Hilfe des Greifwerkzeuges 60 aus einem Magazin 5 oder einem Gurt 6 entnommen werden, das bzw. der mit mehreren weiteren Anschlusselementen 4 bestückt sein kann.
  • Um das aufgenommene Anschlusselement 4 durch Lichtbogenschweißen mit einem vorgegebenen Abschnitt 211 der oberen Metallisierungsschicht 21 zu verschweißen, wird eine elektrische Spannung US zwischen diesem Abschnitt 211 und dem Anschlusselement 4 angelegt. Hierzu werden ein erstes elektrisches Potential V1 an das Anschlusselement 4 und ein zweites elektrisches Potential V2 an den vorgegebenen Abschnitt 211 angelegt.
  • Der Anschluss des ersten elektrischen Potentials V1 an das Anschlusselement 4 kann dabei über das Greifwerkzeug 60 erfolgen, welches hierzu elektrisch leitend ausgebildet sein muss. Um das zweite elektrische Potential V2 an den vorgegebenen Abschnitt 211 anzuschließen, kann beispielsweise ein elektrisch leitender Druckkontaktstempel 65 vorgesehen sein, der elektrisch leitend mit dem zweiten elektrischen Potential V2 verbunden ist und der gegen die dem Isolationsträger 20 abgewandte Seite des Abschnittes 211 gepresst wird, so dass zwischen dem Druckkontaktstempel 65 und dem Abschnitt 211 eine elektrisch leitende Druckkontaktverbindung besteht und der Abschnitt 211 auf dem zweiten elektrischen Potential V2 liegt.
  • Um den Schweißvorgang auszulösen, bewegt das Greifwerkzeug 60 das Anschlusselement 4 mit einem ersten Ende 41 voran auf den vorgegebenen Abschnitt 211 der oberen Metallisierungsschicht 21 zu, was durch einen Pfeil angedeutet ist. Bei ausreichend geringem Abstand zwischen dem ersten Ende 41 und diesem Abschnitt 211 kommt es zu einem Spannungsüberschlag und damit einhergehend zur Ausbildung eines Lichtbogens 7, was in 1B symbolisch dargestellt ist. Die Ausbildung eines Lichtbogens 7 kann auch durch eine Hochfrequenzzündung oder durch kurzes Kontaktieren des ersten Endes 41 mit dem Abschnitt 211 und nachfolgendes Zurückziehen (nach oben) des ersten Endes 41 von dem Abschnitt 211 erfolgen oder unterstützt werden.
  • Durch diesen Lichtbogen 7 schmelzen das erste Ende 41 und der darunter liegende Abschnitt 211 auf. In diesem Zustand kann das Anschlusselement 4 durch das Greifwerkzeug 60 noch geringfügig an die Metallisierungsschicht 21 herangeführt werden, so dass der Lichtbogen abbricht und das aufgeschmolzene Material erstarrt, wodurch es - wie in 1C gezeigt ist - zur Ausbildung einer Schweißstelle 24 kommt, an der das erste Ende 41 und die obere Metallisierungsschicht 21 fest, stoffschlüssig und elektrisch leitend miteinander verschweißt sind.
  • Auf diese Weise können zwei oder mehr Anschlusselemente 4 nacheinander dem Magazin 5 oder dem Gurt 6 entnommen und mit der oberen Metallisierung 21 durch Lichtbogenschweißen verschweißt werden. Grundsätzlich können auch zwei oder mehr Greifwerkzeuge 60 vorgesehen sein, so dass eine entsprechende Anzahl von Anschlusselementen 4 simultan mit der oberen Metallisierung 21 verschweißt werden kann.
  • Bei dem nachfolgenden Verfahren werden von einem quasi-endlos Draht 40, der zu einer Drahtrolle aufgewickelt sein kann, ein oder mehrere Anschlusselemente 4 durch Lichtbogenschweißen auf die obere Metallisierung 21 eines bestückten Schaltungsträgers 2 geschweißt. Der Schaltungsträger 2 kann den unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C erläuterten Aufbau aufweisen.
  • Zur Vorbereitung des Schweißprozesses fasst das Greifwerkzeug 60 einen Endabschnitt des Drahtes 40 und führt ein erstes Ende 41 des Drahtes 40 in Richtung des vorgegebenen Abschnittes 211 der oberen Metallisierungsschicht 21 und erzeugt durch Lichtbogenschweißen auf die Weise, wie sie vorangehend unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C beschrieben wurde, eine Schweißverbindung 24 zwischen dem ersten Ende 41 und der oberen Metallisierungsschicht 21. 2A zeigt die Anordnung beim Annähern des ersten Endes 41 an den vorgegebenen Abschnitt 211, 2B die Ausbildung eines Lichtbogens 7 bei der Annäherung des ersten Endes 41 an den Abschnitt 211, und 2C die fertige Schweißstelle 24, an der das erste Ende 41 des Drahtes 40 mit der oberen Metallisierungsschicht 21 verschweißt ist.
  • Nach dem Anschweißvorgang kann der angeschweißte Draht 40 in einem geeigneten Abstand von der oberen Metallisierungsschicht 21 abgeschnitten werden, um ein Anschlusselement 4 mit einem zweiten Ende 42 zu erzeugen. Hierzu kann ein Schneidwerkzeug, beispielsweise ein Schneidmesser oder eine Schneidzange, verwendet werden. Ebenso ist es möglich, auf den Draht 40 mit Hilfe eines Laserstrahls an der gewünschten Stelle abzutrennen.
  • 2D zeigt den abgetrennten Draht und das hierdurch entstandene zweite Ende 42 des angeschweißten Anschlusselements 4.
  • Auf eine der vorangehend unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C bzw. 2A bis 2D beschriebenen Weisen kann die obere Metallisierungsschicht 21 auch mit zwei oder mehr Anschlusselementen 4 verschweißt werden, was schematisch in 3 gezeigt ist. Hier wurde jeweils ein Anschlusselement 4 mit einem Abschnitt 211 bzw. 212 der oberen Metallisierungsschicht 21 durch Lichtbogenschweißen verschweißt.
  • 4 zeigt die Anordnung gemäß 3, nachdem diese zur Ausbildung eines Leistungshalbleitermoduls in einem Gehäuse 10 verbaut wurde. Hierbei sind die ersten Enden 41 im Inneren des Gehäuses 10 angeordnet, während sich die zweiten Enden 42 außerhalb des Gehäuses 10 befinden und dadurch von der Außenseite des Gehäuses 10 zugänglich sind, so dass sie elektrisch kontaktiert werden können.
  • Die Anordnung gemäß 5 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß 4 dadurch, dass die zweiten Enden 42 als Einpresskontakte ausgebildet sind. Diese Einpresskontakte können in metallische Durchgangsöffnungen einer Leiterplatte oder eines beliebigen anderen Verbindungsleiters eingepresst werden. Dabei können sich Einpressverbindungen zwischen dem Einpresskontakt und der jeweiligen Metallisierung der Durchgangsöffnung ausbilden. Insbesondere kann es sich bei diesen Verbindungen um Kaltschweißverbindungen handeln. Der Einpresskontakt und das Herstellen einer Einpressverbindung kann dabei gemäß DIN EN 60352-5, Stand April 2004, erfolgen.
  • Bei den Anschlusselementen 4 kann es sich um vorgefertigte Anschlusselemente handeln, deren zweite Enden 42 als Einpresskontakte vorgefertigt sind und die mit einem Verfahren, wie es vorangehend unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C erläutert wurde, durch Lichtbogenschweißen mit der oberen Metallisierungsschicht 21 verschweißt wurden.
  • Alternativ dazu ist es möglich, die Anschlusselemente 4 wie vorangehend unter Bezugnahme auf die 2A bis 2D erläutert von einer Drahtrolle 4 zu bestücken, so dass eine Anordnung entsteht, wie sie in den 3 und 4 gezeigt ist. Nach Herstellung der Schweißverbindung 24 sowie vor oder nach dem die Anordnung gemäß 3 mit einem Gehäuse 10 versehen wurde, können die zweiten Enden 42, beispielsweise durch Prägen, zu Einpresskontakten umgeformt. Mit den erläuterten Alternativen können bei sämtlichen Ausführungen der vorliegenden Erfindung die zweiten Enden 42 als Einpresskontakte ausgestaltet werden.
  • Die Anordnung gemäß 6 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß 4 dadurch, dass der Schaltungsträger 2 auf einer massiven Bodenplatte 8. Eine derartige Bodenplatte 8 kann z.B. Die Bodenplatte 1 kann z.B. eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 20 mm oder von 3 mm bis 20 mm aufweisen. Sie kann beispielsweise als Metallplatte aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium, einer Aluminiumlegierung, oder als Platte aus einem Metallmatrix-Kompositmaterial wie z.B. Aluminium-Silizium-Karbid (AlSiC), ausgebildet sein. Die hierzu eingesetzte stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Schaltungsträger 2 und der Bodenplatte 8 kann beispielsweise durch Löten oder durch Niedertemperaturdrucksintern erfolgen, wobei die stoffschlüssige Verbindung zwischen der unteren Metallisierungsschicht 22 und der Bodenplatte 8 hergestellt wird. Um die Qualität dieser Verbindung zu verbessern, können die miteinander zu verbindenden Kontaktflächen der Bodenplatte 8 und/oder der unteren Metallisierungsschicht 22 mit einer dünnen Beschichtung versehen sein. Sofern als Verbindungstechnik Löten vorgesehen ist, kann es sich bei dieser zusätzlichen dünnen Schicht beispielsweise um eine Nickelschicht handeln. Sofern Niedertemperaturdrucksintern vorgesehen ist, eignen sich für die dünne zusätzliche Beschichtung Edenmetallschichten, beispielsweise Silber, Gold oder Palladium.
  • Gemäß einer weiteren, in 8 gezeigten Alternative kann das Gehäuse 10 als rahmenartiges Gehäuse ausgebildet sein, an dessen inneren Seite weitere Anschlusselemente 9 angeordnet sind, die jeweils ein erstes Ende 91 und einem zweites Ende 92 aufweisen. Die Anschlusselemente 9 können beispielsweise in Einschubkanäle eingeschoben sein, die an der Innenwand des Gehäuses 10 ausgebildet sind. An ihren ersten Enden 91 können die Anschlusselemente 9 durch Bonddrähte 3 elektrisch leitend an die obere Metallisierungsschicht 21 oder an die dem Schaltungsträger 2 abgewandte Oberseite eines der Halbleiterbauelemente 1 angeschlossen sein. Die zweiten Enden 92 der Anschlusselemente 9 können ebenso wie die zweiten Enden 42 der Anschlusselemente 4 aus dem Gehäuse 10 herausragen und dadurch von Außen zugänglich sein, während die ersten Enden 91 im Inneren des Gehäuses 10 angeordnet sind.
  • Während der Schaltungsträger 2 bei der Anordnung gemäß 7 eine Außenfläche des Halbleitermoduls bereitstellt, ist er bei der Anordnung gemäß 8 auf einer metallischen Bodenplatte 8 angeordnet und an seiner unteren Metallisierungsschicht 22 fest mit dieser verbunden. Der Aufbau der Bodenplatte 8 und die Verbindungstechnik, mit der die Bodenplatte 8 mit der unteren Metallisierungsschicht 22 verbunden ist, entspricht demselben Aufbau bzw. derselben Verbindungstechnik, wie sie vorangehend unter Bezugnahme auf die 6 erläutert wurden.
  • Bei dem in 9 gezeigten Halbleitermodul wurden nicht nur die Anschlusselemente 4 sondern auch die vorgefertigten Anschlusselemente 9 durch Lichtbogenschweißen mit der oberen Metallisierungsschicht 21 verbunden. Der Schweißvorgang kann auf dieselbe Weise erfolgen wie dies vorangehend unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C erläutert wurde. Anders als bei dem anhand der 1A bis 1C erläuterten Verfahren erfolgt das Lichtbogenschweißen der ersten Enden 91 mit der oberen Metallisierungsschicht 21 nach der Montage des mit den Halbleiterbauelementen 1 bestückten Schaltungsträgers 2 in dem rahmenartigen Gehäuse 10. Zum Schweißen wurden die Anschlusselemente 9 durch ein Greifwerkzeug 60 (1A bis 1C) in den Gehäuserahmen 10 eingeführt und mit ihren ersten Enden 91 voran an die obere Metallisierungsschicht 21 angenähert, so dass es zur Ausbildung eines Lichtbogens 7 (1B) mit nachfolgender Verschweißung kam.
  • Bei allen Varianten der vorliegenden Erfindung kann einem Anschlusselement 4, 9, dessen zweites Ende 42, 92 von der Außenseite des Modulgehäuses 10 her zugänglich ist, über das zweite Ende 42, 92 ein elektrisches Potential zugeführt werden oder von dem zweiten Ende 42, 92 ein elektrisches Potential abgegriffen werden. Dies wird in 10 beispielhaft anhand des in 9 dargestellten Halbleitermoduls veranschaulicht, gilt jedoch in entsprechender Weise für sämtliche Halbleitermodule der Erfindung.
  • Um das Modul an eine Zwischenkreisspannung UDC anzuschließen, wird dem einen zweiten Ende 42 ein erstes elektrisches Versorgungspotential VDC - und dem anderen zweiten Ende 42 ein zweites elektrisches Versorgungspotential VDC+ zugeführt, wobei sich diese beiden Versorgungspotentiale unterscheiden.
  • Das negative Versorgungspotential VDC - bildet zugleich ein Massepotential GND des Moduls.
  • Über die zweiten Enden 92 werden elektrische Potentiale VST1 , VST2 abgegriffen. Über diese Potentiale VST1 , VST2 , die sich im Allgemeinen vom Massepotential GND unterscheiden, können beispielsweise Informationen über den Status des Moduls, z.B. die Temperaturen der Halbleiterchips 1 (9) abgefragt werden.
  • Grundsätzlich können einem Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung über die zweiten Enden 42, 92 jedoch beliebige Potentiale zugeführt oder von diesen abgegriffen werden.
  • Bei allen Ausgestaltungen der Erfindung kann ein Anschlusselement 4, 9 z.B. vollständig oder zu wenigstens 90 Gew.% aus Kupfer bestehen, oder vollständig oder zu wenigstens 90 Gew.% aus Aluminum. Dabei können Anschlusselemente 4, 9 aus gleichen oder beliebigen verschiedenen Materialien miteinander kombiniert eingesetzt werden. Ein Anschlusselement 4, 9 kann insbesondere aus demselben Material bestehen oder auf demselben Material basieren wie die obere Metallisierungsschicht 21. Beispielsweise können ein Anschlusselement 4, 9 und die obere Metallisierungsschicht 21 jeweils zu wenigstens 90 Gew.% aus Kupfer bestehen.
  • Weiterhin kann ein bei der vorliegenden Erfindung verwendetes Anschlusselement 4, 9 einen Durchmesser aufweisen, der z.B. im Bereich von 0,3 mm bis 5 mm liegt. In diesem Sinne wird als Durchmesser die maximale Breite senkrecht zur Längsrichtung des betreffenden Anschlusselements 4, 9 angesehen.
  • Die Querschnitte eines Anschlusselementes 4, 9 sind grundsätzlich beliebig, sie können beispielsweise kreisförmig, kreisringförmig, rechteckig, quadratisch sein. Ein Anschlusselement 4, 9 kann demgemäß z.B. als Stift oder als Rohr ausgebildet sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Schaltungsträgers (2), der einen Isolationsträger (20) aufweist, auf den eine zu Leiterbahnen (211, 212, 213, 214) strukturierte Metallisierungsschicht (21) aufgebracht ist; Bereitstellen eines elektrisch leitenden Anschlusselementes (4, 9), das ein erstes Ende (41, 91) aufweist; Herstellen einer elektrisch leitenden, stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Metallisierungsschicht (21) und dem ersten Ende (41) durch Lichtbogenschweißen, indem zur Erzeugung eines Lichtbogens (7) zwischen die Metallisierungsschicht (21) und das Anschlusselement (4, 9) eine elektrische Spannung (US) angelegt wird; Bereitstellen eines von dem ersten Ende (41, 91) verschiedenen zweiten Endes (42, 92) des Anschlusselementes (4, 9), und wobei der Schaltungsträger (2) so an einem Gehäuse (10) für das Halbleitermodul montiert wird, dass das erste Ende (41, 91) des Anschlusselements (4, 9) innerhalb des Gehäuses (10) und das zweite Ende (42, 49) des Anschlusselements (4, 9) außerhalb des Gehäuses (10) angeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Anschlusselement (4, 9) während des Lichtbogenschweißens in Richtung der Metallisierungsschicht (21) nachgeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Anschlusselement (4, 9) als Metallstift ausgebildet ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Anschlusselement (4) Bestandteil eines Drahtes (40) ist, das nach Abschluss des Lichtbogenschweißens von diesem abgetrennt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Metallisierungsschicht (21) vor Beginn des Lichtbogenschweißens mit einem Halbleiterchip (1) bestückt ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Isolationsträger (20) als Keramikplättchen ausgebildet ist.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Metallisierungsschicht (21) eine Dicke von 0,05 mm bis 2 mm aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Metallisierungsschicht (21) aus Kupfer besteht; oder zu wenigstens 90 Gew.% aus Kupfer besteht; oder aus Aluminium besteht; oder zu wenigstens 90 Gew.% aus Aluminum besteht.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Schaltungsträger (2) so an dem Gehäuse (10) für das Halbleitermodul montiert wird, dass das erste Ende (41, 91) des Anschlusselements (4, 9) innerhalb des Gehäuses (10) und das zweite Ende (42, 49) des Anschlusselements (4, 9) außerhalb des Gehäuses (10) angeordnet ist.
  10. Verfahren zum Betrieb eines Halbleitermoduls mit folgenden Schritten: Herstellen des Halbleitermoduls nach einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche; Anlegen oder Abgreifen eines von einem Massepotential des Halbleitermoduls verschiedenen elektrischen Potentials des Anschlusselementes (4, 9) an oder von dem zweiten Ende (42, 92).
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