DE102014111995B4 - Verfahren zum ergreifen, zum bewegen und zum elektrischen testen eines halbleitermoduls - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Ergreifen eines Halbleitermoduls (100) mit den Schritten:Bereitstellen eines Halbleitermoduls (100), wobei das Halbleitermodul (100) aufweist:ein Außengehäuse (6) mit vier Seitenwänden (61, 62, 63, 64);einen an dem Außengehäuse (6) montierten Schaltungsträger (2), der eine Oberseite (2t) sowie eine der Oberseite (2t) entgegengesetzte Unterseite (2b) aufweist;einen Halbleiterchip (1), der auf der Oberseite (2t) und in dem Außengehäuse (2t) angeordnet ist; undeine als Vertiefung ausgebildete erste Greifertasche (71), die sich ausgehend von der Außenseite des Außengehäuses (6) in eine erste (61) der Seitenwände (61, 62, 63, 64) hinein erstreckt;Bereitstellen einer Positioniervorrichtung (200), die einen ersten Greiferfinger (271) aufweist;Ergreifen des Halbleitermoduls (100) mittels der Positioniervorrichtung (200), wobei der erste Greiferfinger (271) in die erste Greifertasche (71) eingreift; undBewegen des Halbleitermoduls (100) durch die Positioniervorrichtung (200) nach dem Ergreifen, wobei das Halbleitermodul (100) während des Bewegens durch die Positioniervorrichtung (200) auf den Kopf gestellt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren, um Halbleitermodule zu ergreifen, zu bewegen und elektrisch zu testen. Für eine teil- oder im Idealfall vollautomatisierte Fertigung, wie sie zum Beispiel bei der Herstellung hoher Stückzahlen (z. B. im Automotive Bereich) sinnvoller Weise eingesetzt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Halbleitermodule den automatischen Teil der Fertigung bzw. die vollautomatische Fertigung möglichst ohne manuellen Eingriff durchlaufen. Hierzu wurden die Halbleitermodule bisher durch eine magnetische Aufnahme einer Positioniervorrichtung aufgenommen. Da die Halbleitermodule üblicherweise aus im Wesentlichen unmagnetischen Teilen bestanden, wurden magnetische Befestigungsmuttern in das Modulgehäuse integriert, was allerdings mit hohem Aufwand und Kosten verbunden ist.
  • Die US 2007 / 0 134 359 A1 beschreibt eine Plattenanordnung mit Aussparungen aufweist, die mit Justierpins in Eingriff gebracht werden können. Auf der Plattenanordnung wird eine Multichipleiterplatte angeordnet. Mittels eines stereolithographischen Prozesses wird auf der Multichipleiterplatte eine schichtartige Struktur erzeugt, indem die Multichipleiterplatte in eine aushärtbare Flüssigkeit eingetaucht wird, so dass sich über der Multichipleiterplatte eine dünne Schicht der Flüssigkeit befindet, die mittels eines Lasers ausgehärtet wird. Hierdurch entsteht eine feste Schicht. Auf dieser wird, nachdem die so erzeugte Anordnung in der Flüssigkeit ein Stück abgesenkt wurde, eine auf dieselbe Weise eine weitere Schicht erzeugt usw. Auf diese Weise werden nacheinander mehrere aufeinanderfolgende Schichten erzeugt, die die herzustellende Struktur bilden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Maßnahmen bereitzustellen, die eine einfache und kostengünstige teil- oder vollautomatische Fertigung und/oder Testung eines Halbleitermoduls ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ergreifen eines Halbleitermoduls gemäß Patentanspruch 1, und durch ein Verfahren zum elektrischen Testen eines Halbleitermoduls gemäß Patentanspruch 3 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein Halbleitermodul weist ein Außengehäuse mit vier Seitenwänden auf, sowie einen an dem Außengehäuse montierten Schaltungsträger mit einer Oberseite und einer der Oberseite entgegengesetzte Unterseite. Ein auf der Oberseite befindlicher Halbleiterchip ist in dem Außengehäuse angeordnet. Eine als Vertiefung ausgebildete erste Greifertasche erstreckt sich ausgehend von der Außenseite des Außengehäuses in eine erste der Seitenwände hinein.
  • Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zum Ergreifen des Halbleitermoduls. Bei dem Verfahren wird außer dem Halbleitermodul noch eine Positioniervorrichtung bereitgestellt, die einen ersten Greiferfinger aufweist. Um das Halbleitermodul mit Hilfe der Positioniervorrichtung zu ergreifen, greift der erste Greiferfinger in die erste Greifertasche ein. Nach dem Ergreifen wird das Halbleitermodul durch die Positioniervorrichtung bewegt, wobei das Halbleitermodul während des Bewegens durch die Positioniervorrichtung auf den Kopf gestellt wird.
  • Bei einem Verfahren zum Bewegen eines Halbleitermoduls wird das Halbleitermodul zunächst entsprechend dem ersten Aspekt durch eine Positioniervorrichtung ergriffen und danach durch die Positioniervorrichtung bewegt.
  • Ein zweiter Aspekt betrifft ein Verfahren zum elektrischen Testen eines Halbleitermoduls, das an seiner dem Schaltungsträger abgewandten Seite eine Anzahl elektrischer Außenanschlüsse aufweist. Hierzu wird ein Halbleitermodul bereitgestellt. Dieses weist ein Außengehäuse mit vier Seitenwänden auf, sowie einen an dem Außengehäuse montierten Schaltungsträger mit einer Oberseite und einer der Oberseite entgegengesetzte Unterseite. Ein auf der Oberseite befindlicher Halbleiterchip ist in dem Außengehäuse angeordnet. Eine als Vertiefung ausgebildete erste Greifertasche erstreckt sich ausgehend von der Außenseite des Außengehäuses in eine erste der Seitenwände hinein. Außerdem werden ein elektrischer Messadapter bereitgestellt, sowie eine Positioniervorrichtung, die einen ersten Greiferfinger aufweist. Das Halbleitermodul wird mittels der Positioniervorrichtung ergriffen, wobei der erste Greiferfinger in die erste Greifertasche eingreift, und durch die Positioniervorrichtung nach dem Ergreifen derart bewegt, dass das Halbleitermodul so relativ zum Messadapter positioniert wird, dass die elektrischen Außenanschlüsse dem Messadapter zugewandt sind, wobei das Halbleitermodul während des Bewegens durch die Positioniervorrichtung auf den Kopf gestellt wird. Danach werden die Außenanschlüsse durch den Messadapter elektrisch kontaktiert. Nachfolgend wird die elektrische Funktionsfähigkeit des Halbleitermoduls getestet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Elemente. Es zeigen:
    • 1 einen Querschnitt durch ein Halbleitermodul, dessen Au-ßengehäuse an zwei einander entgegengesetzten Seitenwänden jeweils eine Greifertasche aufweist.
    • 2 einen Querschnitt durch ein weiteres Halbleitermodul, dessen Außengehäuse an zwei einander entgegengesetzten Seitenwänden jeweils eine Greifertasche aufweist.
    • 3 eine Seitenansicht eines Halbleitermodul mit Blick auf eine Seitenwand, in die sich zwei Greifertaschen hinein erstrecken.
    • 4 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Halbleitermoduls gemäß 2.
    • 5 eine Draufsicht auf das Halbleitermodul gemäß 3.
    • 6 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Halbleitermoduls.
    • 7 einen eine Greifertasche aufweisenden Abschnitt eines Gehäuses für ein Halbleitermodul.
    • 8 einen eine Greifertasche aufweisenden Abschnitt eines anderen Gehäuses für ein Halbleitermodul.
    • 9A eine perspektivische Ansicht eines eine Greifertasche aufweisenden Abschnitts noch eines anderen Gehäuses für ein Halbleitermodul.
    • 9B eine Seitenansicht des Gehäuseabschnitts gemäß 9A nach der Montage einer Bodenplatten an dem Gehäuse.
    • 10A bis 10E verschiedene Schritte eines Verfahrens, bei dem ein Halbleitermodul mittels einer Positioniervorrichtung umgesetzt und danach elektrisch getestet wird.
    • 11 das Halbleitermodul gemäß 10C in einer gegenüber 10 auf den Kopf gestellten Ausrichtung.
    • 12 ein gemäß den 3 bis 5 ausgebildetes Halbleitermodul, in dessen Greifertaschen vier Greiferfinger einer Positioniervorrichtung eingreifen.
  • Die 1 und 2 zeigen jeweils ein Halbleitermodul 100 mit einem Außengehäuse 6 und einem Schaltungsträger 2. Als „Außengehäuse“ wird ein Gehäuse verstanden, das auch beim bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleitermoduls 100, beispielsweise wenn dieses beim Antrieb eines Motors oder Umrichters eingesetzt wird, frei zugänglich ist. Das Außengehäuse 6 besitzt vier Seitenwände 61, 62, 63, 64, die jeweils den Innenraum des Außengehäuses 6 in einer zum Schaltungsträger 2 parallelen Richtung begrenzen. Die dritte Seitenwand 63 ist in den 1 und 2 aufgrund der Schnittansicht nicht zu sehen.
  • An dem Außengehäuse 6 ist ein Schaltungsträger 2 montiert. Dieser weist eine Oberseite 2t auf, die mit einem Halbleiterchip 1 bestückt ist, sowie eine der Oberseite 2t entgegengesetzte Unterseite 2b. An seiner Unterseite 2b kann der Schaltungsträger 2 optional noch eine gestrichelt dargestellte Pin- oder Pin-Fin-Struktur 21 aufweisen. Alternativ kann die Unterseite 2b eben oder im Wesentlichen eben sein. Die beim Betrieb des Halbleitermoduls 100 in dem Halbleiterchip 1 anfallende Verlustwärme wird in erster Linie über die Unterseite 2b und - soweit vorhanden - über die Pin- oder Pin-Fin-Struktur 21 abgeführt.
  • Der Halbleiterchip 1 weist einen Halbleiterkörper 10 auf, sowie einen ersten Lastanschluss 11 und einen zweiten Lastanschluss 12, die auf einander entgegengesetzten Seiten des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sind. Der erste Lastanschluss 11 ist auf der dem Schaltungsträger 2 abgewandten Seite und der zweite Lastanschluss 12 auf der dem Schaltungsträger 2 zugewandten Seite des Halbleiterkörpers 10 angeordnet. Optional könnte noch ein Steueranschluss vorhanden sein, der auf der dem Schaltungsträger 2 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 10 angeordnet ist.
  • In dem Halbleiterchip 1 kann ein beliebiges Halbleiterbauelement integriert sein, beispielsweise eine Diode, oder ein steuerbares Halbleiterbauelement wie z. B. ein MOSFET, ein IGBT, ein JFET, ein Thyristor etc. Das Halbleiterbauelement weist eine Laststrecke auf, die zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 ausgebildet ist und über die während des Betriebs des Halbleitermoduls 100 ein Laststrom fließt. Sofern es sich bei dem Halbleiterbauelement um ein steuerbares Halbleiterbauelement handelt, kann der Laststrom durch Anlegen eines Steuersignals an den Steueranschluss gesteuert werden.
  • Bei dem ersten und zweiten Lastanschluss 11, 12 und, soweit vorhanden, dem Steueranschluss 13 kann es sich jeweils um einen Kontaktpad, z. B. eine Metallisierungsschicht, handeln, der auf den Halbleiterkörper 10 aufgebracht ist. Derartige Kontaktpads werden bereits während der Herstellung des Halbleiterchips 1 auf den Halbleiterkörper 10 aufgebracht. Damit sind die ersten und zweiten Lastanschlüsse 11, 12 und, soweit vorhanden, der Steueranschluss 13 bereits Bestandteil des Halbleiterchips 1, bevor dieser auf dem Schaltungsträger 2 montiert wird.
  • Je nach Art des in einem Halbleiterchip 1 realisierten Halbleiterbauelements kann es sich bei dem ersten und zweiten Lastanschluss 11 und 12 z. B. um Anode und Kathode, um Kathode und Anode, um Source und Drain, um Drain und Source, um Emitter und Kollektor, oder um Kollektor und Emitter handeln. Bei einem Steueranschluss kann es sich zum Beispiel um einen Gate- oder einen Basisanschluss handeln.
  • Der Halbleiterkörper 10 eines Halbleiterchips 1 kann ein beliebiges Halbleitergrundmaterial aufweisen, beispielsweise Silizium, Siliziumkarbid, Galliumnitrid, Galliumarsenid, etc.
  • Der Schaltungsträger 2 weist ein Substrat 4 auf, das einen als dünne Schicht ausgebildeten, dielektrischen Isolationsträger 40 besitzt, der mit einer strukturierten oberen Metallisierungsschicht 41 beschichtet ist, sowie auf seiner der oberen Metallisierungsschicht 41 entgegengesetzten Seite mit einer unteren Metallisierungsschicht 42. Als Materialien für die obere Metallisierungsschicht 41 und die betreffende untere Metallisierungsschicht eigenen sich elektrisch gut leitende Metalle wie beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Die obere Metallisierungsschicht 41 und/oder die untere Metallisierungsschicht 42 können, unabhängig voneinander, jeweils eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 2,5 mm aufweisen. Die Dicke des Isolationsträgers 40 kann z. B. im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm liegen. Größere oder kleinere als die angegebenen Dicken sind jedoch ebenfalls möglich.
  • Bei dem Substrat 4 kann es sich optional um ein Keramiksubstrat handeln, bei dem der Isolationsträger 40 als Keramikschicht ausgebildet ist oder Keramik aufweist. Die Keramikschicht kann zum Beispiel eine Schicht aus oder mit Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN) oder Zirkoniumoxid (ZrO2) sein. Andere elektrisch isolierende Keramikschichten können jedoch ebenso eingesetzt werden.
  • Im Fall eines als Keramiksubstrat ausgebildeten Substrats 4 kann dieses zum Beispiel als DCB-Substrat (DCB = Direct Copper Bonding), als DAB-Substrat (DAB = Direct Aluminum Bonding), als AMB-Substrat (AMB = Active Metal Brazing) oder als IMS-Substrat (IMS = Insulated Metal Substrate) ausgebildet sein.
  • Zur Montage des Halbleiterchips 1 auf dem Substrat 4 wird der Halbleiterchip 1 an seinem zweiten Lastanschluss 12 mittels einer Verbindungsschicht 14 stoffschlüssig mit der oberen Metallisierungsschicht 41 verbunden. Die Verbindung kann optional elektrisch leitend sein, so dass der zweite Lastanschluss 12 und die obere Metallisierungsschicht 41 durch die Verbindungsschicht 14 elektrisch leitend verbunden sind. Bei der Verbindungsschicht 14 kann es sich zum Beispiel um eine Lotschicht handeln, eine Schicht mit gesintertem Metallpulver (z. B. einem gesinterten Silberpulver), oder eine Schicht aus einem Leitkleber. Sofern keine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Lastanschluss 12 und der oberen Metallisierungsschicht 41 gewünscht ist, kann die Verbindungsschicht 14 auch dielektrisch sein, beispielsweise ein dielektrischer Kleber. Grundsätzlich kann der Schaltungsträger 2 anstelle mit einem Halbleiterchip 1, wie er vorangehend beschrieben wurde, alternativ oder zusätzlich auch mit einem beliebigen anders ausgebildeten Halbleiterchip 1 bestückt sein.
  • Zur Herstellung des Halbleitermoduls 100 kann der mit dem Halbleiterchip 1 vorbestückte Schaltungsträger 2, beispielsweise durch Verkleben mittels eines Klebers 66, an dem Außengehäuse 6 befestigt werden. An seiner dem Schaltungsträger 2 abgewandten Oberseite kann das Außengehäuse 6 noch einen Gehäusedeckel 65 aufweisen. Dieser kann auf die Seitenwände 61, 62, 63, 64 aufgesetzt oder aiterativ einstückig mit diesen ausgebildet sein. Ein derartiger Gehäusedeckel 65 ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Zur elektrischen Isolierung der in dem Außengehäuse 6 verbauten elektrischen Komponenten ist in das Innere des Außengehäuses 6 noch eine - nicht dargestellte - dielektrische Vergussmasse eingefüllt, nämlich ein Silikongel.
  • Optional kann das Halbleitermodul 100 einen oder mehrere elektrische Außenanschlüsse 9 aufweisen, die sich an der dem Schaltungsträger 2 abgewandten Oberseite des Außengehäuses 6 aus dem Außengehäuse 6 heraus erstrecken. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die im Inneren des Außengehäuses 6 vorhandene elektrische Anbindung der Außenanschlüsse 9 an die auf dem Schaltungsträger 2 realisierte Schaltung nicht gezeigt.
  • Bei dem Halbleitermodul 100 gemäß 1 weist der Schaltungsträger 2 außer dem Substrat 4 noch eine Bodenplatte 3 auf. Bei dieser kann es sich zum Beispiel um eine Metallplatte handeln. Eine solche kann zum Beispiel eine Metallschicht, z. B. aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer oder einer Kupferlegierung, aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass eine Bodenplatte 2 eine Schicht aus einem MMC-Material (MMC = metal matrix composite) aufweist.
  • Optional kann diese Metallschicht zumindest auf ihrer dem Substrat 4 zugewandten Seite mit einer dünnen Oberflächenmetallisierung versehen sein, die beispielsweise dazu dienen kann, die Lötbarkeit zu verbessern und/oder eine Oxidation der Metallschicht zu verhindern. Beispielsweise kann es sich bei der dünnen Oberflächenmetallisierung um eine Nickelschicht handeln. Eine solche Oberflächenmetallisierung kann z. B. galvanisch auf die Metallschicht aufgebracht werden.
  • Sofern das Halbleitermodul 100 eine Bodenplatte 3 aufweist, ist mittels einer Verbindungsschicht 34 stoffschlüssig mit der unteren Metallisierungsschicht 42 verbunden. Bei der Verbindungsschicht 34 kann es sich zum Beispiel um eine Lotschicht handeln, oder um eine Schicht mit gesintertem Metallpulver (z. B. einem gesinterten Silberpulver).
  • Bei einem Halbleitermodul 100, dessen Schaltungsträger 2 eine Bodenplatte 3 aufweist, bildet deren Unterseite - wie in 1 gezeigt - zugleich die Unterseite 2b des Schaltungsträgers 2. Ebenso ist es jedoch bei einem Halbleitermodul 100 ohne Bodenplatte 2 möglich, dass die dem Isolationsträger 40 abgewandte Seite der unteren Metallisierungsschicht 42 - wie in 2 gezeigt - zugleich die Unterseite 2b des Schaltungsträgers 2 darstellt.
  • Um das Halbleitermodul 100 während der Fertigung und/oder elektrischen Testung bewegen zu können, weist das Außengehäuse 6 an zumindest einer ersten (61) der Seitenwände 61, 62, 63, 64 wenigstens eine erste Greifertasche 71 auf, in die jeweils ein Greiffinger einer Positioniervorrichtung eingreifen kann, um das Halbleitermodul 100 zu greifen und dieses dann zu bewegen, beispielsweise umzusetzen, zu drehen, zu schwenken, zu kippen, etc. In den 1 und 2 ist eine erste Greifertasche 71 gezeigt, die in der ersten Seitenwand 61 ausgebildet ist, sowie eine zweite Greifertasche 72, die in einer der ersten Seitenwand 61 entgegengesetzten zweiten Seitenwand 62 ausgebildet ist. Grundsätzlich kann die Tiefe d7 einer Greifertasche 71, 72 beliebig gewählt werden. Sie kann beispielsweise wenigstens 1 mm betragen.
  • 3 zeigt ein Halbleitermodul 100 in Seitenansicht. Wie auch bei allen anderen Halbleitermodulen 100 gemäß der vorliegenden Erfindung kann es einen Grundaufbau aufweisen, wie er anhand der 1 und 2 erläutert wurde.
  • Wie dargestellt weist die erste Seitenwand 61 zumindest eine erste Greifertasche 71 auf (in 1 sind lediglich beispielhaft zwei dargestellt), von denen jede als Vertiefung ausgebildet ist, die sich ausgehend von der Außenseite des Außengehäuses 6 in die erste Seitenwand 61 hinein erstreckt. Wie in 3 ebenfalls zu erkennen ist, kann ein Halbleitermodul 100 alternativ oder zusätzlich zu dem wenigstens einen an der dem Schaltungsträger 2 abgewandten Seite des Außengehäuses 6 angeordneten Außenanschluss 9 noch einen oder mehrere weitere elektrische Außenanschlüsse 81, 82, 83 aufweisen, von denen sich jeder an einer (derselben oder einer anderen) der Seitenwände 61, 62, 63, 64 aus dem Außengehäuse 6 heraus erstreckt. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines vergrößerten Abschnitts des Halbleitermoduls 100 gemäß 3.
  • Indem die erste Seitenwand 61 zwei voneinander beabstandete erste Greifertaschen 71 aufweist, in die jeweils ein Greiffinger eingreifen kann, lässt sich das Halbleitermodul 100 durch eine geeignet ausgestaltete Positioniervorrichtung sehr präzise positionieren. Derselbe Effekt ließe sich auch mit nur einer lang gestreckten Greifertasche 71 erreichen.
  • Wie der Draufsicht gemäß 5 zu entnehmen ist, können zwei einander entgegengesetzte Seitenwände 61 und 62 des Außengehäuses 6 jeweils zwei Greifertaschen 71 bzw. 72 aufweisen. So sind in der ersten Seitenwand 61 zwei erste Greifertaschen 71 ausgebildet, und in der zweiten Seitenwand 62 zwei zweite Greifertaschen 72.
  • Gemäß einer weiteren, in 6 gezeigten Ausgestaltung kann ein Halbleitermodul 100 an zwei einander entgegengesetzten Seitenwände 61 und 62 des Außengehäuses 6 jeweils nur eine Greifertasche 71 bzw. 72 aufweisen. So ist in der ersten Seitenwand 61 eine erste Greifertasche 71 ausgebildet, und in der zweiten Seitenwand 62 eine - hier verdeckte - zweite Greifertaschen 72.
  • Wie in 7 am Beispiel einer ersten Greifertasche 71 gezeigt ist, kann eine Greifertasche in dem Außengehäuse 6 als Vertiefung ausgebildet sein, die umlaufende vom Material des Außengehäuses 6, beispielsweise einem duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff, begrenzt ist. Eine besondere Ausgestaltung hiervon zeigt 8. Hier wird die Greifertasche 71 an einer ihrer Seitenflächen durch einen Schraubentunnel 68 des Außengehäuses 6 begrenzt. Der Schraubentunnel 68 dient zum Hindurchführen einer Befestigungsschraube, mittels der das fertige Halbleitermodul 100 mit der Unterseite 2b (hier nicht dargestellt) an einen Träger, beispielsweise einen Kühlkörper, geschraubt werden kann. Da der Schraubentunnel 68 eine gewölbte Außenseite aufweist, ist er mit einem Anschlag 69 versehen, der verhindert, dass ein in die Greifertasche 71 eingreifender Greiferfinger unbeabsichtigt aus der Greifertasche 71 rutscht.
  • Eine weitere Variante zeigt 9A anhand eines Außengehäuses 6. 9B zeigt das fertige Halbleitermodul 100 nach der Montage des eine Bodenplatte 3 aufweisenden Schaltungsträgers 2 an dem Außengehäuse 6. Wie in der Zusammenschau der 9A und 9B zu erkennen ist, ist eine in dem Außengehäuse 6 ausgebildete Vertiefung an ihrer der Bodenplatte 3 zugewandten Seite offen. Nach der Montage des die Bodenplatte 3 aufweisenden Schaltungsträgers 2 an dem Außengehäuse 6 schließt die Bodenplatte 3 die zunächst offene Seite der Vertiefung unter Ausbildung einer Greifertasche 71.
  • Unter Verwendung einer oder mehrerer Greifertaschen 71, 72 lässt sich ein Halbleitermodul 100 mit Hilfe einer Positioniervorrichtung greifen und bewegen, wie dies bei einer teil- oder vollautomatischen Prozessierung im Rahmen der Herstellung und/oder Testung des Halbleitermoduls 100 wünschenswert ist, und/oder im Rahmen der Montage beim Kunden. Dies wird nachfolgend anhand der 10A bis 10E am Beispiel eines elektrischen Funktionstests erläutert, der an einem Halbleitermodul 100 gemäß 2 durchgeführt wird. Das Verfahren lässt sich entsprechend auch mit beliebigen anderen Halbleitermodulen 100 durchführen.
  • Wie in 10A gezeigt ist, befindet sich das Halbleitermodul 100 zunächst in einer ersten Position in einer ersten räumlichen Orientierung. Die erste Position ist lediglich beispielhaft dadurch gegeben, dass das Halbleitermodul 100 auf einer ersten Unterlage 401 aufliegt. Eine Positioniervorrichtung 200, die einen ersten Greiferfinger 271 und einen zweiten Greiferfinger 272 aufweist, ergreift das Halbleitermodul 100, indem der erste Greiferfinger 271 in die erste Greifertasche 71 und der zweite Greiferfinger 272 in die zweite Greifertasche 72 eingreifen, was in 10B dargestellt ist. Unter Aufrechterhaltung des Eingriffs kann das Halbleitermodul 100 nun, wie in 10C gezeigt ist, durch die Positioniervorrichtung 200 von der ersten Position wegbewegt und/oder seine räumliche Orientierung gegenüber der ersten räumlichen Orientierung geändert werden. Das Eingreifen sämtlicher Greiferfinger 271, 272 in die korrespondierende Greifertasche 71, 72 kann optional so erfolgen, dass die Greiferfinger 271, 272 beim Eingreifen keinen Druck auf die betreffende Seitenwand 61, 62 ausüben. Dies kann zum Beispiel sein, wenn das Halbleitermodul 100 ein Außengehäuse 6 auf Thermoplast-Basis aufweist und das Halbleitermodul 100 einem Temperaturtest bei hohen Temperaturen unterzogen wird. Hierbei bestünde nämlich die Gefahr, dass sich das Außengehäuse 6 verzieht, wenn Greiferfinger 271, 272 beim Eingreifen Druck auf die betreffende Seitenwand 61, 62 ausüben.
  • Wie in 10D dargestellt ist, kann das Halbleitermodul 100 dabei von der ersten Position in eine von der ersten Position verschieden zweite Position verbracht werden und/oder von der ersten räumlichen Orientierung in eine zweite räumliche Orientierung. Bei dem Beispiel gemäß 10D wird das Halbleitermodul 100 durch die Positioniervorrichtung 200 unterhalb eines elektrischen Messadapters 300 auf einer zweiten Unterlage 402 abgelegt. Ebenso wäre es zum Beispiel auch möglich, das Halbleitermodul 100 an einer anderen Stelle auf der ersten Unterlage 401 abzulegen. In der zweiten Position des Halbleitermoduls 100 ist dessen räumliche Orientierung relativ zum Messadapter 300 so gewählt, dass die elektrischen Außenanschlüsse 9 dem Messadapter 300 zugewandt sind. Dach werden die Außenanschlüsse 9 des Halbleitermoduls 100, wie in 10E gezeigt, durch korrespondierende Messkontakte 309 des Messadapters 300 kontaktiert und die elektrische Funktionsfähigkeit des Halbleitermoduls 100 mit Hilfe des Messadapters 300 getestet.
  • Um eine korrekte Kontaktierung zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass das Modul exakt unter dem Messadapter positioniert wird. Eine fehlerhafte Kontaktierung der spitzen Außenanschlüsse 9 kann zu einer Zerstörung des Moduls während der Messung führen und/oder zu hohen elektrischen Übergangswiderständen, welche sowohl schädlich für das Modul sein können als auch die Messung negativ beeinflussen können. Bei fehlerhafter oder gar keiner Kontaktierung von als Lastanschlüsse ausgebildeten Außenanschlüssen 9 kann zusätzlich noch zu Brandspuren kommen, beispielsweise wenn elektrische Überschläge mit Funkenbildung auftreten.
  • Während des elektrischen Tests kann das gesamte Halbleitermodul 100 optional über einen gesamten hohen Temperaturbereich (z. B. von -40°C bis +175°C) hinweg getestet werden, d.h. während des Tests wird der gesamte Temperaturbereich durchfahren. Der Test kann außerdem bei hohen Lastströmen im dynamischen Bereich (z. B. Anstiegszeiten von einigen µs oder weniger) durchgeführt werden.
  • Auf entsprechende Weise können alternativ oder zusätzlich auch andere Funktionstests durchgeführt werden. Allgemein können eine oder mehrere Teststationen vorhanden sein, die von einem zu testenden Halbleitermodul 100 nacheinander durchlaufen werden. Hierzu kann das Halbleitermodul 100 durch die Positioniervorrichtung 200 an eine Teststation gebracht, dort getestet und nach Abschluss des betreffenden Tests zur nächsten Teststation verbracht werden, wo es wiederum getestet wird, usw.
  • Beispiele für solche Tests sind: Dynamiktest der elektronischen Bauelemente des Halbleitermoduls 100 (z. B. im Bereich von 125°C bis 175°C), Kurzschlusstest (SCSOA = short-circuit safe operating area), Abschalttest (RBSOA = reverse bias safe operating area), Diodenrecovery (SOA = safe operation area), Statiktest (z. B. bei Raumtemperatur, bei -40°C, bei +150°C), Durchlassmessungen IGBT und Diode (Hochstrommessung; z.B. VCEsat, VF, ...), Sperrmessungen IGBT und Diode (Hochspannungsmessung; z.B. VBRCES, ...), Leckstrommessungen (z.B. ICES, IGES,...), Hohlraummessung, Isolationstest.
  • 11 zeigt noch ein Beispiel für die Änderung der räumlichen Orientierung des Halbleitermoduls 100 durch die Positioniervorrichtung 200 ausgehend von dem Verfahren, wie es bezugnehmend auf die 10A bis 10C beschrieben ist. Das Halbleitermodul 100 kann auf beliebige Weise und in beliebigen Kombinationen miteinander gehoben, abgesenkt, zur Seite bewegt, gekippt oder gedreht werden. In 11 ist lediglich beispielhaft dargestellt, dass das Halbleitermodul 100 - im Vergleich zu seiner räumlichen Orientierung gemäß 10C - auf den Kopf gestellt ist.
  • Generell lässt sich ein Halbleitermodul 100 mit einer oder mehreren Greifertaschen 71, 72 mittels einer Positioniervorrichtung 200 (z. B. einem Robotergreifer) auf beliebige Weise im Raum positionieren und räumliche orientieren.
  • Grundsätzlich kann es ausreichen, wenn eine Positioniervorrichtung 200 nur mit genau einem Greiferfinger 271 in eine Greifertasche 71 des Halbleitermoduls 100 eingreift. Beispielsweise könnte an der in den 10A und 10B gezeigten Positioniervorrichtung 200 der zweite Greiferfinger 272 fehlen und der rechte Teil der Positioniervorrichtung 2 mit einer ebenen Oberfläche gegen die zweite Seitenwand 62 drücken.
  • Eine präzisere Führung lässt sich jedoch erreichen, wenn zwei entgegengesetzte Seitenwände 61 und 62 des Außengehäuses 6 jeweils (wenigstens) eine erste Greifertasche 71 bzw. (wenigstens) eine zweite Greifertasche 72 aufweisen, wie dies zum Beispiel bei den Halbleitermodulen 100 gemäß den 3 bis 6 der Fall ist. Während das Halbleitermodul 100 gemäß 6 an zwei entgegengesetzte Seitenwänden 61 und 62 jeweils genau eine erste Greifertasche 71 bzw. genau eine zweite Greifertasche 72 aufweist, besitzt das Halbleitermodul 100 gemäß den 3 bis 5 zwei erste Greifertaschen 71, die an der ersten Seitenwand 61 ausgebildet sind, sowie zwei zweite Greifertaschen 72, die an der zweiten Seitenwand 62 ausgebildet sind.
  • 12 zeigt noch ein Halbleitermodul 100, das gemäß den 3 bis 5 ausgebildet ist und in dessen Greifertaschen 71, 72 vier Greiferfinger 271 bzw. 272 einer Positioniervorrichtung 200 eingreifen. Wie in 12 zu erkennen ist, können die ersten Greiferfinger 271, die in erste Greifertaschen 71 eingreifen, welche an derselben ersten Seitenwand 61 ausgebildet sind, optional starr miteinander verbunden sein. Entsprechendes gilt für die zweiten Greiferfinger 272, die in zweite Greifertaschen 72 eingreifen, welche an derselben zweiten Seitenwand 62 ausgebildet sind.
  • Weiterhin können Greifertaschen 71, 72 so ausgebildet sein, dass sie seitlich umlaufend geschlossen sind, also eine ringförmig geschlossene seitliche Begrenzungswand aufweisen, wie dies beispielsweise bei in den 6, 7 und 9B der Fall ist.
  • Die vorliegende Erfindung besitzt den Vorteil, dass die Aufnahme des Halbleitermoduls 100 durch eine Positioniervorrichtung keine magnetischen Metallteile des Halbleitermoduls 100 erfordert. Die Lage der Greifertaschen 71, 72 kann außerhalb von Bereichen des Halbleitermoduls 100 gewählt werden, in denen sich Funktionsteile (zum Beispiel Außenanschlüsse 9, 81, 82, 83, thermische Kontaktfläche zur Wärmeableitung an Unterseite 2b des Schaltungsträgers 2) befinden. Die Greifertaschen können also von den Funktionsteilen beabstandet sein. Durch das Greifen des Halbleitermoduls 100 an den Greifertaschen 71, 72 wird eine beschädigungs- und verkratzungsfreie Aufnahme sichergestellt. Insbesondere wenn es sich bei dem Außengehäuse 6 um ein Kunststoffgehäuse handelt, können Kratzer und andere Beschädigungen von Metallteilen, wie sie bei herkömmlichen Positioniervorrichtungen auftreten können, vermieden werden.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich kurze Prozesszeiten und damit eine kostengünstige Produktion bei einer zugleich hohen Positioniergenauigkeit realisieren lassen. Um die Zeiten für das Handling der Halbleitermodule gering zu halten, ist es vorteilhaft, diese mit hohen Beschleunigungen zu bewegen. Um diese zu erreichen, ist es günstig, wenn das zu bewegende Halbleitermodul 100 eine geringe Masse aufweist. Da ein Halbleitermodul 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Zweck des Greifens und Bewegens mit einer Positioniervorrichtung keine schweren magnetischen Bestandteile wie Schraubenmuttern oder dergleichen aufweisen muss, ermöglicht die vorliegende Erfindung hohe Beschleunigungen, beispielsweise im Bereich von etwa 1,5 g bis 2 g (ca. 14,7 m/s2 bis 19,6 m/s2).
  • Beide Faktoren, hohe Testtemperaturen, bei denen die mechanischen Eigenschaften von glasfaserverstärkten Thermoplasten abnehmen, als auch die hohe Beschleunigung, bestimmen in Verbindung mit einer hohen Positioniergenauigkeit die wesentlichen Anforderungen an eine geeignete Greiferschnittstelle.
  • Mit der hier vorgestellten Lösung ergibt sich eine Greiferschnittstelle, die in Bezug auf Temperaturbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Genauigkeit den Anforderungen gerecht wird.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Ergreifen eines Halbleitermoduls (100) mit den Schritten: Bereitstellen eines Halbleitermoduls (100), wobei das Halbleitermodul (100) aufweist: ein Außengehäuse (6) mit vier Seitenwänden (61, 62, 63, 64); einen an dem Außengehäuse (6) montierten Schaltungsträger (2), der eine Oberseite (2t) sowie eine der Oberseite (2t) entgegengesetzte Unterseite (2b) aufweist; einen Halbleiterchip (1), der auf der Oberseite (2t) und in dem Außengehäuse (2t) angeordnet ist; und eine als Vertiefung ausgebildete erste Greifertasche (71), die sich ausgehend von der Außenseite des Außengehäuses (6) in eine erste (61) der Seitenwände (61, 62, 63, 64) hinein erstreckt; Bereitstellen einer Positioniervorrichtung (200), die einen ersten Greiferfinger (271) aufweist; Ergreifen des Halbleitermoduls (100) mittels der Positioniervorrichtung (200), wobei der erste Greiferfinger (271) in die erste Greifertasche (71) eingreift; und Bewegen des Halbleitermoduls (100) durch die Positioniervorrichtung (200) nach dem Ergreifen, wobei das Halbleitermodul (100) während des Bewegens durch die Positioniervorrichtung (200) auf den Kopf gestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Halbleitermodul (100) eine als Vertiefung ausgebildete zweite Greifertasche (72) aufweist, die sich ausgehend von der Außenseite des Außengehäuses (6) in eine zweite (62) der Seitenwände (61, 62, 63, 64) hinein erstreckt; und die Positioniervorrichtung (200) einen zweiten Greiferfinger (272) aufweist, der beim Ergreifen des Halbleitermoduls (100) in die zweite Greifertasche (72) eingreift.
  3. Verfahren zum elektrischen Testen eines Halbleitermoduls (100), das an seiner dem Schaltungsträger (2) abgewandten Seite eine Anzahl elektrischer Außenanschlüsse (9) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines elektrischen Messadapters (300); Bereitstellen eines Halbleitermoduls (100), das aufweist: - ein Außengehäuse (6) mit vier Seitenwänden (61, 62, 63, 64); - einen an dem Außengehäuse (6) montierten Schaltungsträger (2), der eine Oberseite (2t) sowie eine der Oberseite (2t) entgegengesetzte Unterseite (2b) aufweist; - einen Halbleiterchip (1), der auf der Oberseite (2t) und in dem Außengehäuse (2t) angeordnet ist; und - eine als Vertiefung ausgebildete erste Greifertasche (71), die sich ausgehend von der Außenseite des Außengehäuses (6) in eine erste (61) der Seitenwände (61, 62, 63, 64) hinein erstreckt; Bereitstellen einer Positioniervorrichtung (200), die einen ersten Greiferfinger (271) aufweist; Ergreifen des Halbleitermoduls (100) mittels der Positioniervorrichtung (200), wobei der erste Greiferfinger (271) in die erste Greifertasche (71) eingreift; Bewegen des Halbleitermoduls (100) durch die Positioniervorrichtung (200) nach dem Ergreifen derart, dass das Halbleitermodul (100) so relativ zum Messadapter (300) positioniert wird, dass die elektrischen Außenanschlüsse (9) dem Messadapter (300) zugewandt sind, wobei das Halbleitermodul (100) während des Bewegens durch die Positioniervorrichtung (200) auf den Kopf gestellt wird; elektrisches Kontaktieren der Außenanschlüsse durch den Messadapter (300) und nachfolgendes Testen der elektrischen Funktionsfähigkeit des Halbleitermoduls (100).
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