-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein elektronisches Modul. Das elektronische Modul, insbesondere ein Mold-Modul, weist wenigstens einen Halbleiter, insbesondere Leistungshalbleiter oder einen insbesondere integrierten Halbleiterschaltkreis auf. Das elektronische Modul weist auch einen Mold-Körper auf, wobei der Halbleiter in den Mold-Körper eingebettet ist. Das Modul weist wenigstens einen elektrischen Anschluss auf, welcher mit dem Halbleiter mindestens mittelbar verbunden ist.
-
Bei Modulen mit einem Leistungshalbleiter sind bei bisher bekannten Modulen die elektrischen Anschlüsse jeweils mittels eines Lötpin-Kontaktes, mittels eines Schraubkontaktes oder mittels eines zum Verschweißen ausgebildeten Kontaktes nach außen aus dem Modul herausgeführt. Die so herausgeführten elektrischen Anschlüsse sind jeweils beispielsweise durch einen Blechstreifen, insbesondere Kupferblechstreifen oder einen Pin, insbesondere Kupferpin, gebildet.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß ist der elektrische Anschluss des Moduls der eingangs genannten Art durch eine elektrisch leitfähige Kontakthülse gebildet, welche in den Mold-Körper wenigstens teilweise, oder mit ihrer vollen Längserstreckung, eingebettet ist. Die Kontakthülse ist ausgebildet, von außen durch einen Draht kontaktiert zu werden und einen Endabschnitt des Drahtes aufzunehmen. So kann vorteilhaft mittels der Kontakthülse in dem Mold-Modul eine Steckbuchse gebildet sein, sodass das Mold-Modul vorteilhaft durch Einführen des Drahtendabschnittes kontaktiert werden kann.
-
Die Kontakthülse wird im Folgenden auch Hülse genannt.
-
Bevorzugt weist die Kontakthülse einen Kontaktabschnitt auf, wobei der Kontaktabschnitt der Kontakthülse angeordnet und ausgebildet ist, den Endabschnitt des Drahtes aufzunehmen und elektrisch zu kontaktieren. Der Kontaktabschnitt ist bevorzugt durch eine insbesondere hohlzylinderförmig ausgebildete Hülsenwand gebildet. Die Hülsenwand kann nach einem Einführen des Drahtes an einer Innenseite durch den Draht kontaktiert werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Draht beispielsweise ein isolierter Kupferdraht, wobei ein zum Verbinden mit dem Modul abisolierter Endabschnitt in die Hülse eingeführt werden kann.
-
In einer anderen Ausführungsform weist ein Stecker wenigstens einen oder eine Mehrzahl von Drähten, insbesondere Drahtabschnitte auf, welche jeweils einen Steckerpin bilden. Der wenigstens eine Drahtabschnitt mit einem Steckergehäuse verbunden, bevorzugt in das Steckergehäuse eingemoldet oder eingefasst. Das Modul kann so vorteilhaft durch einen Stecker kontaktiert werden.
-
Die Hülse des Moduls weist bevorzugt einen Hülsendeckel auf, welcher ausgebildet ist, einen von der Hülse umschlossenen Hohlraum oder eine Öffnung der Hülse nach außen hin zu verschließen. Der Hülsendeckel ist bevorzugt ausgebildet, durch den Draht beim Einführen des Endabschnitts in die Hülse durchstoßen zu werden. So kann vorteilhaft in einen von der Hülse eingeschlossenen Hohlraum, welcher zur Aufnahme des Drahtendabschnittes ausgebildet ist, kein Schmutz eindringen oder beim Ummolden des Halbleiterschaltkreises und der Hülse kein Mold-Material in die Hülse eindringen und die Hülse verstopfen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hülsendeckel durch ein an die Hülse angeformtes Blech gebildet. Die Hülse kann beispielsweise mittels Stanzen oder mittels Fließpressen erzeugt werden. Der Hülsendeckel kann so beispielsweise als ein beim Fließpressen oder beim Stanzpressen erzeugter Boden eines die Hülse formenden Hülsenbechers ausgebildet sein. Vorteilhaft ist der Hülsendeckel derart dünn ausgebildet, dass der Hülsendeckel durch den Draht durchstoßen werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hülsendeckel durch ein Lotmittel gebildet, wobei an dem Endabschnitt der Hülse entlang eine Längserstreckung der Hülse mit dem Lotmittel ausgefüllt ist. So kann vorteilhaft ein stumpf ausgebildetes Ende eines Drahtes auf den Hülsendeckel aufgesetzt werden und der Drahtendabschnitt zum Aufschmelzen des Lotes erwärmt werden. Der Draht kann dann – mit einer vorbestimmten Aufsetzkraft belegt – in das durch das Erhitzen verflüssigte Lotmittel eindringen und wenigstens einen Teil des Lotmittels in der Hülse verdrängen. Der Drahtendabschnitt kann so vorteilhaft mit dem Modul verlötet werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform schließt eine Stirnseite der Hülse mit einer Oberfläche des Moduls ab. So kann vorteilhaft eine Mold-Form zum Erzeugen des Moduls im Bereich der Hülse eben ausgebildet sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Modul ein Substrat auf. Das Substrat ist beispielsweise durch eine Leiterplatte, insbesondere eine Epoxidharz-Leiterplatte, oder durch ein DBC-Substrat gebildet. Der Halbleiter ist bevorzugt mit dem Substrat verbunden, insbesondere lötverbunden. Die Hülse ist – bevorzugt mit einem Endabschnitt der Hülse, insbesondere einem Hülsenfuß, – mit dem Substrat elektrisch verbunden, insbesondere lötverbunden.
-
Die Hülse ist bevorzugt mit einer Längserstreckung der Hülse senkrecht zu einer flachen Erstreckung des Substrats angeordnet. Die Hülse oder eine Mehrzahl von Hülsen kann so beispielsweise auf das Substrat gestellt werden und mittels eines Reflow-Lötofens mit dem Substrat verlötet werden. Die so auf dem Substrat stehenden, von dem Substrat abweisenden Hülsen können dann gemeinsam mit dem Substrat und gemeinsam mit einem mit dem Substrat lötverbundenen Halbleiter, von Mold-Masse umspritzt und so eingebettet werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hülse einen Kragen auf, welcher an den zum Einführen des Drahtes ausgebildeten Längsabschnitt der Hülse angeformt ist. Der Kragen erstreckt sich bevorzugt radial abweisend mit wenigstens einer Querkomponente zur Längsachse der Hülse, weiter bevorzugt quer zu einer Längsachse der Hülse. So kann vorteilhaft im Falle des sich mit einer Querkomponente zur Längsachse erstreckenden Kragens eine sich zum Hohlraum der Hülse hin verjüngende, insbesondere trichterförmige Öffnung, gebildet sein, welche ein Einführen des Drahtendabschnittes in die Hülse erleichtert. Weiter vorteilhaft kann durch den Kragen eine Mold-Form vor einem Umspritzen der Hülse mit dem Substrat auf dem Kragen aufsetzen, sodass die Hülse beim Aufsetzen der Mold-Form gleichmäßig belastet wird und so vorteilhaft kein oder nur ein geringes Kippmoment auf die Lötverbindung zwischen der Hülse und dem Substrat wirken kann.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hülse einen radial von der Hülse abweisenden Kragen auf, welcher an dem zum Verbinden mit dem Substrat ausgebildeten Endabschnitt angeformt ist. Vorteilhaft kann durch den so ausgebildeten Kragen ein Hülsenfuß gebildet sein. Der Hülsenfuß ist bevorzugt ausgebildet, die Hülse gegen ein Umkippen auf dem Substrat zu sichern. So kann die Hülse vorteilhaft beim Aufsetzen auf das Substrat vor einem Verlöten sicher auf dem Substrat stehen, als auch während eines Verlötens nicht umkippen. Weiter vorteilhaft kann nach einem Verlöten ein Kippmoment, welches von einer Mold-Form während eines Umspritzens auf die Hülse aufgebracht wird, die Lötstelle zwischen der Hülse und dem Substrat möglichst wenig belasten.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse wenigstens auf einem Längsabschnitt entlang der Längsachse hohlzylinderförmig ausgebildet.
-
Die Hülse weist in der hohlzylinderförmigen Ausbildung einen runden Querschnitt auf. In einer anderen Ausführungsform weist die Hülse einen eckigen Querschnitt auf, beispielsweise einen rechteckigen oder einen quadratischen Querschnitt. Die Hülse kann so vorteilhaft von einem Flachdraht kontaktiert werden.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Kontaktsystem mit wenigstens einem Modul der vorbeschriebenen Art und wenigstens einem Draht zum Verbinden mit dem Modul. Der Draht ist ausgebildet, beim Einführen in die Hülse den Hülsendeckel zu durchstoßen und die Hülse elektrisch zu kontaktieren. Bevorzugt weist der Draht eine ein Ende des Endabschnittes bildende, – insbesondere scharfe – Spitze auf, wobei die Spitze ausgebildet ist, beim Auftreffen des Drahtendabschnittes auf den Hülsendeckel der Hülse zu durchstoßen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verbindungssystem den bereits erwähnten Stecker, bei dem der wenigstens eine Draht in ein Steckergehäuse eingemoldet oder eingefasst ist. Ein Gegenstecker für den Stecker, umfassend die wenigstens eine Hülse, kann so vorteilhaft in ein Gehäuse des Schaltkreises oder Halbleiterbausteins integriert sein.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines elekronischen Bauelements des Moduls, insbesondere eines Halbleiters, welches in einem Mold-Modul eingebettet ist. Der Halbleiter ist beispielsweise ein Halbleiterschaltkreis oder ein Halbleiterschalter.
-
Bei dem Verfahren wird eine elektrisch leitfähig ausgebildete Hülse mit einem Substrat verlötet. Das Substrat ist mit dem Halbleiterschaltkreis lötverbunden.
-
In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Substrat mit dem Halbleiterschaltkreis und wenigstens einem Längsabschnitt der Hülse, bevorzugt zusammen mit der ganzen Hülse in eine Mold-Masse eingebettet, wobei ein eine Öffnung der Hülse verschließender Deckel ein Eindringen von Mold-Masse in einen von der Hülse umschlossenen Hohlraum verhindert. Die Hülse ist mit dem Halbleiterschaltkreis bevorzugt elektrisch verbunden.
-
In einem weiteren Schritt kann das Mold-Modul von einem Draht elektrisch kontaktiert werden. Dazu kann ein Endabschnitt des Drahtes den Deckel der Hülse zum Kontaktieren der Hülse an einer Hülseninnenwand durchstoßen. Nach einem Durchtreten des Endabschnittes durch den Hülsendeckel kann der Draht die Hülse an einer Hülseninnenwand, welche den Hohlraum einschließt, galvanisch berühren und so die Hülse elektrisch kontaktieren. Der Halbleiterschaltkreis ist dann so mit dem Draht elektrisch verbunden.
-
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein elektronisches Modul, bei dem wenigstens ein elektrischer Anschluss durch eine Kontakthülse gebildet ist, wobei die Kontakthülse in ein Moldmaterial des Moduls eingebettet ist;
-
2 zeigt das in 1 dargestellte Modul, bei dem in die Kontakthülsen jeweils ein Drahtabschnitt eingeführt ist und die Hülse von dem Draht so elektrisch kontaktiert ist.
-
1 zeigt – schematisch – ein Ausführungsbeispiel für ein elektronisches Modul 1 in einer Schnittdarstellung. Das elektronische Modul 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Substrat 2 auf, welches als DBC-Substrat (DBC = Direct-Bonded-Copper) ausgebildet ist.
-
In einer anderen Ausführungsform kann das Substrat als LTCC-Substrat (LTCC = Low-Temperature-Cofired-Ceramics) ausgebildet sein.
-
Das Substrat 2 weist eine Keramikschicht 3 auf und eine mit der Keramikschicht 3 insbesondere eutektisch verbundene Kupferschicht 4 und eine weitere Kupferschicht 5. Auf einer zu den Kupferschichten 4 und 5 abgewandten Seite der Keramikschicht 3 ist mit der Keramikschicht 3 eine weitere Kupferschicht 6 verbunden.
-
Das Modul 1 weist auch ein elektronisches Bauteil, in diesem Ausführungsbeispiel einen Halbleiter 7, auf. Der Halbleiter 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel als gehäuseloser Halbleiter, auch Bare-Die genannt, ausgebildet. Der Halbleiter 7 ist beispielsweise ein Halbleiterschalter, insbesondere ein Feldeffekttransistor. Der Halbleiter 7, insbesondere ein Schaltstreckenanschluss des Halbleiters 7, ist mittels eines Lotmittels 10 mit der Kupferschicht 4 verbunden. Der mit der Kupferschicht 4 verbundene Anschluss ist durch einen Oberflächenbereich des Halbleiters 7 gebildet. Ein weiterer Schaltstreckenanschluss, welcher durch einen zu dem mit der Kupferschicht 4 verbundenen Oberflächenbereich gegenüberliegend angeordnet ist, ist mittels eines Lotmittels 10 mit einer Verbindungsleitung 9 verlötet, welche mit einem elektrischen Anschluss 8 elektrisch verbunden ist. Der elektrische Anschluss 8 ragt mit einem Endabschnitt aus einem Gehäuse des Moduls 1 heraus. Das Gehäuse des Moduls 1 ist durch einen Mold-Körper 24 gebildet. Der Mold-Körper 24 ist durch Spritzen von Mold-Masse erzeugt.
-
Mit dem Substrat 2, insbesondere der Kupferschicht 4, ist auch eine elektrisch leitfähige Hülse 11 lötverbunden. Die Hülse 11 weist dazu einen umlaufend ausgebildeten Kragen 15 auf, welcher von der Hülse 11 radial abweist. Der Kragen 15 bildet so einen Fuß, auf den die Hülse 11 gestellt werden kann. Der einen Fuß bildende Kragen 15 ist mittels eines Lotmittels 10 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 4, zuvor auch Kupferschicht genannt, verlötet. Die Hülse 11 weist eine Hülsenwand 13 auf, welche zylinderförmig ausgebildet ist. Die Hülse 11 umschließt so einen zylinderförmigen Hohlraum 26.
-
Die Hülse 11 weist an einem zu dem Fuß 15 gegenüberliegenden Ende einen Hülsendeckel 17 auf. Der Hülsendeckel 17 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Blech gebildet, welches an die Hülsenwand 13 angeformt ist. Die Hülse 11 kann beispielsweise mittels Fließpressen erzeugt werden, sodass der Hülsendeckel 17 einen Hülsenboden eines so gebildeten Bechers ausbildet, wobei der Fuß 15 einen Öffnungsrand des so gebildeten Hülsenbechers bildet.
-
1 zeigt auch einen Draht 20, welcher ausgebildet ist, mit einem Endabschnitt 28 in die Hülse 11 entlang einer Längsachse 30 eingeführt zu werden. Die Längsachse 30 repräsentiert eine Längserstreckung der Hülse 11.
-
Der Draht 20 kann zusammen mit dem Modul 1 ein Kontaktsystem bilden.
-
Das Substrat 2, der Halbleiter 7, die Verbindungsleitung 9 und ein Teil des elektrischen Anschlusses 8 sind zusammen mit der Hülse 11 in dem Mold-Körper 24 eingebettet.
-
Dargestellt ist auch eine Werkzeughälfte 27 eines Mold-Werkzeuges, wobei die Werkzeughälfte 27 eine Kontur aufweist, welche einem Teil des Moduls 1 entspricht.
-
Die Hülse 11, insbesondere der Hülsendeckel 17, schließt nach einem Zufahren der Werkzeughälfte 27 zum Umspritzen der Hülse 11 zusammen mit dem Halbleiter 7 und dem Substrat 2 mit dem Hülsendeckel 17 ab. So kann kein Mold- Material in den von der Hülse 11 umschlossenen Hohlraum 26 beim Umspritzen der Hülse 11 eindringen.
-
Der Draht 20 weist auf dem Endabschnitt 28 eine Spitze 25 auf, welche ausgebildet ist, den Hülsendeckel 17 zu durchstoßen. Der Hülsendeckel 17 ist ausgebildet, von der Spitze 25 durchstoßen zu werden und weist dazu eine vorbestimmte Dicke, insbesondere Blechdicke des die Hülse 11 ausbildenden Blechs, insbesondere Kupferblechs, auf. Beispielsweise ist der Hülsendeckel 17 dünner ausgebildet als die Hülsenwand 13. Die Hülse 11 kann auf einem den Hülsendeckel umfassenden Endabschnitt einen größeren Innendurchmesser aufweisen, als die daran anschließende Hülsenwand, so dass der Endabschnitt beim Einstoßen der Spitze 25 in die Hülse 11 den in den Hohlraum 26 eingestoßenen Teil des Hülsendeckels 17 zusammen mit dem Endabschnitt 28 des Drahtes 20 aufnehmen kann. In einer anderen Ausführungsform kann der Draht wenigstens eine Längsnut aufweisen, so dass der eingestoßene Teil des Hülsendeckels in der wenigstens einen Längsnut aufgenommen werden kann.
-
Das Modul 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch eine weitere Hülse 12 auf, wobei die Hülse 12 eine zylinderförmig ausgebildete Hülsenwand 14 aufweist, welche einen Hohlraum 32 umschließt.
-
Die Hülse 12 weist einen Fuß 16 auf, welcher wie der Fuß 15 der Hülse 11 als ein radial abweisender, umlaufend ausgebildeter Kragen ausgebildet ist. Die Hülse 12 kann so mittels eines Lotmittels 10 auf der elektrisch leitfähigen Kupferschicht 5 stehend verlötet sein.
-
Die Hülse 12 weist einen Endabschnitt auf, welcher zu dem Endabschnitt mit dem Fuß 16 gegenüberliegt und welcher einen Hülsendeckel 18 aufweist, welcher ausgebildet ist, den Hohlraum 32 zu verschließen.
-
Der Hülsendeckel 18 ist – anders als der Hülsendeckel 17 – als Lotmittel ausgebildet, welches in diesem Ausführungsbeispiel einen Pfropfen in der Hülse 12 ausbildet. Die Hülse 12, insbesondere der Hohlraum 32 ist mit dem Lotmittel entlang eines Längsabschnitts 29 entlang der Längsachse 30 ausgefüllt. Die Hülse 12 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Öffnungskragen 19 auf, welcher an die Hülsenwand 14 der Hülse 12 angeformt ist und radial nach außen umlaufend abweist. Der Hülsenkragen 19 kann so einen Trichter einer Hülsenöffnung 33 der Hülse 12 ausbilden, sodass ein Draht 21 entlang einer Hülsenlängsachse 30 der Hülse 12 in den Hohlraum 26 leicht eingeführt werden kann.
-
Der mittels des Lotmittels gebildete Hülsendeckel 18 kann zum Einführen des Drahtes 21 beispielsweise mittels eines Reflow-Lötofens, oder mittels eines Lötkolbens, oder mittels eines Laserstrahls erwärmt und aufgeschmolzen werden. Der Draht 21 kann so in den Hohlraum 32 in einen zum Aufnehmen des Drahtes 21 ausgebildeten Längsabschnitt 31 der Hülse 12 eingeführt werden und beim Einführen mittels des durch den Hülsendeckel 18 gebildeten Lotmittels in der Hülse 12 mit dem Kragen 19 oder zusätzlich der Hülsenwand 14 verlötet werden.
-
2 zeigt das in 1 bereits gezeigte Modul 1 in einer Schnittdarstellung, wobei der Draht 20 mit dem Endabschnitt 28 in die Hülse 11 eingeführt ist und dabei den Hülsendeckel 17 durchstochen hat. Der Hülsendeckel 17 in 1 ist in 2 als durchstochener Hülsendeckel 17‘ dargestellt. Der durchstochene Hülsendeckel 17‘ ist dabei wenigstens teilweise von dem Draht 20 in den Hohlraum 26 eingepresst worden. So kann der durchstoßene Hülsendeckel 17‘ mit dem Endabschnitt 28 dicht abschließen.
-
2 zeigt auch den in der Hülse 12 verlöteten Draht 21, welcher entlang eines Längsabschnitts 31 der Hülse 12 in dem Hohlraum 32 aufgenommen ist und mittels des als Lotmittel ausgebildeten Hülsendeckels, in 2 als aufgeschmolzener Hülsendeckel 18‘ dargestellt, mit der Hülse 12 verlötet ist.
-
Die Drähte 20 und 21 sind jeweils als elektrisch leitfähige Drähte, insbesondere Kupferdrähte, ausgebildet. Der Draht 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrische Isolierung 22 auf. Der Draht 21 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrische Isolierung 23 auf.
-
Das Modul 1 kann – anders als in den 1 und 2 dargestellt – nur wenigstens eine Hülse oder mehrere Hülsen wie die Hülse 11 aufweisen, oder nur wenigstens eine Hülse oder mehrere Hülsen wie die Hülse 12 aufweisen, oder – wie in den 1 und 2 dargestellt – eine Kombination aus Hülsen wie die Hülsen 11 und 12.
-
Vorteilhaft kann so ein Leistungsmodul oder ein integrierter Schaltkreis gebildet sein, welcher von außen mittels eines Drahtes derart kontaktiert werden kann, dass ein Endabschnitt des Drahtes in die Hülse 11 beziehungsweise in die Hülse wie die Hülse 12 eingeführt werden kann.
-
Der Draht wie der Draht 20 oder wie der Draht 21 kann beispielsweise Bestandteil eines Steckers sein. So kann das Modul 1 vorteilhaft Bestandteil eines Kontaktsystems sein, welches neben dem Modul 1 einen Stecker mit wenigstens einem Kontaktstift wie den Draht 20 gebildet ist. Der Stecker kann so mit dem Kontaktstift wie dem Draht 20 mit dem Modul 1 steckverbunden werden und beim Steckverbinden mit der Spitze 25 den Hülsendeckel 17 durchstoßen.
-
Die zuvor beschriebene elektrisch leitfähige Schicht 6 des Substrates 2 formt in diesem Ausführungsbeispiel einen Oberflächenbereich des Moduls 1. So kann vorteilhaft Wärme, erzeugt von dem Halbleiter 7, über die elektrisch leitfähige Schicht 6 an eine – gestrichelt dargestellte – Wärmesenke 34 abgegeben werden.