DE102015113111B4 - Power semiconductor module with improved sealing - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitermodul (1) aufweisend:ein Substrat (2) zur thermisch leitenden Befestigung an einem Kühlkörper;wenigstens ein auf dem Substrat (2) angeordnetes Halbleiterbauelement (3);wenigstens ein elektrisch leitend mit dem Halbleiterbauelement (3) verbundenes Anschlusselement (7), das an seinem freien Ende einen Kontaktabschnitt (4) aufweist;ein elektrisch isolierendes Gehäuse (5), in dem das Substrat (2) und das wenigstens eine Halbleiterbauelement (3) wenigstens teilweise aufgenommen sind, und das Gehäuse (5) wenigstens einen Durchbruch (6) für das Anschlusselement (7) aufweist;wobei das wenigstens eine Anschlusselement (7) den Durchbruch (6) durchgreifend angeordnet ist und das Anschlusselement (7) mit Spiel in dem Durchbruch (6) angeordnet ist;wobei auf der Gehäuseaußenseite eine an die Gehäuseaußenseite angrenzende und das Anschlusselement (7) umschließende Schicht (10) aus einem im Vergleich zu dem Gehäusematerial plastisch oder elastisch verformbaren Material vorgesehen ist;wobei die Schicht (10) das Spiel zwischen dem Anschlusselement (7) und dem Gehäuse (5) vollständig abdeckt; undwobei der Kontaktabschnitt (4) die Schicht (10) und die Gehäuseaußenseite überragend angeordnet ist.Power semiconductor module (1) comprising: a substrate (2) for thermally conductive attachment to a heat sink; at least one semiconductor component (3) arranged on the substrate (2); at least one connecting element (7) electrically connected to the semiconductor component (3), the has a contact section (4) at its free end; an electrically insulating housing (5) in which the substrate (2) and the at least one semiconductor component (3) are at least partially accommodated, and the housing (5) has at least one opening (6 ) for the connection element (7); wherein the at least one connection element (7) is arranged penetrating through the opening (6) and the connection element (7) is arranged with play in the opening (6); one on the outside of the housing on the outside of the housing Adjacent and surrounding the connection element (7) layer (10) made of a plastic or elastically deformable material in comparison to the housing material the layer (10) completely covers the play between the connection element (7) and the housing (5); and wherein the contact section (4) is arranged so as to project over the layer (10) and the outside of the housing.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul. Leistungshalbleitermodule sind Halbleiterbaugruppen, die in Leistungselektronikschaltungen zum Einsatz kommen. Leistungshalbleitermodule kommen üblicherweise in Fahrzeug-, Solar- und Industrieanwendungen zum Einsatz, wie in Invertern und Gleichrichtern. Die Halbleiterbauelemente, die in den Leistungshalbleitermodulen enthalten sind, sind üblicherweise IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)-Halbleiterchips oder MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor)-Halbleiterchips. Die IGBT- und MOSFET-Halbleiterchips weisen variierende Nennspannungen und -leistungen auf. Einige Leistungshalbleitermodule weisen zum Überspannungsschutz auch zusätzliche Halbleiterdioden (d. h. Freilaufdioden) im Halbleiterpaket auf.The present invention relates to a power semiconductor module. Power semiconductor modules are semiconductor assemblies that are used in power electronics circuits. Power semiconductor modules are typically used in vehicle, solar and industrial applications, such as inverters and rectifiers. The semiconductor components contained in the power semiconductor modules are usually IGBT (insulated gate bipolar transistor) semiconductor chips or MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) semiconductor chips. The IGBT and MOSFET semiconductor chips have varying nominal voltages and powers. Some power semiconductor modules also have additional semiconductor diodes (i.e. free-wheeling diodes) in the semiconductor package for overvoltage protection.

Für höhere Leistungsanwendungen weist ein Leistungshalbleitermodul üblicherweise mehrere Halbleiterbauelemente integriert auf einem einzelnen Substrat auf. Das Substrat weist üblicherweise ein isolierendes Keramiksubstrat, wie Al2O3, AlN, Si3N4 oder ein anderes geeignetes Material auf, um das Halbleiterbauelement elektrisch zu isolieren. Mindestens die Oberseite des Keramiksubstrates ist entweder mit reinem oder plattiertem Cu, Al oder einem anderen geeigneten Material metallbeschichtet, um elektrische und mechanische Kontakte für die Halbleiterbauelemente bereitzustellen. Die Metallschicht wird üblicherweise mit Hilfe eines direkten Kupfer-Bonding-Verfahrens (DCB), eines direkten Aluminium-Bonding-Verfahrens (DAB) oder eines aktiven Metallhartlötverfahrens (AMB) an das Keramiksubstrat gebondet.For higher power applications, a power semiconductor module usually has several semiconductor components integrated on a single substrate. The substrate usually has an insulating ceramic substrate, such as Al 2 O 3 , AlN, Si 3 N 4 or another suitable material, in order to electrically isolate the semiconductor component. At least the top of the ceramic substrate is either metal-coated with pure or plated Cu, Al or another suitable material in order to provide electrical and mechanical contacts for the semiconductor components. The metal layer is usually bonded to the ceramic substrate using a direct copper bonding process (DCB), a direct aluminum bonding process (DAB) or an active metal brazing process (AMB).

Zum Schutz der Halbleiterbauelemente sind diese regelmäßig in einem elektrisch isolierenden Gehäuse aus Kunststoff untergebracht, welches beispielsweise haubenförmig ausgebildet ist und über die Halbleiterbauelemente und deren Substrat gestülpt wird, um mit einer metallischen das Substrat tragenden, zur wärmeleitenden Anbringung an einem Kühlkörper vorgesehenen Platte abzuschließen, so dass die Halbleiterbauelemente in dem durch das haubenförmige Gehäuse definierten Hohlvolumen angeordnet sind. Angestrebt wird eine hermetisch dichte Ausbildung des Gehäuses.To protect the semiconductor components, they are regularly housed in an electrically insulating housing made of plastic, which is, for example, hood-shaped and is slipped over the semiconductor components and their substrate in order to close off with a metallic plate carrying the substrate and intended for heat-conducting attachment to a heat sink, so that the semiconductor components are arranged in the hollow volume defined by the hood-shaped housing. The aim is to achieve a hermetically sealed housing.

Problematisch sind dabei die elektrischen Anschlusselemente, die über Durchbrüche aus dem Gehäuse herausgeführt werden müssen, da sie außerhalb des Gehäuses angeordnete Kontaktabschnitte zur elektrisch Kontaktierung gegebenenfalls auch zur gleichzeitigen mechanischen Befestigung aufweisen. Die Anschlusselemente sind üblicherweise als Metallformteil ausgebildet. Am anderen Ende sind die Anschlusselemente mit den Kontaktflächen der im Modul angeordneten Halbleiterbauelemente und/oder des Substrats leitend verbunden, beispielsweise über Steck- oder Federkontakte oder über eine Lötverbindung.The electrical connection elements, which have to be led out of the housing via openings, are problematic since they have contact sections arranged outside the housing for electrical contacting and possibly also for simultaneous mechanical fastening. The connection elements are usually designed as molded metal parts. At the other end, the connection elements are conductively connected to the contact surfaces of the semiconductor components arranged in the module and / or of the substrate, for example via plug or spring contacts or via a soldered connection.

Um die im Modul angeordneten Halbleiterbauelemente zu schützen, und zur Gewährleistung einer ausreichenden elektrischen Isolierung sind die Komponenten, insbesondere die Halbleiterbauelemente im Gehäuse durch eine Weichvergussmasse (z. B. ein Silikongel, die zur Gruppe der kaltvulkanisierenden Zwei-Komponenten-Silikonelastomere gehören) überzogen und damit geschützt. Zu diesem Zweck wird das Modul am Ende des Herstellungsprozesses z. B. mit Silikongel gefüllt. Dennoch kann in das Gehäuse Feuchtigkeit oder Schadgas eindringen, welche trotz des Silikongels bis zu den Halbleiterbauelementen vordringen und unerwünschte chemische Reaktionen mit oder an den Halbleiterbauelementen auslösen kann.In order to protect the semiconductor components arranged in the module and to ensure adequate electrical insulation, the components, in particular the semiconductor components in the housing, are covered with a soft sealing compound (e.g. a silicone gel, which belongs to the group of cold-vulcanizing two-component silicone elastomers) protected with it. For this purpose, the module at the end of the manufacturing process z. B. filled with silicone gel. Nevertheless, moisture or harmful gas can penetrate into the housing, which, despite the silicone gel, can penetrate as far as the semiconductor components and can trigger undesired chemical reactions with or on the semiconductor components.

Zur hermetischen Versiegelung ist in dem Gehäuse beispielsweise ferner zusätzlich eine Schicht Epoxidharz eingebracht, welche das Silikongel umschließt und die darunterliegende Bauelemente versiegelt.For hermetic sealing, a layer of epoxy resin, for example, is also additionally introduced into the housing, which surrounds the silicone gel and seals the components below.

In den Druckschriften DE 10 2008 045 721 A1 und DE 10 2011 056 848 A1 wird das Problem des Eindringens von Feuchtigkeit in das Gehäuse dadurch gelöst, dass in den für die elektrischen Anschlusselementen vorgesehenen Durchbrüche zusätzliche Dichtungsmittel vorgesehen sind. Neben diesen für die Anschlusselemente vorzusehenden Durchbrüche sind ferner auch solche Durchbrüche für die hermetische Abdichtung problematisch, die bei der Montage des Moduls vorzusehen sind, beispielsweise wie solche die für das Vergießen des Modulinneren mit Silikongel regelmäßig vorgesehen sind.In the pamphlets DE 10 2008 045 721 A1 and DE 10 2011 056 848 A1 the problem of moisture penetration into the housing is solved by providing additional sealing means in the openings provided for the electrical connection elements. In addition to these breakthroughs to be provided for the connection elements, such breakthroughs for the hermetic seal that are to be provided when mounting the module are also problematic, for example such as those that are regularly provided for potting the interior of the module with silicone gel.

DE 299 00 370 U1 betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit Deckel, bei dem Anschlusselemente durch in einen Deckel einbringbare Öffnungen nach außen ragen. DE 299 00 370 U1 relates to a power semiconductor module with a cover, in which connection elements project outwards through openings which can be introduced into a cover.

DE 2 118 356 A betrifft ein scheibenförmiges Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterelement und einem Gehäuse, bestehend aus zwei starren Hauptflächen und einen Rand aufweisenden Deckplatten und einem mit diesen dicht verbundenen Isolierring. DE 2 118 356 A relates to a disk-shaped semiconductor component with a semiconductor element and a housing, consisting of two rigid main surfaces and a cover plates having an edge and an insulating ring tightly connected thereto.

DE 696 23 465 T2 betrifft klebriggemachte segmentierte Polydiorganosiloxanpolyharnstoff Copolymere und ein Verfahren zu deren Herstellung. DE 696 23 465 T2 relates to tackified segmented polydiorganosiloxane polyurea copolymers and a process for their preparation.

DE 100 08 572 A1 betrifft eine Leistungshalbleitermodul mit Ausgleich von mechanischen Spannungen. DE 100 08 572 A1 relates to a power semiconductor module with compensation of mechanical stresses.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Leistungshalbleitermodul zu schaffen, bei dem die Leistungselektronik-Komponenten vor dem schädlichen Einfluss von Feuchtigkeit effektiver und vergleichsweise bei geringem konstruktivem Aufwand geschützt sind und gleichzeitig die oben beschriebene Problematik von Isolationsausfällen vermieden wird. Diese Aufgabe wird durch ein Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein gleichermaßen vorteilhaftes Montageverfahren ist Gegenstand des neben geordneten Verfahrensanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bedienelements sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich. The object on which the invention is based is to create a power semiconductor module in which the power electronics components are more effectively and comparatively protected against the harmful influence of moisture and at a low level of structural complexity, and at the same time the problem of insulation failures described above is avoided. This object is achieved by a power semiconductor module according to claim 1. An equally advantageous assembly process is the subject of the ordered process claim. Advantageous embodiments of the control element are the subject of the dependent claims. It should be pointed out that the features listed individually in the claims can be combined with one another in any technologically expedient manner and show further refinements of the invention. The description, in particular in connection with the figures, additionally characterizes and specifies the invention.

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul, im Folgenden auch kurz als Modul bezeichnet. Dieses erfindungsgemäße Modul weist ein Substrat zur thermisch leitenden Befestigung an einem Kühlkörper auf, beispielsweise ein isolierendes Keramiksubstrat, wie Al2O3, AlN, Si3N4.The invention relates to a power semiconductor module, hereinafter also referred to briefly as a module. This module according to the invention has a substrate for thermally conductive attachment to a heat sink, for example an insulating ceramic substrate, such as Al 2 O 3 , AlN, Si 3 N 4 .

Bevorzugt umfasst das Modul eine metallische Platte, deren eine flache Oberfläche zur Anlage an einen Kühlkörper vorgesehen ist. Die metallische Platte weist beispielsweise ferner einen oder mehrere Durchbrüche zur Schraubbefestigung an dem Kühlkörper auf. Beispielsweise ist das zuvor beschriebene Keramiksubstrat metallisch beschichtet und mit der metallischen Platte verlötet.The module preferably comprises a metallic plate, the flat surface of which is provided for contact with a heat sink. The metallic plate also has, for example, one or more openings for screw fastening to the heat sink. For example, the ceramic substrate described above has a metallic coating and is soldered to the metallic plate.

Das Leistungshalbleitermodul weist wenigstens ein auf dem Substrat angeordnetes Halbleiterbauelement auf. Beispielsweise handelt es sich um einen Halbleiterschalter, wie ein IGBT, MOSFET, oder eine Diode oder eine Kombination daraus. Bevorzugt sind mehrere, beispielsweise zwei oder drei Halbleiterbauelemente vorgesehen.The power semiconductor module has at least one semiconductor component arranged on the substrate. For example, it is a semiconductor switch, such as an IGBT, MOSFET, or a diode or a combination thereof. Several, for example two or three, semiconductor components are preferably provided.

Erfindungsgemäß weist das Modul wenigstens ein elektrisch leitend mit dem Halbleiterbauelement verbundenes Anschlusselement auf. Das Anschlusselement weist erfindungsgemäß einen Kontaktabschnitt auf. Bevorzugt ist der Kontaktabschnitt ausgebildet, um in einem Lötauge einer Leiterplatte verlötet zu werden. Beispielsweise ist das Anschlusselement ein Metallformteil, beispielsweise aus im Wesentlichen Kupfer. Der Kontaktabschnitt ist beispielsweise stiftförmig ausgebildet.According to the invention, the module has at least one connection element that is electrically conductively connected to the semiconductor component. According to the invention, the connection element has a contact section. The contact section is preferably designed to be soldered in a soldering eye of a printed circuit board. For example, the connection element is a molded metal part, for example made essentially of copper. The contact section is, for example, pin-shaped.

Der Begriff Anschlusselement ist weit auszulegen und es handelt sich im Allgemeinen um einen elektrischen Leiter zur Stromzu- und/oder Stromabfuhr zwischen dem wenigstens einen Halbleiterbauelement und einer nachfolgend erläuterten Außenseite eines Gehäuses. Je nach funktioneller Auslegung des oder der Halbleiterbauelemente handelt es sich bei dem Anschlusselement um ein Lastanschlusselement oder ein Steueranschlusselement, wobei dies nicht zwingend aber regelmäßig aufgrund der Strombelastung eine unterschiedliche konstruktive Auslegung des betroffenen Anschlusselements impliziert.The term connection element is to be interpreted broadly and is generally an electrical conductor for supplying and / or removing current between the at least one semiconductor component and an outside of a housing explained below. Depending on the functional design of the semiconductor component or components, the connection element is a load connection element or a control connection element, although this does not necessarily imply a different design of the connection element concerned due to the current load.

Bevorzugt impliziert der Begriff Steueranschlusselement jedoch, dass sich das betroffene Steueranschlusselement zumindest durch einen geringeren Leitungsquerschnitt von einem ansonsten vorhandenen Lastanschlusselement unterscheidet.However, the term control connection element preferably implies that the control connection element concerned differs from an otherwise existing load connection element at least by a smaller line cross section.

Erfindungsgemäß ist ferner ein elektrisch isolierendes Gehäuse, in dem das Substrat und das wenigstens eine Halbleiterbauelement wenigstens teilweise, bevorzugt vollständig, aufgenommen sind, vorgesehen. „Elektrisch isolierend“ im Sinne der Erfindung meint eine Materialzusammensetzung des Gehäuses, die einen spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 1010 Ω·cm aufweist. Bevorzug weist das Material ferner eine Durchschlagsfestigkeit von mehr als 1 kV/mm, noch bevorzugter mehr als 10 kV/mm auf. Bevorzugt weist das Material ein geringes Wasseraufnahmevermögen auf. Beispielsweise handelt es sich bei dem Gehäusematerial um einen Thermoplast, bevorzugt einen glasfaserverstärkten Thermoplast.According to the invention, an electrically insulating housing is also provided, in which the substrate and the at least one semiconductor component are at least partially, preferably completely, accommodated. “Electrically insulating” in the sense of the invention means a material composition of the housing that has a specific electrical resistance of more than 10 10 Ω · cm. The material preferably also has a dielectric strength of more than 1 kV / mm, more preferably more than 10 kV / mm. The material preferably has a low water absorption capacity. For example, the housing material is a thermoplastic, preferably a glass fiber reinforced thermoplastic.

Erfindungsgemäß weist das Gehäuse wenigstens einen Durchbruch für das Anschlusselement auf. Bevorzugt ist der Durchbruch in der Gehäuseoberseite ausgebildet, wobei die Gehäuseoberseite diejenige Seite meint, die der für die angrenzende Anordnung an einen Kühlkörper vorbestimmte Modulseite gegenüberliegt. Dabei ist „Oberseite“ nicht einschränkend so zu verstehen, dass bei dem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Moduls die Gehäuseoberseite im Schwerefeld oben liegen muss sondern erfindungsgemäß beliebig ausgerichtet sein kann. Beispielsweise ist ein im Querschnitt runder oder schlitzförmiger Durchbruch vorgesehen. Beispielsweise weist der Durchbruch einen hülsenförmigen Fortsatz auf, der in das durch das Gehäuse definierte Hohlvolumen, also das Innere des Gehäuses, ragt.According to the invention, the housing has at least one opening for the connection element. The opening is preferably formed in the upper side of the housing, the upper side of the housing meaning that side which lies opposite the module side predetermined for the adjacent arrangement on a heat sink. Here, “top side” is not to be understood in a restrictive manner such that when the module is used as intended, the top side of the housing must be at the top in the gravitational field, but can be oriented as desired according to the invention. For example, an opening which is round or slit-shaped in cross section is provided. For example, the opening has a sleeve-shaped extension which projects into the hollow volume defined by the housing, that is to say the interior of the housing.

Erfindungsgemäß ist das wenigstens eine Anschlusselement so angeordnet, dass es den Durchbruch durchgreift. Es kann formschlüssig in dem Durchbruch aufgenommen sein. Bevorzugt verbleibt ein Spiel zwischen dem Anschlusselement und der Wandung des Durchbruchs. Bevorzugt beträgt das Spiel weniger als 0,25 mm, noch bevorzugter weniger als 0,15 mm.According to the invention, the at least one connection element is arranged such that it penetrates the opening. It can be positively received in the opening. A play preferably remains between the connection element and the wall of the opening. The play is preferably less than 0.25 mm, more preferably less than 0.15 mm.

Erfindungsgemäß ist auf der Gehäuseaußenseite eine an die Gehäuseaußenseite angrenzende und das Anschlusselement umschließende Schicht aus einem im Vergleich zu dem Gehäusematerial plastisch oder elastisch verformbaren Material vorgesehen. Dies gilt bevorzugt wenigstens für den Temperaturbereich, für den der Betrieb des Halbleiterbauelements ausgelegt ist, beispielsweise für eine Temperatur von -10°C bis 150°C. According to the invention, a layer is provided on the outside of the housing, adjacent to the outside of the housing and surrounding the connection element, made of a material that is plastically or elastically deformable in comparison with the housing material. This preferably applies at least for the temperature range for which the operation of the semiconductor component is designed, for example for a temperature from -10 ° C. to 150 ° C.

Die Unterschiede in der plastischen oder elastischen Verformbarkeit sind beispielsweise jeweils nach DIN EN ISO 868 , DIN ISO 7619-1 oder ASTM D2240 zu bestimmen.The differences in the plastic or elastic deformability are, for example, in each case DIN EN ISO 868 . DIN ISO 7619-1 or ASTM D2240.

Beispielsweise handelt es sich bei dem Material der Schicht um einen Thermoplast, wie Polyester, Polyoxymethylen, Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Acrylnitril-Butadien-Styrol, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Styrol-Acrylnitril-Copolymer, Polyphenylenether oder Kombinationen daraus.For example, the material of the layer is a thermoplastic, such as polyester, polyoxymethylene, polyethylene, polypropylene, polyamide, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, acrylonitrile-butadiene-styrene, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyvinyl chloride, polycarbonate, styrene-acrylonitrile copolymer, polyphenylene ether or Combinations of these.

Beispielweise handelt es sich bei dem Gehäusematerial ebenfalls um einen Thermoplast, bevorzug aus einem glasfaserverstärkten Thermoplast. Die im Vergleich zu dem Thermoplast des Gehäuses stärkere plastische oder elastische Verformbarkeit der Schicht ergibt sich beispielsweise durch die Wahl des spezifischen Thermoplast und/oder der Unterschiede betreffend den jeweiligen Weichmacheranteil bzw. betreffend den Glasfaseranteil.For example, the housing material is also a thermoplastic, preferably a glass fiber reinforced thermoplastic. The greater plastic or elastic deformability of the layer compared to the thermoplastic of the housing results, for example, from the choice of the specific thermoplastic and / or the differences with regard to the respective plasticizer component or with respect to the glass fiber component.

Beispielsweise handelt es sich bei dem Schichtmaterial um ein Elastomer, wie Naturkautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, ChloroprenKautschuk, Butadien-Kautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk oder Kombinationen daraus.For example, the layer material is an elastomer such as natural rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, chloroprene rubber, butadiene rubber or ethylene-propylene-diene rubber or combinations thereof.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Schichtmaterial um ein Elastomer oder Siloxan mit einer Shore-A-Härte von weniger als 65, noch bevorzugter weniger als 60, meist bevorzugt weniger als 55, wie 50.The layer material is preferably an elastomer or siloxane with a Shore A hardness of less than 65, more preferably less than 60, most preferably less than 55, such as 50.

Erfindungsgemäß ist dabei der Kontaktabschnitt so angeordnet, dass er die Schicht und die Gehäuseaußenseite überragt, um so beispielsweise mit einem externen, also außerhalb des Gehäuses befindlichen Leiter elektrisch kontaktiert werden zu können.According to the invention, the contact section is arranged in such a way that it projects beyond the layer and the outside of the housing in order to be able to make electrical contact, for example, with an external conductor, that is to say outside the housing.

Die umschließende Anordnung im Sinne der Erfindung meint, dass eine erfindungsgemäße Ausgestaltung dadurch erreicht wird, dass die Schicht das Anschlusselement umlaufend berührt und dabei den Übergang und das möglicherweise verbleibende Spiel zwischen Durchbruch und Anschlusselement vollständig abdeckt. Durch die Abdeckung soll bevorzugt eine Abdichtung gegebenenfalls eine Unterstützung bestehender Abdichtmittel bewirkt werden.The encompassing arrangement in the sense of the invention means that an embodiment according to the invention is achieved in that the layer touches the connection element all round and thereby completely covers the transition and the possibly remaining play between the opening and the connection element. The cover is preferably intended to provide a seal, possibly to support existing sealing means.

Die im Vergleich zu dem Gehäusematerial plastisch oder elastisch verformbare Schicht dient somit der äußeren Abdeckung des Gehäuses, indem erfindungsgemäß darin das Anschlusselement die Schicht überragend angeordnet ist. Damit wird eine gegebenenfalls zusätzliche, äußere Barriere geschaffen, die das Eindringen von Feuchtigkeit oder Schadgas in das Gehäuseinnere also Modulinnere verhindert. Beispielsweise wird so verhindert, dass bei einem mit einem Silikongel als Weichvergussmaterial gefüllten Modul Feuchtigkeit eindringt, es aufgrund der vergleichsweise guten Benetzungsfähigkeit dieses Materials zu einer Sättigung und Diffusion von Feuchtigkeit bis hin zu den Halbleiterbauelementen und damit zu deren Schädigung kommt. Die im Vergleich zum Gehäuse weiche Schicht auf der Gehäuseaußenseite dient somit als äußere Schadgas- oder Feuchtigkeitsbarriere.The layer which is plastically or elastically deformable in comparison to the housing material thus serves to cover the outside of the housing, in that according to the invention the connecting element is arranged so that it overlaps the layer. This creates an additional, if necessary, external barrier, which prevents the ingress of moisture or harmful gas into the interior of the module. For example, this prevents moisture from penetrating into a module filled with a silicone gel as a soft potting material, and the comparatively good wettability of this material leads to saturation and diffusion of moisture right down to the semiconductor components and thus to their damage. The layer on the outside of the housing, which is soft in comparison to the housing, thus serves as an external harmful gas or moisture barrier.

Bevorzugt ist die den Durchbruch umgebende Oberfläche der Gehäuseaußenseite eben ausgebildet, um so benachbart einer Leiterplatte angeordnet zu werden.The surface of the housing outside which surrounds the opening is preferably planar, so as to be arranged adjacent to a printed circuit board.

Bevorzugt ist ferner ein freier, zu dem ersten Durchbruch benachbarter und gleichförmiger, weiterer paralleler Durchbruch im Bereich der Gehäuseaußenseite vorgesehen ist, der von der Schicht abgedeckt ist. Der Begriff „frei“ meint einen unausgefüllten Durchbruch. Beispielsweise handelt es sich um einen Durchbruch der als Einfüllöffnung für das Weichvergussmaterial beim Herstellungsprozess des Leistungshalbleitermoduls verwendet wird. Somit dient die erfindungsgemäße weiche Schicht in effektiver oder herstellungsökonomischer Weise ferner zusätzlich als Abdichtung zusätzlicher aus produktionstechnischer Notwendigkeit vorgesehener Durchbrüche im Gehäuse.Preferably, a free, uniform, further parallel opening adjacent to the first opening is provided in the area of the housing outside, which is covered by the layer. The term “free” means an unfilled breakthrough. For example, it is a breakthrough that is used as a filling opening for the soft potting material in the manufacturing process of the power semiconductor module. Thus, the soft layer according to the invention also effectively or additionally serves as a seal for additional openings in the housing which are required for production reasons.

Bevorzugt sind mehrere gleichförmige, parallele Durchbrüche im Gehäuse vorgesehen, die einem regelmäßigen Raster folgend angeordnet sind. Solche Gehäuse bieten den Vorteil der universellen Verwendung bei gleichzeitig hoher Anordnungsvielfalt der Anschlusselemente, ohne dass es einer jeweiligen spezifischen Auslegung und Herstellung des Gehäuses bedarf. Die damit einhergehende Abdichtungsproblematik wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Schicht gelöst, wobei die Schicht bevorzugt so ausgestaltet ist, dass sie alle gleichförmigen Durchbrüche abdeckend angeordnet ist.A plurality of uniform, parallel openings are preferably provided in the housing, which are arranged following a regular grid. Such housings offer the advantage of universal use with a high arrangement diversity of the connection elements, without the need for a specific design and manufacture of the housing. The associated sealing problem is solved by the layer provided according to the invention, the layer preferably being designed in such a way that it is arranged to cover all uniform openings.

Beispielsweise ist die Schicht als Kissen auf der Gehäuseaußenseite aufgebracht.For example, the layer is applied as a cushion on the outside of the housing.

Beispielsweise wurde diese Schicht einem thermischen Schrumpfschritt oder einem Pressstempelschritt unterzogen, damit die Kontaktabschnitte die Schicht durchstoßen. For example, this layer was subjected to a thermal shrinking step or a press stamping step so that the contact sections penetrate the layer.

Bevorzugt weist die Zusammensetzung der Schicht wenigstens ein Siloxan, wie ein Polysiloxan, auf, beispielsweise wenigstens ein cyclisches, lineares, verzweigtes und/oder vernetztes Polysiloxan.The composition of the layer preferably has at least one siloxane, such as a polysiloxane, for example at least one cyclic, linear, branched and / or crosslinked polysiloxane.

Bevorzugt weist die Zusammensetzung der Schicht wenigstens ein Polyimid auf, beispielsweise ein Polysuccinimid (PSI), Polybismaleinimid (PBMI), Polybenzimidazol (PBI), Polyoxadiazobenzimidazol (PBO), Polyimidsulfon (PISO) und/oder ein Polymethacrylimid (PMI), bevorzugt ein Poly (4,4'-oxydiphenylen-pyromellitimid) wie ein derzeit unter der Handelbezeichnung „Kapton“ durch E. I. du Pont de Nemours and Company vermarktetes Polyimid.The composition of the layer preferably has at least one polyimide, for example a polysuccinimide (PSI), polybismaleinimide (PBMI), polybenzimidazole (PBI), polyoxadiazobenzimidazole (PBO), polyimide sulfone (PISO) and / or a polymethacrylimide (PMI), preferably a poly ( 4,4'-oxydiphenylene pyromellitimide) such as a polyimide currently marketed under the trade name "Kapton" by EI du Pont de Nemours and Company.

Bevorzugt weist die Zusammensetzung der Schicht wenigstens ein oder mehrere Polymere auf.The composition of the layer preferably has at least one or more polymers.

Bevorzugt ist die Schicht aus einem elektrisch nichtleitenden Material. Als elektrisch nichtleitendes Material wird ein Material das einen spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 1010 Ω·cm aufweist angesehen. Bevorzugt ist das Material der Schicht so gewählt, dass es in die Klasse der Isolierstoffe I gemäß DIN EN 60664-1 (VDE 0110-1) fällt, wobei die Prüfzahl der Kriechwegbildung entsprechend IEC 60112 an einem Probekörper unter Verwendung von einer in der Norm bestimmten Prüflösung A bestimmt wird. Die Prüfzahl der Kriechwegbildung CTI > 600 klassifiziert das Material nach seinen Kriechstromeigenschaften in einen Soff mit geringer Kriechstromleitfähigkeit.The layer is preferably made of an electrically non-conductive material. A material that has a specific electrical resistance of more than 10 10 Ω · cm is considered to be an electrically non-conductive material. The material of the layer is preferably selected so that it falls into the class of insulating materials I according to DIN EN 60664-1 (VDE 0110-1), the test number of creepage distance formation according to IEC 60112 on a test specimen using one determined in the standard Test solution A is determined. The test number of the tracking path CTI> 600 classifies the material according to its tracking properties into a substance with low tracking current conductivity.

Die Schicht ist beispielsweise mittels Form- oder Kraftschluss mit der Gehäuseaußenseite verbunden. Bevorzugt ist die Schicht mittels Adhäsion an der Gehäuseaußenseite und/oder dem Anschlusselement haftend aufgebracht.The layer is connected to the outside of the housing, for example by means of a positive or non-positive connection. The layer is preferably adhered to the outside of the housing and / or the connecting element by means of adhesion.

Zur Erhöhung der Positioniergenauigkeit bei der Aufbringung und zu deren Aufrechterhaltung ist die Schicht in einer Ausnehmung der Gehäuseaußenseite aufgenommen.In order to increase the positioning accuracy during application and to maintain it, the layer is accommodated in a recess on the outside of the housing.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung, welche ein Leistungshalbleitermodul in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen sowie eine Leiterplatte, auch Platine genannt, umfasst, wobei die Leiterplatte wenigstens eine Leiterbahn aufweist, die elektrisch leitend mit dem Kontaktabschnitt verbunden ist. Die Schicht aus dem plastisch oder elastisch verformbaren Material ist bevorzugt zwischen der Leiterplatte und der Gehäuseaußenseite und an beide angrenzend angeordnet. Beispielsweise ist die Leiterplatte parallel beabstandet zu dem den Durchbruch umgebenden Bereich der Gehäuseaußenseite angeordnet. Bevorzugt ist der Kontaktabschnitt mit der Leiterbahn verlötet. Beispielsweise ist der Kontaktabschnitt so angeordnet, dass er ein Lötauge der Leiterplatte durchgreift und mit dem Lötauge verlötet. Beispielsweise füllt die Schicht den zwischen Leiterplatte und angrenzenden Bereich der Gehäuseaußenseite ausgebildeten Hohlraum vollständig aus.The invention further relates to an arrangement which comprises a power semiconductor module in one of the previously described embodiments and a printed circuit board, also referred to as a circuit board, the printed circuit board having at least one conductor track which is electrically conductively connected to the contact section. The layer of the plastically or elastically deformable material is preferably arranged between the circuit board and the outside of the housing and adjacent to both. For example, the printed circuit board is spaced parallel to the area of the housing outside surrounding the opening. The contact section is preferably soldered to the conductor track. For example, the contact section is arranged in such a way that it passes through a soldering eye of the printed circuit board and is soldered to the soldering eye. For example, the layer completely fills the cavity formed between the printed circuit board and the adjacent area on the outside of the housing.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls mit den folgenden Schritten. In einem Bereitstellungsschritt wird ein Leistungshalbleitermodul mit den folgenden Merkmalen bereitgestellt. Das Modul weist ein Substrat zur thermisch leitenden Befestigung an einem Kühlkörper auf. Es ist wenigstens ein auf dem Substrat angeordnetes Halbleiterbauelement vorgesehen. Ferner ist wenigstens ein elektrisch leitend mit dem Halbleiterbauelement verbundenes Anschlusselement mit einem Kontaktabschnitt vorgesehen. Das Modul weist ein elektrisch isolierendes Gehäuse, in dem das Substrat und das wenigstens eine Halbleiterbauelement wenigstens teilweise aufgenommen sind. Das wenigstens eine Anschlusselement ist jeweils einen im Gehäuse vorgesehenen Durchbruch durchgreifend mit seinem Kontaktabschnitt die Gehäuseaußenseite überragend angeordnet. Es wird bezüglich der spezifischen Merkmale, wie elektrisch isolierend, auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen.The invention further relates to a method for producing a power semiconductor module with the following steps. In a provision step, a power semiconductor module with the following features is provided. The module has a substrate for thermally conductive attachment to a heat sink. At least one semiconductor component arranged on the substrate is provided. Furthermore, at least one connection element with a contact section that is electrically conductively connected to the semiconductor component is provided. The module has an electrically insulating housing in which the substrate and the at least one semiconductor component are at least partially accommodated. The at least one connection element is arranged to penetrate an opening provided in the housing, with its contact section projecting beyond the housing exterior. For the specific features, such as electrically insulating, reference is made to the preceding description.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass in einem zeitlich nachfolgenden Aufbringungsschritt auf der Gehäuseaußenseite eine an die Gehäuseaußenseite angrenzende und das Anschlusselement umschließende Schicht aus einem im Vergleich zu dem Gehäusematerial plastisch oder elastisch verformbaren Material so aufgebracht wird, dass der Kontaktabschnitt die Schicht überragend angeordnet ist.The method according to the invention provides that in a subsequent application step on the outside of the housing, a layer adjacent to the outside of the housing and enclosing the connection element is made of a material that is plastically or elastically deformable in comparison with the housing material such that the contact section is arranged so as to project above the layer.

Die im Vergleich zu dem Gehäusematerial plastisch oder elastisch verformbare Schicht dient somit der äußeren Abdichtung des Gehäuses, beispielsweise indem darin das Anschlusselement die Schicht durchstoßend angeordnet ist. Damit wird eine gegebenenfalls zusätzliche, äußere Barriere geschaffen, die das Eindringen von Feuchtigkeit oder Schadgas in das Modulinnere verhindert. Beispielsweise wird so verhindert, dass bei einem mit einem Silikongel als Weichvergussmaterial gefüllten Modul Feuchtigkeit eindringt, es aufgrund der vergleichsweise guten Benetzungsfähigkeit dieses Materials zu einer Sättigung und Diffusion von Feuchtigkeit bis hin zu den Halbleiterbauelementen und damit zu deren Schädigung kommt. Die im Vergleich zum Gehäuse weiche Schicht auf der Gehäuseaußenseite dient somit als äußere Schadgas- oder Feuchtigkeitsbarriere.The layer which is plastically or elastically deformable in comparison to the housing material thus serves for the external sealing of the housing, for example by arranging the connection element therein to penetrate the layer. This creates an additional, if necessary, external barrier that prevents moisture or harmful gas from entering the module interior. For example, this prevents moisture from penetrating into a module filled with a silicone gel as a soft potting material, and the comparatively good wettability of this material leads to saturation and diffusion of moisture right down to the semiconductor components and thus to their damage. The layer on the outside of the housing, which is soft in comparison to the housing, thus serves as an external harmful gas or moisture barrier.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens umfasst der Schritt des Aufbringens einen Vorgang des thermischen Schrumpfens der Schicht und/oder einen Vorgang des Pressstempelns der Schicht, damit der Kontaktabschnitt jeweils die Schicht durchbricht. Beispielsweise wird mittels einer Kniehebelpresse und einem bis auf einen für den Kontaktabschnitt vorgesehen Hohlraum oder Loch und ansonsten komplementär zur Gehäuseaußenseite des Moduls ausgebildeten Stempel die Schicht auf das Modul gepresst, um zu bewirken, dass der oder die Kontaktabschnitte die Schicht durchstechen und gegebenenfalls vom Schichtmaterial aufgrund dessen plastischer Verformbarkeit umschlossen werden. According to a preferred embodiment of the method, the application step comprises a process of thermally shrinking the layer and / or a process of press stamping the layer so that the contact section breaks through the layer in each case. For example, the layer is pressed onto the module by means of a toggle lever press and a punch formed except for a cavity or hole provided for the contact section and otherwise complementary to the outside of the module, in order to cause the contact section or holes to pierce the layer and possibly due to the layer material its plastic deformability are enclosed.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Schicht in Form eines Kissens, beispielsweise aus Siloxan, aufgebracht. Das Kissen ist einer weiteren Ausgestaltung an der für das Durchstechen mit dem Kontaktabschnitt vorgesehenen Stelle bereits vorgelocht.In a preferred embodiment, the layer is applied in the form of a cushion, for example made of siloxane. A further embodiment of the pillow is already pre-punched at the point provided for piercing with the contact section.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist ein zeitlich nachfolgender Schritt des Anordnens des Leistungshalbleitermoduls auf einer Leiterplatte mit einer Leiterbahn vorgesehen, wobei die Schicht zwischen der Gehäuseaußenseite und der Leiterplatte angeordnet ist. In einem nachfolgenden Schritt wird eine elektrische leitende Verbindung zwischen dem Kontaktabschnitt und der Leiterbahn beispielsweise durch Verlöten hergestellt.According to a further preferred embodiment of the method, a subsequent step of arranging the power semiconductor module on a circuit board with a conductor track is provided, the layer being arranged between the outside of the housing and the circuit board. In a subsequent step, an electrically conductive connection is established between the contact section and the conductor track, for example by soldering.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:

  • 1 eine Seitenansicht einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Moduls;
  • 2 eine Frontansicht des erfindungsgemäßen Moduls aus 1;
  • 3 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Moduls aus 1 und einer aufliegenden Leiterplatte.
  • 4 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Modul aus 1;
  • 5 eine perspektivische, schematische Darstellung eines komplementär zur Gehäuseaußenseite des Moduls ausgebildeten Stempels;
  • 6 eine perspektivische, schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Moduls;
  • 7 eine perspektivische, schematische Darstellung eines Stempels, einer Schicht und eines erfindungsgemäßen Moduls.
The invention is explained in more detail with reference to the following figures. The figures are only to be understood as examples and represent only a preferred embodiment variant.
  • 1 a side view of an embodiment of a module according to the invention;
  • 2 a front view of the module according to the invention 1 ;
  • 3 a side view of the module according to the invention 1 and an overlying circuit board.
  • 4 a plan view of the module according to the invention 1 ;
  • 5 a perspective, schematic representation of a complementary to the housing outside of the module stamp;
  • 6 a perspective, schematic representation of a module according to the invention;
  • 7 a perspective, schematic representation of a stamp, a layer and a module according to the invention.

1 zeigt eine Seitenansicht und 2 eine Frontansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls 1. Die für die angrenzende Anordnung an einen nicht gezeigten Kühlkörper vorbestimmte Seite des Moduls wird durch eine metallische Platte 13 definiert. Auf der metallischen Platte 13 ist ein elektrisch isolierendes, jedoch thermisch leitfähiges Keramiksubstrat 2 befestigt. Das Keramiksubstrat 2 ist zweiseitig metallbeschichtet. Die Metellbeschichtung der an der metallischen Platte anliegenden Seite des Keramiksubstrats 2 ist für die Verlötung des Keramiksubstrats 2 mit der metallischen Platte 13 vorgesehen. Die Metallbeschichtung auf der gegenüberliegenden, der metallischen Platte abgewandten Keramikseite stellt elektrische und/oder mechanische Kontakte, insbesondere für die Halbleiterbauelemente 3 und die Anschlusselemente 7 bereit. Übersichtlichkeitshalber sind in dieser schematischen Darstellung nur drei Halbleiterbauelemente 3 exemplarisch gezeigt. Die zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Anschlusselementen 7 und den Halbleiterbauelementen 3 vorgesehenen Bonddrähte 18, beispielsweise aus einer Kupfer oder Aluminiumlegierung, sind in 1 exemplarisch, schematisch dargestellt. Zur elektrischen Isolierung zum mechanischen Schutz und zum Schutz der Halbleiterbauelemente vor Feuchtigkeit und Schadgasen ist ein Gehäuse 5 aus faserverstärktem Thermoplast vorgesehen. 1 shows a side view and 2 a front view of an embodiment of the module according to the invention 1 , The side of the module predetermined for the adjacent arrangement to a heat sink, not shown, is covered by a metallic plate 13 Are defined. On the metallic plate 13 is an electrically insulating, but thermally conductive ceramic substrate 2 attached. The ceramic substrate 2 is metal coated on both sides. The metal coating of the side of the ceramic substrate that lies against the metallic plate 2 is for soldering the ceramic substrate 2 with the metallic plate 13 intended. The metal coating on the opposite ceramic side facing away from the metallic plate provides electrical and / or mechanical contacts, in particular for the semiconductor components 3 and the connection elements 7 ready. For the sake of clarity, only three semiconductor components are shown in this schematic representation 3 shown as an example. The for the electrically conductive connection between the connection elements 7 and the semiconductor devices 3 provided bond wires 18 , for example made of a copper or aluminum alloy, are in 1 exemplary, shown schematically. There is a housing for electrical insulation for mechanical protection and to protect the semiconductor components from moisture and harmful gases 5 made of fiber-reinforced thermoplastic.

Die drei Anschlusselemente 7 durchgreifen jeweils einen zugehörigen Durchbruch 6 in dem elektrisch isolierenden Gehäuse 5 und bilden so einen Kontaktabschnitt 4 aus, welcher die Außenseite des Gehäuses 5, zuvor auch Gehäuseaußenseite genannt, stiftförmig überragt. Die Durchbrüche 6 durch die Gehäuseoberseite sind kreisförmig im Querschnitt und weisen jeweils einen Innendurchmesser auf, der größer ist als der Außendurchmesser der stiftförmigen Kontaktabschnitte 4. Das so entstandene Spiel zwischen dem Kontaktabschnitt 4 und dem elektrisch isolierenden Gehäuse 5 wird erfindungsgemäß durch eine auf die Gehäuseaußenseite aufgebrachte Schicht 10 vollständig abgedeckt, die aus einem im Vergleich zu dem faserverstärkten Thermoplast des Gehäuses 5 elastisch verformbaren Material ist. Die Aufbringung erfolgt in einem in den 5-7 näher spezifizierten Pressstempelschritt. Nach dem Pressstempelschritt durchstoßen und überragen die stiftförmigen Kontaktabschnitte 4 wie in 1 und 2 gezeigt die Schicht 10 und sind damit von außen frei zugänglich.The three connection elements 7 reach through an associated breakthrough 6 in the electrically insulating housing 5 and thus form a contact section 4 from which is the outside of the case 5 , previously also called the outside of the housing, protrudes like a pin. The breakthroughs 6 through the housing top are circular in cross section and each have an inner diameter that is larger than the outer diameter of the pin-shaped contact sections 4 , The resulting game between the contact section 4 and the electrically insulating housing 5 is according to the invention by a layer applied to the outside of the housing 10 completely covered, which is made of a compared to the fiber-reinforced thermoplastic of the housing 5 is elastically deformable material. The application takes place in a 5-7 specified stamp step. After the stamping step, pierce and protrude the pin-shaped contact sections 4 as in 1 and 2 shown the layer 10 and are therefore freely accessible from the outside.

Zur elektrischen Kontaktierung werden die von außen frei zugänglichen Kontaktabschnitte 4 in den Lötaugen einer Leiterplatte 19 verlötet und somit mit einer auf der Leiterplatte 19 befindlichen Leiterbahn verbunden. Wie in 3 schematisch dargestellt ist die Schicht 10 dann zwischen der Außenseite des Gehäuses 5 und der Leiterplatte 19 beiderseitig angrenzend angeordnet.The contact sections that are freely accessible from the outside are used for electrical contacting 4 in the pads of a circuit board 19 soldered and thus with one on the circuit board 19 located conductor track connected. As in 3 the layer is shown schematically 10 then between the outside of the case 5 and the circuit board 19 arranged adjacent to each other.

In der in 4 gezeigten Draufsicht auf das Modul ist ein regelmäßiges Raster 9 von Durchbrüchen 6, 6` durch das elektrisch isolierende Gehäuse 5 zu sehen. Ein so ausgebildetes elektrisch isolierendes Gehäuse 5 kann universell verwendet werden und gleichzeitig eine hohe Anordnungsvielfalt der Anschlusselemente 7 für die jeweilige spezifische Auslegung des Moduls gewährleisten. In der hier dargestellten Ausführungsform wird nur ein Teil der Durchbrüche 6 für Anschlusselemente 7 verwendet. Die verbleibenden Durchbrüche 6` werden in dieser Ausführungsform nicht für die Anschlusselemente 7 benötigt und bilden folglich in dieser Ausführungsform lediglich unerwünschte Durchbrüche 6', durch die Feuchtigkeit und Schadgase in das Modulinnere eindringen können. Diese unerwünschten Durchbrüche 6` werden unabhängig von der spezifischen Auslegung des Moduls, d.h. unabhängig von der Anordnung der Anschlusselemente 7 durch die erfindungsgemäße Schicht 10 vollständig abgedeckt, so dass die Schicht 10 eine äußere Barriere ausbildet, die das Eindringen von Feuchtigkeit oder Schadgas in das Modulinnere verhindert. Zusätzlich zu dem regelmäßigen Raster 9 von Durchbrüchen 6,6` ist ein freier Durchbruch 11 vorgesehen, der als Einfüllöffnung für das Weichvergussmaterial beim Herstellungsprozess des Moduls verwendet wird.In the in 4 The top view of the module shown is a regular grid 9 of breakthroughs 6 . 6` through the electrically insulating housing 5 to see. An electrically insulating housing designed in this way 5 can be used universally and at the same time a wide variety of arrangement of the connection elements 7 guarantee for the specific design of the module. In the embodiment shown here, only part of the breakthroughs 6 for connection elements 7 used. The remaining breakthroughs 6` are not in this embodiment for the connection elements 7 required and consequently only form undesired breakthroughs in this embodiment 6 ' , through which moisture and harmful gases can penetrate into the interior of the module. These unwanted breakthroughs 6` become independent of the specific design of the module, ie independent of the arrangement of the connection elements 7 through the layer according to the invention 10 completely covered so that the layer 10 creates an outer barrier that prevents moisture or harmful gas from entering the module interior. In addition to the regular grid 9 of breakthroughs 6 . 6` is a free breakthrough 11 provided that is used as a filling opening for the soft potting material in the manufacturing process of the module.

6 ist eine schematisch perspektivische Darstellung eines Stempels 14, welcher komplementär zur Gehäuseaußenseite des in 6 dargestellten Moduls 1 ausgebildet ist. Der Stempel 14 weist ein komplementäres regelmäßiges Raster von Löchern 16 zur Aufnahme der stiftförmigen Kontaktabschnitte 4 auf. Diese komplementäre Anordnung des regelmäßigen Rasters von Löchern ermöglicht es die Durchbrüche 6, 6` unabhängig von der spezifischen Auslegung des Moduls 1 vollständig abzudecken. Damit das Modul 1 während des Pressstempelschritts passgenau auf den Stempel 14 gepresst werden kann sind vier Führungselemente 15 vorgesehen, welche passgenau in die in 5 gezeigten vier Löcher 17 des elektrisch isolierenden Gehäuses 5 eingeführt werden können. 6 is a schematic perspective view of a stamp 14 , which is complementary to the outside of the housing in 6 module shown 1 is trained. The Stamp 14 has a complementary regular grid of holes 16 for receiving the pin-shaped contact sections 4 on. This complementary arrangement of the regular grid of holes enables the breakthroughs 6 . 6` regardless of the specific design of the module 1 to cover completely. So that the module 1 during the stamping step precisely on the stamp 14 There are four guide elements that can be pressed 15 provided which fits perfectly into the 5 shown four holes 17 of the electrically insulating housing 5 can be introduced.

In 7 ist eine Kombination des Stempels 14, des Moduls 1 und einer Schicht 10 vor dem Pressstempelschritt zu sehen. Die Schicht 10 wird formschlüssig auf den Stempel gelegt und auf dem Stempel fixiert. Während des Pressstempelschritts wird das Modul 1 passgenau auf den Stempel 14 gepresst, so dass die Kontaktstifte 4 die Schicht 10 durchstoßen und in die Löcher 16 des Stempels eingreifen.In 7 is a combination of the stamp 14 , the module 1 and a layer 10 seen before the stamp step. The layer 10 is positively placed on the stamp and fixed on the stamp. During the stamping step, the module 1 a perfect fit on the stamp 14 pressed so that the contact pins 4 the layer 10 pierce and into the holes 16 of the stamp.

Claims (14)

Leistungshalbleitermodul (1) aufweisend: ein Substrat (2) zur thermisch leitenden Befestigung an einem Kühlkörper; wenigstens ein auf dem Substrat (2) angeordnetes Halbleiterbauelement (3); wenigstens ein elektrisch leitend mit dem Halbleiterbauelement (3) verbundenes Anschlusselement (7), das an seinem freien Ende einen Kontaktabschnitt (4) aufweist; ein elektrisch isolierendes Gehäuse (5), in dem das Substrat (2) und das wenigstens eine Halbleiterbauelement (3) wenigstens teilweise aufgenommen sind, und das Gehäuse (5) wenigstens einen Durchbruch (6) für das Anschlusselement (7) aufweist; wobei das wenigstens eine Anschlusselement (7) den Durchbruch (6) durchgreifend angeordnet ist und das Anschlusselement (7) mit Spiel in dem Durchbruch (6) angeordnet ist; wobei auf der Gehäuseaußenseite eine an die Gehäuseaußenseite angrenzende und das Anschlusselement (7) umschließende Schicht (10) aus einem im Vergleich zu dem Gehäusematerial plastisch oder elastisch verformbaren Material vorgesehen ist; wobei die Schicht (10) das Spiel zwischen dem Anschlusselement (7) und dem Gehäuse (5) vollständig abdeckt; und wobei der Kontaktabschnitt (4) die Schicht (10) und die Gehäuseaußenseite überragend angeordnet ist.Power semiconductor module (1) comprising: a substrate (2) for thermally conductive attachment to a heat sink; at least one semiconductor component (3) arranged on the substrate (2); at least one connection element (7) which is electrically conductively connected to the semiconductor component (3) and has a contact section (4) at its free end; an electrically insulating housing (5), in which the substrate (2) and the at least one semiconductor component (3) are at least partially accommodated, and the housing (5) has at least one opening (6) for the connection element (7); wherein the at least one connection element (7) is arranged passing through the opening (6) and the connection element (7) is arranged with play in the opening (6); a layer (10) of a material which is plastically or elastically deformable in comparison with the housing material is provided on the outside of the housing and adjoins the outside of the housing and surrounds the connection element (7); the layer (10) completely covering the play between the connection element (7) and the housing (5); and the contact section (4) being arranged so as to project over the layer (10) and the outside of the housing. Leistungshalbleitermodul (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei ferner wenigstens ein freier, zu dem ersten Durchbruch (6) benachbarter weiterer paralleler Durchbruch (6) im Bereich der Gehäuseaußenseite vorgesehen ist, der von der Schicht (10) abgedeckt ist.Power semiconductor module (1) according to the preceding claim, wherein at least one free further parallel opening (6) adjacent to the first opening (6) is provided in the region of the housing outside, which is covered by the layer (10). Leistungshalbleitermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere gleichförmige, parallele Durchbrüche (6) vorgesehen sind, die einem regelmäßigen Raster (9) folgend angeordnet sindPower semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein a plurality of uniform, parallel openings (6) are provided, which are arranged following a regular grid (9) Leistungshalbleitermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung der Schicht (10) wenigstens ein Siloxan, wie ein Polisiloxan, aufweist.Power semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the composition of the layer (10) has at least one siloxane, such as a polisiloxane. Leistungshalbleitermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung der Schicht (10) wenigstens ein Polyimid, wie Poly (4,4'-oxydiphenylen-pyromellitimid), aufweist.Power semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the composition of the layer (10) comprises at least one polyimide, such as poly (4,4'-oxydiphenylene pyromellitimide). Leistungshalbleitermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung der Schicht (10) wenigstens ein Polymer aufweist.Power semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the composition of the layer (10) comprises at least one polymer. Leistungshalbleitermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (10) aus einem elektrisch nichtleitenden Material ist.Power semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the layer (10) is made of an electrically non-conductive material. Leistungshalbleitermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (10) mittels Adhäsion an der Gehäuseaußenseite und/oder dem Anschlusselement (7) haftet.Power semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the layer (10) adheres to the outside of the housing and / or the connecting element (7) by means of adhesion. Leistungshalbleitermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht (10) in einer Ausnehmung der Gehäuseaußenseite aufgenommen ist.Power semiconductor module (1) according to one of the preceding claims, wherein the layer (10) is received in a recess on the outside of the housing. Anordnung, aufweisend ein Leistungshalbleitermodul (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Leiterplatte (19) mit einer Leiterbahn, wobei die Leiterbahn elektrisch leitend mit dem Kontaktabschnitt (4) verbunden ist und die Schicht (10) an die Leiterplatte (19) angrenzend angeordnet ist.Arrangement comprising a power semiconductor module (1) according to one of the preceding claims and a circuit board (19) with a conductor track, the conductor track being electrically conductively connected to the contact section (4) and the layer (10) being arranged adjacent to the circuit board (19) is. Anordnung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kontaktabschnitt (4) mit der Leiterbahn verlötet ist.Arrangement according to the preceding claim, wherein the contact section (4) is soldered to the conductor track. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls (1) mit den folgenden Schritten: einem Bereitstellungsschritt, in dem ein Leistungshalbleitermodul (1) bereitgestellt wird, welches aufweist: ein Substrat (2) zur thermisch leitenden Befestigung an einem Kühlkörper; wenigstens ein auf dem Substrat (2) angeordnetes Halbleiterbauelement (3); wenigstens ein elektrisch leitend mit dem Halbleiterbauelement (3) verbundenes Anschlusselement (7), das an seinem freien Ende einen Kontaktabschnitt (4) aufweist; ein elektrisch isolierendes Gehäuse (5), in dem das Substrat (2) und das wenigstens eine Halbleiterbauelement (3) wenigstens teilweise aufgenommen sind, wobei das Gehäuse (5) wenigstens einen Durchbruch (6) aufweist; wobei das wenigstens eine Anschlusselement (7) den Durchbruch (6) durchgreifend und mit seinem Kontaktabschnitt (4) die Gehäuseaußenseite überragend angeordnet ist; wobei das Anschlusselement (7) mit Spiel in dem Durchbruch (6) angeordnet ist; einen zeitlich nachfolgenden Aufbringungsschritt, bei dem auf der Gehäuseaußenseite eine an die Gehäuseaußenseite angrenzende und das Anschlusselement (3) umschließende Schicht (10) aus einem im Vergleich zu dem Gehäusematerial plastisch oder elastisch verformbaren Material so aufgebracht wird, dass der Kontaktabschnitt (4) die Schicht (10) überragend angeordnet ist; wobei die Schicht (10) das Spiel zwischen dem Anschlusselement (7) und dem Gehäuse (5) vollständig abdeckt.Method for producing a power semiconductor module (1) with the following steps: a provisioning step in which a power semiconductor module (1) is provided, which comprises: a substrate (2) for thermally conductive attachment to a heat sink; at least one semiconductor component (3) arranged on the substrate (2); at least one connection element (7) which is electrically conductively connected to the semiconductor component (3) and has a contact section (4) at its free end; an electrically insulating housing (5) in which the substrate (2) and the at least one semiconductor component (3) are at least partially accommodated, the housing (5) having at least one opening (6); wherein the at least one connection element (7) extends through the opening (6) and with its contact section (4) projects beyond the outside of the housing; wherein the connection element (7) is arranged with play in the opening (6); a temporally subsequent application step in which a layer (10), which is adjacent to the housing exterior and surrounds the connection element (3) and is made of a material that is plastically or elastically deformable in comparison to the housing material, is applied on the housing exterior such that the contact section (4) supports the layer (10) is outstanding; the layer (10) completely covering the play between the connection element (7) and the housing (5). Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schritt des Aufbringens einen Vorgang des thermischen Schrumpfens der Schicht (10) und/oder einen Vorgang des Pressstempelns der Schicht (10) umfasst, wobei der Kontaktabschnitt (4) jeweils die Schicht (10) durchbricht.The method according to the preceding claim, wherein the step of applying comprises a process of thermally shrinking the layer (10) and / or a process of press stamping the layer (10), the contact section (4) breaking through the layer (10) in each case. Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, mit einem zeitlich nachfolgenden Schritt des Anordnens des Leistungshalbleitermoduls (1) auf einer Leiterplatte (19) mit einer Leiterbahn derart, dass die Schicht (10) zwischen der Gehäuseaußenseite und der Leiterplatte (19) angeordnet ist und einem zeitlich nachfolgenden Schritt des elektrisch leitenden Verbindens des Kontaktschnitts (3) mit der Leiterbahn.Method according to one of the two preceding claims, with a chronologically subsequent step of arranging the power semiconductor module (1) on a printed circuit board (19) with a conductor track such that the layer (10) is arranged between the outside of the housing and the printed circuit board (19) and one temporally subsequent step of the electrically conductive connection of the contact cut (3) to the conductor track.
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