DE102020203993A1 - Contact arrangement with sintered circuit carriers - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung. Die Kontaktanordnung weist einen insbesondere keramisch ausgebildeten Schaltungsträger und einen weiteren Schaltungsträger auf. Die Schaltungsträger sind zueinander parallel angeordnet. Die Kontaktanordnung weist auch ein insbesondere flach ausgebildetes elektrisches Bauelement, insbesondere einen Halbleiterschalter, auf. Die Schaltungsträger schließen das Bauelement zwischeneinander ein. Die Kontaktanordnung weist wenigstens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement auf, welches zwischen dem Schaltungsträger und dem weiteren Schaltungsträger angeordnet ist, und die Schaltungsträger miteinander elektrisch verbindet. Erfindungsgemäß ist der weitere Schaltungsträger mit dem Bauelement und mit dem Verbindungselement mittels eines Verbindungsmittels, insbesondere Lotmittels oder Sintermittels insbesondere stoffschlüssig verbunden. Das Verbindungselement weist einen federnd und/oder plastisch verformbar ausgebildeten Abstandshalter auf, welcher gegen den weiteren Schaltungsträger abstützt. Der Abstandshalter ist ausgebildet, bei einem Schrumpfen des Verbindungsmittels, insbesondere Sintermittels nachzugeben, und insbesondere elastisch und/oder plastisch verformt zu werden.The invention relates to a contact arrangement. The contact arrangement has a circuit carrier, in particular a ceramic circuit carrier, and a further circuit carrier. The circuit carriers are arranged parallel to one another. The contact arrangement also has an electrical component, in particular a flat electrical component, in particular a semiconductor switch. The circuit carriers enclose the component between one another. The contact arrangement has at least one electrically conductive connecting element which is arranged between the circuit carrier and the further circuit carrier and electrically connects the circuit carriers to one another. According to the invention, the further circuit carrier is connected to the component and to the connecting element by means of a connecting means, in particular soldering means or sintering means, in particular in a materially bonded manner. The connecting element has a resilient and / or plastically deformable spacer which is supported against the further circuit carrier. The spacer is designed to yield when the connecting means, in particular sintering means, shrink, and in particular to be elastically and / or plastically deformed.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung. Die Kontaktanordnung weist einen insbesondere keramisch ausgebildeten Schaltungsträger und einen weiteren Schaltungsträger auf. Die Schaltungsträger sind zueinander parallel angeordnet. Die Kontaktanordnung weist auch ein insbesondere flach ausgebildetes elektrisches Bauelement, insbesondere einen Halbleiterschalter, auf. Die Schaltungsträger schließen das Bauelement zwischeneinander ein. Die Kontaktanordnung weist wenigstens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement auf, welches zwischen dem Schaltungsträger und dem weiteren Schaltungsträger angeordnet ist, und die Schaltungsträger miteinander elektrisch verbindet.The invention relates to a contact arrangement. The contact arrangement has a circuit carrier, in particular a ceramic circuit carrier, and a further circuit carrier. The circuit carriers are arranged parallel to one another. The contact arrangement also has an electrical component, in particular a flat electrical component, in particular a semiconductor switch. The circuit carriers enclose the component between one another. The contact arrangement has at least one electrically conductive connecting element which is arranged between the circuit carrier and the further circuit carrier and electrically connects the circuit carriers to one another.

Bei Kontaktanordnungen, insbesondere bei Invertern, umfassend Halbleiterschalter-Halbbrücken, bei denen Gehäuselose Halbleiterschalter mit einem Schaltungsträger verbunden sind, wird beim Verbinden des Halbleiterschalters mit dem Schaltungsträger mittels Niedertemperaturverbindungsverfahren ein vorbestimmtes Spaltmaß eingestellt.In the case of contact arrangements, especially inverters, comprising semiconductor switch half-bridges, in which housingless semiconductor switches are connected to a circuit carrier, a predetermined gap is set when the semiconductor switch is connected to the circuit carrier by means of a low-temperature connection method.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß ist bei der Kontaktanordnung der eingangs genannten Art der weitere Schaltungsträger mit dem Bauelement und mit dem Verbindungselement mittels eines Verbindungsmittels, insbesondere Lotmittels oder Sintermittels insbesondere stoffschlüssig verbunden. Das Verbindungselement weist einen federnd und/oder plastisch verformbar ausgebildeten Abstandshalter auf, welcher gegen den weiteren Schaltungsträger abstützt. Der Abstandshalter ist bevorzugt ausgebildet, einen vorbestimmten Abstand zwischen den Schaltungsträgern zu begrenzen, wobei der Abstandshalter ausgebildet ist, bei einem Schrumpfen des Verbindungsmittels, insbesondere Sintermittels nachzugeben, und insbesondere elastisch und/oder plastisch verformt zu werden.According to the invention, in the contact arrangement of the type mentioned at the outset, the further circuit carrier is connected to the component and to the connecting element by means of a connecting means, in particular soldering means or sintering means, in particular in a materially bonded manner. The connecting element has a resilient and / or plastically deformable spacer which is supported against the further circuit carrier. The spacer is preferably designed to limit a predetermined distance between the circuit carriers, the spacer being designed to yield when the connecting means, in particular sintering means, shrink, and in particular to be elastically and / or plastically deformed.

Vorteilhaft wird das Sintermittel so im Prozess nicht am Schrumpfen gehindert. Weiter vorteilhaft kann es so nicht zu Kontaktfehlern oder Wackelkontakten in der Kontaktanordnung, insbesondere an den Anschlüssen des Halbleiters, oder am Verbindungselement kommen. Weiter vorteilhaft kann das so ausgebildete Verbindungselement zusätzlich zu der Eigenschaft, ein elektrisches Potential des mit dem weiteren Schaltungsträger verbundenen Anschlusses des Halbleiters auf den Schaltungsträger zuzuführen, und so den Anschluss des Halbleiterschalters mit dem Schaltungsträger elektrisch zu verbinden, auch die bereits erwähnte Abstandshalterfunktion ausbilden.
Bevorzugt ist ein Anschluss des Bauelements mit dem Schaltungsträger, und ein weiterer Anschluss des Bauelements mit dem weiteren Schaltungsträger verbunden. Dadurch kann das Verbindungsmittel am Bauelement zusammen mit dem Verbindungsmittel an dem Verbindungselement schrumpfen, so dass ein stressarmer Zustand des durch die Schaltungsträger gebildeten Schichtverbundes gebildet ist.The sintering agent is advantageously not prevented from shrinking in the process. In a further advantageous manner, contact errors or loose contacts in the contact arrangement, in particular at the connections of the semiconductor or on the connecting element, cannot occur in this way. In addition to the property of supplying an electrical potential of the connection of the semiconductor connected to the further circuit carrier to the circuit carrier and thus electrically connecting the connection of the semiconductor switch to the circuit carrier, the connection element formed in this way can also form the aforementioned spacer function.
One connection of the component is preferably connected to the circuit carrier and another connection of the component is connected to the further circuit carrier. As a result, the connecting means on the component can shrink together with the connecting means on the connecting element, so that a low-stress state of the layer composite formed by the circuit carriers is formed.

Das Sintermittel, insbesondere Sinterpaste, ist bevorzugt ein Silber haltiges Sintermittel. Das Sintermittel weist bevorzugt Silber und/oder eine Silberlegierung, oder zusätzlich Silberkarbonat und/oder Silberoxid, und/oder wenigstens ein bevorzugt chemisch stabilisiertes Silber-Kolloid auf.The sintering agent, in particular sintering paste, is preferably a silver-containing sintering agent. The sintering agent preferably has silver and / or a silver alloy, or additionally silver carbonate and / or silver oxide, and / or at least one preferably chemically stabilized silver colloid.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abstandselement an das Verbindungselement angeformt. Vorteilhaft kann so einstückiges Bauteil bereitgestellt sein, das das Abstandselement und das Verbindungselement aufweist, In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Abstandselement von dem Verbindungselement abweisend. Vorteilhaft kann das Abstandselement so in einen zu dem Verbindungselement benachbarten Hohlraum hineinragen, und dort gegen den weiteren Schaltungsträger stützen.In a preferred embodiment, the spacer element is molded onto the connecting element. In this way, one-piece component can advantageously be provided which has the spacer element and the connecting element. In a preferred embodiment, the spacer element extends away from the connecting element. The spacer element can thus advantageously protrude into a cavity adjacent to the connecting element and support there against the further circuit carrier.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Abstandselement von dem Verbindungselement abgewinkelt. Vorteilhaft kann sich das Abstandselement so zu dem weiteren Schaltungsträger entgegenstrecken, und einen Verbindungsmittelspalt, insbesondere ein Spaltmaß für das Verbindungsmittel, insbesondere Sintermittel, aufrechterhalten.In a preferred embodiment, the spacer element extends at an angle from the connecting element. In this way, the spacer element can advantageously extend towards the further circuit carrier and maintain a connecting means gap, in particular a gap dimension for the connecting means, in particular sintering means.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abstandselement und/oder das Verbindungselement durch ein flach ausgebildetes Metallstück, insbesondere ein Blechstück, oder Stanzgitter gebildet. Das Verbindungselement kann so gemeinsam mit dem Abstandselement aufwandsgünstig durch Blechstanzen erzeugt werden. Das Abstandselement ist bevorzugt als eine Blechlasche gebildet, welche an das Verbindungselement angeformt ist.In a preferred embodiment, the spacer element and / or the connecting element is formed by a flat piece of metal, in particular a piece of sheet metal, or a stamped grid. The connecting element can thus be produced together with the spacer element by sheet metal stamping at low cost. The spacer element is preferably formed as a sheet metal tab which is molded onto the connecting element.

Das Abstandselement und/oder das Verbindungselement sind bevorzugt jeweils aus Kupfer, insbesondere Reinkupfer, einer Kupferlegierung, aus Aluminium, aus Silber, oder aus einer Silberlegierung gebildet.The spacer element and / or the connecting element are preferably each formed from copper, in particular pure copper, a copper alloy, from aluminum, from silver, or from a silver alloy.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbindungselement eine dem weiteren Schaltungsträger zugewandte Kontaktfläche auf, welche mittels des Verbindungsmittels, insbesondere Sintermittels mit dem weiteren Schaltungsträger verbunden ist. Bevorzugt erstreckt sich das Abstandselement in einen zwischen den Schaltungsträgern erstreckenden Hohlraum. Vorteilhaft kann so das Abstandselement bei einem Sinterverpressen der Schaltungsträger abstandshaltend zwischen den Schaltungsträgern angeordnet sein.In a preferred embodiment, the connecting element has a contact surface which faces the further circuit carrier and which is connected to the further circuit carrier by means of the connecting means, in particular sintering means. The spacer element preferably extends into one between the circuit carriers extending cavity. In this way, the spacer element can advantageously be arranged between the circuit carriers so as to maintain a spacing when the circuit carriers are sintered.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abstandselement frei vom Verbindungsmittel, insbesondere Sintermittel. Vorteilhaft kann das Abstandselement so seine federnde oder plastisch verformbar nachgebende Wirkung bei einem Schrumpfen während eines Trocknungsprozesses oder während des Sinterns frei entfalten.In a preferred embodiment, the spacer element is free of connecting means, in particular sintering means. Advantageously, the spacer element can thus freely develop its resilient or plastically deformable yielding effect in the event of shrinkage during a drying process or during sintering.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abstandselement als Bogen mit einem Scheitel ausgebildet, wobei der Bogen ausgebildet ist, mit dem Scheitel gegen den weiteren Schaltungsträger abzustützen. Vorteilhaft kann mittels der Bogenform eine gute Federwirkung bewirkt werden.In a preferred embodiment, the spacer element is designed as an arch with an apex, the arch being designed to support with the apex against the further circuit carrier. A good spring effect can advantageously be brought about by means of the arch shape.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abstandselement eine Wellenform, umfassend wenigstens zwei in zueinander entgegengesetzte Richtungen weisende Halbwellen auf, wobei eine Halbwelle gegen den weiteren Schaltungsträger, und eine dazu benachbarte Halbwelle gegen den Schaltungsträger abstützt. Vorteilhaft können so mittels des Abstandselements zwei Federn, oder mehrere zueinander parallel geschaltete Federn, zum Abstützen und Abstandshalten ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the spacer element has a wave shape comprising at least two half-waves pointing in mutually opposite directions, one half-wave being supported against the further circuit carrier and a half-wave adjacent thereto being supported against the circuit carrier. Advantageously, by means of the spacer element, two springs, or several springs connected in parallel to one another, can be designed for supporting and spacing.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstandshalter dünner ausgebildet, als das Verbindungselement. Vorteilhaft kann der Abstandshalter so aufwandsgünstig unter Material- und Gewichtseinsparung an das Verbindungselement angeformt sein.In a preferred embodiment, the spacer is made thinner than the connecting element. Advantageously, the spacer can thus be molded onto the connecting element at low cost while saving material and weight.

Der Schaltungsträger ist bevorzugt ein keramischer Schaltungsträger, bevorzugt DCB-Schaltungsträger (DCB = Direct-Copper-Bonded) oder IMS-Schaltungsträger (IMS = Insulated-Metal-Substrate) oder AMB-Schaltungsträger (AMB = Active-Metal-Brazed), ein LTCC-Substrat (LTCC = Low-Temperature-Cofired-Ceramics) oder ein HTCC-Substrat (HTCC = High-Temperature-Cofired-Ceramics).The circuit carrier is preferably a ceramic circuit carrier, preferably DCB circuit carrier (DCB = Direct Copper Bonded) or IMS circuit carrier (IMS = Insulated Metal Substrate) or AMB circuit carrier (AMB = Active Metal Brazed), an LTCC -Substrate (LTCC = Low-Temperature-Cofired-Ceramics) or an HTCC-Substrate (HTCC = High-Temperature-Cofired-Ceramics).

Der weitere Schaltungsträger ist bevorzugt ein gestanzter Blechschaltungsträger, auch Stanzgitter genannt, ein IMS-Substrat, ein AMB-Substrat, DCB-Substrat, ein LTCC-Substrat, ein HTCC-Substrat, oder ein PCB (PCB = Printed-Circuit-Board). Das PCB umfasst bevorzugt wenigstens eine oder mehrere elektrisch isolierende faserverstärkte Epoxidharzschichten, insbesondere FR4-Schicht, und wenigstens eine oder mehrere elektrisch leitfähige Schichten, insbesondere Kupferschicht).The further circuit carrier is preferably a stamped sheet metal circuit carrier, also called a stamped grid, an IMS substrate, an AMB substrate, DCB substrate, an LTCC substrate, an HTCC substrate, or a PCB (PCB = Printed Circuit Board). The PCB preferably comprises at least one or more electrically insulating fiber-reinforced epoxy resin layers, in particular FR4 layer, and at least one or more electrically conductive layers, in particular copper layer).

Die Erfindung betrifft auch einen Inverter mit einer Kontaktanordnung gemäß der vorbeschriebenen Art. Der Inverter weist wenigstens eine, oder mehrere Halbleiterschalter-Halbbrücken auf. Die Halbleiterschalter-Halbbrücken weisen jeweils Leistungshalbleiterschalter, insbesondere zwei Leistungshalbleiterschalter, nämlich einen Low-Side-Halbleiterschalter und einen High-Side-Halbleiterschalter auf. Die Halbleiterschalter des Inverters sind bevorzugt jeweils als gehäuseloser Halbleiterschalter, auch Bare-Die genannt, ausgebildet. Bei dem Inverter ist ein zu dem weiteren Schaltungsträger weisender Schaltstreckenanschluss mit dem weiteren Schaltungsträger mittels Verbindungsmittel, bevorzugt Sintermittel verbunden. Der weitere Schaltungsträger ist durch eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere ein Blechstück, beispielsweise Stanzgitter oder Lead-Frame, gebildet, das einen Ausgangsanschluss oder einen Stromversorgungsanschluss der Halbbrücke des Inverters bildet. Der Inverter mit der Kontaktanordnung kann so vorteilhaft mit einer kleinen Ausfallrate, verursacht durch ein Schrumpfen des Sintermittels, insbesondere einer Sinterpaste als Sintermittel, bereitgestellt werden.The invention also relates to an inverter with a contact arrangement according to the type described above. The inverter has at least one or more semiconductor switch half-bridges. The semiconductor switch half-bridges each have power semiconductor switches, in particular two power semiconductor switches, namely a low-side semiconductor switch and a high-side semiconductor switch. The semiconductor switches of the inverter are preferably each designed as a housing-less semiconductor switch, also called bare die. In the case of the inverter, a switching path connection pointing to the further circuit carrier is connected to the further circuit carrier by means of connecting means, preferably sintering means. The further circuit carrier is formed by an electrically conductive layer, in particular a piece of sheet metal, for example a stamped grid or lead frame, which forms an output connection or a power supply connection of the half-bridge of the inverter. The inverter with the contact arrangement can thus advantageously be provided with a low failure rate, caused by shrinkage of the sintering agent, in particular a sintering paste as the sintering agent.

Das Verbindungselement ist bevorzugt einstückig, insbesondere als Blechstück ausgebildet. Der Schaltungsträger weist bevorzugt als elektrisch isolierende Schicht eine Keramikschicht und als elektrisch leitfähige Schicht eine Kupferschicht auf.The connecting element is preferably designed in one piece, in particular as a sheet metal piece. The circuit carrier preferably has a ceramic layer as the electrically insulating layer and a copper layer as the electrically conductive layer.

Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den abhängigen Ansprüchen und in den Figuren beschriebenen Merkmalen.The invention will now be described below with reference to figures and further exemplary embodiments. Further advantageous design variants result from a combination of the features described in the dependent claims and in the figures.

In den 1 bis 3 sind jeweils Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Sinterverbinden zweier Schaltungsträger dargestellt.

  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktsystem mit einem Schaltungsträger und einem weiteren Schaltungsträger, welche jeweils zum Sinterverbinden ausgebildet sind und wobei der Schaltungsträger elektrisch leitfähige Abstandshalter zum Sinterverbinden mit dem weiteren Schaltungsträger aufweist;
  • 2 zeigt das in 1 dargestellte Kontaktsystem, bei dem in einem Verfahrensschritt der weitere Schaltungsträger auf den Schaltungsträger aufgepresst und unter Wärmeeinwirkung sinterverbunden wird, wobei der weitere Schaltungsträger auf Auflageschultern der Abstandshalter aufliegt;
  • 3 zeigt das in 2 dargestellte Kontaktsystem, bei dem die Sinterpaste beim Versintern geschrumpft ist und die Abstandshalter beim Schrumpfen der Sinterpaste elastisch und/oder plastisch verformt worden sind;
  • 4 zeigt eine Ausführungsform für ein Verbindungselement mit einem wellenförmig ausgebildeten Abstandshalter, der an das Verbindungselement angeformt ist.
In the 1 until 3 each process steps of a method for sintering connection of two circuit carriers are shown.
  • 1 shows an embodiment of a contact system with a circuit carrier and a further circuit carrier, which are each designed for sinter connection and wherein the circuit carrier has electrically conductive spacers for sinter connection to the further circuit carrier;
  • 2 shows that in 1 The contact system shown, in which, in a process step, the further circuit carrier is pressed onto the circuit carrier and sinter-bonded under the action of heat, the further circuit carrier resting on support shoulders of the spacers;
  • 3 shows that in 2 Contact system shown, in which the sintering paste has shrunk during sintering and the spacers have been elastically and / or plastically deformed when the sintering paste shrinks;
  • 4th shows an embodiment for a connecting element with a wave-shaped spacer which is molded onto the connecting element.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Kontaktsystem 1. Das Kontaktsystem 1 umfasst einen Schaltungsträger 2, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als DCB-Schaltungsträger oder IMS-Schaltungsträger (IMS = Insulated-Metal-Substrate) ausgebildet ist. Der Schaltungsträger 2 weist eine elektrisch isolierende Keramikschicht 3 auf. Die Keramikschicht 3 weist auf einer Seite eine elektrisch leitfähige Schicht 4 und eine elektrisch leitfähige Schicht 5 auf, welche jeweils auf derselben Seite der Keramikschicht 3 mit der Keramikschicht 3 verbunden sind. Auf der zu den elektrisch leitfähigen Schichten 4 und 5 gegenüberliegenden Seite der Keramikschicht 3 ist eine wärmeleitfähige Rückseitenschicht 6 mit der Keramikschicht 3 verbunden. 1 shows an embodiment of a contact system 1 . The contact system 1 comprises a circuit carrier 2 , which in this embodiment is designed as a DCB circuit carrier or IMS circuit carrier (IMS = Insulated Metal Substrate). The circuit carrier 2 has an electrically insulating ceramic layer 3 on. The ceramic layer 3 has an electrically conductive layer on one side 4th and an electrically conductive layer 5 each on the same side of the ceramic layer 3 with the ceramic layer 3 are connected. On to the electrically conductive layers 4th and 5 opposite side of the ceramic layer 3 is a thermally conductive back layer 6th with the ceramic layer 3 tied together.

Die elektrisch leitfähigen Schichten 4 und 5 und/oder die Rückseitenschicht 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Kupferschicht gebildet.The electrically conductive layers 4th and 5 and / or the back layer 6th are formed in this embodiment by a copper layer.

Die elektrisch leitfähigen Schichten 4 und 5 erstrecken sich jeweils in einer gemeinsamen Ebene. Mit der elektrisch leitfähigen Schicht ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Leistungshalbleiter 7, insbesondere gehäuseloser Halbleiterschalter, auch Bare-Die genannt, verbunden. Der Halbleiterschalter 7, insbesondere ein Anschluss 23 des Halbleiterschalters 7, ist mittels eines Sintermittels 8, insbesondere Silbersintermittel, mit der elektrisch leitfähigen Schicht 4, insbesondere einer Kupferschicht, stoffschlüssig verbunden, insbesondere versintert. Mit der elektrisch leitfähigen Schicht 5, insbesondere eine Kupferschicht, sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei elektrisch leitfähige Verbindungselemente 9 und 10 mittels eines Sintermittels 8 stoffschlüssig verbunden.The electrically conductive layers 4th and 5 each extend in a common plane. In this exemplary embodiment, the electrically conductive layer is a power semiconductor 7th , in particular housingless semiconductor switch, also called bare die, connected. The semiconductor switch 7th , especially a connector 23 of the semiconductor switch 7th , is by means of a sintering agent 8th , in particular silver sintering agent, with the electrically conductive layer 4th , in particular a copper layer, cohesively connected, in particular sintered. With the electrically conductive layer 5 , in particular a copper layer, are two electrically conductive connecting elements in this exemplary embodiment 9 and 10 by means of a sintering agent 8th firmly connected.

Die Verbindungselemente 9 und 10 sind jeweils als flach ausgebildetes Blechstück, insbesondere Stanzgitter, ausgebildet. Das Verbindungselement 9 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Abstandshalter 11 auf, welcher an das Verbindungselement 9 angeformt ist, und sich mit einem abgewinkelten Abschnitt 12 in einen zu dem Verbindungselement 9 benachbarten Raum hineinerstreckt. Der Abstandshalter bildet das zuvor erwähnte Abstandselement. Das Verbindungselement 9 weist eine von dem Schaltungsträger 2 abweisende Oberfläche 13 zum stoffschlüssigen Verbinden, insbesondere Sintern, mit einem weiteren Schaltungsträger 14 auf.The fasteners 9 and 10 are each designed as a flat sheet metal piece, in particular a punched grid. The connecting element 9 has a spacer in this embodiment 11 on which on the connecting element 9 is integrally formed, and has an angled section 12th in one to the connecting element 9 extends into the adjacent room. The spacer forms the aforementioned spacer element. The connecting element 9 has one of the circuit board 2 repellent surface 13th for a material connection, in particular sintering, with a further circuit carrier 14th on.

Der weitere Schaltungsträger 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel als elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Stanzgitter, ausgebildet. Der weitere Schaltungsträger 14 kann in einer anderen Ausführungsform als keramisches Schaltungsträgersubstrat, insbesondere IMS-Substrat (IMS = Insulated-Metal-Substrate), AMB-Substrat (AMB= Active-Metal-Brazed), DCB-Substrat (Direct-Copper-Bonded) oder LTCC-Substrat (LTCC = Low-Temperature-Cofired-Ceramics), oder als PCB (PCB = Printed-Circuit-Board) ausgebildet sein.The further circuit carrier 14th is formed in this embodiment as an electrically conductive layer, in particular a stamped grid. The further circuit carrier 14th can in another embodiment as a ceramic circuit carrier substrate, in particular IMS substrate (IMS = insulated metal substrate), AMB substrate (AMB = active metal brazed), DCB substrate (direct copper bonded) or LTCC substrate (LTCC = Low-Temperature-Cofired-Ceramics), or be designed as a PCB (PCB = Printed Circuit Board).

Der Abstandshalter 11 weist eine Stützfläche 15 auf, welche von dem Schaltungsträger 2 abweisend und zu dem Schaltungsträger 14 hinweisend ausgebildet ist. Die Stützfläche 15 ist in diesem Ausführungsbeispiel von dem Schaltungsträger 2 weiter beabstandet angeordnet, als ein elektrischer Anschluss 16, insbesondere Schaltstreckenanschluss des Halbleiterschalters 7. Der Schaltstreckenanschluss 16 ist zum Sinterverbinden mit dem weiteren Schaltungsträger 14 ausgebildet. Der Schaltstreckenanschluss 16 und die Kontaktfläche 13 des Verbindungselements 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Sintermittel, insbesondere einer Sinterpaste 17, besetzt. Die Sinterpaste 17 kann beispielsweise den Schaltstreckenanschluss 16 des Halbleiters 7 und auf die Kontaktfläche 13 des Verbindungselements 9 mittels Dispensen aufgebracht sein.The spacer 11 has a support surface 15th on which of the circuit carrier 2 repellent and to the circuit carrier 14th is designed to be indicative. The support surface 15th is in this embodiment from the circuit carrier 2 arranged further apart than an electrical connection 16 , in particular switching path connection of the semiconductor switch 7th . The switching path connection 16 is for sintering connection with the further circuit carrier 14th educated. The switching path connection 16 and the contact area 13th of the connecting element 9 are in this embodiment with a sintering agent, in particular a sintering paste 17th , occupied. The sinter paste 17th can, for example, the switching path connection 16 of the semiconductor 7th and on the contact surface 13th of the connecting element 9 be applied by means of dispensing.

Zu dem Verbindungselement 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel benachbart angeordnet ein bereits erwähntes Verbindungselement 10. Das Verbindungselement 10 weist eine Kontaktfläche 18 zum Sinterverbinden mit dem weiteren Schaltungsträger 14 auf und einen an das Verbindungselement 10 angeformten abgewinkelten Abschnitt 19, an welchen ein Abstandshalter 20 angeformt ist. Der Abstandshalter 20 weist - wie der Abstandshalter 11 - eine Stützfläche 21 auf, welche ausgebildet ist, gegen den weiteren Schaltungsträger 14 abzustützen.To the connecting element 9 an already mentioned connecting element is arranged adjacent in this exemplary embodiment 10 . The connecting element 10 has a contact surface 18th for sintering connection with the further circuit carrier 14th on and one on the connecting element 10 molded angled section 19th , to which a spacer 20th is molded. The spacer 20th points - like the spacer 11 - a support surface 21 on, which is formed against the further circuit carrier 14th to support.

In einem ersten Schritt kann das Sintermittel 8 zum Ausbilden der Kontaktanordnung 1 vor dem Aufsetzen der Verbindungselemente 9 und 10, beziehungsweise dem Halbleiterschalter 7 auf den Schaltungsträger 2 gedruckt und getrocknet werden.In a first step, the sintering agent 8th for forming the contact arrangement 1 before putting on the connecting elements 9 and 10 , or the semiconductor switch 7th on the circuit carrier 2 printed and dried.

Das Sintermittel 8 kann in einem weiteren Schritt zusammen mit dem Schaltungsträger 2 getrocknet und unter Beaufschlagung von Pressdruck versintert werden. Dabei wird eine stoffschlüssige Verbindung - insbesondere durch Diffusion - zwischen den Fügepartnern erzeugt.The sintering agent 8th can in a further step together with the circuit carrier 2 dried and sintered while applying pressure. A cohesive connection - in particular by diffusion - is created between the joining partners.

2 zeigt einen weiteren Fertigungsschritt zum Erzeugen eines Kontaktsystems.
Der weitere Schaltungsträger 14 kann in dem in 2 gezeigten weiteren Fertigungsschritt, auf den Schaltungsträger 2 aufgesetzt werden. Die Sinterpaste 17 ist beispielsweise in einem ersten Fertigungsschritt, wie in 1 dargestellt, auf die Kontaktflächen 13 und 18 der Verbindungselemente 9 beziehungsweise 10, und auf den Schaltstreckenanschluss 16 des Halbleiterschalters 7 aufgebracht worden. Der weitere Schaltungsträger 14 kann durch sein Eigengewicht in die Sinterpaste 17 einsinken, bis dieser auf die Abstandshalter 11 und 20 trifft und dort auf diesen aufliegt. 2 shows a further production step for producing a contact system.
The further circuit carrier 14th can in the in 2 further production step shown on the circuit carrier 2 be put on. The sinter paste 17th is, for example, in a first production step, as in 1 shown on the contact surfaces 13th and 18th the fasteners 9 respectively 10 , and on the switching path connection 16 of the semiconductor switch 7th been applied. The further circuit carrier 14th can by its own weight in the sinter paste 17th sink in until it hits the spacers 11 and 20th meets and rests on it there.

Die Sinterpaste 17 wird, wie in 2 dargestellt, unter Einwirkung eines schwachen Druckes durch den Schaltungsträger 14 - beispielsweise bewirkt durch sein Eigengewicht und/oder eines zusätzlichen Anpressdruckes - fließend verformt und kann so einen Spalt zwischen dem Halbleiterschalter 7 und dem weiteren Substrat 14 und den Verbindungselementen 9 beziehungsweise 10 und dem weiteren Substrat 14, wenigstens teilweise ausfüllen. Die Sinterpaste 17 ist in 2 als in die breitgeflossene Sinterpaste 17` dargestellt.The sinter paste 17th will, as in 2 shown, under the action of a weak pressure by the circuit board 14th - for example caused by its own weight and / or an additional contact pressure - is fluidly deformed and can thus create a gap between the semiconductor switch 7th and the further substrate 14th and the connecting elements 9 respectively 10 and the further substrate 14th , at least partially fill in. The sinter paste 17th is in 2 as shown in the broad-flowing sinter paste 17 '.

Die Abstandshalter 11 und 20 ragen in einen zwischen den Schaltungsträgern 2 und 14 gebildeten Hohlraum 24 und halten beim Verpressen des Weiteren Schaltungsträgers 14 mit dem Schaltungsträger 2 einen Abstand 22 zwischen den Schaltungsträgern 2 und 14 fest. Die Abstandshalter 11 und 20 bilden so mit den Stützflächen 15 beziehungsweise 21 eine Art Auflageschulter, welche den Pressvorgang und so ein Zusammenfügen der Schaltungsträger 14 und 2 auf ein vorbestimmtes Spaltmaß, welches dem Abstand 22 entspricht, begrenzt ist. Die Sinterpaste 17' kann daraufhin gemeinsam mit der Kontaktanordnung 1 getrocknet werden.The spacers 11 and 20th protrude into one between the circuit carriers 2 and 14th formed cavity 24 and hold when pressing the further circuit carrier 14th with the circuit carrier 2 a distance 22nd between the circuit carriers 2 and 14th fixed. The spacers 11 and 20th so form with the support surfaces 15th respectively 21 a kind of support shoulder, which carries out the pressing process and thus joining the circuit carriers 14th and 2 to a predetermined gap, which corresponds to the distance 22nd is limited. The sinter paste 17 ' can then together with the contact arrangement 1 to be dried.

Dabei ist das Kontaktsystem 1' gebildet, bei dem der weitere Schaltungsträger auf den Schaltungsträger aufgepresst ist.Here is the contact system 1' formed, in which the further circuit carrier is pressed onto the circuit carrier.

3 zeigt einen weiteren Schritt zur Ausbildung einer Kontaktanordnung. 3 shows a further step in the formation of a contact arrangement.

Dazu kann die Sinterpaste 17' in einem Sinterofen unter Aufbringen eines - insbesondere durch einen Pfeil 33 dargestellten - Anpressdruck unter Ausbildung eines elektrisch leitfähigen Stoffschlusses - insbesondere in einem Diffusionsprozess - zu einer versinterten Sinterpaste 17" versintern. Die Verbindungselemente 9 und 10 werden dabei stoffschlüssig mit dem weiteren Substrat 14 verbunden.The sinter paste 17 ' in a sintering furnace with the application of a - in particular by an arrow 33 - contact pressure with the formation of an electrically conductive material bond - in particular in a diffusion process - to form a sintered sinter paste 17 " sinter. The fasteners 9 and 10 become cohesive with the further substrate 14th tied together.

3 zeigt insbesondere die in 2 dargestellte vorgesinterte Kontaktanordnung als versinterte Kontaktanordnung 1", bei der die Sinterpaste 17' beim Versintern geschrumpft ist. Die geschrumpfte Sinterpaste 17" ist in 3 dargestellt, welche - insbesondere durch Abbau von Porosität beim Sintern - ein kleineres Volumen aufweist als die in 2 dargestellte, noch nicht geschrumpfte Sinterpaste 17'. Bei dem Schrumpfprozess der Sinterpaste 17' sind die Abstandhalter 11 beziehungsweise 20 elastisch und/oder plastisch verformt worden. 3 zeigt die plastisch verformten Abstandshalter 11 ` und 20', welche jeweils zu dem Schaltungsträger 2 hingebogen sind. Die Abstandshalter 11 und 20 sind in diesem Ausführungsbeispiel verbindungsmittelfrei ausgebildet, sodass die Abstandshalter 11 und 20 beim Schrumpfen der Sinterpaste 17' mit dem Schaltungsträger 14 nur berührend verbunden sind. So können die Abstandshalter 11 und 20 beim Schrumpfen der Sinterpaste 17 plastisch verformt werden und, wie in 3 gezeigt, bei einer Verkleinerung des Spalts und so auch des Hohlraums 24, mit einem Endabschnitt von dem Schaltungsträger 14 in dem Hohlraum 24 hineinbewegt und zu dem Schaltungsträger 2 hinbewegt werden. Das Sintermittel, insbesondere das in 3 gezeigte geschrumpfte Sintermittel 17", kann so keine Risse ausbilden. Der Schaltungsträger 2 und der weitere Schaltungsträger 14 können so weitgehend oder vollständig frei von mechanische Spannungen, erzeugt durch die Abstandshalter, - oder spannungsarm - miteinander versintert sein. 3 shows in particular the in 2 illustrated pre-sintered contact arrangement as a sintered contact arrangement 1" where the sinter paste 17 ' has shrunk during sintering. The shrunk sinter paste 17 " is in 3 shown, which - especially due to the reduction of porosity during sintering - has a smaller volume than that in 2 shown, not yet shrunk sinter paste 17 ' . During the shrinking process of the sinter paste 17 ' are the spacers 11 respectively 20th been elastically and / or plastically deformed. 3 shows the plastically deformed spacers 11 `and 20 ', which each correspond to the circuit carrier 2 are bent. The spacers 11 and 20th are designed without connecting means in this embodiment, so that the spacers 11 and 20th when the sinter paste shrinks 17 ' with the circuit carrier 14th are only touchingly connected. So can the spacers 11 and 20th when the sinter paste shrinks 17th be plastically deformed and, as in 3 shown, with a reduction of the gap and thus also of the cavity 24 , with one end section from the circuit carrier 14th in the cavity 24 moved in and to the circuit carrier 2 be moved there. The sintering agent, especially the in 3 shown shrunk sintering agent 17 " , cannot develop cracks in this way. The circuit carrier 2 and the further circuit carrier 14th can thus be largely or completely free of mechanical stresses generated by the spacers - or be sintered together with little stress.

4 zeigt eine Ausführungsform für ein Verbindungselement 25. Das Verbindungselement 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel als sich insbesondere flach erstreckendes Blechstück ausgebildet, welches eine Kontaktfläche 26 zum Versintern mit einem Schaltungsträger, beispielsweise mit dem in 1 gezeigten Schaltungsträger 2, und eine auf einer dazu gegenüberliegenden Seite ausgebildete weitere Kontaktfläche 27 zum stoffschlüssigen Verbinden mit einem weiteren Schaltungsträger, beispielsweise mit dem weiteren Schaltungsträger 14, in 1 ausgebildet ist. Das Verbindungselement 25 weist einen Abstandshalter 28 auf, welcher an das Verbindungselement 25 angeformt ist, und sich neben einem Bereich des Verbindungselements 25 erstreckt, an dem die Kontaktflächen 26 beziehungsweise die dazu gegenüberliegende Kontaktfläche 27 ausgebildet ist. 4th shows an embodiment for a connecting element 25th . The connecting element 25th is designed in this embodiment as a flat extending sheet metal piece in particular, which has a contact surface 26th for sintering with a circuit carrier, for example with the in 1 circuit carrier shown 2 , and a further contact surface formed on a side opposite thereto 27 for a material connection with a further circuit carrier, for example with the further circuit carrier 14th , in 1 is trained. The connecting element 25th has a spacer 28 on which on the connecting element 25th is formed, and next to a region of the connecting element 25th extends on which the contact surfaces 26th or the opposite contact surface 27 is trained.

Der Abstandshalter 28 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Halbwelle 29 auf, welche an das Verbindungselement 25 angeformt ist, und eine weitere Halbwelle 30, welche an die Halbwelle 29 angeformt ist. Die Halbwelle 29 weist einen Scheitel 31 auf, welcher ausgebildet ist, gegen den weiteren Schaltungsträger 14 abzustützen. Die Halbwelle 30 weist einen Scheitel 32 auf, welcher ausgebildet ist, gegen den Schaltungsträger 2 abzustützen. Die Halbwellen 29 und 30 weisen so mit ihrer konvexen Seite, an der jeweils der Scheitel ausgebildet ist, in zueinander verschiedene Richtungen. Das so ausgebildete Verbindungselement 25 kann mit dem wellenförmig ausgebildeten Abstandshalter 28 eine gute Federwirkung ausbilden.The spacer 28 has a half-wave in this exemplary embodiment 29 on which to the connecting element 25th is formed, and another half-wave 30th , which at the half-wave 29 is molded. The half-wave 29 has a vertex 31 on which is formed against the further circuit carrier 14th to support. The half-wave 30th has a vertex 32 on which is formed against the circuit carrier 2 to support. The half waves 29 and 30th thus point with their convex side, on which the apex is formed in each case, in mutually different directions. The connecting element formed in this way 25th can with the wave-shaped spacer 28 develop a good spring action.

Claims (11)

Kontaktanordnung (1) mit einem ersten Schaltungsträger (2), insbesondere mit einem keramisch ausgebildeten Schaltungsträger (2), und einem weiteren Schaltungsträger (14), wobei die Schaltungsträger (2, 14) zueinander parallel angeordnet sind und wenigstens ein insbesondere flach ausgebildetes elektrisches Bauelement (7), insbesondere Halbleiterschalter, zwischeneinander einschließen, und die Kontaktanordnung (1") wenigstens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement (9, 10) aufweist, welches zwischen dem Schaltungsträger (2) und dem weiteren Schaltungsträger (14) angeordnet ist und die Schaltungsträger (2, 14) miteinander elektrisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schaltungsträger (14) mit dem Bauelement (7) und mit dem Verbindungselement (9, 10) mittels eines Verbindungsmittels, insbesondere Lotmittels oder Sintermittels, (17) insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, und das Verbindungselement (9, 10, 25) einen federnd und/oder plastisch verformbar ausgebildeten Abstandshalter (11, 20, 28) aufweist, welcher gegen den weiteren Schaltungsträger (14) abstützt und ausgebildet ist, eine vorbestimmte Schichtdicke des Verbindungsmittels (17) zu halten, wobei der Abstandshalter (11, 20, 28) ausgebildet ist, bei einem Schrumpfen des Verbindungsmittels (17) federnd nachzugeben und/oder plastisch verformt zu werden.Contact arrangement (1) with a first circuit carrier (2), in particular with a ceramic circuit carrier (2), and a further circuit carrier (14), the circuit carriers (2, 14) being arranged parallel to one another and enclosing at least one electrical component (7), in particular a semiconductor switch, which is particularly flat, and the contact arrangement (1 ″) enclosing at least one electrically conductive connecting element (9 , 10), which is arranged between the circuit carrier (2) and the further circuit carrier (14) and electrically connects the circuit carriers (2, 14) to one another, characterized in that the further circuit carrier (14) with the component (7) and is connected to the connecting element (9, 10) by means of a connecting means, in particular solder or sintering means, (17) in particular cohesively, and the connecting element (9, 10, 25) has a resilient and / or plastically deformable spacer (11, 20, 28) ) has, which is supported and formed against the further circuit carrier (14), a predetermined To maintain the layer thickness of the connecting means (17), the spacer (11, 20, 28) being designed to yield resiliently and / or to be plastically deformed when the connecting means (17) shrinks. Kontaktanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (11, 20, 28) an das Verbindungselement (9, 10, 25) angeformt ist.Contact arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the spacer element (11, 20, 28) is molded onto the connecting element (9, 10, 25). Kontaktanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (9, 10, 25) durch ein flach ausgebildetes Metallstück, insbesondere Blechstück gebildet ist.Contact arrangement (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the connecting element (9, 10, 25) is formed by a flat piece of metal, in particular a piece of sheet metal. Kontaktanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (11, 20, 28) sich von dem Verbindungselement (9, 10, 25) abweisend erstreckt.Contact arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer element (11, 20, 28) extends away from the connecting element (9, 10, 25). Kontaktanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungelement (9, 10, 25) eine zu dem weiteren Schaltungsträger (14) zugewandte Kontaktfläche (13, 18, 27) aufweist, welche mittels des Verbindungsmittels (17) mit dem weiteren Schaltungsträger (14) verbunden ist, und das Abstandselement (11, 20, 28) sich in einen zwischen den Schaltungsträgern (2, 14) erstreckenden Hohlraum (24) erstreckt.Contact arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting element (9, 10, 25) has a contact surface (13, 18, 27) facing the further circuit carrier (14), which by means of the connecting means (17) with the further circuit carrier (14) is connected, and the spacer element (11, 20, 28) extends into a cavity (24) extending between the circuit carriers (2, 14). Kontaktanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement frei von Sintermittel ist.Contact arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer element is free of sintering agent. Kontaktanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (11, 20, 25) durch einen Haltearm gebildet ist, welcher einen Stützbereich (15, 21) aufweist, welcher ausgebildet ist, gegen den weiteren Schaltungsträger (14) abzustützen.Contact arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer element (11, 20, 25) is formed by a holding arm which has a support area (15, 21) which is formed against the further circuit carrier (14) to support. Kontaktanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Abstandselement (11, 20, 25) als Bogen mit einem Scheitel (31) ausbildet ist, wobei der Bogen ausgebildet ist, mit dem Scheitel (31) gegen den weiteren Schaltungsträger (14) abzustützen.Contact arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer element (11, 20, 25) is designed as an arch with one apex (31), the arch being formed with the apex (31) against the other Support circuit carrier (14). Kontaktanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (28) eine Wellenform umfassend wenigstens zwei in zueinander entgegengesetzte Richtungen weisende Halbwellen (29, 30) aufweist, wobei eine Halbwelle (29) gegen den weiteren Schaltungsträger (14) und eine dazu benachbarte Halbwelle (30) gegen den Schaltungsträger (2) abstützt.Contact arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer element (28) has a wave shape comprising at least two half-waves (29, 30) pointing in mutually opposite directions, one half-wave (29) against the further circuit carrier (14) and an adjacent half-wave (30) is supported against the circuit carrier (2). Kontaktanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (11, 20, 28) dünner ausgebildet ist als das Verbindungselement (9, 10, 25).Contact arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the spacer element (11, 20, 28) is made thinner than the connecting element (9, 10, 25). Inverter mit einer Kontaktanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter Halbleiterschalter-Halbbrücken mit Leistungshalbleiterschaltern aufweist, wobei die Leistungshalbleiterschalter des Inverters jeweils als gehäuseloser Halbeiterschalter (7) ausgebildet sind, wobei ein zu dem weiteren Schaltungsträger (14) weisender Schaltstreckenanschluss (16) mit dem weiteren Schaltungsträger (14) mittels Lotmittel oder Sintermittel (17) verbunden ist, und der weitere Schaltungsträger (14) durch eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Blechstück gebildet ist, das einen Ausgangsanschluss oder einen Stromversorgungsanschluss einer Halbbrücke des Inverters bildet.Inverter with a contact arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter has semiconductor switch half-bridges with power semiconductor switches, the power semiconductor switches of the inverter each being designed as a housing-less semiconductor switch (7), with a circuit carrier (14) connected to the further circuit carrier (14). pointing switching path connection (16) is connected to the further circuit carrier (14) by means of solder or sintering agent (17), and the further circuit carrier (14) is formed by an electrically conductive layer, in particular a sheet metal piece, which is an output connection or a power supply connection of a half-bridge of the inverter forms.
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