DE102022103310A1 - power form module and power module assembly - Google Patents

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power
module
form module
substrate
conductive layer
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Holger Ulrich
Klaus Oelsen
Ole Mühlfeld
Hans Peter Boisen
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Danfoss Silicon Power GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsformmodul (2), das Folgendes enthält:
- ein Substrat (12) mit einer oberen leitenden Schicht (5, 6);
- mindestens einen Halbleiter (10, 10'), der auf der oberen leitenden Schicht (5, 6) des Substrats (12) angeordnet ist;
- einen oder mehrere Anschlüsse (14, 15, 16, 17), die elektrisch mit der oberen leitenden Schicht (6) verbunden sind und aus dieser herausragen,
- ein Formteil (30), das den mindestens einen Halbleiter (10) bedeckt.
Das Formteil (30) umfasst mindestens zwei Dome (18, 18', 18"), die aus dem verbleibenden Bereich des Formteils (30) hervorragen, wobei die Dome (18, 18', 18') voneinander beabstandet sind.

Figure DE102022103310A1_0000
The invention relates to a power form module (2), which contains the following:
- a substrate (12) having an upper conductive layer (5, 6);
- at least one semiconductor (10, 10') arranged on the upper conductive layer (5, 6) of the substrate (12);
- one or more terminals (14, 15, 16, 17) electrically connected to and protruding from the upper conductive layer (6),
- A molding (30) covering the at least one semiconductor (10).
The molded part (30) comprises at least two domes (18, 18', 18") which protrude from the remaining area of the molded part (30), the domes (18, 18', 18') being spaced apart from one another.
Figure DE102022103310A1_0000

Description

Bereich der Erfindungscope of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsformmodul mit einem Substrat, das mit einer oberen leitenden Schicht versehen ist, auf der mindestens ein Halbleiter angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Leistungsmodulanordnung.The present invention relates to a power form module having a substrate provided with an upper conductive layer on which at least one semiconductor is arranged. The present invention also relates to a power module assembly.

Stand der TechnikState of the art

Formmodule wie Leistungsmodule sind weit verbreitet. Bei der Montage eines Leistungsmoduls auf einer Wärmesenke mit einem thermischen Schnittstellenmaterial (TIM) oder einem Klebstoff wird die Schichtdicke des TIM oder des Klebstoffs meist lokal sehr dick, weil die Unterseite des Leistungsmoduls nicht glatt ist, sondern kleine Hohlräume aufweist.Form modules such as power modules are widely used. When mounting a power module on a heat sink with a thermal interface material (TIM) or an adhesive, the film thickness of the TIM or the adhesive tends to become very thick locally because the bottom of the power module is not smooth but has small cavities.

Das TIM oder der Klebstoff ist ein pastöses Material und wird bei der Verwendung eines Formmoduls wiederholt erhitzt und abgekühlt. Das Volumen der Komponenten des Formmoduls ändert sich leicht in Reaktion auf die Temperaturschwankungen. Folglich wird durch die abwechselnde thermische Ausdehnung und Kontraktion sowie durch die auf das Modul ausgeübten Kräfte ein Teil des TIM oder des Klebstoffs allmählich „herausgepumpt“. Da das Vorhandensein des TIM oder des Klebstoffs für die Wärmeübertragung vom Leistungsmodul zur Wärmesenke wichtig ist, ist es ein großer Nachteil, wenn es während des Betriebs verloren geht.The TIM or adhesive is a pasty material and is repeatedly heated and cooled using a molding module. The volume of the components of the mold module changes slightly in response to the temperature changes. As a result, some of the TIM or adhesive is gradually “pumped out” by the alternating thermal expansion and contraction and forces exerted on the module. Since the presence of the TIM or adhesive is important for heat transfer from the power module to the heat sink, if it is lost during operation it is a major disadvantage.

Es besteht also ein Bedarf an einem Leistungsformmodul, das die oben genannten Nachteile des Standes der Technik reduziert oder sogar beseitigt.There is therefore a need for a power shaping module that reduces or even eliminates the above-mentioned disadvantages of the prior art.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Der Zweck der vorliegenden Erfindung kann durch ein Leistungsformmodul gemäß Anspruch 1 und ferner durch eine Leistungsmodulanordnung gemäß Anspruch 18 erreicht werden. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Unteransprüchen definiert, in der folgenden Beschreibung erläutert und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.The purpose of the present invention can be achieved by a power form module according to claim 1 and further by a power module arrangement according to claim 18. Preferred embodiments are defined in the dependent subclaims, explained in the following description and illustrated in the accompanying drawings.

Das erfindungsgemäße Leistungsformmodul ist ein Leistungsformmodul, das Folgendes umfasst:

  • - ein Substrat mit einer oberen leitenden Schicht;
  • - mindestens einen Halbleiter, der auf der oberen leitenden Schicht des Substrats angeordnet ist;
  • - einen oder mehrere Anschlüsse, die elektrisch mit der oberen leitenden Schicht verbunden sind und daraus hervorragen;
  • - ein Formteil, das den mindestens einen Halbleiter bedeckt, wobei das Formteil mindestens zwei Dome umfasst, die von dem verbleibenden Bereich des Formteils hervorragen, wobei die Dome voneinander beabstandet sind.
The power form module according to the invention is a power form module that includes the following:
  • - a substrate with an upper conductive layer;
  • - at least one semiconductor arranged on the upper conductive layer of the substrate;
  • - one or more terminals electrically connected to and protruding from the upper conductive layer;
  • - a molding covering the at least one semiconductor, the molding comprising at least two domes protruding from the remaining portion of the molding, the domes being spaced from each other.

Hierdurch ist es möglich, ein Leistungsformmodul bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile des Standes der Technik reduziert oder sogar beseitigt. Es ist möglich, die Steifigkeit des Leistungsformmoduls zu verringern und dadurch die inneren Spannungen im Leistungsformmodul zu reduzieren. Die Erfindung ermöglicht es, die Dicke des Formteils des Leistungsmoduls zu reduzieren und/oder nur ein Formteil oberhalb des/der Halbleiter(s) vorzusehen. Die Lücken zwischen den Domen verringern die mechanische Gesamtbelastung innerhalb des Leistungsformmoduls und sorgen für mechanische Flexibilität des Moduls. Dementsprechend kann die Kraft, die erforderlich ist, um einen ausreichenden thermischen Kontakt zu Strukturen unterhalb der oberen leitenden Schicht (z. B. einer Wärmesenke) herzustellen, reduziert werden.This makes it possible to provide a power form module that reduces or even eliminates the above-mentioned disadvantages of the prior art. It is possible to reduce the rigidity of the power form module and thereby reduce the internal stress in the power form module. The invention makes it possible to reduce the thickness of the molding of the power module and/or to provide only one molding above the semiconductor(s). The gaps between the domes reduce the overall mechanical stress within the power form module and ensure the module's mechanical flexibility. Accordingly, the force required to make sufficient thermal contact to structures beneath the top conductive layer (e.g., a heat sink) may be reduced.

Die obere leitende Schicht kann eine Metallschicht sein. In einer Ausführungsform besteht die obere leitfähige Schicht aus Kupfer. In einer Ausführungsform besteht die obere leitfähige Schicht aus Aluminium.The top conductive layer can be a metal layer. In one embodiment, the top conductive layer is copper. In one embodiment, the top conductive layer is aluminum.

Die obere leitende Schicht kann aus einer Leiter-Rahmen-Struktur gebildet werden.The upper conductive layer can be formed of a ladder-frame structure.

In einer Ausführungsform wird ein einzelner Halbleiter auf der oberen leitenden Schicht des Substrats angeordnet.In one embodiment, a single semiconductor is placed on the top conductive layer of the substrate.

In einer Ausführungsform befinden sich zwei oder mehr Halbleiter auf der oberen leitenden Schicht des Substrats.In one embodiment, two or more semiconductors are located on the top conductive layer of the substrate.

Das Leistungsformmodul umfasst einen oder mehrere Anschlüsse, die elektrisch mit der oberen leitenden Schicht verbunden sind und daraus herausragen.The power form module includes one or more terminals electrically connected to and protruding from the top conductive layer.

In einer Ausführungsform umfasst das Leistungsformmodul einen einzelnen Anschluss, der elektrisch mit der oberen leitenden Schicht verbunden ist und daraus herausragt.In one embodiment, the power shaping module includes a single terminal electrically connected to and protruding from the top conductive layer.

In einer Ausführungsform umfasst das Leistungsformmodul zwei Anschlüsse, die elektrisch mit der oberen leitenden Schicht verbunden sind und aus dieser herausragen.In one embodiment, the power shaping module includes two terminals electrically connected to and protruding from the top conductive layer.

In einer Ausführungsform umfasst das Leistungsformmodul drei Anschlüsse, die elektrisch mit der oberen leitenden Schicht verbunden sind und aus dieser herausragen.In one embodiment, the power shaping module includes three terminals electrically connected to and protruding from the top conductive layer.

In einer Ausführungsform umfasst das Leistungsformmodul drei oder mehr Anschlüsse, die elektrisch mit der oberen leitenden Schicht verbunden sind und aus dieser herausragen.In one embodiment, the power shaping module includes three or more terminals electrically connected to and protruding from the top conductive layer.

Das Leistungsformmodul umfasst ein Formteil, das den mindestens einen Halbleiter bedeckt. Das Formteil besteht aus einem elektrisch nichtleitenden Material. In einer Ausführungsform enthält das Formteil eine Formmasse, ein Polymer, Epoxid oder Zement. In einer Ausführungsform ist das Formteil aus einer Formmasse, einem Polymer, Epoxid oder Zement hergestellt.The power molding module includes a molding covering the at least one semiconductor. The molded part consists of an electrically non-conductive material. In one embodiment, the molded part contains a molding compound, a polymer, epoxy or cement. In one embodiment, the molding is made from a molding compound, a polymer, epoxy, or cement.

Das Formteil umfasst mindestens zwei Dome, die von dem restlichen Bereich des Formteils hervorragen, wobei die Dome voneinander beabstandet sind.The molding includes at least two bosses protruding from the remainder of the molding, the bosses being spaced from each other.

In einer Ausführungsform umfasst das Formteil zwei Dome, die von dem restlichen Bereich des Formteils hervorragen, wobei die Dome voneinander beabstandet sind.In one embodiment, the molding includes two bosses protruding from the remainder of the molding, the bosses being spaced from each other.

In einer Ausführungsform umfasst das Formteil drei Dome, die von dem restlichen Bereich des Formteils hervorragen, wobei die Dome voneinander beabstandet sind.In one embodiment, the molding includes three bosses protruding from the remainder of the molding, the bosses being spaced from one another.

In einer Ausführungsform umfasst das Formteils vier Dome, die von dem restlichen Bereich des Formteils hervorragen, wobei die Dome voneinander beabstandet sind.In one embodiment, the molding includes four bosses protruding from the remainder of the molding, the bosses being spaced from one another.

In einer Ausführungsform umfasst der Formteil fünf oder mehr Dome, die von dem verbleibenden Bereich des Formteils hervorragen, wobei die Dome voneinander beabstandet sind.In one embodiment, the molding includes five or more bosses protruding from the remaining portion of the molding, the bosses being spaced from each other.

In einer Ausführungsform sind die Dome oberhalb des einen oder der mehreren Halbleiter angeordnet. Dadurch ermöglichen die Dome eine erhebliche Krafteinwirkung entweder während der Herstellung (z. B. während eines Sinter- oder Lötprozesses, bei dem das Substrat an einer Wärmesenke befestigt wird) oder während des Betriebs (z. B. um das Modul gegen die Wärmesenke zu drücken, um die TIM-Schicht auf eine extrem dünne Schicht zu reduzieren).In one embodiment, the domes are arranged above the one or more semiconductors. As a result, the domes allow significant force to be applied either during manufacture (e.g., during a sintering or soldering process that attaches the substrate to a heat sink) or during operation (e.g., to press the module against the heat sink). , to reduce the TIM layer to an extremely thin layer).

In einer Ausführungsform entspricht die Breite eines Doms der Breite des unter der Dom angeordneten Halbleiters.In one embodiment, the width of a dome corresponds to the width of the semiconductor arranged under the dome.

In einer Ausführungsform ist die Breite eines Doms gleich der oder größer als die Breite des unter der Dom angeordneten Halbleiters.In one embodiment, the width of a dome is equal to or greater than the width of the semiconductor placed under the dome.

In einer Ausführungsform ist die Breite eines Doms größer als die Breite des unter dem Dom angeordneten Halbleiters.In one embodiment, the width of a dome is greater than the width of the semiconductor placed under the dome.

In einer Ausführungsform entspricht die kleinste Breite eines Doms der Breite des unter dem Dom angeordneten Halbleiters.In one embodiment, the smallest width of a dome corresponds to the width of the semiconductor arranged under the dome.

In einer Ausführungsform ist die kleinste Breite eines Doms gleich der oder größer als die Breite des unter dem Dom angeordneten Halbleiters.In one embodiment, the smallest width of a dome is equal to or greater than the width of the semiconductor placed under the dome.

In einer Ausführungsform ist die kleinste Breite eines Doms größer als die Breite des unter dem Dom angeordneten Halbleiters.In one embodiment, the smallest width of a dome is larger than the width of the semiconductor arranged under the dome.

In einer Ausführungsform sind zumindest einige der Dome symmetrisch ausgebildet.In one embodiment, at least some of the domes are symmetrical.

In einer Ausführungsform sind die Dome symmetrisch ausgebildet.In one embodiment, the domes are designed symmetrically.

In einer Ausführungsform ist der zentrale Teil des Doms unterhalb des zentralen Teils des unter dem Dom angeordneten Halbleiters angeordnet.In one embodiment, the central portion of the dome is located below the central portion of the semiconductor located below the dome.

In einer Ausführungsform erstrecken sich die Dome über das Niveau des einen Anschlusses oder der mehreren Anschlüsse.In one embodiment, the domes extend above the level of the one or more ports.

Dadurch ist es möglich, den proximalen Teil eines oder mehrerer Anschlüsse mit einem Dom zu bedecken. Dementsprechend kann eine Kraft auf die Dome ausgeübt werden, die den proximalen Teil eines oder mehrerer Anschlüsse bedecken. Die Kraft wird über das Formmaterial der Dome und den einen oder die mehreren Anschlüsse auf die obere leitende Schicht übertragen.This makes it possible to cover the proximal part of one or more connections with a dome. Accordingly, a force can be applied to the domes covering the proximal portion of one or more ports. The force is transmitted to the top conductive layer via the dome molding material and the one or more terminals.

In einer Ausführungsform umfasst das Substrat einen Isolator, auf dem die obere leitende Schicht aufgebracht ist.In one embodiment, the substrate comprises an insulator on which the top conductive layer is deposited.

In einer Ausführungsform umfasst das Substrat eine untere leitende Schicht, die sich unter dem Isolator befindet, wobei der Isolator zwischen der oberen leitenden Schicht und der unteren leitenden Schicht eingebettet ist.In one embodiment, the substrate includes a bottom conductive layer underlying the insulator, with the insulator sandwiched between the top conductive layer and the bottom conductive layer.

In einer Ausführungsform ist das Substrat ein Direct Copper Bonded (DCB) Substrat.In one embodiment, the substrate is a Direct Copper Bonded (DCB) substrate.

In einer Ausführungsform ist zwischen benachbarten Domen ein Zwischenbereich mit Formmaterial vorgesehen.In one embodiment, an intermediate area of molding material is provided between adjacent mandrels.

In einer Ausführungsform ist zwischen benachbarten Domen ein Zwischenbereich aus einem anderen Material als dem Formteil vorgesehen.In one embodiment, an intermediate area made of a different material than the molded part is provided between adjacent mandrels.

In einer Ausführungsform ist ein Zwischenbereich ohne Material (materialfreier Spalt) zwischen benachbarten Domen vorgesehen.In one embodiment, an intermediate area without material (material-free gap) is provided between adjacent domes.

In einer Ausführungsform erstreckt sich nur das Substrat über den gesamten Bereich zwischen benachbarten Domen und verbindet diese miteinander. Dadurch ist es möglich, die mechanische Flexibilität des Leistungsformmoduls zu erhöhen. Dementsprechend kann die gesamte mechanische Belastung innerhalb des Leistungsformmoduls reduziert werden.In one embodiment, only the substrate extends over the entire area between adjacent domes and connects them to one another. This makes it possible to increase the mechanical flexibility of the power form module. Accordingly, the overall mechanical stress within the power form module can be reduced.

In einer Ausführungsform erstreckt sich nur der Isolator über den gesamten Bereich zwischen benachbarten Domen und verbindet diese miteinander.In one embodiment, only the insulator extends across the entire area between adjacent domes and connects them together.

In einer Ausführungsform umfasst das an der Oberfläche des Leistungsformmoduls freiliegende Substrat mehrere getrennte Abschnitte, wobei jeder getrennte Abschnitt zumindest teilweise von einem Hohlraum umgeben ist, die einen Speicher für das wärmeleitende Material darstellt. Die Oberfläche ist in der Regel der untere Teil des Frommoduls.In one embodiment, the substrate exposed at the surface of the power form module comprises a plurality of discrete sections, each discrete section being at least partially surrounded by a cavity that provides storage for the thermally conductive material. The surface is usually the lower part of the frommodul.

In einer Ausführungsform ist das an der Oberfläche des Moduls freiliegende Substrat eine untere leitende Schicht.In one embodiment, the substrate exposed at the surface of the module is a bottom conductive layer.

Die untere leitende Schicht kann eine Metallschicht sein. In einer Ausführungsform besteht die untere leitende Schicht aus Kupfer. In einer Ausführungsform besteht die untere leitende Schicht aus Aluminium.The lower conductive layer can be a metal layer. In one embodiment, the bottom conductive layer is copper. In one embodiment, the bottom conductive layer is aluminum.

In einer Ausführungsform steht der Hohlraum in Fluidverbindung mit einer Speicherstruktur, die den Hohlraum zumindest teilweise umgibt, wobei die Speicherstruktur so konfiguriert ist, dass sie wärmeleitendes Material aus dem Hohlraum aufnimmt und wärmeleitendes Material in den Hohlraum zurückführt. Dadurch entweicht das wärmeleitende Material nicht wie im Stand der Technik in die Umgebung.In one embodiment, the cavity is in fluid communication with a storage structure that at least partially surrounds the cavity, the storage structure being configured to receive thermally conductive material from the cavity and to return thermally conductive material to the cavity. As a result, the thermally conductive material does not escape into the environment as in the prior art.

In einer Ausführungsform wird jeder abgetrennte Abschnitt direkt unter einer Dom platziert.In one embodiment, each severed section is placed directly under a dome.

In einer Ausführungsform sind nur die getrennten Abschnitte aus Metall gefertigt.In one embodiment, only the separate sections are made of metal.

In einer Ausführungsform sind nur die getrennten Abschnitte aus Kupfer gefertigt.In one embodiment only the separated sections are made of copper.

In einer Ausführungsform sind zumindest einige der Hohlräume als Hohlräume in dem Formteil ausgeführt.In one embodiment, at least some of the cavities are designed as cavities in the molded part.

In einer Ausführungsform sind alle Hohlräume als Hohlräume in dem Formteil ausgebildet.In one embodiment, all cavities are formed as cavities in the molded part.

In einer Ausführungsform sind zumindest einige der Speicherstrukturen als Speicherstrukturen in dem Formteil ausgeführt.In one embodiment, at least some of the storage structures are embodied as storage structures in the molded part.

In einer Ausführungsform sind alle Speicherstrukturen als Speicherstrukturen in dem Formteil hergestellt.In one embodiment, all memory structures are fabricated as memory structures in the molded part.

In einer Ausführungsform umschließt das Formteil das gesamte Substrat mit Ausnahme der abgetrennten Abschnitte, die auf der Rückseite des Substrats durch das Formteil hindurchragen.In one embodiment, the molded part encloses the entire substrate with the exception of the separated sections which protrude through the molded part on the back side of the substrate.

In einer Ausführungsform bedeckt das Formteil die Oberseite des Leistungsformmoduls, wobei die Rückseite des Substrats nicht von dem Formteil bedeckt ist.In one embodiment, the molding covers the top of the power molding module, with the back side of the substrate not being covered by the molding.

In einer Ausführungsform sind Rinnen, die die Hohlräume bilden, in die Rückseite des Substrats geätzt.In one embodiment, grooves that form the cavities are etched into the backside of the substrate.

In einer Ausführungsform sind die Rinnen, die die Speicherstrukturen bilden, in die Rückseite des Substrats geätzt.In one embodiment, the grooves that form the memory structures are etched into the backside of the substrate.

In einer Ausführungsform hat der Isolator eine Dicke im Bereich von 0,1-0,8 mm.In one embodiment, the insulator has a thickness in the range 0.1-0.8mm.

In einer Ausführungsform haben die leitenden Schichten eine Dicke im Bereich von 0,1-3,0 mm.In one embodiment, the conductive layers have a thickness in the range 0.1-3.0 mm.

In einer Ausführungsform hat das wärmeleitende Material eine Dicke im Bereich von 0,005-1,0 mmIn one embodiment, the thermally conductive material has a thickness in the range 0.005-1.0 mm

In einer Ausführungsform besteht das wärmeleitende Material aus Sinter mit einer Dicke von weniger als 500 µm, vorzugsweise weniger als 100 µm.In one embodiment, the thermally conductive material consists of sinter with a thickness of less than 500 μm, preferably less than 100 μm.

In einer Ausführungsform ist das wärmeleitende Material ein thermisches Grenzflächenmaterial mit einer Dicke unter 50 µm, vorzugsweise im Bereich von 5-50 µm.In one embodiment, the thermally conductive material is a thermal interface material having a thickness below 50 µm, preferably in the range 5-50 µm.

In einer Ausführungsform bestehen die Dome aus einem flachen oberen Teil und schrägen Teilen, die sich von dort erstrecken.In one embodiment, the domes consist of a flat top part and sloping parts extending from there.

In einer Ausführungsform liegt der Winkel α zwischen dem oberen Teil und den schrägen Teilen im Bereich von 30-89 Grad.In one embodiment, the angle α between the top part and the sloping parts is in the range of 30-89 degrees.

In einer Ausführungsform liegt der Winkel α zwischen dem oberen Teil und den schrägen Teilen im Bereich von 40-88 Grad.In one embodiment, the angle α between the top part and the sloping parts is in the range of 40-88 degrees.

In einer Ausführungsform liegt der Winkel α zwischen dem oberen Teil und den schrägen Teilen im Bereich von 45-88 Grad.In one embodiment, the angle α between the top part and the sloping parts is in the range of 45-88 degrees.

Das Leistungsformmodul kann vorteilhaft mit einer Wärmesenke kombiniert werden, um eine Leistungsmodulbaugruppe zu bilden.The power form module can be advantageously combined with a heat sink to form a power module assembly.

In einer Ausführungsform einer solchen Leistungsmodulbaugruppe ist eine Wärmesenke unter dem Substrat angeordnet und mit dieser thermisch verbunden. Auf diese Weise kann die Wärmesenke für eine effiziente Kühlung der von dem Leistungsformmodul erzeugten Wärme sorgen.In one embodiment of such a power module assembly, a heat sink is disposed beneath and thermally connected to the substrate. In this way, the heat sink can provide efficient cooling of the heat generated by the power shaping module.

In einer Ausführungsform ist ein wärmeleitendes Material zwischen der Wärmesenke und dem Substrat vorgesehen.In one embodiment, a thermally conductive material is provided between the heat sink and the substrate.

In einer Ausführungsform umfasst die Leistungsmodulbaugruppe Strukturen, die so angeordnet und konfiguriert sind, dass sie das Leistungsformmodul gegen die Wärmesenke drücken, indem sie Druck auf die Dome ausüben. Hierdurch kann die Gesamtkraft im Vergleich zum Stand der Technik reduziert werden, da bei der Erfindung nur in den Bereichen (über dem/den Halbleiter(n)) Druck ausgeübt wird, in denen dies erforderlich ist.In one embodiment, the power module assembly includes structures arranged and configured to press the power form module against the heat sink by applying pressure to the domes. This allows the overall force to be reduced compared to the prior art, since the invention applies pressure only in those areas (above the semiconductor(s)) where it is required.

In einer Ausführungsform umfasst die Leistungsmodulbaugruppe eine Befestigungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Kraft auf die Oberseite der Dome nach unten in Richtung des Substrats ausübt.In one embodiment, the power module assembly includes a fastener configured to apply a force on top of the domes down toward the substrate.

In einer Ausführungsform wird die Befestigungsvorrichtung mit Schrauben an der Wärmesenke befestigt.In one embodiment, the fastener is attached to the heat sink with screws.

In einer Ausführungsform umfasst die Befestigungsvorrichtung eine oder mehrere Federscheiben.In one embodiment, the attachment device includes one or more spring washers.

In einer Ausführungsform umfasst die Befestigungsvorrichtung eine oder mehrere Schrauben.In one embodiment, the fastening device comprises one or more screws.

In einer Ausführungsform ist die Befestigungsvorrichtung ein Gehäusedeckel.In one embodiment, the fastening device is a housing cover.

In einer Ausführungsform ist die Befestigungsvorrichtung ein Deckel eines Invertergehäuses.In one embodiment, the fastening device is a cover of an inverter housing.

In einer Ausführungsform umfasst die Befestigungsvorrichtung eine Platte, die so angeordnet und gestaltet ist, dass sie eine Kraft auf die Oberseite der Dome ausübt.In one embodiment, the attachment device includes a plate arranged and configured to apply a force to the top of the domes.

In einer Ausführungsform umfasst die Befestigungsvorrichtung Klemmstrukturen, die so angeordnet und gestaltet sind, dass sie eine Kraft von mindestens 1 N auf jeden Dom ausüben.In one embodiment, the attachment device includes clamping structures arranged and configured to exert a force of at least 1N on each spike.

In einer Ausführungsform sind zumindest einige der oben beschriebenen Hohlräume als Hohlräume in der Oberseite der Wärmesenke ausgeführt.In one embodiment, at least some of the cavities described above are implemented as cavities in the top of the heat sink.

In einer Ausführungsform sind alle Hohlräume als Hohlräume in der Oberseite der Wärmesenke ausgeführt.In one embodiment, all cavities are implemented as cavities in the top of the heat sink.

In einer Ausführungsform sind zumindest einige der oben beschriebenen Speicherstrukturen als Speicherstrukturen in der Oberseite der Wärmesenke ausgeführt.In one embodiment, at least some of the memory structures described above are embodied as memory structures in the top surface of the heat sink.

In einer Ausführungsform sind alle Speicherstrukturen als Speicherstrukturen in der Oberseite der Wärmesenke ausgeführt.In one embodiment, all memory structures are implemented as memory structures in the top of the heat sink.

Figurenlistecharacter list

Das Verständnis der Erfindung wird durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung vertieft. Die beigefügten Zeichnungen sind nur zur Veranschaulichung gegeben, und daher sind sie nicht einschränkend für die vorliegende Erfindung. In den beigefügten Zeichnungen:

  • 1A zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Leistungsformmoduls;
  • 1B zeigt eine Seitenansicht einer Leistungsmodulbaugruppe mit dem in gezeigten Leistungsformmodul;
  • 1C zeigt eine Seitenansicht der in 1B gezeigten Leistungsmodulbaugruppe, wobei die Leistungsmodulbaugruppe eine Befestigungsvorrichtung umfasst, die so angeordnet und konfiguriert ist, dass sie eine Kraft auf die obere Oberfläche des Leistungsformmodulteils ausübt;
  • 2A zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls;
  • 2B zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Leistungsmoduls;
  • 2C zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Leistungsmodulanordnung;
  • 3A zeigt eine Explosionszeichnung einer erfindungsgemäßen Leistungsmodulbaugruppe, die ein Leistungsformmodul umfasst;
  • 3B zeigt eine Querschnittsansicht der in 3A gezeigten Leistungsmodulbaugruppe in einer Konfiguration, in der das Leistungsformmodul an der Wärmesenke befestigt ist;
  • 4A zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Leistungsformmoduls;
  • 4B zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Leistungsformmoduls;
  • 5A zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Leistungsformmodul;
  • 5B zeigt eine perspektivische Unteransicht des in gezeigten Leistungsformmoduls;
  • 5C zeigt eine Querschnittsansicht des in und gezeigten Leistungsformmoduls;
  • 6A zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Leistungsmodulanordnung;
  • 6B zeigt eine Nahaufnahme eines Teils der in 6A gezeigten Leistungsmodulanordnung und
  • 6C zeigt ein Leistungsformmodul nach dem Stand der Technik.
The understanding of the invention will be deepened by the following detailed description. The accompanying drawings are given for illustrative purposes only and therefore they are not limitative of the present invention. In the attached drawings:
  • 1A shows a side view of a power form module according to the invention;
  • 1B shows a side view of a power module assembly with the in power form module shown;
  • 1C shows a side view of in 1B shown power module assembly, wherein the power module assembly includes a fastener arranged and configured to apply a force to the top surface of the power form module portion;
  • 2A shows a cross-sectional view of a power module according to the invention;
  • 2 B shows a cross-sectional view of another power module according to the invention;
  • 2C shows a cross-sectional view of a power module arrangement according to the invention;
  • 3A Figure 12 shows an exploded view of a power module assembly according to the invention, which includes a power form module;
  • 3B shows a cross-sectional view of FIG 3A power module assembly shown in a configuration in which the power form module is attached to the heat sink;
  • 4A shows a cross-sectional view of a power shaping module according to the invention;
  • 4B Fig. 12 shows a cross-sectional view of another power shaping module according to the invention;
  • 5A shows a perspective plan view of a power form module according to the invention;
  • 5B shows a perspective bottom view of the in power form module shown;
  • 5C shows a cross-sectional view of the in and power form module shown;
  • 6A shows a cross-sectional view of a power module arrangement according to the invention;
  • 6B shows a close-up of part of the in 6A shown power module arrangement and
  • 6C shows a power form module according to the prior art.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zur Veranschaulichung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird in 1A ein Leistungsformmodul 2 der vorliegenden Erfindung dargestellt.Referring to the drawings to illustrate preferred embodiments of the present invention, 1A a power form module 2 of the present invention is shown.

1A zeigt eine Seitenansicht eines Leistungsformmoduls 2 gemäß der Erfindung. Das Leistungsformmodul 2 umfasst einen unteren kastenförmigen Teil, auf dem zwei voneinander beabstandete Dome 18, 18' angeordnet sind. 1A shows a side view of a power form module 2 according to the invention. The power form module 2 comprises a lower box-shaped part on which two spaced-apart domes 18, 18' are arranged.

Die Höhe (Dicke) des unteren kastenförmigen Teils entspricht im Wesentlichen der Höhe (Dicke) der Dome 18, 18'.The height (thickness) of the lower box-shaped part essentially corresponds to the height (thickness) of the domes 18, 18'.

Der untere kastenförmige Teil umfasst eine erste Basisstruktur 26 und eine zweite Basisstruktur 26'. Die erste Basisstruktur 26 bildet einen ersten Endabschnitt, während die zweite Basisstruktur 26' einen zweiten, gegenüberliegenden Endabschnitt bildet. Ein Zwischenbereich 24 ist zwischen den Domen 18, 18' vorgesehen. Der Raum zwischen den Domen 18, 18' entspricht im Wesentlichen der Breite des zweiten Doms 18'. Jeder Dom 18, 18' hat die Form eines gleichschenkligen Trapezes.The lower box-shaped part comprises a first base structure 26 and a second base structure 26'. The first base structure 26 forms a first end portion, while the second base structure 26' forms a second, opposite end portion. An intermediate area 24 is provided between the domes 18, 18'. The space between the domes 18, 18' essentially corresponds to the width of the second dome 18'. Each dome 18, 18' has the shape of an isosceles trapezium.

1B zeigt eine Seitenansicht einer Leistungsmodulbaugruppe 3 mit dem in 1A gezeigten Leistungsformmodul 2. Das Leistungsformmodul 2 ist auf einer Schnittstelle 13 platziert, die auf einer Wärmesenke 20 angeordnet ist. Die Schnittstelle 13 umfasst ein wärmeleitendes Material, damit die im Leistungsformmodul 2 erzeugte Wärme in die Wärmesenke 20 geleitet werden kann. Die Schnittstelle kann aus einem Material bestehen, das geeignet ist, den Wärmekontakt zwischen dem Leistungsformmodul 2 und der Wärmesenke 20 zu verbessern. Ein solches Material kann ein thermisches Schnittstellenmaterial, Fett oder eine Flüssigkeit sein. Die Schnittstelle kann alternativ oder zusätzlich aus einem Material bestehen, das das Leistungsformmodul 2 in festem Kontakt mit der Wärmesenke 20 hält. Ein solches Material kann eine Sinterschicht, eine Lötschicht oder eine Klebeschicht sein. 1B shows a side view of a power module assembly 3 with the in 1A power form module 2 shown. The power form module 2 is placed on an interface 13 which is arranged on a heat sink 20 . The interface 13 comprises a thermally conductive material so that the heat generated in the power shaping module 2 can be conducted into the heat sink 20 . The interface may be made of any material suitable to enhance thermal contact between the power shaping module 2 and the heat sink 20 . Such a material can be a thermal interface material, grease, or a liquid. The interface can alternatively or additionally consist of a material that keeps the power shaping module 2 in firm contact with the heat sink 20 . Such a material can be a sinter layer, a solder layer or an adhesive layer.

1C zeigt eine Seitenansicht der in 1B gezeigten Leistungsmodulbaugruppe 3, wobei die Leistungsmodulbaugruppe 3 eine Befestigungsvorrichtung 28 umfasst, die so angeordnet und konfiguriert ist, dass sie eine Kraft in Richtung der oberen Fläche des Leistungsformmoduls 2 ausübt. Die Befestigungsvorrichtung 28 hat die Form einer Platte, die mit durchgehenden Bohrungen versehen ist. Schrauben 31, 31' erstrecken sich durch diese Durchgangsbohrungen. Die Schrauben 31, 31' sind mit der Wärmesenke 20 verbunden. Dabei drückt die Befestigungsvorrichtung 28 das Leistungsformmodul 2 gegen die Wärmesenke 20. In einer Ausführungsform sind die Schrauben 31, 31' in entsprechende Gewindebohrungen der Wärmesenke 20 eingeschraubt. 1C shows a side view of in 1B The power module assembly 3 shown in FIG. The fastening device 28 is in the form of a plate which is provided with through-holes. Bolts 31, 31' extend through these through holes. The screws 31, 31' are connected to the heat sink 20. FIG. The fastening device 28 presses the power module 2 against the heat sink 20. In one embodiment, the screws 31, 31' are screwed into corresponding threaded holes in the heat sink 20.

2A zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Leistungsformmoduls 2. Das Leistungsformmodul 2 umfasst eine Leiterrahmenstruktur 11 mit drei getrennten oberen leitenden Schichten 5, 5', 5". Ein erster Halbleiter 10 ist auf der ersten oberen leitenden Schicht 5 angeordnet. Ein zweiter Halbleiter 10' befindet sich auf der dritten oberen leitenden Schicht 5". Eine Drahtverbindung 22 verbindet den ersten Halbleiter 10 und die zweite obere leitende Schicht 5' elektrisch miteinander. 2A shows a cross-sectional view of a power form module 2 according to the invention. The power form module 2 comprises a leadframe structure 11 with three separate upper conductive layers 5, 5', 5". A first semiconductor 10 is arranged on the first upper conductive layer 5. A second semiconductor 10' is located on the third upper conductive layer 5". A wire bond 22 electrically connects the first semiconductor 10 and the second upper conductive layer 5' to each other.

Das Leistungsformmodul 2 umfasst ein Formteil 30, das im Wesentlichen dem in 1A gezeigten und erläuterten Formteil entspricht. Das Formteil 30 umfasst einen unteren kastenförmigen Teil und zwei voneinander beabstandete Dome 18, 18', die aus dem kastenförmigen Teil herausragen.The power form module 2 includes a molded part 30, which is essentially the in 1A corresponds to the molding shown and explained. The molded part 30 comprises a lower box-shaped part and two spaced-apart domes 18, 18' which protrude from the box-shaped part.

Die Höhe des kastenförmigen Teils entspricht der Höhe der Dome 18, 18'. Der untere kastenförmige Teil umfasst eine erste Bodenstruktur 26 und eine zweite Bodenstruktur 26' sowie einen Zwischenbereich 24 zwischen den Domen 18, 18'. Die Dome 18, 18' ragen aus dem verbleibenden Bereich des Formteils 30 heraus.The height of the box-shaped part corresponds to the height of the domes 18, 18'. The lower box-shaped part comprises a first floor structure 26 and a second floor structure 26' and an intermediate area 24 between the domes 18, 18'. The domes 18, 18' protrude from the remaining area of the molded part 30.

2B zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Leistungsformmoduls 2. Das Leistungsformmodul 2 umfasst ein Formteil 30, das die gleichen Strukturen aufweist wie das in 2A gezeigte und erläuterte Teil. 2 B shows a cross-sectional view of a further power form module 2 according to the invention. The power form module 2 comprises a molded part 30 which has the same structures as in FIG 2A part shown and explained.

Das Leistungsformmodul 2 umfasst ein Substrat 12, das mit drei getrennten oberen leitenden Schichten 6, 6', 6" versehen ist, die auf einem Isolator 4 angeordnet sind. Der Isolator 4 ist auf einer ersten unteren leitenden Schicht 8 und einer zweiten unteren leitenden Schicht 8' angeordnet. Die unteren leitenden Schichten 8, 8' sind unter dem ersten Halbleiter 10 bzw. dem zweiten Halbleiter 10' angeordnet. Das Substrat 12 kann ein DCB-Substrat sein.The power form module 2 comprises a substrate 12 provided with three separate upper conductive layers 6, 6', 6'' arranged on an insulator 4. The insulator 4 is on a first lower conductive layer 8 and a second lower conductive layer 8' The lower conductive layers 8, 8' are arranged under the first semiconductor 10 and the second semiconductor 10', respectively The substrate 12 may be a DCB substrate.

Der erste Halbleiter 10 befindet sich auf der ersten oberen leitenden Schicht 6, während der zweite Halbleiter 10' auf der dritten oberen leitenden Schicht 6" angeordnet ist. Eine Drahtverbindung 22 verbindet den ersten Halbleiter 10 und die zweite obere leitende Schicht 6' elektrisch miteinander.The first semiconductor 10 is located on the first top conductive layer 6, while the second semiconductor 10' is located on the third top conductive layer 6''. A wire bond 22 electrically connects the first semiconductor 10 and the second top conductive layer 6' together.

Die Dome 18, 18' weisen geneigte Seitenteile 32, 32' auf. Der Winkel α des linken Seitenteils des ersten Doms 18 ist angegeben. Der Winkel α (zwischen dem oberen Teil 50 und dem geneigten Seitenteil 32) beträgt etwa 45 Grad. Der Winkel α kann jedoch auch kleiner sein, z. B. im Bereich von 5-40 Grad.The domes 18, 18' have inclined side parts 32, 32'. The angle α of the left side part of the first dome 18 is indicated. The angle α (between the top portion 50 and the sloping side portion 32) is approximately 45 degrees. However, the angle α can also be smaller, e.g. B. in the range of 5-40 degrees.

2C zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Leistungsmodulanordnung 3. Die Leistungsmodulbaugruppe 3 umfasst ein Leistungsformmodul 2 mit denselben Merkmalen wie das in 2B gezeigte und erläuterte Modul. Die Leistungsmodulbaugruppe 3 umfasst jedoch eine Wärmesenke 20. Die erste untere leitende Schicht 8 und die zweite untere leitende Schicht 8' des Substrats 12 sind auf der Wärmesenke 20 angeordnet und mit dieser verbunden. Hierdurch wird eine thermische Verbindung zwischen den unteren leitenden Schichten 8, 8' und der Wärmesenke 20 hergestellt. Dementsprechend kann die von dem ersten Halbleiter 10 und dem zweiten Halbleiter 10' erzeugte Wärme an die Wärmesenke 20 übertragen werden. Die Wärmesenke 20 kann die erzeugte Wärme durch Wärmeaustausch an die Umgebung abgeben. 2C shows a cross-sectional view of a power module arrangement 3 according to the invention. The power module assembly 3 comprises a power form module 2 with the same features as in FIG 2 B module shown and explained. However, the power module assembly 3 includes a heat sink 20. The first lower conductive layer 8 and the second lower conductive layer 8' of the substrate 12 are disposed on the heat sink 20 and bonded thereto. This establishes a thermal connection between the lower conductive layers 8, 8' and the heat sink 20. Accordingly, the heat generated from the first semiconductor 10 and the second semiconductor 10 ′ can be transferred to the heat sink 20 . The heat sink 20 can release the generated heat to the outside by heat exchange.

3A zeigt eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Leistungsmodulanordnung 3 mit einem Leistungsformmodul 2. Das Leistungsformmodul 2 entspricht im Wesentlichen dem in 2A dargestellten und erläuterten Leistungsmodul 2. Das Leistungsformmodul 2 ist oberhalb eines Isolators 4 angeordnet. Der Isolator 4 ist oberhalb einer Wärmesenke 20 angeordnet. 3A shows an exploded view of a power module arrangement 3 according to the invention with a power form module 2. The power form module 2 essentially corresponds to that in 2A power module 2 illustrated and explained. The power form module 2 is arranged above an insulator 4 . The insulator 4 is arranged above a heat sink 20 .

3B zeigt eine Querschnittsansicht der in 3A gezeigten Leistungsmodulbaugruppe 3 in einer Konfiguration, in der das Leistungsformmodul 2 an der Wärmesenke 20 befestigt ist. Die Kraft F wird so auf die Dome 18, 18' ausgeübt, dass das Leistungsformmodul 2 gegen die Wärmesenke 20 gedrückt wird. 3B shows a cross-sectional view of FIG 3A Power module assembly 3 shown in a configuration in which the power form module 2 is attached to the heat sink 20. The force F is exerted on the domes 18, 18' in such a way that the power shaping module 2 is pressed against the heat sink 20.

4A zeigt eine Querschnittsansicht eines Leistungsformmoduls 2 gemäß der Erfindung. Das Leistungsformmodul 2 umfasst ein DCB-Substrat 12 mit einem Isolator 4, der zwischen den oberen leitenden Schichten 6, 6', 6" und der unteren leitenden Schicht 8, 8' liegt. Ein erster Halbleiter 10 ist an der ersten oberen leitenden Schicht 6 befestigt. Ein zweiter Halbleiter 10' ist an der dritten oberen leitenden Schicht 6" befestigt. Eine Drahtverbindung 22 verbindet den ersten Halbleiter 10 und die zweite obere leitende Schicht 6' elektrisch miteinander. 4A Figure 12 shows a cross-sectional view of a power shaping module 2 according to the invention. The power form module 2 comprises a DCB substrate 12 with an insulator 4 lying between the upper conductive layers 6, 6', 6" and the lower conductive layer 8, 8'. A first semiconductor 10 is attached to the first upper conductive layer 6 A second semiconductor 10' is attached to the third upper conductive layer 6''. A wire bond 22 electrically connects the first semiconductor 10 and the second upper conductive layer 6' together.

Das Leistungsformmodul 2 umfasst ein Formteil 30, das zwei voneinander beabstandete Dome 18, 18' umfasst.The power form module 2 comprises a form part 30, which comprises two spaced-apart domes 18, 18'.

Der erste Dom 18 ragt aus einer ersten Basisstruktur 26 des Formteils 30 heraus. Ebenso ragt der zweite Dom 18' aus einer zweiten Grundstruktur 26' heraus. Zwischen den Domen 18, 18' ist ein Zwischenbereich 24 vorgesehen. Es ist zu erkennen, dass der Zwischenbereich 24 leer ist und somit keine Formmasse enthält. Auch unter dem Isolator 4 ist unterhalb des Zwischenbereichs 24 ein Leerraum vorgesehen.The first dome 18 protrudes from a first base structure 26 of the molded part 30 . Likewise, the second dome 18' protrudes from a second base structure 26'. An intermediate area 24 is provided between the domes 18, 18'. It can be seen that the intermediate area 24 is empty and therefore contains no molding material. A void is also provided under the insulator 4 below the intermediate portion 24 .

4B zeigt eine Explosionsdarstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Leistungsformmoduls 2. Das Leistungsformmodul 2 entspricht im Wesentlichen dem in 4A gezeigten und erläuterten Leistungsmodul 2. Allerdings ist in dem Zwischenbereich 24 ein Material 34 vorgesehen. Dementsprechend ist der Zwischenbereich 24 nicht leer wie in 4A. Ebenso ist das Material 34 auch unter dem Isolator 4 unterhalb des Zwischenbereichs 24 vorgesehen. 4B shows an exploded view of a further power form module 2 according to the invention. The power form module 2 essentially corresponds to that in 4A power module 2 shown and explained. However, a material 34 is provided in the intermediate region 24 . Accordingly, the intermediate area 24 is not empty as in FIG 4A . Likewise, the material 34 is also provided under the insulator 4 below the intermediate region 24 .

5A zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Leistungsformmodul 2. 5B zeigt eine perspektivische Unteransicht des in 5A gezeigten Leistungsformmoduls 2. 5C zeigt eine Querschnittsansicht des in 5A und 5B gezeigten Leistungsformmoduls 2. 5A shows a perspective plan view of a power module 2 according to the invention. 5B shows a perspective bottom view of the in 5A power form module shown 2. 5C shows a cross-sectional view of the in 5A and 5B power form module shown 2.

Das Leistungsformmodul 2 umfasst ein Formteil mit einer Vielzahl von Domen 18, 18', die aus dem restlichen Teil des Formteils herausragen. Die Dome 18, 18' befinden sich an der Oberseite 36 des Moduls 2. Die Dome 18, 18' sind gleichmäßig geformt und voneinander beabstandet. Die Dome 18, 18' sind in zwei Abschnitten angeordnet, die durch einen Zwischenraum oberhalb des zentralen Teils des Leistungsformmoduls 2 getrennt sind.The power molding module 2 comprises a molding having a plurality of domes 18, 18' protruding from the remainder of the molding. The domes 18, 18' are located on the top 36 of the module 2. The domes 18, 18' are uniformly shaped and spaced apart from one another. The dome 18, 18 'are arranged in two sections, the are separated by a space above the central part of the power form module 2.

Das Leistungsformmodul 2 umfasst eine Vielzahl von Anschlüssen 14, 15, 16, 17. Drei Anschlüsse 14, 15, 16 ragen aus einem ersten Endabschnitt des Leistungsformmoduls 2 heraus. Ein einzelner Anschluss 17 ragt aus dem gegenüberliegenden Ende des Leistungsformmoduls 2 heraus. Die Klemmen 14, 15, 16, 17 verlaufen parallel zueinander.The power form module 2 comprises a multiplicity of terminals 14, 15, 16, 17. Three terminals 14, 15, 16 protrude from a first end section of the power form module 2. A single terminal 17 protrudes from the opposite end of the power form module 2 . The terminals 14, 15, 16, 17 are parallel to each other.

Die Anschlüsse 14, 15, 16, 17 erstrecken sich durch die Grundstrukturen 26 des Formteils.The terminals 14, 15, 16, 17 extend through the base structures 26 of the molding.

5B zeigt, dass eine Vielzahl von Abschnitten 40, 40' an der Unterseite 38 des Leistungsformmoduls 2 vorgesehen sind. Jeder Abschnitt 40, 40' ist unterhalb einer Dom 18, 18' angeordnet. Ein Spalt 41 umgibt zumindest teilweise jeden Abschnitt 40, 40'. 5B shows that a multiplicity of sections 40, 40' are provided on the underside 38 of the power form module 2. Each section 40, 40' is located below a dome 18, 18'. A gap 41 at least partially surrounds each section 40, 40'.

5C zeigt, dass das Leistungsformmodul 2 ein mit einer oberen leitenden Schicht versehenes Substrat umfasst, wobei eine Vielzahl von Halbleitern 10, 10', 10" auf der oberen leitenden Schicht 6 angeordnet sind. Es ist zu erkennen, dass das Leistungsformmodul 2 mehrere Anschlüsse 14, 17 umfasst, die elektrisch mit der oberen leitenden Schicht 6 verbunden sind und aus dieser herausragen. Das Leistungsformmodul 2 umfasst ein Formteil, das die Halbleiter 10, 10', 10" abdeckt. Die Dome 18, 18' enthalten geneigte Abschnitte 32, 32' und flache obere Abschnitte. Die Dome 18, 18' sind voneinander beabstandet, da sich zwischen ihnen ein Zwischenbereich 24 erstreckt. 5C shows that the power form module 2 comprises a substrate provided with an upper conductive layer, with a multiplicity of semiconductors 10, 10', 10'' being arranged on the upper conductive layer 6. It can be seen that the power form module 2 has a plurality of connections 14, 17 electrically connected to and protruding from the top conductive layer 6. The power molding module 2 includes a molding covering the semiconductors 10, 10', 10''. Domes 18, 18' include sloped sections 32, 32' and flat top sections. The domes 18, 18' are spaced apart from one another since an intermediate region 24 extends between them.

6A zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Leistungsmodulanordnung 3. Die Leistungsmodulbaugruppe 3 umfasst ein Substrat 12 mit einem Isolator 4, der zwischen oberen Schichten 6 und unteren Schichten 8 angeordnet ist. Die Halbleiter 10, 10' sind auf den oberen Schichten 6 angeordnet. Zur elektrischen Verbindung der Halbleiter 10, 10' mit den oberen Schichten werden Drahtbonds 22 verwendet. 6A shows a cross-sectional view of a power module arrangement 3 according to the invention. The power module assembly 3 comprises a substrate 12 with an insulator 4 which is arranged between upper layers 6 and lower layers 8 . The semiconductors 10, 10' are arranged on the upper layers 6. FIG. Wire bonds 22 are used to electrically connect the semiconductors 10, 10' to the upper layers.

Die Leistungsmodulbaugruppe 3 umfasst einen Anschluss 17, der elektrisch mit der oberen leitenden Schicht 6 verbunden ist und aus dieser herausragt. Die Leistungsmodulbaugruppe 3 umfasst ein Formteil, das die Halbleiter 10, 10' abdeckt.The power module assembly 3 includes a terminal 17 electrically connected to and protruding from the upper conductive layer 6 . The power module assembly 3 includes a molding that covers the semiconductors 10, 10'.

Das Formteil umfasst eine Vielzahl von Domen 18, 18', 18", die aus dem übrigen Bereich des Formteils herausragen. Die Dome 18, 18', 18" sind voneinander beabstandet. Zwischen benachbarten Domen 18, 18', 18" sind Zwischenbereiche 24 vorgesehen.The molded part comprises a plurality of domes 18, 18', 18" which protrude from the remaining area of the molded part. The domes 18, 18', 18" are spaced apart from one another. Intermediate areas 24 are provided between adjacent domes 18, 18', 18''.

Die unteren Schichten 8 sind an der Wärmesenke 20 befestigt. Zwischen den unteren Lagen 8 und der Wärmesenke 20 ist ein wärmeleitendes Material (z. B. Wärmeleitmaterial, Fett, Flüssigkeit oder Sintermaterial) vorgesehen, um die thermische Verbindung zu verbessern. Die Kraft F wird von oben auf die Dome 18, 18', 18" ausgeübt.The lower layers 8 are attached to the heat sink 20 . A thermally conductive material (e.g. thermally conductive material, grease, liquid or sintered material) is provided between the lower layers 8 and the heat sink 20 in order to improve the thermal connection. The force F is exerted on the domes 18, 18', 18'' from above.

6B zeigt eine Nahaufnahme eines Teils der in 6A gezeigten Leistungsmodulbaugruppe 3. Es ist zu erkennen, dass die Hohlräume 44 neben den unteren Schichten 8 vorgesehen sind. Jeder Hohlraum 44 wird als Speicher für das wärmeleitende Material 42 verwendet. Das an der Oberfläche der Leistungsmodulbaugruppe 3 freiliegende Substrat 12 umfasst mehrere getrennte Abschnitte, wobei jeder getrennte Abschnitt zumindest teilweise von einem Hohlraum 44 umgeben ist, der als Speicher für das wärmeleitende Material dient. Dementsprechend kann das wärmeleitende Material 42 bei abwechselnder thermischer Ausdehnung und thermischer Kontraktion sowie bei Kräften, die auf die Leistungsmodulbaugruppe 3 einwirken, in die Hohlräume 44 ein und daraus austreten. 6B shows a close-up of part of the in 6A Power module assembly 3 is shown. It can be seen that the cavities 44 are provided adjacent to the lower layers 8. FIG. Each cavity 44 is used to store the thermally conductive material 42 . The substrate 12 exposed at the surface of the power module assembly 3 comprises a plurality of discrete sections, each discrete section being at least partially surrounded by a cavity 44 which serves as a reservoir for the thermally conductive material. Accordingly, the thermally conductive material 42 can enter and exit the cavities 44 under alternating thermal expansion and thermal contraction and forces acting on the power module assembly 3 .

Es ist zu erkennen, dass in dem Raum zwischen den benachbarten unteren Schichten 8 ein Füllmaterial 46 vorgesehen ist. Außerdem ist neben den Hohlräumen 44 eine Speicherstruktur 48 vorgesehen. Die Speicherstruktur 48 kann eine Führungsstruktur oder Barriere darstellen.It can be seen that in the space between the adjacent lower layers 8 a filling material 46 is provided. A storage structure 48 is also provided next to the cavities 44 . Storage structure 48 may represent a guiding structure or barrier.

zeigt eine Leistungsmodulbaugruppe 102 nach dem Stand der Technik. Die Leistungsmodulbaugruppe 102 umfasst ein DCB-Substrat 112 mit einem Isolator 104, der zwischen oberen Schichten 106 und einer unteren Schicht 108 liegt. Die Halbleiter 110, 110' sind auf der oberen Schicht 106 angeordnet. Das DCB-Substrat 112 ist an einer Wärmesenke 20 befestigt. Die Leistungsmodulbaugruppe 102 besteht aus einem Formteil mit einer im Wesentlichen kastenförmigen Geometrie. Ein Drahtbond 122 wird verwendet, um einen Halbleiter 110 und eine obere Schicht elektrisch zu verbinden. 10 shows a power module assembly 102 according to the prior art. The power module assembly 102 includes a DCB substrate 112 with an insulator 104 sandwiched between top layers 106 and a bottom layer 108 . The semiconductors 110, 110' are arranged on the top layer 106. FIG. The DCB substrate 112 is attached to a heat sink 20 . The power module assembly 102 consists of a molded part with a substantially box-shaped geometry. A wire bond 122 is used to electrically connect a semiconductor 110 and a top layer.

BezugszeichenlisteReference List

22
Leistungsformmodulpower form module
33
Leistungsmodulbaugruppepower module assembly
44
Isolatorinsulator
5, 5', 5"5, 5', 5"
Obere leitende Schicht eines LeiterrahmensTop conductive layer of a lead frame
6, 6', 6"6, 6', 6"
Obere leitende SchichtTop conductive layer
8, 8'8, 8'
Untere leitende SchichtLower conductive layer
1010
Halbleitersemiconductor
1111
Leiterrahmenstrukturladder frame structure
1212
Substratsubstrate
1313
Schnittstelleinterface
14, 1514, 15
AnschlussConnection
16, 1716, 17
AnschlussConnection
18, 18', 18"18, 18', 18"
Domedomes
2020
Wärmesenkeheat sink
2222
Drahtbindungwire binding
2424
Mittlerer BereichMiddle area
26, 26'26, 26'
Basisstrukturbase structure
2828
Fixiervorrichtungfixation device
3030
Formteil (Formmasse)molded part
31, 31'31, 31'
Schraubescrew
32, 3232, 32
schräge Abschnittesloping sections
3434
Materialmaterial
3636
Oberseitetop
3838
Unterseitebottom
40, 40'40, 40'
AbschnittSection
4141
Lückegap
4242
Wärmeleitendes Material (z. B. thermisches Grenzflächenmaterial, Fett, Flüssigkeit oder Sintermaterial)Thermally conductive material (e.g. thermal interface material, grease, liquid or sintered material)
4444
Hohlraum (Speicher für das wärmeleitende Material)cavity (storage for the thermally conductive material)
4646
Füllmaterialfilling material
4848
Speicherstrukturmemory structure
5050
Oberteiltop
αa
Winkelangle
102102
Leistungsmodulbaugruppepower module assembly
104104
Isolatorinsulator
106106
Obere SchichtUpper layer
108108
Untere SchichtLower class
110110
Halbleitersemiconductor
110'110'
Halbleitersemiconductor
112112
Substratsubstrate
122122
Drahtverbindungwire connection

Claims (21)

Leistungsformmodul (2), das Folgendes umfasst: - ein Substrat (12) mit einer oberen leitenden Schicht (5, 6); - mindestens einen Halbleiter (10, 10'), der auf der oberen leitenden Schicht (5, 6) des Substrats (12) angeordnet ist; - einen oder mehrere Anschlüsse (14, 15, 16, 17), die elektrisch mit der oberen leitenden Schicht (5, 6) verbunden sind und aus dieser herausragen, - ein Formteil (30), das den mindestens einen Halbleiter (10) bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (30) mindestens zwei Dome (18, 18', 18") umfasst, die von dem verbleibenden Bereich des Formteils (30) hervorragen, wobei die Dome (18, 18', 18') voneinander beabstandet sind.A power form module (2) comprising: - a substrate (12) having an upper conductive layer (5, 6); - at least one semiconductor (10, 10') arranged on the upper conductive layer (5, 6) of the substrate (12); - one or more terminals (14, 15, 16, 17) electrically connected to and protruding from the upper conductive layer (5, 6), - a molding (30) covering the at least one semiconductor (10). characterized in that the molding (30) comprises at least two bosses (18, 18', 18") protruding from the remaining portion of the molding (30), the bosses (18, 18', 18') being spaced apart are. Leistungsformmodul (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dome (18, 18', 18") über dem einen oder den mehreren Halbleitern (10, 10') angeordnet sind.Performance form module (2) according to claim 1 , characterized in that the domes (18, 18', 18") are arranged over the one or more semiconductors (10, 10'). Leistungsformmodul (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dome (18, 18', 18") über das Niveau des einen oder der mehreren Anschlüsse (14, 15, 16, 17) erstrecken.Performance form module (2) according to claim 1 or 2 , characterized in that the domes (18, 18', 18") extend above the level of the one or more connections (14, 15, 16, 17). Leistungsformmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (12) einen Isolator (4) umfasst, wobei die obere leitende Schicht (6) auf dem Isolator (4) angeordnet ist.Power form module (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (12) comprises an insulator (4), the upper conductive layer (6) being arranged on the insulator (4). Leistungsformmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (12) eine untere leitende Schicht (8) umfasst, die unter dem Isolator (4) vorgesehen ist, wobei der Isolator (4) zwischen der oberen leitenden Schicht (6) und der unteren leitenden Schicht (8) eingeschlossen ist.Power form module (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (12) comprises a lower conductive layer (8) which is provided under the insulator (4), the insulator (4) between the upper conductive layer ( 6) and the lower conductive layer (8). Leistungsformmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Domen (18, 18', 18") ein Zwischenbereich (24) mit Formmaterial (30) vorgesehen ist.Power form module (2) according to one of the preceding claims, characterized in that an intermediate area (24) with form material (30) is provided between adjacent domes (18, 18', 18''). Leistungsformmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Domen (18, 18', 18") ein Zwischenbereich (24) mit einem anderen Material (34) als dem Formteil (30) vorgesehen ist.Power form module (2) according to one of the preceding claims, characterized in that between adjacent domes (18, 18', 18") there is an intermediate region (24) with a different material (34) than the shaped part (30). Leistungsformmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Domen (18, 18', 18") ein Zwischenbereich (24) ohne Material (materialfreier Spalt) vorgesehen ist.Power form module (2) according to one of the preceding claims, characterized in that an intermediate region (24) without material (material-free gap) is provided between adjacent domes (18, 18', 18"). Leistungsformmodul (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich nur das Substrat (12) durchgehend zwischen benachbarten Domen (18, 18', 18") erstreckt und diese miteinander verbindet.Performance form module (2) according to claim 8 , characterized in that only the substrate (12) extends continuously between adjacent domes (18, 18', 18") and connects them to one another. Leistungsformmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Oberfläche des Moduls (2) freiliegende Substrat (12) mehrere getrennte Abschnitte (40, 40') aufweist, wobei jeder getrennte Abschnitt (40, 40') zumindest teilweise von einem Hohlraum (44) umgeben ist, der einen Speicher für ein wärmeleitendes Material (42) darstellt.Power form module (2) according to any one of the preceding claims, characterized in that the substrate (12) exposed on the surface of the module (2) has a plurality of separate sections (40, 40'), each separate section (40, 40') having at least is partially surrounded by a cavity (44) which is a store for a thermally conductive material (42). Leistungsformmodul (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (44) in Fluidverbindung mit einer Speicherstruktur (48) steht, die den Hohlraum (44) zumindest teilweise umgibt, wobei die Speicherstruktur (48) so konfiguriert ist, dass sie wärmeleitendes Material (42) aus dem Hohlraum (44) aufnimmt und wärmeleitendes Material (42) in den Hohlraum (44) zurückführt.Performance form module (2) according to claim 10 , characterized in that the cavity (44) is in fluid communication with a storage structure (48) at least partially surrounding the cavity (44), the storage structure (48) being configured to remove thermally conductive material (42) from the cavity (44) and returns thermally conductive material (42) to the cavity (44). Leistungsformmodul (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder abgetrennte Abschnitt (40, 40') direkt unter einem Dom (18, 18', 18") angeordnet ist.Performance form module (2) according to claim 10 or 11 , characterized in that each separated section (40, 40') is arranged directly under a dome (18, 18', 18"). Leistungsformmodul (2) nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Hohlräume (44) als Hohlräume (44) in dem Formteil (30) ausgebildet sind.Performance form module (2) according to one of Claims 10 - 12 , characterized in that at least some of the cavities (44) are formed as cavities (44) in the molded part (30). Leistungsformmodul (2) nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Speicherstrukturen (48) als Speicherstrukturen (48) im Formteil (30) ausgebildet sind.Performance form module (2) according to one of Claims 10 - 13 , characterized in that at least some of the storage structures (48) are formed as storage structures (48) in the molded part (30). Leistungsformmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (30) das gesamte Substrat (12) umgibt, mit Ausnahme der abgetrennten Abschnitte (40, 40'), die von der Rückseite des Substrats (12) durch das Formteil (30) hindurch vorstehen.Power form module (2) according to one of the preceding Claims 10 - 14 , characterized in that the molding (30) surrounds the entire substrate (12), with the exception of the severed portions (40, 40') which protrude from the back of the substrate (12) through the molding (30). Leistungsformmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (30) die Oberseite des Leistungsformmoduls (2) bedeckt, wobei die Rückseite des Substrats (12) nicht von dem Formteil (30) bedeckt ist.Power form module (2) according to one of the preceding Claims 10 - 14 , characterized in that the molding (30) covers the top of the power module (2), wherein the back of the substrate (12) is not covered by the molding (30). Leistungsformmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dome (18, 18', 18") einen flachen oberen Abschnitt (50) und davon ausgehende schräge Abschnitte (32, 32') aufweisen.Power form module (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the domes (18, 18', 18'') have a flat upper section (50) and inclined sections (32, 32') extending therefrom. Leistungsmodulanordnung (3) mit einem Leistungsformmodul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmesenke (20) unter dem Substrat (12) angeordnet und mit diesem thermisch verbunden ist.Power module arrangement (3) with a power form module (2) according to one of the preceding claims, characterized in that a heat sink (20) is arranged under the substrate (12) and is thermally connected to it. Leistungsmodulanordnung (3) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein wärmeleitendes Material (42) zwischen der Wärmesenke (20) und dem Substrat (12) vorgesehen ist.Power module arrangement (3) after Claim 18 , characterized in that a thermally conductive material (42) is provided between the heat sink (20) and the substrate (12). Leistungsmodulanordnung (3) mit einem Leistungsformmodul (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Hohlräume (44) als Hohlräume (44) in der Oberseite der Wärmesenke (20) ausgebildet sind.Power module arrangement (3) with a power form module (2) according to one of Claims 10 until 12 , characterized in that at least some of the cavities (44) are formed as cavities (44) in the top of the heat sink (20). Leistungsmodulanordnung (3) mit einem Leistungsformmodul (2) nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Speicherstrukturen (48) als Speicherstrukturen (48) in der Oberseite der Wärmesenke ausgebildet sind.Power module arrangement (3) with a power form module (2) according to one of Claims 10 - 12 , characterized in that at least some of the storage structures (48) are formed as storage structures (48) in the upper side of the heat sink.
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