DE10211556A1 - Component, used as a power component, comprises a semiconductor module having a support with electrically conducting strip conductors, a plate with further strip conductors and an electrically conducting connection - Google Patents
Component, used as a power component, comprises a semiconductor module having a support with electrically conducting strip conductors, a plate with further strip conductors and an electrically conducting connectionInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bauelementanordnung mit einem Halbleitermodul, insbesondere einem Leistungshalbleitermodul, und einer Platine, mit der das Halbleitermodul mittels einer elektrisch leitenden Verbindung elektrisch leitend verbunden ist. The present invention relates to a component arrangement with a semiconductor module, in particular one Power semiconductor module, and a circuit board with which the semiconductor module by means of an electrically conductive connection is conductively connected.
Zur Realisierung der elektrisch leitenden Verbindung, die das Halbleitermodul elektrisch leitend mit der Platine, die weitere Bauelemente enthält, verbindet, sind verschiedene Vorgehensweisen bekannt, die beispielsweise in T. Stockmeier, W. Tursky: "Present and Future of Power Electronics Modules" beschrieben sind. To realize the electrically conductive connection that the Semiconductor module electrically conductive with the board that contains other components, connects, are different Approaches known, for example in T. Stockmeier, W. Tursky: "Present and Future of Power Electronics Modules" are described.
Zum Einen ist bekannt, Anschlussbeine an dem Halbleitermodul vorzusehen, die mit zugehörigen Anschlusspunkten auf der Platine verlötet, verschweißt oder verschraubt werden. Die Anschlussbeine sorgen hierbei für den elektrischen Kontakt zwischen dem Halbleitermodul und der Platine und für eine feste mechanische Verbindung an der Platine. Die Anschlussbeine können dabei stumpf auf die Oberfläche der Platine gelötet oder geschweißt werden oder sie können in Bohrungen der Platinen gelötet sein. Die zuletzt genannte Verbindung bringt allerdings den Nachteil mit sich, dass durch die Bohrung eine elektromagnetische Störstrahlung, die an den Anschlusskontakten abgestrahlt werden kann, auch auf der dem Halbleitermodul abgewandten Seite der Platine abgestrahlt wird. Außerdem müssen auf der Rückseite Kriech- und Luftstrecken eingehalten werden, für die bei hohen Spannungen ein erheblicher Platzbedarf erforderlich ist. On the one hand, it is known to have connecting legs on the semiconductor module to be provided with the corresponding connection points on the PCB are soldered, welded or screwed. The Connection legs ensure electrical contact between the semiconductor module and the board and for a fixed mechanical connection on the board. The connecting legs can be butt-soldered to the surface of the board or be welded or they can be drilled in the holes PCBs are soldered. The latter connection brings but with the disadvantage that a through the hole electromagnetic interference emitted to the Connection contacts can be emitted, also on the semiconductor module the opposite side of the board is emitted. Moreover creepage and air gaps must be observed on the back be a significant one at high voltages Space is required.
Zum anderen ist es bekannt, das Halbleitermodul so mit der Platine zu verschrauben, dass die Schraubenverbindung nur für eine mechanische Befestigung des Halbleitermoduls an der Platine sorgt, jedoch keine elektrische Kontaktierung gewährleistet. Der elektrische Kontakt wird durch Federelemente gewährleistet, die sich zwischen Kontaktflächen der Platine und des Halbleitermoduls erstrecken. On the other hand, it is known that the semiconductor module with the To screw the board that the screw connection only for a mechanical attachment of the semiconductor module to the PCB ensures, but no electrical contact guaranteed. The electrical contact is made by spring elements ensures that between the contact surfaces of the board and extend the semiconductor module.
Die Halbleitermodule sind üblicherweise sogenannte DCB-Module (DCB = Direct Copper Bonding), also Module, die auf einer keramischen Trägerschicht eine Kupferschicht aufweisen, wobei Halbleiterbauelemente, insbesondere Leistungstransistoren oder Leistungsdioden, direkt auf die Kupferschicht aufgebracht sind, wobei die Kupferschicht zur Bildung von Leiterbahnen strukturiert ist. The semiconductor modules are usually so-called DCB modules (DCB = Direct Copper Bonding), i.e. modules that are based on a ceramic carrier layer have a copper layer, wherein Semiconductor components, in particular power transistors or power diodes, applied directly to the copper layer are, the copper layer to form conductor tracks is structured.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine platzsparende und einfach zu realisierende Bauelementanordnung mit einem Halbleitermodul und einer Platine zur Verfügung zu stellen. The aim of the present invention is to save space and easy to implement component arrangement with one To provide semiconductor module and a circuit board.
Dieses Ziel wird durch eine Bauelementanordnung gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. This goal is achieved by a component arrangement according to the Features of claim 1 solved. Advantageous configurations the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Bauelementanordnung umfasst ein Halbleitermodul das einen elektrisch isolierenden Träger, auf den eine elektrisch leitende erste Leiterbahn aufgebracht ist, und wenigstens ein elektrisch mit der ersten Leiterbahn verbundenes Halbleiterbauelement aufweist, eine Platine mit einer zweiten Leiterbahn und eine elektrisch leitende Verbindung, die die erste Leiterbahn und die zweite Leiterbahn elektrisch leitend miteinander verbindet. Erfindungsgemäß weist die Platine eine Aussparung auf, deren Abmessungen geringer als die des Halbleitermoduls sind, wobei das Halbleitermodul an seinen Rändern an den Rändern der Aussparung aufliegt und dort über die elektrische Verbindung die Platine kontaktiert. Das beabstandet zu den Rändern angeordnete Halbleiterbauelement liegt bei der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung zwischen den Rändern der Aussparung der Platine. The component arrangement according to the invention comprises a Semiconductor module that an electrically insulating carrier on the an electrically conductive first conductor track is applied, and at least one electrically connected to the first trace has connected semiconductor component, a circuit board with a second conductor track and an electrically conductive one Connection that the first trace and the second trace electrically conductive interconnects. According to the invention the board has a recess whose dimensions are less than that of the semiconductor module, the Semiconductor module at its edges on the edges of the recess rests and there the circuit board via the electrical connection contacted. The spaced from the edges Semiconductor component lies in the invention Arrangement of components between the edges of the recess of the circuit board.
Die erfindungsgemäße Bauelementanordnung ist einfach mittels herkömmlicher Techniken realisierbar. Durch die unmittelbare Verbindung von Halbleitermodul und Platine an den Rändern der Aussparung sind keine zusätzlichen Anschlussbeine an dem Halbleitermodul erforderlich, was sich günstig auf die Herstellungskosten auswirkt. Die Aussparung in der Platine kann beispielsweise bereits während der Verfahrensschritte erzeugt werden, während der die benötigte einzelne Platine aus einer großen Platine ausgeschnitten wird. The component arrangement according to the invention is simple by means of conventional techniques can be implemented. By the immediate Connection of semiconductor module and board at the edges of the There are no additional connecting legs on the recess Semiconductor module required, which is beneficial to the Manufacturing cost affects. The recess in the board can for example, already generated during the process steps be, during which the required single board from one large board is cut out.
Die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Leiterbahn des Halbleitermoduls und der Leiterbahn der Platine ist bei einer Ausführungsform der Erfindung als Lötverbindung ausgebildet, die eine Kontaktfläche des Halbleitermoduls elektrisch leitend mit einer Kontaktfläche der Platine verbindet. Die Lötverbindung gewährleistet sowohl den elektrischen Anschluss des Halbleitermoduls an die Platine als auch eine feste mechanische Verbindung zwischen diesen beiden Teilen. The electrically conductive connection between the conductor track of the semiconductor module and the conductor track of the board is at an embodiment of the invention as a solder joint formed that a contact surface of the semiconductor module electrically conductive with a contact surface of the board. The solder connection ensures both the electrical Connection of the semiconductor module to the board as well firm mechanical connection between these two parts.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass Kontaktfedern an der Platine oder dem Halbleitermodul vorhanden sind, die elektrisch mit Kontaktflächen an dem jeweils anderen Teil in Verbindung stehen. Eine Verbindung zwischen dem Halbleitermodul, der Platine und gegebenenfalls einem Kühlkörper erfolgt hierbei über Klemmverbindungen bzw. Klammern, die direkt auf elektrisch inaktive Bereiche des Moduls oder dessen mechanischer Abdeckung und die Platine drücken. In a further embodiment it is provided that Contact springs on the circuit board or the semiconductor module are that are electrically connected to contact surfaces on each the other part. A connection between the Semiconductor module, the board and optionally one The heat sink is made using clamp connections or clamps, which directly on electrically inactive areas of the module or press its mechanical cover and the circuit board.
Die Halbleitermodule sind vorzugsweise DCB-Module, bei denen Halbleiterbauelemente, insbesondere Leistungsbauelemente wie Dioden, MOSFET oder IGBT direkt auf einer strukturierten Kupferschicht auf einem keramischen Träger aufgebracht sind. Selbstverständlich sind beliebige weitere Halbleitermodule mit einem elektrisch isolierenden Träger, einer Leiterbahn auf dem Träger und einem mit der Leiterbahn verbundenen Halbleiterbauelement einsetzbar. The semiconductor modules are preferably DCB modules in which Semiconductor components, in particular power components such as Diodes, MOSFET or IGBT directly on a structured Copper layer are applied to a ceramic carrier. Any other semiconductor modules are of course possible with an electrically insulating carrier, a conductor track on the carrier and one connected to the conductor track Semiconductor component can be used.
Die erfindungsgemäße Bauelementanordnung weist bei einer Ausführungsform mehrere Halbleitermodule auf, die in der erläuterten Weise mit der Platine verbunden sind. Komplexe Systeme mit mehreren Einzelmodulen sind dadurch einfach und flexibel realisierbar. Insbesondere besteht die Möglichkeit, Halbleiterbauelemente, die bisher in einem DCB-Modul realisiert wurden, auf mehrere "kleinere" Halbleitermodule zu verteilen und diese Halbleitermodule über die Platine miteinander zu verbinden. Die einzelnen DCB-Module können vor dem Zusammensetzen der Bauelementanordnung separat getestet werden, was bessere Ausbeuten gewährleistet als bei bisherigen Systemen, bei denen erst getestet werden kann, nachdem alle Bauelemente auf mehreren einzelnen DCB-Modulen in einem Modul untergebracht sind. Zudem sind Platinen günstiger in der Herstellung als das Grundmaterial/Substrat der Halbleitermodule, so dass bei einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung, die aus mehreren Halbleitermodulen besteht, die Bereiche, die ausschließlich der Verdrahtung dienen, durch die Platine ersetzt sind. Zum Aufbringen der Halbleiterbauelemente kann auf dieses Grundmaterial/Substrat wegen dessen guter elektrischer Leitfähigkeit und wärmeleiteigenschaften allerdings nicht verzichtet werden. The component arrangement according to the invention has a Embodiment several semiconductor modules, which in the explained manner are connected to the circuit board. Complex systems with several individual modules are therefore simple and flexible realizable. In particular, there is the possibility Semiconductor components that were previously implemented in a DCB module were distributed over several "smaller" semiconductor modules and these semiconductor modules together via the circuit board connect. The individual DCB modules can be installed before Assembling the component arrangement to be tested separately, what better yields guaranteed than with previous systems, at which can only be tested after all components are on several individual DCB modules housed in one module are. In addition, boards are cheaper to manufacture than the base material / substrate of the semiconductor modules, so that at a component arrangement according to the invention, which consists of several Semiconductor modules exist, the areas that exclusively serve the wiring by which the board is replaced. To the Application of the semiconductor components can on this Base material / substrate because of its good electrical conductivity and thermal conductivity properties, however, are not waived become.
Wie erläutert, ist das Halbleitermodul mit dem Träger, der Leiterbahn auf dem Träger und dem Halbleiterbauelement auf der Leiterbahn insbesondere ein Halbleiter-Leistungsmodul. Bei derartigen Modulen, deren Betriebsspannungen bis zu einigen hundert Volt betragen können, sind Maßnahmen zu treffen, die Bereiche auf dem Modul, die unterschiedliche Potentiale aufweisen, gegeneinander isolieren. Hierzu ist es bekannt, Pressmassen, die auch für Bauelementgehäuse verwendet werden, auf einem Epoxid basierende Vergussmassen oder festen Silikonkautschuk zu verwenden. Nachteilig ist hierbei, dass es bei einer Zerstörung des Bauelements infolge einer Überspannung bei derartigen, die Halbleiterbauelemente fest umgebenden Ummantelungen zu regelrechten Explosionen mit umherfliegenden Ummantelungsteilen kommen kann. As explained, the semiconductor module with the carrier that Conductor on the carrier and the semiconductor device the conductor track, in particular a semiconductor power module. In such modules, their operating voltages up to measures of several hundred volts, measures must be taken the areas on the module, the different potentials have, isolate from each other. For this it is known Molding compounds that are also used for component housings, casting compounds based on an epoxy or solid Use silicone rubber. The disadvantage here is that it in the event of destruction of the component as a result of Overvoltage in such, the semiconductor devices fixed surrounding shrouds with real explosions flying jacket parts can come.
Es ist daher vorgesehen, eine elektrisch isolierende Lackschicht auf das Halbleiterbauelement und/oder die Leiterbahn aufzubringen. Die Lacksicht, die vorzugsweise aus einem Polyimid, Polyurethan oder Silikon besteht, bietet einen Schutz vor Überschlägen zwischen Bereichen, die auf unterschiedlichem Potential liegen, bringt jedoch nicht die Gefahr umherfliegender Teile bei einer Zerstörung des Bauelements mit sich. It is therefore intended to be an electrically insulating Paint layer on the semiconductor device and / or the conductor track applied. The lacquer view, which preferably consists of one Polyimide, polyurethane or silicone is used to provide protection before rollovers between areas that are on different potential, but does not bring the danger flying parts if the component is destroyed yourself.
Da die Lackschicht die Bauelemente nur wenig vor äußeren mechanischen Einflüssen schützt, ist vorzugsweise eine feste Abdeckung vorgesehen, die beabstandet zu dem Bauelement angeordnet ist. Die Abdeckung braucht die Bauelemente nicht hermetisch nach außen hin abzuschließen, was im Falle einer Zerstörung des Bauelements einen Druckausgleich mit der Umgebung ermöglicht und umherfliegenden Abdeckungsteile vermeidet. Die Abdeckung besteht vorzugsweise aus einem abgelängten Strangprofil, wodurch die Abdeckung einfach und kostengünstig herstellbar und an die Abmessungen der zu überdeckenden Bereiche anpassbar ist. Because the varnish layer the components only slightly outside protects mechanical influences, is preferably a fixed Cover provided, which is spaced from the component is arranged. The cover does not need the components hermetically sealed to the outside, which in the case of a Destruction of the component pressure equalization with the environment allows and avoids flying cover parts. The Cover preferably consists of a cut to length Extruded profile, which makes the cover easy and inexpensive producible and to the dimensions of the areas to be covered is customizable.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt: The present invention is described below using a Embodiment explained in more detail in figures. In the figures shows:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Bauelementanordnung in Seitenansicht im Querschnitt, Fig. 1 shows a component assembly according to the invention in a side view in cross-section,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Bauelementanordnung in Draufsicht, Fig. 2 shows a component assembly according to the invention in top view,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Bauelementanordnung mit einem Kühlkörper auf dem Träger des Halbleitermoduls in Seitenansicht im Querschnitt, Fig. 3 shows a component assembly according to the invention with a heat sink on the support of the semiconductor module in a side view in cross-section,
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung. Fig. 4 shows a further embodiment of a component arrangement according to the invention.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung. In the figures, unless otherwise stated same reference numerals same parts with the same meaning.
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht im Querschnitt eine erfindungsgemäße Bauelementanordnung, die ein Halbleitermodul 1, eine Platine 2 sowie zwei elektrisch leitende Verbindungen 3A, 3B, zwischen Leiterbahnen 12A, 12B des Halbleitermoduls 1 und Leiterbahnen 22A, 22B der Platine 2 aufweist. Fig. 1 shows in a side view in cross section a device arrangement according to the invention, a semiconductor module 1, a circuit board 2 as well as two electrically conductive connections 3 A, 3 B, between conductor tracks 12 A, 12 B of the semiconductor module 1 and conductor tracks 22 A, 22 B of the board 2 has.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Bauelementanordnung mit drei Halbleitermodulen 1, 101, 102, wobei die Darstellung gemäß Fig. 1 einer Schnittdarstellung entlang der in Fig. 2 dargestellten Schnittlinie A-A' entspricht. FIG. 2 shows a top view of a component arrangement according to the invention with three semiconductor modules 1 , 101 , 102 , the illustration according to FIG. 1 corresponding to a sectional illustration along the section line AA ′ shown in FIG. 2.
Das Halbleitermodul 1 weist einen elektrisch isolierenden Träger 11, insbesondere einen keramischen Träger, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3), auf. Auf den Träger ist eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht, die in dem Ausführungsbeispiel in zwei Leiterbahnen 12A, 12B unterteilt ist, wobei die elektrisch leitende Schicht insbesondere aus Kupfer besteht. Ein Halbleiterbauelement 13, insbesondere eine Leistungsdiode und/oder ein Leistungstransistor ist unmittelbar auf die Leiterbahn 12B aufgebracht. Dazu ist das Halbleiterbauelement 13 mit seiner Rückseite, die einen Anschluss des Bauelements bildet, in nicht näher dargestellter Weise - beispielsweise mittels Löten - elektrisch leitend mit der Leiterbahn 12B verbunden. Eine Anschlussfläche an der Vorderseite des Halbleiterbauelements 13 ist mittels einer Leitungsverbindung, insbesondere einem Bonddraht 14, mit der Leiterbahn 12A elektrisch leitend verbunden. The semiconductor module 1 has an electrically insulating carrier 11 , in particular a ceramic carrier, for example made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ). An electrically conductive layer is applied to the carrier, which in the exemplary embodiment is divided into two conductor tracks 12 A, 12 B, the electrically conductive layer consisting in particular of copper. A semiconductor component 13 , in particular a power diode and / or a power transistor, is applied directly to the conductor track 12 B. For this purpose, the rear side of the semiconductor component 13 , which forms a connection of the component, is connected in an electrically conductive manner to the conductor track 12 B in a manner not shown, for example by means of soldering. A connection area on the front side of the semiconductor component 13 is electrically conductively connected to the conductor track 12 A by means of a line connection, in particular a bonding wire 14 .
Die Platine 2 weist in dem Ausführungsbeispiel ebenfalls einen elektrisch isolierenden Träger 21 und zwei auf den elektrisch isolierenden Träger 21 aufgebrachte Leiterbahnen 22A, 22B auf. Der Träger 21 besteht beispielsweise aus einer konventionellen Glasfaser-Epoxidharz-Anordnung in Sandwich- Bauweise. Die Leiterbahnen 22A, 22B bestehen üblicherweise aus Kupfer. Für besondere Anforderungen, beispielsweise bei Anwendungen, bei denen hohe Temperaturen auftreten, sind selbstverständlich beliebige weitere geeignete Trägermaterialien einsetzbar. In the exemplary embodiment, the circuit board 2 likewise has an electrically insulating carrier 21 and two conductor tracks 22 A, 22 B applied to the electrically insulating carrier 21 . The carrier 21 consists, for example, of a conventional glass fiber-epoxy resin arrangement in a sandwich construction. The conductor tracks 22 A, 22 B usually consist of copper. Any other suitable carrier materials can of course be used for special requirements, for example in applications where high temperatures occur.
Die Platine 2 weist erfindungsgemäß eine Aussparung 23 auf, deren geometrische Abmessungen an die Abmessungen des Halbleitermoduls 1 angepasst sind, wobei die Abmessungen der Aussparung 23 geringer sind als die Abmessungen des Halbleitermoduls 1, so dass das Halbleitermodul 1 im Bereich seiner Ränder an den Rändern der Aussparung 23 auf der Platine 2 aufliegt, wobei die Leiterbahn 12A des Halbleitermoduls 1 mittels einer elektrisch leitenden Verbindung 3A mit der Leiterbahn 22A der Platine elektrisch leitend verbunden ist und wobei die Leiterbahn 12B des Halbleitermoduls 1 mittels einer elektrisch leitenden Verbindung 3B mit der Leiterbahn 22B der Platine 2 elektrisch leitend verbunden ist. According to the invention, the circuit board 2 has a recess 23 , the geometric dimensions of which are adapted to the dimensions of the semiconductor module 1 , the dimensions of the recess 23 being smaller than the dimensions of the semiconductor module 1 , so that the semiconductor module 1 in the region of its edges at the edges of the Recess 23 rests on the circuit board 2 , the conductor track 12 A of the semiconductor module 1 being electrically conductively connected to the conductor track 22 A of the circuit board by means of an electrically conductive connection 3 A, and the conductor track 12 B of the semiconductor module 1 being connected by means of an electrically conductive connection 3 B is electrically conductively connected to the conductor track 22 B of the circuit board 2 .
Bei der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung können, wie in Fig. 2 dargestellt, mehrere Halbleitermodule 1, 101, 102 in entsprechenden Aussparungen 23, 231, 232 der Platine 2 angeordnet und mit dieser elektrisch leitend verbunden sein. Dadurch lassen sich auch komplexe Bauelementanordnungen mit einer Vielzahl von Halbleitermodulen auf einfache Weise realisieren. Zudem besteht die Möglichkeit, die einzelnen Halbleitermodule 1, 101, 102, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 beispielsweise einen Gleichrichter, einen Wechselrichter und eine Treiberschaltung eines Systems darstellen, vor dem Einbau separat voneinander getestet werden. Dies erhöht die Ausbeute gegenüber einem System, bei dem alle Bauelemente verschiedener Halbleitermodule in der für das Halbleiterbauelement 13 dargestellten Weise auf einen einzigen Träger aufgebracht sind und erst nach Aufbringen aller Bauelemente getestet werden können. Das Grundmaterial für das Halbleitermodul mit dem keramischen Träger 11 und den Leiterbahnen 12A, 12B, auf welche das Halbleiterbauelement 13 direkt aufgebracht ist, ist im Verhältnis zu dem Material der Platine 2 teuer. Bei der Bauelementanordnung gemäß Fig. 2, bei der ein System aus mehreren Halbleitermodulen 1, 101, 102 aufgebracht ist, wird dieses Substratmaterial in solchen Bereichen gespart und ist dort durch die Platine 2 ersetzt, in denen lediglich eine Verdrahtung der einzelnen Module erforderlich ist, in denen jedoch keine Halbleiterbauelemente angeordnet sind. In the component arrangement according to the invention, as shown in FIG. 2, a plurality of semiconductor modules 1 , 101 , 102 can be arranged in corresponding cutouts 23 , 231 , 232 of the circuit board 2 and connected to it in an electrically conductive manner. As a result, even complex component arrangements with a large number of semiconductor modules can be implemented in a simple manner. In addition, it is possible to test the individual semiconductor modules 1 , 101 , 102 , which in the exemplary embodiment according to FIG. 2 represent, for example, a rectifier, an inverter and a driver circuit of a system, separately from one another before installation. This increases the yield compared to a system in which all components of different semiconductor modules are applied to a single carrier in the manner shown for the semiconductor component 13 and can only be tested after all components have been applied. The basic material for the semiconductor module with the ceramic carrier 11 and the conductor tracks 12 A, 12 B, to which the semiconductor component 13 is applied directly, is expensive in relation to the material of the circuit board 2 . In the device arrangement in accordance with Fig. 2, in which a system of a plurality of semiconductor modules 1, 101, is applied 102, this substrate material is saved in those areas, where it is replaced by the board 2, in which only one wiring of the individual modules is required, in which, however, no semiconductor components are arranged.
Zur elektrischen Isolation von Bereichen unterschiedlichen Potentials beispielsweise der Leiterbahn 12B, die einen Anschluss des Bauelements 13 kontaktiert und der Vorderseite des Bauelements bzw. der Leiterbahn 12A, die die Vorderseite des Bauelements kontaktiert, ist bei dem Halbleitermodul gemäß Fig. 1 eine Lackschicht 15 vorgesehen, die über der Anordnung mit den Leiterbahnen 12A, 12B und dem Halbleiterbauelement 13 aufgebracht ist. Diese Lackschicht besteht vorzugsweise aus einem Polyimid oder einem weichen dünnen Silikongel. Diese Isolationsmaterialien besitzen im Vergleich zu festen Pressmassen den Vorteil, dass bei einer Zerstörung des Halbleiterbauelements 13 keine Bestandteile der Pressmasse explosionsartig umher fliegen können. Um das Halbleiterbauelement 13 dennoch vor mechanischen äußeren Einflüssen zu schützen, ist eine Abdeckung 16 vorgesehen, die beabstandet zu dem Halbleiterbauelement 13 angeordnet ist. Die Abdeckung 16 muss das Halbleiterbauelement 13 nicht hermetisch abschließen und kann beispielsweise an den Enden, die senkrecht zur Zeichenebene liegen, offen sein. Dies ermöglicht es, die Abdeckung 16 als abgelängtes Stück eines Strangprofils auszubilden, was eine besonders kostengünstige Realisierungsmöglichkeit der Abdeckung 16 darstellt. For the electrical insulation of areas of different potential, for example the conductor track 12 B, which contacts a connection of the component 13 and the front side of the component or the conductor track 12 A, which contacts the front side of the component, in the semiconductor module according to FIG. 1 there is a lacquer layer 15 provided, which is applied over the arrangement with the conductor tracks 12 A, 12 B and the semiconductor component 13 . This lacquer layer preferably consists of a polyimide or a soft thin silicone gel. These insulation materials have the advantage over solid molding compounds that if the semiconductor component 13 is destroyed, no components of the molding compound can fly around explosively. In order to nevertheless protect the semiconductor component 13 from mechanical external influences, a cover 16 is provided which is arranged at a distance from the semiconductor component 13 . The cover 16 does not have to hermetically seal the semiconductor component 13 and can be open, for example, at the ends which are perpendicular to the plane of the drawing. This makes it possible to design the cover 16 as a cut-to-length piece of an extruded profile, which represents a particularly cost-effective possibility of realizing the cover 16 .
Besteht die Abdeckung 16 aus einem metallischen Material, so ist diese isoliert gegenüber den Leiterbahnen 12A, 12B angeordnet. Diese Isolation kann beispielsweise durch die Lackschicht 15 erfolgen, auf welche die Abdeckung 16 aufgebracht ist. If the cover 16 consists of a metallic material, it is arranged insulated from the conductor tracks 12 A, 12 B. This insulation can take place, for example, through the lacquer layer 15 to which the cover 16 is applied.
Die Trägeranordnung des Halbleitermoduls 1 mit dem Träger 11 und den Leiterbahnen 12A, 12B ist vorzugsweise ebenfalls ein abgelängtes Stück eines Strangprofils. Die Breite dieses Strangprofils ist stets gleich, dessen Länge ist abhängig von der Anzahl der darauf aufzubringenden Halbleiterbauelemente 13, von denen in Fig. 1 nur eines dargestellt ist, ausgewählt. Die Verwendung eines Strangprofils ermöglicht eine flexible Gestaltung derartiger Halbleitermodule 1. The carrier arrangement of the semiconductor module 1 with the carrier 11 and the conductor tracks 12 A, 12 B is preferably also a cut piece of an extruded profile. The width of this extruded profile is always the same, its length is selected depending on the number of semiconductor components 13 to be applied thereon, of which only one is shown in FIG . The use of an extruded profile enables flexible design of such semiconductor modules 1 .
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bauelementanordnung, bei welcher auf eine dem Halbleiterbauelement 13 abgewandte Seite des Trägers 11 ein Kühlkörper 5 aufgebracht ist. Der Kühlkörper 5 ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 unmittelbar auf den Träger 11 aufgebracht. Bei einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Träger 11 auch auf einer den Leiterbahnen 12A, 12B abgewandten Seite eine Metallisierungsschicht, insbesondere aus Kupfer, auf, die einen guten Wärmeübergang von dem keramischen Träger 11 auf den Kühlkörper 5 gewährleistet. Fig. 3 shows an embodiment of a component arrangement according to the invention, wherein a the semiconductor device 13 side facing away from the carrier 11, a heat sink 5 is applied. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the heat sink 5 is applied directly to the carrier 11 . In an exemplary embodiment not shown in detail, the carrier 11 also has a metallization layer, in particular made of copper, on a side facing away from the conductor tracks 12 A, 12 B, which ensures good heat transfer from the ceramic carrier 11 to the heat sink 5 .
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 1 und 3 sind die elektrisch leitenden Verbindungen 3A, 3B zwischen dem Halbleitermodul 1 und der Platine 2 als Lötverbindungen ausgebildet. Zur Herstellung dieser Lötverbindungen werden beispielsweise Lötpunkte auf die Leiterbahnen 12A, 12B des Halbleitermoduls 1 oder die Leiterbahnen 22A, 22B der Platine 2 aufgebracht, wobei die gesamte Anordnung nach dem Auflegen des Halbleitermoduls 1 auf die Platine 2 erhitzt wird, um dadurch die Lötpunkte aufzuschmelzen und die Leiterbahnen 12A, 22A, bzw. 12B, 22B elektrisch leitend miteinander zu verbinden. In the embodiments according to FIGS. 1 and 3, the electrically conductive connections 3 A, 3 B formed between the semiconductor module 1 and the board 2 as solder joints. To produce these solder connections, for example, solder points are applied to the conductor tracks 12 A, 12 B of the semiconductor module 1 or the conductor tracks 22 A, 22 B of the circuit board 2 , the entire arrangement being heated after the semiconductor module 1 has been placed on the circuit board 2 , thereby thereby melt the soldering points and connect the conductor tracks 12 A, 22 A, or 12B, 22B to one another in an electrically conductive manner.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, sind die elektrisch leitenden Verbindungen 3A, 3B als Federelemente ausgebildet, die an den Leiterbahnen 22A, 22B der Platine 2 befestigt sind und auf die anderen Enden des Halbleitermoduls 1 mit seinen Leiterbahnen 12A, 12B aufgelegt ist. In the embodiment shown in FIG. 4, the electrically conductive connections 3 A, 3 B are designed as spring elements which are fastened to the conductor tracks 22 A, 22 B of the circuit board 2 and to the other ends of the semiconductor module 1 with its conductor tracks 12 A , 12 B is on the hook.
Die mechanische Verbindung zwischen dem Halbleitermodul 1 und der Platine erfolgt hierbei in nicht näher dargestellter Weise beispielsweise über Federn oder Klammern, die das DCB- Modul und die Platine, letztere gegebenenfalls über einen Abstandshalter, an einen nicht näher dargestellten Kühlkörper klammern. The mechanical connection between the semiconductor module 1 and the circuit board is carried out in a manner not shown, for example via springs or clamps which clamp the DCB module and the circuit board, the latter optionally via a spacer, to a heat sink, not shown.
Selbstverständlich kann die Abdeckkappe 16 auch mit einer Vergussmasse 18 ausgefüllt sein, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Of course, the cover cap 16 can also be filled with a casting compound 18 , as shown in FIG. 4.
Die Halbleitermodule 1, 101, 102 sind vorzugsweise sogenannte DCB-Module. Bei der erfindungsgemäßen Bauelementanordnung reduziert sich der Aufwand dieser Module auf deren wesentlichen Grundfunktionen, nämlich die elektrische Kontaktierung von Halbleiterbauelementen 13 und die Abfuhr während des Betriebs entstehenden Verlustleistung auf einen externen Kühlkörper (Bezugszeichen 5 in Fig. 3), der elektrisch von dem Halbleiterbauelement 13 reduziert ist. Große Teile der Verdrahtung erfolgen auf der Platine 2, die im Verhältnis zu dem DCB- Substrat wesentlich kostengünstiger in der Herstellung ist. The semiconductor modules 1 , 101 , 102 are preferably so-called DCB modules. In the component arrangement according to the invention, the complexity of these modules is reduced to their essential basic functions, namely the electrical contacting of semiconductor components 13 and the dissipation of power loss that occurs during operation to an external heat sink (reference number 5 in FIG. 3) which electrically reduces the semiconductor component 13 is. Large parts of the wiring take place on the circuit board 2 , which is much cheaper to manufacture than the DCB substrate.
Anstelle von DCB-Substraten können beliebige weitere isolierte Träger, wie beispielsweise isolierte Metallsubstrate (IMS), Hybridkeramiken oder auch Platinen mit geeigneten Maßnahmen zur verbesserten Wärmeabfuhr eingesetzt werden. Instead of DCB substrates, any other can be used isolated supports, such as isolated metal substrates (IMS), hybrid ceramics or boards with suitable Measures to improve heat dissipation are used.
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