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Die
Erfindung beschreibt ein Verpackungsbehältnis für Leistungshalbleitermodule
zu deren inner- und/oder außerbetrieblichen
Transport. Moderne Leistungshalbleitermodule, speziell mit Leistungstransistoren
wie IGBT (insulated gate bipolar transistor) oder MOS-FET (metal oxid semiconductor
field effect transistor) sind sehr empfindliche gegenüber Berührungen
durch die menschliche Hand, weil sich hierdurch elektrostatische
Felder auf die Kontaktelemente entladen können und die Leistungstransistoren
vorschädigen
oder zerstören
können.
Weiterhin sind jegliche Art von Verschmutzungen beispielhaft der
Kontaktelemente oder speziell bei grundplattenlosen Leistungshalbleitermodulen
auch der Substratunterseite nachteilig. Hierbei wird die elektrische Kontaktsicherheit
im späteren
Betrieb beeinträchtigt. Substratunterseiten,
speziell wenn sie bereits vor dem Transport mit einer pastösen wärmeleitfähigen Schicht
versehen sind, bedürfen
ebenfalls eines Schutzes vor Berührung
und/oder Verunreinigung.
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Ausgangspunkt
der Erfindung sind das eigene Patent
DE 39 09 898 C2 sowie die nicht vorveröffentlichten
eigenen Patentanmeldung
DE
103 06 643 A1 und
DE
103 20 186 A1 . Die
DE
39 09 898 C2 offenbart ein Verpackungsbehältnis für Leistungshalbleitermodule
nach dem damaligen Stand der Technik. Hierbei handelte es sich häufig um
Leistungshalbleitermodule aufgebaut aus Thyristoren. Derartige Leistungshalbleitermodule
sind beispielhaft gegen elektrostatische Aufladung unempfindlich.
Daher schlägt diese
Druckschrift eine stapelbare Verpackung vor, die vorzugsweise aus
einer Kartonage besteht. Derartige Verpackungen können allerdings
bei geeigneter Wahl der Kartonage das darin befindliche Leistungshalbleitermodul
auch gegen elektrostatische Entladungen schützen. Ein Schutz gegen Kontakt der
Anschlusselemente mit der Verpackung selbst demgegenüber nicht
erzielbar.
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Die
DE 103 06 643 A1 stellt
ein modernes Leistungshalbleitermodul vor, welches auf einer Oberfläche eine
Mehrzahl von Anschlusselementen aufweist. Da derartige Leistungshalbleitermodule nach
dem Stand der Technik meist mit Leistungstransistoren und Leistungsdioden
bestückt
sind, sind zumindest einige der Anschlusselemente empfindlich gegen
elektrostatische Entladung. Die den Anschlusselementen gegenüberliegende
Oberfläche
des Leistungshalbleitermodul weist hier eine außen liegende metallische Schicht
als Teil des Substrats auf. Auch derartige Oberflächen bedürfen eines
Schutzes gegen Verschmutzung, speziell auch durch Kontakt mit der
menschlichen Hand. Durch jegliche Art von Verschmutzung wird die
Haftfähigkeit
einer wärmeleitfähigen Schicht,
also ihre Funktion als Zwischenschicht zwischen dem Leistungshalbleitermodul
und einem zu dessen Betrieb notwendigen Kühlkörper, beeinträchtigt.
Hierdurch kann die im Leistungshalbleitermodul entstehende Wärme nicht
in vorgesehener Weise abgeführt
werden, wodurch ein Betrieb bei voller Leistungsfähigkeit
des Leistungshalbleitermoduls nicht möglich ist.
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Die
DE 103 20 186 A1 offenbart
eine Wärmeleitpaste
für ein
Leistungshalbleitermodul, welches bereits beim Hersteller mit einer
wärmeleitfähigen pastösen Schicht
versehen wird. Dies ist vorteilhaft, weil hierdurch die geeignete
wärmeleitfähige Schicht mit
einer auf das Leistungshalbleitermodul abgestimmten Schichtdicke
aufgetragen werden kann. Weiterhin vorteilhaft ist, dass hierdurch
die Montage nach dem Transport vereinfacht wird, da hier keine Schichten
in der Größenordnung
von 100μm
homogen aufgebracht werden müssen.
Die Druckschrift stellt zum Schutz dieser Schichten eine Schutzhülle vor,
die auf das Leistungshalbleitermodul aufgesetzt wird und Noppen
derart aufweist, dass die wärmeleitfähige Schicht
nur zu einem geringen Teil von dieser Schutzhülle berührt wird. Somit ist gewährleistet, dass
nach Entfernen dieser Schutzhülle
die wärmeleitfähige Schicht
annährend
unversehrt ist und vollständig
funktionsfähig
bliebt. Somit können
derartige mit einer Wärmeleitpaste
versehene Leistungshalbleitermodul mit einer Schutzhülle beispielhaft
in oben genanntem Verpackungsbehältnis
transportiert werden. Nachteilig ist hierbei allerdings, dass die
Schutzhülle
vorteilhafterweise nur einmal aufgesetzt und nach dem Transport
abgenommen wird. Mehrmaliges Verwenden, wie es beispielhaft beim
innerbetrieblichen Transport notwendig ist, kann diese Schutzhülle nicht
geeignet leisten.
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Die
US 6,216,873 B1 offenbart
ein sehr aufwendiges Verpackungsbehältnis aus mehreren Formkörpern. Die
Wandung dieses Verpackungsbehältnisses
weist an vier Stellen Abstützflächen oder Abstützkanten
auf, um ein zu transportierendes Halbleitermodul vor Kontakt mit
Deckflächen
zu schützen. Die
JP 11-349087 A offenbart ein Verpackungsbehältnis für elektronische Bauteile in
SMD Ausführung. Hierbei
wiest dieses Verpackungsbehältnis
ebenfalls Abstützkanten
auf. Dies sind allerdings nicht an den Wandungen angeordnet sondern
sind Ausformungen der Deckflächen.
Die
DE 195 04 365
A1 offenbart eine Verpackung für mehrere hintereinander angeordnete
Stückgüter, beispielhaft
elektronische Bauelemente wie Kondensator. Hierzu weist die Verpackung
eine Stütze
auf, die von einer Deckfläche
der Verpackung ins inner ragt, sich hierbei verjüngt und sich zwischen die Kontakte
der Kondensatoren hinein erstreckt und dadurch eine Berührung dieser Kontakte
mit der Deckfläche
verhindert.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe ein Verpackungsbehältnis für den inner- und/oder außerbetrieblichen
Transport von Leistungshalbleitermodulen zu schaffen, das gegen
Verunreinigungen empfindliche Oberflächen und/oder sonstige Teile des
Leistungshalbleitermoduls und/oder gegen elektrostatische Felder
empfindliche Kontaktelemente des Leistungshalbleitermoduls schützt sowie
eine mehrfache Nutzung dieses Verpackungsbehältnisses erlaubt.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verpackungsbehältnis
mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen finden
sich in den Unteransprüchen.
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Der
Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verpackungsbehältnisses
für Leistungshalbleitermodule
geht aus von mindestens einem Formkörper. Dieser Formkörper weist
eine Wandung sowie eine vorzugsweise vollständig geschlossene Deckfläche auf.
Die Wandung ist in mehrere Wandungsabschnitte unterteilt. An mindestens
zwei gegenüberliegenden
Wandungsabschnitten ist je eine Abstützkante oder an mindestens
drei Stellen der Wandung je eine Abstützfläche angeordnet. Diese Abstützkanten
oder Abstützflächen bilden
eine Auflage für
bestimmte Teile des Leistungshalbleitermoduls derart, dass eine Berührung des
Leistungshalbleitermoduls mit der Deckfläche des Formkörpers verhindert
ist. Weiterhin liegt das Leistungshalbleitermodul zumindest teilweise an
Wandungsabschnitten an, oder ist zumindest eng benachbart hierzu
angeordnet, was hier synonym verwendet wird. Weiterhin weist das
Verpackungsbehältnis
an der Deckfläche
des Formkörpers mindestens
eine Stütze
auf. Diese Stütze
erstreckt sich von der Deckfläche
in das Innere des Formkörpers,
wobei es sich von der Deckfläche
aus ins Innere hinein verjüngt
und sich teilweise in eine Ausnehmung des Leistungshalbleitermoduls
hinein erstreckt und hierdurch eine Berührung des Leistungshalbleitermoduls
mit der Deckfläche
verhindert.
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Nachfolgend
werden die Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung anhand der 1 bis 6 beispielhaft erläutert.
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1 zeigt eine erste Ausgestaltung
eines Verpackungsbehältnisses
für ein
Leistungshalbleitermodul bestehend aus zwei einzelnen Formkörpern.
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2 zeigt ein Verpackungsbehältnis nach 1 in einer hierzu orthogonalen
Ebene.
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3 zeigt eine zweite Ausgestaltung
eines Verpackungsbehältnisses
für ein
Leistungshalbleitermodul bestehend aus zwei miteinander verbundenen Formkörpern.
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4 zeigt ein Verpackungsbehältnis nach 3 in einer hierzu orthogonalen
Ebene.
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5 zeigt eine dritte Ausgestaltung
eines Verpackungsbehältnisses
für ein
Leistungshalbleitermodul bestehend aus zwei miteinander verbundenen Formkörpern.
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6 zeigt ein Verpackungsbehältnis nach 5 in einer hierzu orthogonalen
Ebene.
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1 zeigt eine erste Ausgestaltung
eines Verpackungsbehältnisses
für ein
Leistungshalbleitermodul (200) bestehend aus zwei einzelnen
Formkörpern
(100a, 100b). Gezeigt ist ein Querschnitt durch das
Verpackungsbehältnis
und ein darin eingebettetes Leistungshalbleitermodul (200)
entlang der Schnittlinie A-A der 2.
Der erste Formkörper (100a)
bildet hierbei das Bodenteil, der zweite Formkörper (100b) das Deckelteil.
Beide Formkörper (100a, 100b)
bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material, hier einer tiefgezogenen
Kunststofffolie mit einer Stärke
von 500μm.
Diese Kunststofffolie besteht aus einem ableitfähigen Kunststoff gemäß DIN IEC
61340 um das Leistungshalbleitermodul (200) gegen elektrostatische
Entladungen zu schützen.
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Die
Wandung des Bodenteils (100a) besteht aus vier rechteckig
angeordneten Wandungsabschnitten (110a). Hierbei weisen
zwei einander gegenüberliegende
Wandungsabschnitte (110a) je eine Abstützkante (112) auf.
Weiterhin weist das Bodenteil (100a) eine geschlossene
Deckfläche,
den Boden (120a), auf. Die gegenüberliegende Seite ist offen gestaltet,
um ein Leistungshalbleitermodul (200) in dieses Bodenteil
(100a) einlegen zu können.
Dieses Leistungshalbleitermodul (200) besteht aus einem Kunststoffgehäuse (202)
und weist auf der dem Boden (120a) zugewandten Seite (220)
metallische Anschlusselemente (222) auf. Diese Anschlusselemente
(222) sollen zu ihrem Schutz nicht mit dem Verpackungsbehältnis in
Berührung
kommen. Daher liegt das Leistungshalbleitermodul (200)
mit einem Teil seines Gehäuses
(202) auf den Abstützkanten
(112) auf. Weiterhin liegt das Gehäuse (202) des Leistungshalbleitermoduls
(200) teilweise an den Wandungsabschnitten (110a)
an oder weist nur einen geringen Abstand hiervon auf, was hier als
synonym betrachtet wird. Die Abstützkanten (112) müssen in
ihrer Flächenausdehnung
folglich derart ausgebildet sein, dass durch eine geringfügige horizontale
Lageänderung
auf Grund des Abstandes des Leistungshalbleitermodul (200)
zu den Wandungsabschnitten (110a) ein Abrutschen des Leistungshalbleitermoduls (200)
von den Abstützkanten
(112) nicht möglich
ist. Somit ist ein Kontakt der Anschlusselemente (222) des
Leistungshalbleitermodul (200) mit dem Verpackungsbehältnis wirksam
verhindert. Ein Verpackungsbehältnis
wie bisher beschrieben ist in den meisten Fällen für den innerbetrieblichen Transport ausreichend.
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Für den außerbetrieblichen
Transport weist das Verpackungsbehältnis vorzugsweise noch ein zweites
Formteil (100b), das Deckelteil, auf. Dieses Deckelteil
(100b) besteht ebenfalls aus vier rechteckig angeordneten
Wandungsabschnitten (110b). Weiterhin weist das Deckelteil
(100b) eine geschlossene Deckfläche, den Deckel (120b),
auf. Das oben beschriebene Leistungshalbleitermodul (200)
weist eine zentral gelegene Ausnehmung (214) auf, daher weist
der Deckel (120b) des Deckelteils (100b) eine Stütze (122)
auf. Diese vorzugsweise kegel- oder pyramidenstumpfartig geformte
Stütze
(122) erstreckt sich vom Deckel (120b) in Richtung
des Inneren des Deckelteils (100b). Durch seine kegel-
oder pyramidenstumpfartige Form verjüngt es sich in Richtung auf
das Leistungshalbleitermodul (200) hin. Die Stütze (122)
erstreckt sich bis in die Ausnehmung (214) des Leistungshalbleitermoduls
(200) hinein. Damit ergibt sich nur eine äußerst geringe
Berührungsfläche mit
dem Leistungshalbleitermodul (200).
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Das
dargestellte Leistungshalbleitermodul (200) weist auf seiner
dem Deckel (120b) zugewandten Seite, also auf dem Substrat
(210) eine wärmeleitfähige pastöse Schicht
auf, eine Wärmeleitpaste (212)
nach dem Stand der Technik. Diese muss vor Berührungen und Verschmutzung geschützt sein. Dies
wird ebenfalls mit dem hier vorgestellten Deckelteil (100b)
erreicht. Das Deckelteil (100b) liegt nur mit der geringen
Fläche
der in ihm ausgebildeten Stütze
(122) am Leistungshalbleitermodul (200) an und
somit auch nur dort an der Wärmeleitpaste
(212) an. Das Deckelteil (100b) schützt in Verbindung
mit dem Bodenteil (100a) die Anschlusselemente (222) und
die Wärmeleitpaste
(212) und somit das gesamte Leistungshalbleitermodul (200)
für inner-
und außerbetrieblichen
Transport ausreichend.
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2 zeigt ein Verpackungsbehältnis nach 1 allerdings in einem Schnitt
in einer hierzu orthogonalen Ebene entlang der Schnittlinie B-B
der 1. Dargestellt sind
die Wandungsabschnitte (110b) der rechteckig ausgebildeten
Wandung des Deckelteils (100b), sowie das Leistungshalbleitermodul
(200) mit seiner auf dem Substrat angeordneten Wärmeleitpaste
(212). Weiterhin ist die zentrale Ausnehmung (214)
des Leistungshalbleitermoduls dargestellt, in welche sich die Stütze (122)
(vgl. 1) hinein erstreckt.
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3 zeigt eine zweite Ausgestaltung
eines Verpackungsbehältnisses
für ein
Leistungshalbleitermodul (200) bestehend aus zwei miteinander
verbundenen Formkörpern
(100a, 100b). Gezeigt ist ein Querschnitt durch
das Verpackungsbehältnis
und ein darin eingebettetes Leistungshalbleitermodul (200) entlang
der Schnittlinie A-A der 4.
Hierbei weist das Bodenteil (100a) ebenfalls eine rechteckig
ausgebildete Wandung mit vier Wandungsabschnitten (110a)
auf. Der Boden (120a) weist vier kegelstumpfartige Stützen (122)
auf. Diese Stützen
(122) ragen in vier Befestigungsbohrungen (214)
des Leistungshalbleitermoduls (200) hinein. Auf der dem
Boden (120a) zugewandten Seite des Leistungshalbleitermoduls
(200) weist dieses wiederum ein Substrat (210)
mit einer äußeren metallischen
Schicht auf, die mit einer Wärmeleitpaste
(212) bedeckt ist. Die vier Stützen (122) beabstanden
nun das Leistungshalbleitermodul (200) bzw. dessen Substrat
(210) mit der Wärmeleitpaste
(212) derart vom Boden (120a), dass sich die Wärmeleitpaste (212)
und der Boden (120a) nur an den Kontaktflächen zwischen
den Stützen (122)
und dem Leistungshalbleitermodul (200) berühren. Somit
ist sichergestellt, dass bei einem Transport die Wärmeleitpaste
(212) weder in ihrer Schichtdicke noch in ihrer Homogenität verändert wird.
Ein Schutz gegen Verunreinigungen ist ebenfalls gegeben.
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Der
Schutz gegen Verunreinigungen des gesamten Leistungshalbleitermoduls
(200) wird sichergestellt, indem das Verpackungsbehältnis ein
Deckelteil (100b) aufweist, das mit dem Bodenteil (100a) über ein
weiteres Formteil (300) einstückig verbunden ist. Es ergibt
sich somit ein Verpackungsbehältnis
das durch das weitere, als Scharnier mit einer Drehachse in Richtung
der Zeichenebene, wirkende Formteil (300) einfach zu verwenden
ist. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung des Verpackungsbehältnis ist,
dass es durch eine umlaufende Versiegelung gasdicht verschlossen
werden kann und somit einen idealen Schutz für den außerbetrieblichen Transport
eines Leistungshalbleitermoduls (200) darstellt.
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Das
Deckelteil (100b) ist ausgestaltet mit einer rechteckigen
Wandung, wobei hier alle vier Wandungsabschnitte (110b)
Abstützkanten
(112) aufweisen und das Leistungshalbleitermodul (200)
im Bereich zwischen den Abstützkanten
(112) und der Öffnung
des Deckelteils (100b) an den Wandungsabschnitten (110b)
anliegt. Die Abstützkanten
(112) gewährleisten,
dass der Deckel (120b) keine Kontaktstellen mit den Anschlusselementen
(222) des Leistungshalbleitermoduls (200) aufweist.
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4 zeigt ein Verpackungsbehältnis nach 3 allerdings in einem Schnitt
in einer hierzu orthogonalen Ebene entlang der Schnittlinie B-B
der 3. Dargestellt sind
die Wandungsabschnitte (110a) der rechteckig ausgebildeten
Wandung des Bodenteils (100a), sowie das Leistungshalbleitermodul
(200) mit seiner auf dem Substrat (210) angeordneten
Wärmeleitpaste
(212). Weiterhin sind die vier Befestigungsbohrungen (214)
des Leistungshalbleitermoduls (200) dargestellt, in welche
sich die vier Stützen
(122) (vgl. 3)
hinein erstrecken.
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5 zeigt eine dritte Ausgestaltung
eines Verpackungsbehältnisses
für ein
Leistungshalbleitermodul (200) bestehend aus zwei miteinander
verbundenen Formkörpern
(100a, 100b). Gezeigt ist ein Querschnitt durch
das Verpackungsbehältnis
und ein darin eingebettetes Leistungshalbleitermodul (200) entlang
der Schnittlinie A-A der 6.
Das hier dargestellte Leistungshalbleitermodul (200) besteht
aus einem Gehäuse
(202) und einer Grundplatte (230), nach dem Stand
der Technik einer Kupferplatte mit einer Stärke von 10mm. Das Bodenteil
(100a) weist wiederum eine rechteckförmige Wandung auf, wobei hier
in den Ecken zwischen zwei Wandungsabschnitten (110a) Abstützflächen (114)
(vgl. 6) angeordnet
sind. Das Leistungshalbleitermodul (200) liegt mit seinen
Ecken auf diesen Stützflächen (114)
auf und liegt mit einem Teil seiner Grundplatte (230) an
den Wandungsabschnitten (110a) des Bodenteils (100a) an.
Hiermit ist ein horizontales Verrutschen während des Transports nur soweit
möglich,
als das Leistungshalbleitermodul (200) immer auf allen
Abstützflächen (114)
aufliegt und somit ein Kontakt zwischen dem Boden (120a)
und den Anschlusselementen (222) des Leistungshalbleitermoduls
(200) wirksam verhindert ist.
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Das
Deckelteil (100b) des Verpackungsbehältnisses ist wiederum wie in 3 einstückig mit dem Bodenteil (100a)
verbunden. Es weist wiederum Stützen
(122) auf, die in die vier Befestigungsbohrungen (214)
des Leistungshalbleitermoduls (200) hineinragen.
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Ein
nicht dargestelltes Verpackungsbehältnis für als Scheibenzelle ausgebildetes
Leistungshalbleitermodul weist mindestens drei vorzugweise in einem
gleichseitigen Dreieck an einer kreisförmigen Wandung angeordnete
Abstandsflächen
auf, auf denen das Gehäuse
der Scheibenzelle aufliegt.
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6 zeigt ein Verpackungsbehältnis nach 5 allerdings in einem Schnitt
in einer hierzu orthogonalen Ebene entlang der Schnittlinie B-B
der 5. Dargestellt sind
die Wandungsabschnitte (110a) der rechteckig ausgebildeten
Wandung des Bodenteils (100a) sowie das Leistungshalbleitermodul
(200) mit seiner auf der Grundplatte (230) angeordneten
Wärmeleitpaste
(212). Schraffiert dargestellt sind hier eine der vier
identischen in den Ecken der jeweiligen Wandungsabschnitte (110a)
angeordneten Abstützflächen (114).
Auf diesen Abstützflächen (114)
liegt die Grundplatte (230) des Leistungshalbleitermoduls
(200) auf. Weiterhin sind die vier Befestigungsbohrungen
(214) des Leistungshalbleitermoduls (200) dargestellt,
in welche sich die vier Stützen
(122) (vgl. 5)
des Deckelteils (100b) hinein erstrecken.