DE19719703A1 - Leistungshalbleitermodul mit Keramiksubstrat - Google Patents

Leistungshalbleitermodul mit Keramiksubstrat

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Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit einem Kunststoffgehäuse, in das als Gehäuseboden ein Substrat ein­ gesetzt ist, das aus einer Keramikplatte besteht, die auf der oberen und unteren Seite mit einer Metallisierung versehen ist, wobei die Metallisierung auf der oberen, dem Gehäusein­ neren zugewandten Seite der Keramikplatte zur Bildung von Leiterbahnen strukturiert ist und mit Halbleiterbauelementen und Verbindungselementen bestückt ist, und in dem Anschluß- elemente für äußere Anschlüsse eingebracht sind.
Solche Leistungshalbleitermodule sind seit langem bekannt. Bei diesen Leistungshalbleitermodulen sind die Anschlußele­ mente für die äußeren Anschlüsse in dem Kunststoffgehäuse an­ geordnet. Dabei werden die Anschlußelemente, die in der Regel aus Kupfer bestehen, in das Kunststoffgehäuse eingespritzt. Kunststoff hat aber die Eigenschaft beim Erkalten, d. h. also nach dem Spritzen zu schrumpfen. Dies führt dazu, daß die An­ schlußelemente im Kunststoff in der Regel nicht fest veran­ kert sind. An den Anschlußelementen werden im Gehäuseinneren Drähte aufgebondet, deren anderes Ende an den Halbleiterbau­ elementen angebondet ist. Diese Drähte bestehen in der Regel aus Aluminium. Dadurch, daß der Kunststoff aber nach dem Spritzen schrumpft, kann es dazu kommen, daß in folge der schlechten mechanischen Fixierung der Anschlußelemente im Kunststoffgehäuse es zur Lösung der im Gehäuseinneren vorlie­ genden Bondverbindung kommt. Dies führt zum Ausfall des Lei­ stungshalbleitermoduls.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Lei­ stungshalbleitermodul der eingangs genannten Art bereitzustel­ len, bei dem eine sehr gute mechanische Fixierung der An­ schlußelemente vorliegt, so daß es zu den obengenannten Pro­ blemen nicht kommt. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Herstellverfahren der Kunststoffgehäuse weiter zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anschlußelemente in Öffnungen des Kunststoffgehäuses einge­ preßt sind.
Durch diese Maßnahme werden zum einen die Metallteile in ei­ nem relativ einfachen Verfahren in das Kunststoffgehäuse fi­ xiert. Insbesondere ist dazu kein separates Spritzwerkzeug, in welches vor jedem Spritzvorgang die Anschlußelemente ein­ gelegt werden und anschließend umspritzt werden, notwendig.
Ferner sind durch das Einpressen der Anschlußelemente in die Öffnungen des Kunststoffgehäuses dort deutlich besser veran­ kert, so daß zuverlässige Bondverbindungen im Gehäuseinneren ermöglicht werden.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weisen die Anschlußelemente Nasen auf, die an der Innenseite des Kunst­ stoffgehäuses anliegen und die Anschlußelemente in ihrer Lage fixieren. Vorzugsweise haben diese Nasen die Gestalt von Wi­ derhaken, so daß die Anschlußelemente eng in den Öffnungen geführt werden und durch Herausziehen gesichert sind. Es ist auch denkbar, die Anschlußelemente mit Kröpfungen zu verse­ hen, welche die Anschlußelemente in den Öffnungen fixieren.
Zweckmäßigerweise weisen die Anschlußelemente Bereiche im Ge­ häuseinneren auf, die in etwa parallel zum Gehäuseboden ver­ laufen. Dadurch wird das Bonden erheblich erleichtert.
Typischerweise besteht das Kunststoffgehäuse aus einem Rahmen und einem Deckel, wobei die Anschlußelemente in dem Rahmen angeordnet sind.
Das Substrat ist innerhalb des Gehäuses mit einer Vergieß- masse abgedeckt, die zur Feuchtedichtenkapselung des Substrats dient.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnitt durch ein konventionelles Leistungs­ halbleitermodul und
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht eines Rahmens eines Kunst­ stoffgehäuses nach einem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.
Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, besteht das Leistungs­ halbleitermodul 1 aus einem Kunststoffgehäuse 2, in das als Gehäuseboden 3 ein Substrat 4 eingesetzt ist.
Das Substrat 4 besteht aus einer Keramikplatte 5, die auf der oberen Seite 6 und auf der unteren Seite 7 mit einer Metalli­ sierung versehen ist. Die Metallisierung auf der oberen Seite 6 ist dem Gehäuseinneren zugewandt und ist zur Bildung von Leiterbahnen strukturiert. Auf dieser oberen Seite 6 der Ke­ ramikplatte 5 sind Halbleiterbauelemente 10 aufgebracht. Diese Halbleiterbauelemente 10 sind in der Regel Leistungs­ halbleiterbauelemente wie IGBTs, MCTs, Leistungstransistoren oder Leistungsdioden. Des weiteren befinden sich dort Ver­ bindungselemente 8, die die Gestalt von Aluminiumdrähten aufweisen. Diese Verbindungselemente 8 werden über Bondver­ fahren auf den Halbleiterbauelementen 10 aufgebracht.
Das Kunststoffgehäuse 2 besteht aus einem Rahmen 9 und einem Deckel 10. In den Rahmen 9 sind hier nach dem Stand der Tech­ nik Anschlußelemente für äußere Anschlüsse eingespritzt.
Dabei werden diese Anschlußelemente 11 in den aus Kunststoff bestehenden Rahmen 9 mit einem separaten Spritzwerkzeug ein­ gespritzt. In dieses Spritzwerkzeug wird vor jedem Spritzvor­ gang das betreffende Anschlußelement eingelegt und an­ schließend umspritzt.
Die Fig. 2 zeigt einen Kunststoffrahmen nach der vorliegen­ den Erfindung, bei dem die Anschlußelemente 11 in Öffnungen 12 des Kunststoffrahmens 9 eingepreßt sind. Die Anschlußele­ mente 11 weisen hier Nasen 13 auf, die an der Innenseite des Kunststoffgehäuses 2 anliegen. Dadurch werden die Anschluß­ elemente 11 in ihrer Lage fixiert. Diese Nasen 13 haben die Funktion von Widerhaken, die die Anschlußelemente 11 gegen unbeabsichtigtes Herausziehen sichern. Dadurch sind die Bond­ verbindungen zwischen den Anschlußelementen 11 und den Halb­ leiterbauelementen 10 bzw. Verbindungselementen 8 gegen Zer­ störung gesichert.
Die Anschlußelemente 11 verlaufen im Gehäuseinneren in etwa parallel zum Gehäuseboden 3. Das hier gezeigte Kunststoffge­ häuse 2 besteht aus einem Kunststoffrahmen und einem Deckel.

Claims (7)

1. Leistungshalbleitermodul (1) mit einem Kunststoffgehäuse (2), in das als Gehäuseboden (3) ein Substrat (4) eingesetzt ist, das aus einer Keramikplatte (5) besteht, die auf der oberen und unteren Seite (6, 7) mit einer Metallisierung ver­ sehen ist, wobei die Metallisierung auf der oberen, dem Ge­ häuseinneren zugewandten Seite (6) der Keramikplatte (5) zur Bildung von Leiterbahnen strukturiert ist und mit Halblei­ terbauelementen (10) und Verbindungselementen (8) bestückt ist, und in dem Anschlußelemente (11) für äußere Anschlüsse eingebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (11) in Öffnungen des Kunststoffge­ häuses (2) eingepreßt sind.
2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (11) Nasen (13) aufweisen, die an der Innenseite des Kunststoffgehäuses (2) anliegen und die Anschlußelemente (11) in ihrer Lage fixieren.
3. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (11) im Gehäuseinneren in etwa parallel zum Gehäuseboden (3) verlaufen.
4. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgehäuse (2) aus einem Rahmen und einem Deckel besteht.
5. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (11) in dem Rahmen angeordnet sind.
6. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) mit einer Vergießmasse abgedeckt ist.
7. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergießmasse eine Weichvergießmasse und eine Hartver­ gießmasse auf der Weichvergießmasse vorgesehen ist.
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