DE19719703A1 - Leistungshalbleitermodul mit Keramiksubstrat - Google Patents
Leistungshalbleitermodul mit KeramiksubstratInfo
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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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