DE19912443C2 - an electrical unit with at least one power semiconductor component - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Baueinheit mit wenigstens einem Leistung halbleiterbauelement, insbesondere zur Verwendung in der Kraftfahrzeug technik.The invention relates to an electrical assembly with at least a power semiconductor device, especially for use in the motor vehicle technology.
In der Kraftfahrzeugtechnik finden in letzter Zeit immer mehr Leistungshalbleiterbauelemente Verwendung, bei spielsweise als schnelle elektronische Schalter für das An steuern von bürstenlosen Gleichstrommotoren. Derartige Motoren finden als Pumpenmotoren in Servolenkungen oder dergleichen Verwendung.In automotive engineering have been finding lately more power semiconductor components use, at for example as a fast electronic switch for the on control of brushless DC motors. such Motors are found as pump motors in power steering systems or same use.
Nach dem bekannten Stand der Technik ist es erforder lich, zum einen die elektrischen Anschlusskontakte mit ent sprechenden Anschlussbereichen von Leiterzügen elek trisch zu verbinden und zum anderen den Kühlkörper des Leistungshalbleiters für das Abführen der Verlustwärme mit einem weiteren Kühlkörper zu verbinden. Hierfür dient in der Regel ein metallischer Körper, der neben der erforderli chen wärmeleitenden Verbindung auch elektrisch Leitend mit dem Kühlkörper verbunden wird, da der mit dem Lei stungshalbleiterbauelement integriert ausgebildete Kühlkör per in der Regel mit einem Anschlusspotential bzw. einem elektrischen Anschlusskontakt des Halbleiterbauelements, meist der Masse, verbunden ist.According to the known state of the art, it is required Lich, on the one hand the electrical connection contacts with ent speaking connection areas of electrical conductor tracks to connect tric and the heat sink of the Power semiconductor for dissipating the heat loss with to connect another heat sink. This is used in usually a metallic body, in addition to the required Chen thermally conductive connection also electrically conductive is connected to the heat sink, since the Lei device semiconductor integrated integrally formed heat sink usually with a connection potential or a electrical connection contact of the semiconductor component, mostly the mass, is connected.
Die Kühlkörper bekannter Leistungshalbleiterbauele mente weisen zur Montage in der Regel eine Bohrung auf, so dass das Halbleiterbauelement mechanisch, beispiels weise mittels Schrauben, mit dem weiteren Kühlkörper wär meleitend und elektrisch verbunden werden kann. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit anstelle der oder zu sätzlich zur Verschraubung eine elektrisch und/oder wärme leitende Klebeverbindung zwischen dem Kühlkörper des Leistungshalbleiterbauelements und dem weiteren Kühlkör per vorzusehen.The heat sinks of known power semiconductor components elements usually have a hole for assembly, so that the semiconductor device mechanically, for example wise by means of screws, with the further heat sink can be conductive and electrically connected. About that there is also the option of replacing or closing in addition to the screw connection, electrical and / or heat conductive adhesive connection between the heat sink of the Power semiconductor device and the further heat sink to be provided by.
Nachteilig hierbei ist zum einen der sich bei der indu striellen Massenfertigung ergebende hohe Aufwand und bei Klebeverbindungen zusätzlich die Zeitdauer, die vor der Weiterverarbeitung der elektrischen Baueinheit bis zum Aushärten der Klebeverbindung abgewartet werden muss.A disadvantage of this is, on the one hand, the ind strategic mass production resulting in high costs and Adhesive bonds also the time before the Further processing of the electrical unit until Wait until the adhesive connection has hardened.
Bei reinen mechanischen Verbindungen durch Schrauben, Klemmen oder dergleichen besteht die Gefahr, dass durch die in einem Kfz auftretenden Stöße und Vibrationen kurz zeitig der elektrische Übergangswiderstand zwischen dem Kühlkörper des Leistungshalbleiterbauelements und dem weiteren Kühlkörper erhöht wird und es auf diese Weise durch den hohen Strom zu einer zusätzlichen thermischen Belastung bzw. einem Oxidieren der Kontaktflächen kommt. Dies würde letztendlich zu einer Zerstörung des Halbleiters führen.With pure mechanical connections by screws, Clamps or the like there is a risk that the shocks and vibrations occurring in a motor vehicle briefly the electrical contact resistance between the Heat sink of the power semiconductor device and the further heat sink is increased and it does so through the high current to an additional thermal Stress or an oxidation of the contact surfaces comes. This would ultimately destroy the Semiconductor.
Aus der nachveröffentlichten DE 197 56 186 C1 ist eine elektromotorisch angetriebene Pumpe bekannt, bei der die Ansteuerelektronik mehrere Leistungshalbleiterbauelemente umfasst, die an ihrem Kühlkörper mittels Laserschweißen mit einem Leiterzug verbunden sind. Wie der Laserschweißvorgang vorgenommen werden soll, ist nicht näher beschreiben.From the post-published DE 197 56 186 C1 is an electric motor driven pump is known in which the control electronics comprise several power semiconductor components, which are connected to a conductor track on their heat sink by means of laser welding are. How the laser welding process is to be carried out is not described in detail.
Der Erfin dung liegt die Aufgabe zugrunde eine elektrische Bauein heit mit wenigstens einem Leistungshalbleiterbauelement zu schaffen, die mit geringem Aufwand herstellbar ist und bei der der Kühlkörper des Leistungshalbleiterbauelements auch bei den in einem Kfz auftretenden Vibrationen eine, ausreichende elektrische Kontaktsicherheit aufweist.The inventor man is based on the task an electrical unit unit with at least one power semiconductor component to create that can be produced with little effort and in which the heat sink of the power semiconductor component even with the vibrations occurring in a motor vehicle, has sufficient electrical contact reliability.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The invention solves this problem with the features of Claim 1.
Die Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, dass auch handelsübliche Leistungshalbleiterbauele mente, wie Power-FET's oder dergleichen, die einen inte grierten Kühlkörper aufweisen, durch Laserschweißen schnell und sicher mit einem Anschlusskontaktbereich eines Leiterzugs mechanisch und elektrisch verbindbar sind, ohne dass die Gefahr besteht, dass durch die beim Laserschwei ßen auftretende thermische Belastung eine Zerstörung des eigentlichen Halbleiterchips erfolgt.The invention is based on the surprising finding from that also commercially available power semiconductor components elements, such as power FETs or the like, which have an inte have grilled heat sink, by laser welding quickly and safely with a connection contact area Conductor are mechanically and electrically connectable without that there is a risk of laser welding thermal stress occurring will destroy the actual semiconductor chips takes place.
Bisher wurde allenfalls versucht, den Kühlkörper mit ent sprechend niedrigen Temperaturen zu verlöten. Da jedoch ein Lot verwendet werden musste, das mit derart niedrigen Temperaturen verarbeitbar ist, besteht die Gefahr, dass bei der in Leistungshalbleitern häufig auftretenden hohen Ver lustleistung der Kühlkörper über den Erweichungspunkt des Lots erhitzt wird. Demzufolge kann es bei gleichzeitig auf tretenden Vibrationen zu einem zumindest zeitweisen Lösen der mechanischen und elektrischen Verbindung kommen.So far, attempts have been made to ent with the heat sink soldering low temperatures. However, since a solder had to be used that was so low Temperatures can be processed, there is a risk that at the high ver. often occurring in power semiconductors heat sink's heat output above the softening point of the Lots is heated. As a result, it can turn on at the same time occurring vibrations to at least temporarily loosen the mechanical and electrical connection.
Das erfindungsgemäße Baueinheit setz sich über das bis her auch bei den Herstellern von Leistungshalbleiterbauele menten bestehende Vorurteil hinweg, dass ein Verschwei ßen, auch ein Laserverschweißen der Kühlkörper handels üblicher Leistungshalbleiterbauelemente infolge der zu ho hen Temperaturbelastung des Halbleiters nicht möglich ist.The assembly according to the invention is set up through the also from the manufacturers of power semiconductor components existing prejudice that a confusion ß, also a laser welding of the heat sink trade usual power semiconductor components due to the ho hen temperature stress of the semiconductor is not possible.
Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass auch handelsübliche Leistungshalbleiterbauelemente, die für die üblichen Montagearten des Verschraubens, Klemmens, Ver klebens oder Verlötens ausgebildet sind, mit ihrem Kühlkör per durch Laserverschweißen mit einem Anschlusskontakt bereich eines Leiterzugs mechanisch und elektrisch sicher verbindbar sind.Surprisingly, however, it has been shown that too commercially available power semiconductor components that for the usual types of assembly of screwing, clamping, Ver glue or soldering are formed with their heat sink by laser welding with a connection contact area of a trace mechanically and electrically safe are connectable.
Erfindungsgemäß weist der Kühlkörper des Leistungshalbleiterbauelements einen Durchbruch auf, der ursprünglich für die mechanische Befestigung vorgesehen ist. Das Verbinden des Kühlkörpers mit dem Anschlussbereich eines Leiterzugs erfolgt dann in der Weise, dass der Anschlussbereich des Leiterzugs mit einer für die Wärmeabfuhr ausreichenden Fläche auf dem Kühlkörper aufliegt, wobei die Schweißung auf der dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Durch bruchs erfolgt.According to the invention the heat sink of the power semiconductor component a breakthrough that was originally for mechanical Attachment is provided. Connecting the heat sink with the connection area of a conductor path then takes place in such a way that the connection area of the Conductor with a sufficient for heat dissipation Surface rests on the heat sink, the weld on the side of the through facing away from the semiconductor chip break occurs.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Schweißpunkt oder die Schweißnaht relativ weit vom Montageort des Chips auf dem Kühlkörper, der gleichzeitig als Träger für den Chip dient, liegt und die am Ort des Chips auftretenden Temperaturen während des Schweißprozesses relativ gering sind. Zudem wird ein wesentlicher Teil der lokal einge brachten Wärmemenge für den Laserschweißvorgang vom Anschlussbereich der Leiterzüge sofort abgeleitet.This has the advantage that the welding point or the weld seam relatively far from the installation site of the Chips on the heat sink, which also serves as a carrier for serves the chip, lies and those occurring at the location of the chip Temperatures during the welding process are relatively low are. In addition, a significant part of the local brought heat for the laser welding process from Connection area of the conductor lines immediately derived.
Da das Verschweißen auf der dem Halbleiterchip abge wandten Seite des Durchbruchs bzw. auf den beiderseits des Durchbruchs verbleibenden relativ schmalen Stegen des Kühlkörpers erfolgt, ergibt sich ein relativ hoher Wärmewi derstand zwischen dem Schweißpunkt bzw. der Schweiß naht und dem Montageort des Chips, so dass auch hierdurch die Gefahr unzulässig hoher Temperaturen am Ort des Chips reduziert wird.Since the welding abge on the semiconductor chip turned side of the breakthrough or on both sides of the Breakthrough remaining relatively narrow webs of Heat sink takes place, there is a relatively high heat the level between the welding point or the sweat seam and the mounting location of the chip, so that too the danger of inadmissibly high temperatures at the location of the chip is reduced.
Obwohl der Schweißpunkt bzw. die Schweißnaht am äu ßeren Ende des Kühlkörpers des Halbleiterbauelements liegt, ergibt sich durch das Aufliegen des Anschlussbereichs des betreffenden Leiterzugs auf den Kühlkörper auch in den nicht verschweißten Bereichen ein ausreichend geringer Wärmeübergangswiderstand zur Ableitung der Wärmever lustleistung auf den Anschlussbereich. Der elektrische Kon takt ist ohnehin durch das Verschweißen am äußeren Ende des Kühlkörpers sichergestellt, wobei selbstverständlich an diesem Ort auch der geringste Wärmeübergangswiderstand besteht.Although the welding point or the weld seam on the outside Greater end of the heat sink of the semiconductor device is due to the connection area lying on top of the conductor track in question on the heat sink in the areas that are not welded are sufficiently low Heat transfer resistance to derive the heat ver pleasure on the connection area. The electrical con clock is anyway by welding at the outer end the heat sink ensured, of course at this place also the lowest heat transfer resistance consists.
Nach der bevorzugten Ausführungsform wird der wenigstens eine weitere elek trische Anschlusskontakt des Halbleiterbauelements durch Widerstandsschweißen mit einem weiteren Anschlusskon taktelement verbunden. Das Widerstandsschweißen der An schlusskontakte ist möglich, da diese eine relativ geringe Masse aufweisen und demzufolge in kurzer Zeit auf die für das Verschweißen erforderliche Temperatur erhitzt werden können. Die hierfür erforderliche Energie ist weitaus gerin ger, als die Energie, die für das Verschweißen des Kühlkör pers bei Verwendung des Widerstandsschweißens erforder lich wäre. Die Gefahr einer Temperaturschädigung des Halbleiterchips besteht daher nicht.According to the preferred embodiment the at least one more elec trical connection contact of the semiconductor device Resistance welding with a further connection con clock element connected. The resistance welding of the An final contacts are possible, since this is a relatively low Have mass and therefore in a short time on the for the welding temperature required to be heated can. The energy required for this is far less less than the energy required to weld the heat sink pers required when using resistance welding would be. The risk of temperature damage to the Semiconductor chips therefore do not exist.
Durch die Kombination der beiden Schweißverfahren er gibt sich der Vorteil einer äußerst rationellen und damit ko stengünstigen Montage eines Leistungshalbleiterbauele ments, wobei gleichzeitig eine extrem hohe Kontaktsicher heit, auch bei den in einem Kfz auftretenden Vibrationen, er reicht wird.By combining the two welding processes he gives the advantage of an extremely rational and therefore knockout most economical assembly of a power semiconductor device ment, while at the same time an extremely high level of contact reliability unit, even with the vibrations occurring in a motor vehicle is enough.
Bei einer so hergestellten elektri schen Baueinheit mit wenigstens einem Leistungshalbleiter bauelement können die Leiterzüge als Stanzgitter ausgebil det sein. Derartige Stanzgitter sind auf einfache Weise her stellbar, wobei die Leiterzüge eine ausreichende Masse und Dicke aufweisen, um das Laserverschweißen der An schlussbereiche mit dem Kühlkörper des Halbleiterbauele ments zu ermöglichen. Zudem wird durch die relativ hohe Masse eines Stanzgitters erreicht, dass dieses gleichzeitig zur Abfuhr der Wärme vom Kühlkörper des Leistungshalb leiterbauelements dient. Gegebenenfalls kann damit auf den Einsatz eines weiteren Kühlkörpers verzichtet bzw. ein ent sprechender Kühlkörper hinsichtlich seiner Wärmeabgabe leistung wesentlich kleiner dimensioniert werden. With such an electri rule unit with at least one power semiconductor component, the conductor tracks can be designed as lead frames det be. Such lead frames are simple adjustable, the conductor tracks have a sufficient mass and Have thickness to laser welding the An closing areas with the heat sink of the semiconductor device enable. In addition, the relatively high The mass of a lead frame reaches this at the same time to dissipate the heat from the heat sink of the power half conductor component is used. If necessary, it can be used for the Use of another heat sink is waived or an ent speaking heat sink with regard to its heat emission performance can be dimensioned much smaller.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further embodiments of the invention result from the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu tert. In der Zeichnung zeigen:The invention is based on one in the Drawing shown embodiment explained in more detail tert. The drawing shows:
Fig. 1 einen Teilausschnitt einer elektrischen Baueinheit nach der Erfindung in perspektivischer Draufsicht und Fig. 1 shows a partial section of an electrical assembly according to the invention in a perspective top view and
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Ausschnitts in Fig. 1 von unten. Fig. 2 is a perspective view of the detail in Fig. 1 from below.
Fig. 1 zeigt einen perspektivisch dargestellten Ausschnitt aus einer elektrischen Baueinheit 1, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Stanzgitter 3 mit mehreren Leiterzügen 5, 7, 9, 11 besteht, die in Teilbereichen mit Kunststoff 13 umspritzt sind. Die Leiterzüge werden auf diese Weise zu einer einstückigen Baueinheit verbunden. Fig. 1 shows a perspective section of an electrical assembly 1 , which in the illustrated embodiment consists of a lead frame 3 with a plurality of conductors 5 , 7 , 9 , 11 , which are overmolded with plastic 13 in some areas. In this way, the conductor tracks are connected to form a one-piece structural unit.
Neben weiteren nicht näher dargestellten elektronischen, elektrischen oder elektromechanischen Bauelementen oder Baueinheiten umfasst die elektrische Baueinheit 1 mehrere Leistungshalbleiterbauelemente, von denen im in Fig. 1 dar gestellten Ausschnitt zwei Leistungs-Feldeffekttransistoren 15, 17 dargestellt sind.In addition to further electronic, electrical or electromechanical components or structural units (not shown in more detail), the electrical structural unit 1 comprises a plurality of power semiconductor components, of which two power field-effect transistors 15 , 17 are shown in the detail shown in FIG. 1.
Jeder der Leistungs-Feldeffekttransistoren 15, 17 weist einen Kühlkörper 15a, 17a auf, der gleichzeitig als Träger für den eigentlichen Halbleiterchip dient. Dieser ist in übli cher Weise mit Kunststoff umspritzt. Der Kühlkörper 15a, 17a ist gleichzeitig mit einem elektrischen Anschlusskon takt des Halbleiterchips verbunden.Each of the power field effect transistors 15 , 17 has a heat sink 15 a, 17 a, which also serves as a carrier for the actual semiconductor chip. This is overmolded with plastic in the usual way. The heat sink 15 a, 17 a is simultaneously connected to an electrical contact of the semiconductor chip.
Zur Montage der Leistungs-Feldeffekttransistoren 15, 17 wird der Kühlkörper 15a, 17a in mechanischen Kontakt mit einem Anschlussbereich 5a bzw. 7a der Leiterzüge 5 bzw. 7 gebracht. Die Anschlussbereiche 5a, 7a sind vorzugsweise so ausgebildet, dass sie einen wesentlichen Teil des nicht vom Kunststoff, mit welchem der Halbleiterchip einge spritzt ist, abgedeckten Bereich des Kühlkörpers 15a, 17a überdecken. Durch die Ausbildung der Anschlussbereiche 5a, 7a mit einer entsprechenden Dicke kann gewährleistet werden, dass zum einen eine ausreichende mechanische Fe stigkeit und zum anderen eine gute Wärmeableitung erreicht wird. Dabei wird es in vielen Fällen ausreichen, nur die An schlussbereiche 5a, 7a der Leiterzüge 5, 7 als Kühlkörper zu verwenden und auf zusätzliche Kühlkörper zu verzichten. Jedenfalls wird hierdurch erreicht, dass ein erforderlichen falls zusätzlicher Kühlkörper wesentlich kleiner dimensio niert werden kann.To assemble the power field effect transistors 15 , 17 , the heat sink 15 a, 17 a is brought into mechanical contact with a connection area 5 a or 7 a of the conductor tracks 5 or 7 . The connection areas 5 a, 7 a are preferably designed such that they cover a substantial part of the area of the heat sink 15 a, 17 a that is not covered by the plastic with which the semiconductor chip is injected. The formation of the connection areas 5 a, 7 a with a corresponding thickness can ensure that, on the one hand, sufficient mechanical strength and, on the other hand, good heat dissipation is achieved. It will be sufficient in many cases, only the on-circuit areas 5 a to refrain 7a of the conductors 5, 7 as a heat sink and to use additional heatsink. In any case, this ensures that a necessary, if necessary, additional heat sink can be dimensioned much smaller.
Nach dem mechanischen in Kontaktbringen des Kühlkör pers mit dem betreffenden Anschlussbereich der Leiterzüge werden die beiden Teile durch einen Laserschweißprozess miteinander verbunden.After mechanical contact of the heat sink pers with the relevant connection area of the conductor tracks the two parts are made by a laser welding process connected with each other.
Wie in Fig. 1 dargestellt, erfolgt das Verschweißen vor zugsweise im rückwärtigen Bereich der Kühlkörper 15a, 17a bzw. der Anschlussbereiche 5a, 7a. Hierdurch ergibt sich die größtmögliche Distanz des Schweißorts von der Po sition des Chips unter dem Kunststoff, so dass unzulässig hohe Temperaturen am Ort des Chips sicher vermieden wer den können.As shown in Fig. 1, the welding takes place preferably in the rear area of the heat sink 15 a, 17 a or the connection areas 5 a, 7 a. This results in the greatest possible distance of the welding location from the position of the chip under the plastic, so that inadmissibly high temperatures at the location of the chip can be safely avoided.
Zudem können im Kühlkörper in üblicher Weise Durch brüche 19 vorgesehen sein. Liegen die Schweißstellen hinter den Durchbrüchen 19 bzw. allenfalls im Bereich der seitlich der Durchbrüche 19 verbleibenden Stege 21, so bilden die Stege 21 einen gegenüber einem voll ausgebildeten Kühl körper höheren Wärmeübergangswiderstand in Richtung auf den Ort des Chips. Hierdurch wird die Wärmeleitung in Richtung auf den Chip erschwert bzw. ein wesentlicher Teil der durch den Schweißprozess erzeugten Wärme über den Anschlussbereich des entsprechenden Leiterzugs abgeleitet.In addition, breakthroughs 19 can be provided in the heat sink in the usual manner. If the welds behind the apertures 19 and at most in the area of the side of the openings 19 remaining webs 21, 21 form the ridges so a with respect to a fully formed heat sink higher heat transfer resistance in the direction of the place of the chip. As a result, the heat conduction in the direction of the chip is made more difficult or a substantial part of the heat generated by the welding process is dissipated via the connection area of the corresponding conductor track.
Obwohl die Anschlussbereiche 5a, 7a nur jeweils am rückwärtigen Ende mit dem Kühlkörper 15a, 17a ver schweißt sind, ergibt sich auch für die übrige Unterseite der Anschlussbereiche 5a, 7a ein ausreichender wärmeleitender Kontakt mit den Oberflächen der Anschlussbereiche 5a, 7a. Selbst falls in diesen Bereichen der elektrische Kontakt nicht oder nicht konstant (insbesondere bei Vibrationen) aufrechterhalten werden kann, so ergibt sich jedenfalls durch die Schweißverbindung am rückwärtigen Ende des Anschlussbereichs ein idealer elektrischer (und selbstver ständlich auch idealer wärmeleitender) Kontakt.Although the connection areas 5 a, 7 a are welded only at the rear end to the heat sink 15 a, 17 a, there is also sufficient heat-conducting contact with the surfaces of the connection areas 5 a for the remaining underside of the connection areas 5 a, 7 a , 7 a. Even if the electrical contact cannot be maintained or cannot be maintained constantly (especially in the case of vibrations) in these areas, the welded connection at the rear end of the connection area results in an ideal electrical (and of course also ideal heat-conducting) contact.
Durch den auch bei extremen Vibrationen und Stoßbela stungen gewährleisteten elektrischen Kontakt zwischen dem Kühlkörper 15a, 17a der Leistungs-Feldeffekttransistoren 15, 17 und den Anschlussbereichen 5a, 7a der Leiterzüge 5, 7 kann auf das zusätzliche Kontaktieren desjenigen der je weils vorhandenen weiteren Anschlusskontakte 23 des Halbleiterbauelements verzichtet werden, der mit dem sel ben Anschluss des Chips verbunden ist wie der Kühlkörper. Bei den üblichen Montageverfahren für Leistungshalbleiter bauelemente ist es dagegen erforderlich, auch diesen An schlusskontakt mit dem betreffenden Leiterzug zu verbin den, da ein vibrationsfester und stoßfester elektrischer Kon takt des Kühlkörpers mit dem betreffenden Anschlussbe reich nicht sichergestellt werden konnte.Due to the electrical contact between the heat sink 15 a, 17 a of the power field-effect transistors 15 , 17 and the connection areas 5 a, 7 a of the conductor strips 5 , 7 , even with extreme vibrations and shock loads, the additional contacting of those of the two may be present further connection contacts 23 of the semiconductor component are omitted, which is connected to the same connection of the chip as the heat sink. In the usual assembly process for power semiconductor components, on the other hand, it is necessary to connect this connection contact to the conductor strip in question, since a vibration-proof and shockproof electrical contact of the heat sink with the relevant connection area could not be ensured.
Das Kontaktieren der weiteren Anschlusskontakte 23 (im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei der drei vorhande nen Anschlusskontakte der Leistungs-Feldeffekttransisto ren) erfolgt vorzugsweise durch das Widerstandsverschwei ßen mit den entsprechenden Anschlussbereichen der Leiter züge 9, 11.The contacting of the further connection contacts 23 (in the exemplary embodiment shown, two of the three existing connection contacts of the power field effect transistors) is preferably carried out by resistance welding to the corresponding connection areas of the conductor tracks 9 , 11 .
Das Widerstandsverschweißen der weiteren Anschluss kontakte 23 bietet gegenüber deren Laserverschweißen den Vorteil eines geringeren Aufwands. Da schon an sich auf wendigere Laserschweißen hätte nur dann einen Vorteil, wenn auf das beim Widerstandsschweißen erforderliche An drücken der Anschlusskontakte 23 an die Leiterzüge ver zichtet werden könnte. Ein derartiges Andrücken wäre für den ohnehin aufwendigeren Laserschweißprozess jedoch zusätzlich erforderlich, da die dünnen, biegsamen An schlusskontakte 23 häufig nicht über die erforderliche Länge mit dem Leiterzug 9 bzw. 11 in Kontakt stehen und daher ein Laserschweißprozess fehlschlagen bzw. nicht mit der erfor derlichen Zuverlässigkeit ausgeführt werden könnte. Dem gegenüber ist das Laserverschweißen des Kühlkörpers mit den Anschlussbereichen der Leiterzüge ohne größere Pro bleme möglich, da die Kühlkörper so dick und starr, sowie ausreichend eben ausgebildet sind, um ein flächiges Anlie gen an den betreffenden Anschlussbereich zu ermöglichen.The resistance welding of the further connection contacts 23 offers the advantage of less effort compared to their laser welding. Since in itself on more maneuverable laser welding would only have an advantage if the connection contacts 23 on the conductor tracks that were required for resistance welding could be dispensed with. Such pressing would be additionally required for the already more complex laser welding process, since the thin, flexible connection contacts 23 are often not in contact with the conductor track 9 or 11 over the required length and therefore a laser welding process fails or does not have the required reliability could be executed. In contrast, the laser welding of the heat sink with the connection areas of the conductor tracks is possible without major problems, since the heat sinks are so thick and rigid and are sufficiently flat to enable a flat contact with the connection area in question.
Zusätzlich wird durch das für das Widerstandsschweißen der betreffenden Anschlusskontakte 23 erforderliche An drücken ein zusätzliches Andrücken auch des Kühlkörpers an den Anschlussbereich erreicht. Es bietet sich daher an, das Widerstandsschweißen und Laserschweißen unter Aus nützen des ohnehin erforderlichen Andrückens beim Wider standsschweißen gleichzeitig auszuführen bzw. das Laser schweißen während des Andrückens für das Widerstands schweißen vorzunehmen.In addition, the pressure required for the resistance welding of the relevant connection contacts 23 also results in an additional pressing of the heat sink onto the connection area. It is therefore advisable to carry out the resistance welding and laser welding at the same time, taking advantage of the pressure required for resistance welding at the same time, or to perform the laser welding during the pressing for the resistance welding.
Nur zur Klarheit sei an dieser Stelle bemerkt, dass von den drei Anschlüssen 23 der Leistungs-Feldeffekttransisto ren 15, 17 in den Fig. 1 und 2 nur ein Anschlusskontakt 23 verschweißt dargestellt ist. Der jeweils kürzer abgeschnit tene Anschlusskontakt 23 muss, wie bereits erwähnt, nicht kontaktiert werden, da dieser mit dem selben Anschluss des Chips in Verbindung steht, wie der jeweilige Kühlkörper. Der jeweils umgebogen dargestellte Anschlusskontakt 23 wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit Leiter zügen einer nicht näher dargestellten weiteren Platine ver bunden, die unterhalb des Stanzgitters 3 montiert wird.For clarity, it should be noted at this point that only one connection contact 23 is shown welded from the three connections 23 of the power field effect transistors 15 , 17 in FIGS. 1 and 2. The respective shorter-cut connection contact 23 does not have to be contacted, as already mentioned, since this is connected to the same connection of the chip as the respective heat sink. The bent contact terminal 23 is shown in the illustrated embodiment with conductors of a further circuit board, not shown, a related party, which is mounted below the lead frame 3 .
Claims (6)
- a) mit Leiterzügen (5, 7, 9, 11) und wenigstens einem mit den Leiterzügen verbundenen Leistungshalbleiterbauelement (15, 17),
- b) welches einen metallischen Kühlkörper (15a, 17a) aufweist, welcher als Träger für den Halbleiterchip und gleichzeitig zur Wärmeableitung und als ein Anschlusskontakt für den Halbleiterchip dient und welcher einen Durchbruch (19) aufweist, und
- c) welches wenigstens einen weiteren elektrischen Anschlusskontakt (23) zur Kontaktierung des Halbleiterchips aufweist,
- d) wobei der Kühlkörper (15a, 17a) in zumindest einem Teilbereich durch eine mittels Laserschweißen erzeugte Schweißnaht mit einem Anschlusskontaktbereich (5a, 7a) eines Leiterzugs (5, 7) elektrisch und mechanisch verbunden ist, wobei der Teilbereich in Bezug auf den Halbleiterchip auf der entfernteren Seite des Durchbruchs (19) des Kühlkörpers liegt.
- a) with conductor tracks ( 5 , 7 , 9 , 11 ) and at least one power semiconductor component ( 15 , 17 ) connected to the conductor tracks,
- b) which has a metallic heat sink ( 15 a, 17 a) which serves as a carrier for the semiconductor chip and at the same time for heat dissipation and as a connection contact for the semiconductor chip and which has an opening ( 19 ), and
- c) which has at least one further electrical connection contact ( 23 ) for contacting the semiconductor chip,
- d) wherein the heat sink ( 15 a, 17 a) is electrically and mechanically connected in at least one partial area by means of a weld seam produced by means of laser welding to a connection contact area ( 5 a, 7 a) of a conductor track ( 5 , 7 ), the partial area being related on the semiconductor chip on the more distant side of the opening ( 19 ) of the heat sink.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| DE1999112443 DE19912443C2 (en) | 1999-03-19 | 1999-03-19 | an electrical unit with at least one power semiconductor component |
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