DE2639979B2 - Semiconductor module - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterbaueinheit mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a semiconductor module having the features according to the preamble of the claim 1.
Derartige Halbleiterbaueinheiten sind aus dem deutschen Gebrauchsmuster 7512 573 bekannt Sie zeigen einen kompakten Aufbau, wobei das Gehäuseteil aus Kunststoff aus einem Bndteil und einem Deckelteil oder aber aus einem einstückigen Bauteil bestehen kann und mit der Grundplatte z.B. durch Kleben fest verbunden ist. Zu ihrer mechanisch festen Anordnung sind dann die gehäuseinneren Bauteile in (iine Gießmasse eingebettet.Such semiconductor units are known from the German utility model 7512 573 you show a compact structure, the housing part made of plastic consisting of a band part and a cover part or it can consist of a one-piece component and is fixed to the base plate, e.g. by gluing connected is. For their mechanically fixed arrangement, the internal components of the housing are then in (iine Casting compound embedded.
Derartige Baueinheiten ermöglichen in vorteilhafter Weise eine Anordnung zu mehreren in gewünschter elektrischer Verschaltung.Structural units of this type advantageously enable multiple arrangements to be made as desired electrical interconnection.
men, daß die Halterung der Isolierstoffscheibe und der mit Halbleiterplättchen versehenen Kontaktbauteile zu ihrer jeweiligen Befestigung durch Löten einen unerwünschten Verfahrensaufwand erfordert Nachtei-Hg ist ferner, daß die zur flächenhaften Auflage auf einem Kühlbauteil vorgesehene metallische Grundplatte im Verlauf der Herstellung der Baueinheiten nicht in gewünschtem Maße plan bleibt, auf Grund von fertigungsbedingt entstehenden mechanischen Spannungen, und daß beim Füllen des Gehäuses mit Gießmasse infolge unterschiedlicher Wärmedehnung aneinandergrezender Materialien die Wölbung der Grundplatte verstärkt und die Klebeverbindung zwischen Grundplatte und Kunststoffgehäuseteil unzulässigmen that the holder of the insulating disc and the with semiconductor wafers provided contact components for their respective attachment by soldering a undesirable procedural effort requires disadvantage is also that the areal support on A metal base plate provided for a cooling component is not included in the course of the manufacture of the structural units the desired dimensions remain flat due to production-related mechanical stresses, and that when filling the housing with casting compound as a result of different thermal expansion Contiguous materials reinforce the curvature of the base plate and the adhesive bond between Base plate and plastic housing part not permitted
π beansprucht wird. Außerdem wird durch die unerwünschte Formänderung der Grundplatte der Wärmeübergang zum Kühlbauteil beeinträchtigtπ is claimed. It also gets through the unwanted Change in shape of the base plate that affects the heat transfer to the cooling component
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterbaueinheit der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren Bauteile einen gegenüber der bekannten Anordnung rationelleren Zusammenbau ermöglichen, und deren Gehäuseteüe eine einwandfreie gegenseitige Verbindung gewährleisten.The invention is based on the object of providing a semiconductor module of the type mentioned at the beginning create, the components of which allow a more rational assembly compared to the known arrangement, and their housing parts ensure a perfect mutual connection.
nenden Merkmalen des Anspruchs 1.nenden features of claim 1.
Die Ausgestaltung von Grundplatte und Kunststoffgehäuse gemäß der Erfindung hat die Vorteile, daß die Anzahl der Verfahrensschritte zur Herstellung der Baueinheiten reduziert wird, daß eine dauerhafte festeThe design of the base plate and plastic housing according to the invention has the advantages that the Number of process steps for the production of the structural units is reduced that a permanent solid
daß das thermische Betriebsverhalten der Baueinheiten verbessert wird und daß unerwünschte Nacharbeit entfälltthat the thermal performance of the structural units is improved and that unwanted rework is omitted
Ausführungsbeispiele wird der Gegenstand der Erfindung aufgezeigt und erläutert In Fig. 1 ist eine Halbleiterbaueinheit im Schnitt dargestellt Fi g. 2 zeigt in Draufsicht die erfindungsgemäß besonders ausgebildete Grundplatte der Baueinheit und Fig.3 imEmbodiments are the subject of the invention shown and explained In Fig. 1, a semiconductor unit is shown in section Fi g. 2 shows in plan view the base plate of the structural unit specially designed according to the invention and FIG
Ausschnitt einen Aufbau zur lagebestimmten Anordnung von Isolierstoffscheibe und Kontaktbauteil auf der Grundplatte.Detail of a structure for the positional arrangement of the insulating disk and contact component on the Base plate.
Die Bauform /nach F i g. 1 ist auf einer wannenförmigen Grundplatte 1 aus einem zur WärmeleitungThe design / according to FIG. 1 is on a trough-shaped base plate 1 from a heat conduction
« besonders geeigneten Metall, beispeilsweise Kupfer oder Aluminium, oder aus einer Verbindung dieser Metalle oder aus einer Legierung aus diesen Metallen aufgebaut Die Kontaktbauteile 3 und 13 als Trägerkörper je eines Halbleiterbauelements sind in gegenseiti-«Particularly suitable metal, for example copper or aluminum, or from a compound of these metals or from an alloy of these metals constructed The contact components 3 and 13 as carrier bodies of a semiconductor component are mutually
gern Abstand über eine gemeinsame, elektrisch isolierende, thermisch leitende Schicht 2, beispielsweise aus Oxidkeramik, auf der inneren Bodenfläche der G.endplatte 1 durch Löten fest aufgebracht Es kann auch für jedes Kontaktbauteil eine derartige Schichtlike distance over a common, electric insulating, thermally conductive layer 2, for example made of oxide ceramic, on the inner bottom surface of the G. end plate 1 firmly applied by soldering. Such a layer can also be used for each contact component
>""> vorgesehen sein. Zur rationellen, lagebestimmten Anordnung der Scheibe aus Oxidkeramik 2 auf einem vorbestimmten Flächenabschnitt ist die Bofenfläche der Gmndplatte mit Erhebungen 111 versehen, zwischen welchen die Scheibe 2 eingelegt ist Grundplatte 1,> ""> be provided. For rational, positional Arrangement of the disc made of oxide ceramic 2 on a predetermined surface section is the furnace surface Base plate provided with elevations 111, between which the disc 2 is inserted Base plate 1,
verbunden. Sie weisen zu diesem Zweck jeweils einentied together. They each assign one for this purpose
lötfähigen, metallischen Überzug auf.solderable, metallic coating.
w oberen Rand durch Bördeln mit der beispielsweise abgeschrägten oder in anderer Form ausgebildeten, zugeordneten Randzone des Isolierstoffgehäuseteils 12 fest verbunden. Dazu ist das als Hohlkörper ohnew upper edge by beading with, for example, beveled or formed in another shape, associated edge zone of the insulating housing part 12 firmly connected. This is as a hollow body without
Boden- und Deckplatte vorliegende Gehäuseteil 12 in seiner maximalen Ausdehnung der lichten Weite an der inneren Bodenfläche der Grundplatte 1 entsprechend angepaßt ausgebildet, so daß es, beim Zusammenbau, durch Einstecken innerhalb der Seitenwand la gehaltert ist. Die untere Randzone 12a des Gehäuseteils 12 kann zur Gewährleistung der mechanischen Stabilität bei der Herstellung der Bördelverbindung mit der Grundplatte 1 verstärkt oder beispielsweise als flanschformiger Ansatz ausgebildet sein.Base and cover plate present housing part 12 in its maximum extent of the clear width at the inner bottom surface of the base plate 1 designed accordingly adapted so that it, during assembly, held by inserting within the side wall la is. The lower edge zone 12a of the housing part 12 can be used to ensure the mechanical stability of the Production of the flanged connection with the base plate 1 reinforced or, for example, as a flange Approach be trained.
Die Erhebungen Ul auf der Bodenfläche der Grundplatte können jeweils so weit verlaufen, daß sie gleichzeitig auch, zusammen mit der Seitenwand la der Grundplatte, zur Halterung des Gehäuseteils 12 dienen und damit zur festen Anordnung des letzteren bei der Verbindung mit der Grundplatte beitragen.The elevations Ul on the bottom surface of the base plate can each extend so far that they at the same time, together with the side wall la the Base plate, used to hold the housing part 12 and thus for the fixed arrangement of the latter in the Contribute to the connection with the base plate.
Die Kontaktbauteile 3, 13 können, gemäß der Darstellung in Fig. 1, aus einem plattenförmigen Abschnitt zur Auflage auf der Oxidkeramikscheibe 2, aus einem dazu im Winkel, beispielsweise senkrecht zur Grundplatte, verlaufenden Abschnitt 3b bzw. 13i>, jeweils an der Stirnseite der Baueinheit, und aus einem daran anschließenden weiteren, zur Mitte der Baueinheit hin abgewinkelten Abschnitt 3c bzw. 13c als Plattform für je einen Kontaktbolzen 7 bestehen. Beide Kontaktbauteile 3,13 weisen mit ihren vorbeschriebenen Abschnitten L-förmigen Querschnitt auf. Die Abschnitte 3b, 136 und 3c, 13c dienen jeweils als Stromleiterteile für die der Grundplatte zugewandte Kontaktelektrode der Halbleiterplättchen 4 zum als Stromanschlußteil vorgesehenen Kontaktbolzen 7.The contact components 3, 13 can, as shown in FIG. 1, from a plate-shaped section for resting on the oxide ceramic disk 2, from a section 3b or 13i> extending at an angle thereto, for example perpendicular to the base plate, in each case on the end face of the Assembly unit, and an adjoining further section 3c or 13c angled towards the center of the assembly unit as a platform for one contact pin 7 each. Both contact components 3, 13 have an L-shaped cross section with their sections described above. The sections 3b, 136 and 3c, 13c each serve as current conductor parts for the contact electrode of the semiconductor wafer 4 facing the base plate for the contact bolt 7 provided as the current connection part.
Die Kontaktbolzen 7 sind jeweils mit einer Gewindebohrung 27 zum Schraubanschluß von Stromleiterteilen versehen. Die Abschnitte 3c, 13c der Kontaktbauteile liegen z.B. in der Ebene parallel zu derjenigen der Grundplatte 1 und bilden je eine Stützfläche für eine beide verbindende Anschlußplatte 8 aus Isoliermaterial. Diese weist Lot- und/oder Steckanschlußteile 31,33 auf, die zur Verbindung der Anschlußleitungen von Schalt- und Steuerbauteilen mit den Halbleiterbauelementen dienen, in ihrer Lage durch diejenige der Halbleiterbauelemente festgeigt sind und aus der fertigen Baueinheit entsprechend herausragen.The contact bolts 7 are each provided with a threaded hole 27 for screw connection of current conductor parts Mistake. The sections 3c, 13c of the contact members lie, for example, in the plane parallel to that of FIG Base plate 1 and each form a support surface for a connecting plate 8, which connects the two, made of insulating material. This has solder and / or plug connection parts 31,33, those for connecting the connecting lines of switching and control components with the semiconductor components serve, are fixed in their position by that of the semiconductor components and from the finished The structural unit protrude accordingly.
Schließlich ist auf der Anschlußplatte 8 auch der Kontaktbolzen 9 mit dem Kontaktbügel 10 für den oberen Stromleiter 6 des zweiten Halbleiterbauelements 13—4—6 befestigtFinally, on the connection plate 8, the contact pin 9 with the contact clip 10 for the upper conductor 6 of the second semiconductor component 13-4-6 attached
Die Kontaktbauteile und Anschlußteile können beliebige Form aufweisen und beliebig angeordnet sein, da ihre Ausbildung und Anordnung nicht Gegenstand so der Erfindung istThe contact components and connection parts can have any shape and be arranged in any way, since their design and arrangement is not the subject of the invention
Der aufgezeigte Aufbau ist in dem aus Gehäuseteil 12 und Grundplatte 1 bestehenden, oben offenen Gehäuse untergebracht und in Gießmasse 22 so weit eingebettet, daß die Anschlußteile der Baueinheit herausragen.The structure shown is in the housing which is made up of housing part 12 and base plate 1 and is open at the top housed and embedded in casting compound 22 so far that the connecting parts of the assembly protrude.
In Fig.2 ist die erfindungsgemäße Grundplatte in Draufsicht auf die innere Bodenfläche dargestellt Sie kann gemäß dem linken Teil der Figur streifenförmige Erhebungen Ul aufweisen, die jeweils parallel zur Längsachse angeordnet sind. Es können Erhebungen lila an den Längsseiten und solche {iiib) an den Schmalseiten vorgesehen sein. Sie dienen zur Verhinderung einer Seitenbewegung der Oxidkeramikscheibe 2 bei deren Lotkontaktierung mit der Grundplatte 1. An den Längsseiten der Grundplatte 1 sollen die Erhebungen geringstmögliche Breite aufweisen, die Breite der Erhebungen 11 Io ist unkritisch. Die Höhe dar Erhebungen 111 ist gleich der oder kleiner als die Dicke der Keramikscheibe. Um bei unterschiedlichem Potential der Grundplatte 1 und der Kontaktbauteile 3, 13 eine ausreichende Überschlagsfestigkeit zwischen beiden Bauteilen zu gewährleisten, ragt die Oxidkeramikscheibe 2 an allen Seiten Ober die Kontaktbauteile 3,13 hinaus. Die Länge aller Erhebungen 111 ist unkritisch, je eine Erhebung IUa und 11 Io können auch zu einer Erhebung IHc kombiniert sein, wie dies ebenfalls in F i g. 2 dargestellt istIn Figure 2, the base plate according to the invention is shown in plan view of the inner bottom surface. According to the left part of the figure, it can have strip-shaped elevations U1, which are each arranged parallel to the longitudinal axis. There can be lilac elevations on the long sides and those (iiib) on the narrow sides. They serve to prevent lateral movement of the oxide ceramic disk 2 when it is in solder contact with the base plate 1. On the longitudinal sides of the base plate 1, the elevations should have the smallest possible width, the width of the elevations 11 Io is not critical. The height of the elevations 111 is equal to or less than the thickness of the ceramic disk. In order to ensure sufficient flashover strength between the two components when the potential of the base plate 1 and the contact components 3, 13 is different, the oxide ceramic disk 2 protrudes on all sides above the contact components 3, 13. The length of all the elevations 111 is not critical; one elevation IUa and 11 Io can also be combined into one elevation IHc, as is also shown in FIG. 2 is shown
Anstelle der Erhebungen 111 können stift- oder höckerförmige Ansätze 112 vorgesehen sein (rechte Hälfte der Figur), gegen welche sich Oxidkeramikscheibe 2 und Gehäuseteil 12 beim Einbringen abstützen.Instead of the elevations 111, pin-shaped or hump-shaped extensions 112 can be provided (right Half of the figure), against which the oxide ceramic disc 2 and housing part 12 are supported when inserted.
Eine andere Ausführungsform der Grundplatte 1 besteht darin, daß der zur Auflage der Oxidkeramikscheibe 2 vorgesehene Flächenabschnitt 113 vertieft ausgebildet ist Die dadurch erzielte Verringerung der Dicke der Grundplatte 1 ergibt eine zusätzliche Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen den Kontaktbauteilen 3, 13 und dem an der äußeren Bodenfläche anliegenden Kühlbauteil.Another embodiment of the base plate 1 is that the one for supporting the oxide ceramic disc 2 provided surface section 113 is formed deepened. The resulting reduction in Thickness of the base plate 1 results in an additional improvement in the heat transfer between the Contact components 3, 13 and the cooling component resting on the outer bottom surface.
Die Grundplatte 1 kann beispielsweise durch Kaltfließpressen hergestellt und so ausgebildet sein, daß die an die innere Bodenfläche angrenzende Schicht aus Kupfer besteht und damit eine vorteilhafte Verbindung mit der Oxidkeramikscheibe 2 ermöglicht, und daß die an die äußere Bodenfläche angrenzende Schicht aus Aluminium besteht, und damit eine vorteilhafte Verbindung mit einem angrenzenden Kühlbauteil aus Aluminium ermöglicht Dabei ist die Dicke der Kupferteilschicht stets größer als die Tiefe der Vertiefung 113 zur Aufnahme der Oxidkeramikscheibe 2, und die Aluminiumteilschicht ist in einer nur durch die mechanische Festigkeit der Grundplatte 1 bestimmten, minimalen Dicke ausgebildetThe base plate 1 can be produced, for example, by cold extrusion and designed so that the layer adjoining the inner bottom surface consists of copper and thus an advantageous connection with the oxide ceramic disc 2 made possible, and that the layer adjoining the outer bottom surface There is aluminum, and thus an advantageous connection with an adjacent cooling component Aluminum enables the thickness of the partial copper layer is always greater than the depth of the Recess 113 for receiving the oxide ceramic disk 2, and the partial aluminum layer is in one only through the mechanical strength of the base plate 1 specific, minimum thickness formed
Die Grundplatte kann auch aus einer an sich bekannten Aluminium-Magnesium-Legierung bestehen und ist dann auf ihrer inneren Bodenfläche mit einem Überzug aus Nickel zur Erzielung einer Lötverbindung mit der Oxidkeramikscheibe 2 versehen.The base plate can also consist of an aluminum-magnesium alloy known per se and is then on its inner bottom surface with a coating of nickel to achieve a solder joint provided with the oxide ceramic disk 2.
In F i g. 3 ist im Ausschnitt eine weitere Ausrührungsform des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Anstelle von Erhebungen weist die Grundplatte 1 Bohrungen 114 auf, durchgehend oder als Vertiefungen ausgebildet Diese dienen zur Aufnahme von bolzen förmigen Begrenzungsteilen 115, die aus elastischem Kunststoff bestehen und mit Haftsitz in den Bohrungen 114 angebracht sind. Die Begrenzungsteile 115 sind so bemessen, daß sie mit einem ersten herausragendtn Längpinabschnitt etwa entsprechend der Dicke der Oxidkeramikscheibe 2 diese haltern und mit einem anschließenden L^ngenabschnitt mit größerem Querschnitt das im Stapel folgende Kontaktbauteil justieren. Das Material der Begrenzungsteile 115 ist bei den angewandten Weichlöttemperaturen beständig und im übrigen von solch „τ Elastizität, daß Formänderungen beim Stapelaufbau der Bauteile unschädlich sind. Die Begrenzungsteiie 115 können nach Herstellung der Lötverbindungen im Aufbau verbleiben.In Fig. 3 is a further embodiment in the cutout of the subject matter of the invention. Instead of elevations, the base plate 1 Bores 114 formed continuously or as depressions These are used to accommodate bolts-shaped Limiting parts 115, which are made of elastic plastic and with an adhesive fit in the bores 114 are attached. The limiting parts 115 are dimensioned so that they protrude with a first Longitudinal pin section approximately corresponding to the thickness of the oxide ceramic disk 2 and hold it with a adjust the subsequent contact component in the stack with the subsequent length section with a larger cross-section. The material of the delimitation parts 115 is stable at the soft soldering temperatures used and in the the rest of such elasticity that changes in shape when the components are stacked are harmless. the Limiting parts 115 can remain in the structure after the soldered connections have been made.
Claims (3)
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