DE2819327A1

DE2819327A1 - Halbleiterbaueinheit

Info

Publication number: DE2819327A1
Application number: DE19782819327
Authority: DE
Inventors: Prudencio Bellmunt
Original assignee: Semikron GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Priority date: 1978-05-03
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1979-12-13
Also published as: DE2819327C2

Description

HALBLEiTERB/#UEINHEIY
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterbaueinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Derartige Baueinheiten sind aus dem Deutschen Gebrauchsmuster 75 12 573 und aus der Deutschen Offenlegungsschrift 26 39 979 bekannt. Bei diesen bekannten Halbleiterbaueinheiten ist jedoch nachteilig, daß zur Herstellung und Anordnung der Stromleitungsanschlüsse eine beträchtliche Anzahl von Bauteilen notwendig ist, daß der für den Zusammenbau dieser Bauteile erforderliche, verfahrenstechnische Aufwand insgesamt keine rationelle Fertigung der Halbleiterbaueinheiten ermöglicht, und daß teilweise die Ausbildung und räumliche Anordnung dieser Bauteile nicht immer ein optimales thermisches Betriebsverhalten der Baueinheiten gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Aufbau zu schaffen, bei welchem die Anzahl der Bauteile verringert und die Ausbildung und gegenseitige Zuordnung von Bauteilen zur Optimierung des Zusammenbaus und des Betriebsverhaltens solcher Baueinheiten verbessert wird.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.
Anhand der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele wird der Gegenstand der Erfindung aufgezeigt und erläutert. Figur 1 zeigt perspektivisch die Anordnung der Halbleitertabletten mit ihren Kontaktbauteilen und Stromleitungsanschlüssen, und in den Figuren 2 bis 4 sind unterschiedliche Ausführungsformen von Halbleiterbaueinheiten nach der Erfindung mit spezieller Ausgestaltung des mittleren Stromleitungsanschlusses, ebenfalls perspektivisch, dargestellt. Für gleiche Teile sind in allen Figuren gleiche Bezeichnungen gewählt.
Gemäß der Darstellung in Figur 1 ist auf einer metallischen Grundplatte 1 zur elektrisch isolierten Anordnung der Schaltung gegenüber einem Kühlbauteil oder einem Geräteteil eine durchgehende Isolierstoffzwischenscheibe 2 aus Oxidkeramik befestigt. Auf dieser Isolierstoffscheibe 2 sind in an sich bekannter Reihenfolge und gegenseitiger Zuordnung die Stromleitungsanschlüsse 3, 6 und 13, die aus bandförmigem Leitermaterial bestehen, fest aufgebracht. Die beiden äußeren dieser in Reihe liegenden Bauteile (3,13) sind U-förmig ausgebildet, wobei die Schenkel 3a bzw. 13a je eine Halbleitertablette 4' bzw. 4 tragen und mit dieser auf der Isolierstoffzwischenscheibe 2 befestigt sind. Der Steg 3b bzw. 13b verläuft jeweils beispielsweise senkrecht zur Grundplatte 1 durch das Gehäuse, und der weitere Schenkel 3c bzw. 13c bildet jeweils einen gehöuseöußeren Abschnitt zur Befestigung von Stromleitern und ist zu diesem Zweck jeweils mit einer Aussparung,z.B. einer Durchbohrung 35, versehen.
Der mittlere Stromleitungsanschluß 6 ist an einem Ende in Längsrichtung geteilt. Ein Abschnitt des geschlitzten Endes (6d) dient wie der eine Schenkel der beiden äußeren Stromleitungsanschlüsse zur Befestigung auf der Isolierstoffscheibe 2, der andere Abschnitt(6a) ist entsprechend ausgebildet auf der oberen Kontaktfläche der Halbleitertablette 4' befestigt. Das nicht geschlitzte Ende 6c dient zum Anschluß eines gehäuseäußeren Stromleiters.
Die Bemessung des mittleren Stromleitungsanschlusses 6 im Bereich seiner Anordnung auf der Isolierstoffscheibe 2 und im Bereich seiner Ldngs teilung, insbesondere Länge und Breite des Abschnitts 6a sind durch die Forderungen nach hinreichendem Isolationsabstand zu den benachbarten Bauteilen und nach einwandfreier flächenhafter Kontaktierung der Halbleitertablette 4 bestimmt.
Die zur Befestigung der Bauteile 3, 6 und 13 auf der Isolierstoffscheibe erforderlichen Metallbeläge sind nicht dargestellt.
Zur Herstellung der Reihenschaltung ist die weitere Halbleitertablette 4' an ihrer oberen Kontaktelektrode mit dem die Halbleitertablette 4 tragenden Kontaktabschnitt 13a des äußeren Stromleitungsanschlusses 13 durch den Verbindungsleiter 33 verbunden, der an einem Ende beispielsweise in eine Aussparung des Abschnitts 13a eingefügt oder aber auf diesen aufgesetzt und an seinem anderen Ende flächenhaft auf der Tablette 4' befestigt ist. Zum Ausgleich von Wärmedehnungen ist das der Tablette 4' zugeordnete Ende des Verbindungsleiters 33 gekrümmt ausgebildet.
Der Querschnitt des Verbindungsleiters 33 ist durch die Strombelastbarkeit der Halbleiterbaueinheit bestimmt.
Die wesentlichen Vorteile des beschriebenen Aufbaus bestehen darin, daß durch die Anordnung der Bauteile 6 und 33 die Ableitung der Verlustlei-tungswärme aus den Halbleitertabletten auch über ihre oberen Anschlußleiterteile optimal auf die Grundplatte 1 und damit zum Kühlbauteil erfolgt, daß die Anordnung und Ausbildung des mittleren Stromleitungsanschlusses 6 in überraschend einfacher Weise die Kontaktierung der zugeordneten Halbleitertablette, die zusätzliche Ableitung von Verlustleistungswörme und gleichzeitig die Möglichkeit des elektrischen Anschlusses von gehauseöußeren Stromleitern an ein und demselben Bauteil sowie seine mechanisch stabile Befestigung ohne weitere Bauteile ermöglicht.
Gemäß der Erfindung weisen weiterhin die gehäuseinneren Stege der Stromleitungsunschlüsse ( 3b, 6b, 13b) an ihrer Randzone wenigstens eine Aussparung 3f bzw. 6f bzw. 13f zur Aufnahme wenigstens einer Steuerleitung 30 für den Fall der Verwendung von steuerbaren Halbleiterbauelementen auf. Diese Steuerleitungen 30 sind isoliert in den Aussparungen befestigt bzw. geführt und mit dem jeweiligen Gate-Anschluß des Halbleiterkörpers sowie mit Anschlußbolzen 31 verbunden, die auf Metallisierungen der Isolierstoffscheibe 2 fest aufgebracht sind und mit ihrem freien Ende über den Gehäusedeckel hinausragen oder aber im Gehäusedeckel versenkt für einen Steckanschluß geeignet angeordnet sein können. Die Aussparungen 3f, 6f, 13f sind vorzugsweise als Einbuchtungen derart ausgebildet, daß die Steuerleitungen nach dem Einführen fixiert sind.
Die Grundplatte 1 ist zur Befestigung auf einem Kühlbauteil oder auf einem Geräteteil mit Durchbohrungen 21 versehen.
Die Abmessungen der Stromleitungsanschlüsse, insbesondere ihrer gehäuseäußeren Abschnitte 3c, 6c und 13c sowie ihr gegenseitiger Abstand sind durch die entsprechend ihrem Einsatz notwendigen elektrischen und räumlichen Anforderungen bestimmt.
Die Steuerleitungen 30 können auch zur Verwendung von Uberwachungseinrichtungen für die Halbleitertabletten 4, 4' vorgesehen sein.
In Figur 2 ist eine andere Ausführungsform des mittleren Stromleiterteils dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Aussparungen für äußere Stromleiter und für Steuerleitungen nicht mehr dargestellt und die äußeren Stromleitungsunschlüsse nur mit den zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Abschnitten aufgezeigt. Anordnung und Ausbildung der äußeren Stromleitungsanschlüsse 3 und 13 entsprechen der Bauform gemäß der Darstellung in Figur 1. Der mittlere Stromleitungsanschluß 16 ist an einem Ende in Längsrichtung unterteilt und mit dem nicht geschlitzten Ende 16 d, das dieselben Abmessungen wie die benachbarten Kontaktabschnitte der äußeren Stromleitungsanschlüsse 3 und 13 aufweisen kann, auf der Isolierstoffscheibe 2 befestigt. Das freie,obere Ende des Stromleitungsanschlusses 16 ist in drei Abschnitte unterteilt, wovon der mittlere Abschnitt 16c zur gehäuseäußeren elektrischen Verbindung mit Stromleitern dient und die beiden äußeren Abschnitte 161 gemeinsam zur Kontaktierung der Halbleitertablette 4 vorgesehen sind.
Die Breite der kontaktierenden Abschnitte 161 richtet sich unter Berücksichtigung der optimalen beiderseitigen Kühlungsmöglichkeit der Halbleitertabletten nach der Strombelastbarkeit der Halbleitertablette.
Der Stromleitungsanschluß 16 kann auch in der Weise unterteilt sein, daß der gehäuseäußere Abschnitt 16c dieselben Abmessungen wie die benachbarten Abschnitte (3c, 13c) der äußeren Stromleitungsanschlüsse 3, 13 aufweist, und daß die Unterteilung in mehrere Abschnitte in der Kante zwischen den Abschnitten 16b und 16c bis zu einer vorbestimmten Tiefe und anschließend dazu senkrecht in Richtung der Grundplatte 1 erfolgt. Die Geometrie der Unterteilung des Stromleitungsanschlusses 16 ist insoweit beliebig, als eine den Anforderungen an die elektrische und thermische Kontaktierung der Halbleitertablette 4 entsprechende Ausgestaltung der Kontaktabschnitte 161 gewährleistet ist.
Weiterhin ist der Verbindungsleiter 34, beispielsweise als Stanzteil ausgebildet mit einer entsprechenden Formgebung zur Kontaktierung der Halbleitertablette 4' und des Kontaktabschnittes 13a außerhalb der Anordnung der drei Stromleitungsanschlüsse 3, 16, 13 seitlich im Abstand zum Stromleitungsanschluss 16 geführt.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform mit ungeteiltem, mittleren Stromleitungsanschluß (26).
Dieser ist exzentrisch auf der Scheibe 2 angebracht, mit seinem Mittelabschnitt 26d auf der Isolierstoffscheibe 2 und mit seinem wegen der exzentrischen Befestigung entsprechend gekrümmten Ende 26a auf der oberen Kontaktfläche der Halbleitertablette 4 befestigt und dient mit dem großflächigen abgewinkelten Ende 26c zum gehäuseäußeren Anschluß von Stromleitern. Im erforderlichen Abstand zum Stromleitungsanschluß 26 ist, z.B. entsprechend der Darstellung in Figur 1, ein Verbindungsleiter 33 zwischen der Halbleitertablette 4' und dem Kontaktabschnitt 13a des Stromleitungsanschlusses 13 befestigt.
Schließlich zeigt Figur 4 eine vorteilhafte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung. Der mittlere Stromleitungsanschluß 36 ist am unteren Ende zweifach geschlitzt ausgebildet. Die beiden äußeren Abschnitte 36d dieses Endes bilden Stützteile zur Befestigung des Stromleitungsanschlusses auf der Isolierstoffscheibe 2. Der mittlere der drei durch Schlitzen erzielten Abschnitte mit vorzugsweise größerer, durch die Kontaktierung der Halbleitertablette 4 bestimmter Flächenausdehnung (36a) ist bedarfsweise zur Sicherstellung einer auch im Betrieb mechanisch stabilen Kontaktierung entsprechend gekrümmt ausgebildet. Im Durchlaß zwischen den beiden Stützteilen 36d und in entsprechendem Abstand zu diesen und zu dem Kontaktabschnitt 36a verläuft der Verbindungsleiter 35 zwischen dem Kontaktabschnitt 13a und der Halbleitertablette 4'.
Der Verbindungsleiter zur Kontaktierung der Halbleitertablette 4' kann bedarfsweise, soweit er auf der Isolierstoffzwischenscheibe 2 aufliegt, auch mit dieser fest verbunden sein.
Anstelle von Einbuchtunaen können die Stromleitungsanschlüsse Durchbohrungen zum Durchstecken von Steuerleitungen aufweisen, wie dies in Figur 4 dargestellt ist ( 3g, 36 g, 13g ).
Zur Herstellung von Anordnungen nach der Erfindung wird zunächst auf der Grundplatte 1 beispielsweise eine durchgehende Isolierstoffzwischenscheibe 2 befestigt. Dann werden auf den entsprechenden Metallisierungen der freien Oberseite dieser Scheibe 2 die Stromleitungsanschlüsse 3 und 13 aufgebracht, jeweils eine Halbleitertablette 4 bzw. 4' auf dem entsprechenden Schenkel der Stromleitungsanschlüsse aufgelegt, z.B. unter Zwischenlage von Lötfolien, und weiter werden der Verbindungsleiter 33 und der mittlere Stromleitungsanschluß entsprechend der jeweils gewünschten Ausführungsform angebracht. Zur gegenseitigen Befestigung der zunächst vorzugsweise mithilfe eines Lehrenkörpers in gegenseitiger räumlicher Zuordnung auf der Grundplatte aufgebrachten Bauteile wird der in dieser Weise hergestellte Aufbau einer Wärmebehandlung unterworfen, bei welcher gleichzeitig sämtliche Bauteile gegenseitig durch Löten kontaktiert werden. Die Steuerleitungen 30 und die Kontaktbolzen 31 können im Anschluß daran befestigt werden. Es können Halbleitertabletten vorgesehen sein, bei welchen der Halbleiterkörper bereits mit entsprechenden zur Weiterverarbeitung der Tabletten geeigneten Kontaktronden versehen ist.
Es ist jedoch auch möglich, Scheiben aus Halbleitermaterial zusammen mit ihren Kontaktronden im Rahmen des Zusammenbaus der Halbleiterbaueinheit nach der Erfindung anzuordnen.
Der in dieser Weise hergestellte Aufbau wird in ein Kunststoffgehäuse eingebracht, welches z.B. auf die Grundplatte aufsteckbar angeordnet und mit dieser durch Kleben fest verbunden ist. Durch Ausgießen des Gehäuses mit Kunststoff werden sämtliche Bauteile soweit eingebettet, daß die gehäuseäußeren Abschnitte der Stromleiterteile (3c,6c,16c,26c, 36c,13c) und bedarfsweise auch die freien Enden der Kontaktbolzen 31 aus dem Gehäuse herausragen.
L e e r s e i t e

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1.) Halbleiterbaueinheit, bei der zwei Halbleitertabletten auf einer gemeinsamen metallischen Grundplatte elektrisch isoliert und thermisch leitend in elektrischer Reihenschaltung so angeordnet sind, daß je ein dem Eingang und dem Ausgang der Reihenschaltung zugeordneter sowie ein dritter, dem Verbindungsleiter zwischen den Halbleitertabletten zugeordneter Stromleitungsanschluß in einer Reihe und der dritte an einem Ende der Reihe angeordnet und jeder der beiden äußeren Stromleitungsanschlusse zusammen mit der zugeordneten Halbleitertablette über eine Isolierstoffzwischenscheibe auf der Grundplatte befestigt sind, und bei der die Halbleitertabletten mit ihren Kontakt- und Anschlußbauteilen in einem Isolierstoffgehäu se untergebracht sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die äußeren der in Reihe liegenden Stromleitungsanschlüsse ( 3, 13) jeweils an ihrem gehäuseinneren Ende (3a, 13a ) sowohl mit der Isolierstoffzwischenscheibe (2) als auch mit einer Halbleitertablette (4, 4') fest verbunden und an ihrem gehduseäußeren Ende (3c, 13c ) zur \'erbindung mit Stromleitern ausgebildet sind, daß der mittlere Stromleitungsanschluß ( 6, 16 , 26 , 36 ) so ausgebildet und angeordnet ist, daß er mit einem ersten Abschnitt ( 6d, 16d, 26d, 36d ) auf der Isolierstoffzwischenscheibe (2) befestigt, mit einem zweiten Abschnitt (6a, 16a, 26a, 36a ) mit der zugeordneten Halbleitertablette (4) verbunden ist und mit einem dritten Abschnitt ( 6c, 16c, 26c, 36c ) zur Verbindung mit Stromleitern aus dem Gehäuse herausragt, und daß die Stromleitungsanschlusse im Verlauf ihres gehäuseinneren Längenabschnittes ( 3b, 6b, 36b, 13 b) wenigstens eine Aussparung ( 3f, 3g, 6f, 36g, 13f, 13g ) zur Aufnahme und Führung von Steuerleitungen (30) aufweisen.
2.) Halbleiterbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitungsanschlusse (3,6,16,26,36,13) aus bandförmigem Leitermaterial bestehen.
3.) Halbleiterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Stromleitungsanschluß (6) an einem Ende in Längsrichtung unterteilt ausgebildet ist, daß ein Teil desselben Endes als erster Abschnitt (6d) auf der Isolierstoffzwischenscheibe (2) befestigt und wenigstens ein weiterer Teil dieses Endes als zweiter Abschnitt (6a) mit der zugeordneten Halbleitertablette (4) fest verbunden und das ungeteilte Ende als dritter Abschnitt (6c) zur Befestigung eines Stromleiters bestimmt ist, und daß der Verbindungsleiter (33) zwischen den Halbleitertabletten (4, 4') und zwischen den gehäuseinneren Enden (3a, 13a) der äußeren Stromleitungsanschlüsse (3,13) und im Abstand neben dem ersten Abschnitt (6d) angeordnet ist.
4.) Halbleiterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Stromleitungsanschluß (16) an einem Ende in Längsrichtung unterteilt ausgebildet ist, daß das nicht unterteilte Ende als erster abschnitt (16d) auf der Isolierstoffzwischenscheibe (2) befestigt, wenigstens ein Teil des unterteilten Endes als zweiter Abschnitt (161) mit der zugeordneten Halbleitertablette (4) verbunden und wenigstens ein weiterer Teil des unterteilten Endes als dritter Abschnitt (16c) zur Befestigung eines Stromleiters bestimmt ist, und daß der Verbindungsleiter (34) zwischen den Halbleitertabletten (4, 4' ) seitlich neben den gehäueinneren Enden (3a, 13a) der äußeren Stromleitungsanschlusse (3, 13 ) angeordnet ist.
5.) Halbleiterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Stromieitungsanschluß (26) im Verlauf seines mittleren Längenabschnitts mit einem ersten Abschnitt (26d ) auf der Isolierstoffzwischenscheibe(2) und mit einem Ende als zweitem Abschnitt (26a) auf der zugeordneten Halbleitertablette (4) befestigt ist, daß das andere Ende als dritter Abschnitt (26c) zur gehäuseäußeren Verbindung mit Stromleitern bestimmt ist, und daß der Verbindungsleiter (33) zwischen den Halbleitertabletten (4, 4' ) zwischen den gehäuseinneren Enden (3a, 13a) der äußeren Stromleitungsanschlusse (3,13) und im Abstand zum ersten Abschnitt (26d) des mittleren Stromleitungsanschlusses (26) verläuft.
6.) Halbleiterbaueinheit nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Stromleitungsanschluß (36) an einem Ende in drei Teile unterteilt ist, mit den beiden äußeren Teilen als ersten Abschnitten (36d) auf der Isolierstoffzwischenscheibe (2) und mit dem mittleren Teil als zweitem Abschnitt (36a) auf der zugeordneten Halbleitertablette (4) fest aufgebracht ist, und daß die Abschnitte so ausgebildet und angeordnet sind, daß der Verbindungsleiter (33) zwischen den Halbleitertabletten (4, 4') zwischen den ersten Abschnitten (36d ) und unter dem zweiten Abschnitt (36a) liegend angebracht ist.
7.) Halbleiterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung des mittleren Stromleitungsanschlusses in Längsrichtung zur Bildung eines zweiten Abschnittes im Anschluß an den in seiner Flächenausdehnung vorbestimmten ersten oder dritten Abschnitt vorgesehen ist.
8.) Halbleiterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitung (30) jeweils mit der Steuerelektrode von Halbleitertabletten für steuerbare Halbleiterbauelemente verbunden sind, in den Aussparungen (3f, 3g, 6f, 36g, 13f, 13g ) elektrisch isoliert angeordnet und geführt und mit wenigsten einem Kontaktbolzen (31) fest verbunden sind, der auf der Isolierstoffzwischenscheibe (2) befestigt und an seinem freien Ende zur Verbindung mit gehöuseöußeren Stromleitern ausgebildet ist.
9.)Halbleiterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Aussparungen ( 3f, 3g, 6f, 36g, 13f, 13 g ) Steuerleitungen (30) zur Uberwachung der Funktion der vorgesehenen Halbleiterbauelemente angeordnet sind.
10.) Halbleiterbaueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Aussparungen (3f, 3g, 6f, 36g, 13f, 13 g) durch die Position der Steuerelektroden der Halbleitertabletten und / oder durch die gehäuseäußere Anordnung von Uberwachungsbauteilen bestimmt ist.