DE2819327C2 - Halbleiterbaueinheit - Google Patents
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Description
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 Betriebsverhaltcn der Baueinheiten gewährleistet.
Weiter ist aus der DE-OS 19 61 042 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Kontaktierung eines Halbleiterkörpers
bekannt, der auf eine mit isoliert durchgeführten Anschlußstiften versehene Grundplatte aufgelötet
und an Kontaktstellen seiner freien Oberfläche über federnde Kontaktbügel leitend mit den Anschlußstiften
verbunden wird. Über diese federnden Kontaktbügel und übe." die Anschlußstifte wird offenbar ein Teil
der in dem kontaktieren Halbleiterplättchen entstehenden Verlustwärme zur Grundplatte hin abgeführt; jedoch
ist dieser Anteil wegen des thermischen Übergangswiderstandes zwischen den Kontaktbügeln und
aen Anschlußstiften einerseits und den Anschlußstiften und der Grundplatte andererseits im Vergleich zu dem
Anteil der Verlustwärme, welcher von dem Halbleiterplättchen direkt in die Grundplatte übergeht, gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stromleiterteile der aus der DE-OS 26 39 979 bekannten
Halbleiterbaueinheit so auszubilden, daß die Wärmeableitung der einen der zwei Halbleitertabletten gegenüber
der bekannten Baueinheit verbessert ist und daß sich die Stromleiterteiie wie auch die gesamte Baueinheit
mit möglichst geringem Zeit- und Materialaufwand herstellen lassen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den IJnteransprüchcn
angegeben.
Anhand der in den Γ i g. I bis 4 dargestellten Ausführungsbcispielc
wird der Gegenstand der Erfindung auf-
gezeigt und erläutert. F i g. 1 zeigt perspektivisch die
Anordnung der Halbleitertabletten mit ihren Kontakt- und Stromleiterteilen und in den F i g. 2 bis 4 sind unterschiedliche
Ausführungsformen von Halbleiterbaueinheiten nach der Erfindung mit spezieller Ausgestaltung
des mittleren Stromleiterteils, ebenfalls perspektivisch, dargestellt Für gleiche Teile sind in allen Figuren gleiche
Bezeichnungen gewählt.
Gemäß der Darstellung in F i g. 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 Isolierstoffzwischenscheibe 2 sind in an sich bekannter
Reihenfolge und gegenseitiger Zuordnung die Stromleiterteile 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 Halblettertablette 4' bzw. 4 tragen und mit dieser auf der isolierstoffzwischenscheibe
2 befestigt sind. Der .Steg 36 bzw. 136 verläuft jeweils beispielsweise senkrecht zur
Grundplatte 1 durch das Gehäuse, und der weitere Schenkel 3c bzw. 13c bildet jeweils einen gehäuseäußeren
Abschnitt zur Befestigung von Stromleitern und ist zu diesem Zweck jeweils mit einer Aussparung, z. B.
einer Durchbohrung 35, versehen.
Das mittlere Stromleiterteil 6 ist an einem Ende in Längsrichtung geteilt. Ein Abschnitt des geschlitzten
Endes (6d) dient wie der eine Schenkel der beiden äuße:- ren Stromleiterteile zur Befestigung auf der Isolierstoffzwischenscheibe
2, der andere Abschnitt (6a) ist entsprechend ausgebildet auf der oberen Kontaktfläche
der Halblekertablette 4' befestigt. Das nicht geschlitzte Ende 6c dient zum Anschluß eines gehäuseäußeren
Stromleiters.
Die Bemessung des mittleren Stromleiterteils 6 im Bereich seiner Anordnung auf der Isolierstoffzwischenscheibe
2 und im Bereich seiner Längsteilung, insbesondere Länge und Breite des Abschnitts 6a sind durch die
Forderungen nach hinreichendem Isolationsabstand zu den benachbarten Bauteilen und nach einwandfreier fläichenhafter
Kontaktierung der Halbleitertablette 4 bestimmt.
Die zur Befestigung der Bauteile 3, 6 und 13 auf der Isolierstoffzwischenscheibe erforderlichen Metallbeläge
sind nicht dargestellt.
Zur Herstellung der Reihenschaltung ist die weitere Halbleitertablette 4' an ihrer oberen Kontaktelektrode
mit dem die Halbleitertablet'e 4 tragenden Kontaktabschnitt 13a des äußeren Stromleiterteils 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 AuI-baus bestehen darin, daß durch die Anordnung der Bauteile
6 und 33 die Ableitung der Verlustleitungswärme aus den Halbleitertaoletten auch über ihre oberen
Stromleiterteile optimal auf die Grundplatte 1 und damit zum Kühlbauteil erfolgt, daß die Anordnung und
Ausbildung des mittleren Stromleiterteils 6 in überraschend
einfacher Weise dir Kontaktierung der zugeordneten Halbleitertablette, die zusätzliche Ableitung von
Verlustleitungswärme und gleichzeitig die Möglichkeit des elektrischen Anschlusses von gehäuseäußeren
Stromleitern an ein und demselben Bauteil sowie seine mechanisch stabile Befestigung ohne weitere Bauteile
ermöglicht.
Gemäß der Erfindung weisen weiterhin die gehäuseinneren Stege der Stromleiterteile (3b, 6b, \3b) an ihrer
Randzone wenigstens eine Aussparung 3/bzw. 6/bzw.
13/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 Isolierstoffzwischenscheibe 2 fest aufgebracht
sind und mit ihrem freien Ende über den Gehäusedeckel hinai-sragen oder aber im Gehäusedeckel versenkt
für einen Steckanschluß geeignet usgeordnet sein können. Die Aussparungen 3/~6Ä 13/sine vrrzugsweise
als Einbuchtungen derart ausgebildet, daß die Steuerleitungen nach dem Einführen fixiert sind.
Die Grundplatte 1 ist zur Befestigung auf einem Kühlbaute'1, oder auf einem Geräteteil mit Durchbohrungen
21 versehen.
Die Abmessungen der Stromleiterteile, insbesondere ihrer gehäuseäußeren Abschnitte 3c, 6c und 13c sowie
ihr gegenseitiger Abstand sind durch die entsprechend ihrem Einsatz notwendigen elektrischen und räumlichen
Anforderungen bestimmt.
In F i g. 2 ist eine andere Ausführungsform des mittleren Stromleiterteils dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind die Aussparungen für äußere Stromleiterteile und für Steuerleitungen nicht mehr dargestellt
und die äußeren Stromleiterteile nur mit den zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Abschnitten aufgezeigt.
Anordnung und Ausbildung der äußeren Stromleiterteile
3 und 13 entsprechen der Bauform gemäß der Darstellung in Fig. 1. Der mittlere Stromleiterteil 16 ist
an einem Ende in Längsrichtung unterteilt und mit dem nicht geschlitzten Ende I6d, das dieselben Abmessungen
wie die benachbarten Kontaktabschnitte der äußeren Stromleiterteile 3 und 13 aufweisen kinn, auf der
Isoliersloffzwischenscheibe 2 befestigt. Das freie, obere
4Z Ende des Stromleiterteils 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
Küiilungsmöglichkeit der Halbleitertabletten nach
der Strombelastbarkeit der Halbleitertablette. Dps Stromleiterteil 16 kann auch in der Weise unterteilt sein,
daß der gehäuseäußere Abschnitt 16cdieselben Abmessungen,
wie die benachbarten Abschnitte (3c, t3c) der äußeren Stromleiterfalle 3,13 aufweist, und daß die Unterteilung
in mehrere Abschnitte in der Kante zwischen den Abschnitten 16b und 16c bis zu einer vorbestimm·
ten Tiefe und anschließend dazu senkrecht in Richtung der Grundplatte 1 erfolgt. Die Geometrie der Unterteilung
des Stromleiterteils 16 ist insoweit beliebig, als eine den Anforderungen ai die elektrische und thermische
Kontaktierung der Halbleitertablette 4 entsprechende
b5 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 Stromleiterteile 3, 16, 13 seitlich im Abstand zum Stromleiterteil 16 geführt.
Fig.3 zeigt eine Ausführungsform mit ungeteiltem, mittleren Stromleiterteil (26).
Dieser ist exzentrisch auf der Isolierstoffzwischenscheibe 2 angebracht, mit seinem Mittelabschnitt 26c/
auf der Isolierstoffzwischenscheibe 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 Stromleiterteil 26 ist, z. B. entsprechend der Darstellung in Fig. 1, ein Verbindungsleiter 33 zwischen der
Halbleitertablette 4' und dem Kontaktabschniti 13,? des
Stromleiterteils 13 befestigt.
Schließlich zeigt Fig.4 eine vorteilhafte Ausführungsform
des Gegenstandes der Erfindung. Das mittlere Stromleiterteil 36 ist am unteren Ende zweifach geschlitzt
ausgebildet. Die beiden äußeren Abschnitte 36c/ dieses Endes bilden Stützteile zur Befestigung des
Stromleiterteils auf der Isolierstoffzwischenscheibe 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 n;echanisch stabilen Kontaktierung entsprechend gekrümmt ausgebildet. Im Durchlaß zwischen
den beiden Stützteilen 36c/ 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 HaIbieitertabieiie
4" kann bedarfsweise, soweit er auf der Isolierstoffzwischenscheibe 2 aufliegt, auch mit dieser
fest verbunden sein.
Anstelle von Einbuchtungen können die Stromleiterteile Durchbohrungen zum Durchstecken von Sleuerleitungen
aufweisen, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist (3^,
36g. 13£j
Zur Herstellung von Anordnungen nach der Erfindung wird zunächst auf der metallischen Grundplatte 1
beispielsweise eine durchgehende Isolierstoffzwischenscheibe 2 befestigt. Dann werden auf den entsprechenden
Metallisierungen der freien Oberseite dieser Scheibe 2 die Stromieiterteile 3 und 13 aufgebracht, jeweils
eine Halbleitertablette 4 bzw. 4' auf dem entsprechenden Schenkel der Stromleiterteile aufgelegt, z. B. unter
Zwischenlage von Lötfolien, und weiter werden der Verbindungsleiter 33 und das mittlere Stromleiterteil
eetsprechend 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 Halbleitertableiten 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 Gehäuseoberteil aus Kunststoff eingebracht, welches
z. B. auf die Grundplatte aufsteckbar angeordnet und
5 mit dieser durch Kleben fest verbunden ist. Durch Ausgießen des aus der Grundplatte und dem Kunststoffoberteil
bestehenden Gehäuses mit Kunststoff werden sämtliche Bauteile soweit eingebettet, daß die gehäuseäußeren
Abschnitte der Stromleiterteile (3c, 6c, 16c, 26c,
lo 36c, \3c) und bedarfsweise auch die freien Enden der
Kontaktbolzen 31 aus dem Gehäuse herausragen.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Halbleiterbaueinheit mit einem Gehäuse aus einer metallischen Grundpiatte und einem Kunststoffoberteil,
bei der zwei Halbleitertabletten über eine Isolierstoff-Zwischenscheibe elektrisch isoliert und
thermisch leitend auf der gemeinsamen Grundplatte elektrisch in Reihe geschaltet sind und die Verbindungs-
und Anschlußleiter dieser Reihenschaltung drei jeweils einstückig ausgebildete Stromleiterteile,
drei zugehörige an der Oberseite des Gehäuseoberteils gelegene, jeweils zum Teil gehäuseäußere
Haaptstrom-Anschlußteile sowie bei Halbleitertabletten
mit Steuerelektroden Steuerleitungen und zugehörige, jeweils zum Teil gehäuseäußere Steueranschlußteile,
wobei die Steuerleitungen mit den Steuerelektroden der Halbleitertabletten verbunden
sind, umfassen, und dabei die Stromleiterteiie sowie
die Hauptstrom-Anschlußteüe in einer Reihe liegen und einer der äußeren Stromleiterteile dieser Reihe
die elektrische Verbindung zwischen den Halbleitertabletten einerseits und dem zugehörigen, als Mittelabgriff
der Reihenschaltung dienenden Hauptstrom-Anschlußteil andererseits bildet, bei der weiter die
beiden äußeren Stromleiterteile der Reihe jeweils aus einem plattenförmigen, ersten Abschnitt, der an
einer Seite an der Isolierstoffzwischenscheibe befestigt ist und mit der anderen Seite die der Grundplatte
zugewanci.e Unterseite der jeweiligen Halbleitertablette
kontaktiert, einem ar-chließenden, von der Grundplatte abgewinke't, zur Oberseite des Gehäuseoberteils
verlaufenden, iweif τ Abschnitt und aus
einem zum zweiten wiederum abgewinkelten, eine Plattform bildenden dritten Abschnitt bestehen, und
bei der schließlich das äußere, mit dem Mittelabgriff der Reihenschaltung verbundene Stromleiterteil einen
an den ersten anschließenden, vierten Abschnitt aufweist, der die Oberseite der einen nicht auf diesem
Stromleiterteil liegenden Halbleitertablette kontaktiert, dadurch gekennzeichnet,
a) daß der mittlere (6,16,26,36) der drei Stromleiterteile
mindestens einen plattenförmigen, auf der Isolierstoffzwischenscheibe (2) befestigten,
ersten Abschnitt, (6c/, 16c/, 26c/, 36c/), einen daran
anschließenden, abgewinkelt zur Grundplatte verlaufenden, zweiten Abschnitt (6b, 16b, 266,
36b) und einen zum zweiten abgewinkelten, eine Plattform bildenden, dritten Abschnitt (6c,
16c, 26c, 36c) sowie wenigstens einen vierten Abschnitt (6a, 161, 26a, 36a) zur Kontaktierung
der Oberseite der anderen Halbleitertablette aufweist,
b) daß die Stromleiterteile (3,6,13) aus bandförmigen
Leitermaterial sind und die Plattformen bildenden dritten Abschnitte der Stromleiterteile
die gehäuseäußeren Hauptstrom-Anschlußteile sind und
c) daß die Stromleiterteile in der Randzone, welehe
an die Innenwand des Gehäuscobcricils grenzt, wenigstens je eine durchgehende öffnung
(3f 6f, 13/])zur Aufnahme und Führung der
Stcucrlcitungcn (.30) aufweisen.
2. Halbleiterbaueinhcit nach Anspruch !.dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (36<l) und der angrenzende Bereich des /weiten Abschnitts
(36b) des mittleren Stromleiterteils (36) in Längsrichtung in drei streifenförmige Teile unterteilt sind, daß
die beiden äußeren der drei streifenförmigen Teile als Stützen zur Befestigung des Stromleiterteils auf
der Isolierstoffzwischenscheibe (2) vorgesehen sind, daß der mittlere (36a)der drei streifenförmigen Teile
zur Bildung einer öffnung ausgeschwenkt ist, und die Oberseite der anderen Halbleitertablette kontaktiert,
und daß der zur Kontaktierung der einen Halbleitertablette dienende vierte Abschnitt (35) des
dritten Stromleiterteils der zwischen den Stützen verlaufend angeordnet ist
3. Halbleiterbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Halbleitertabletten mit
Steuerelektrode die Steuerleitungen (30) mit wenigstens einem Kontaktbolzen (31) fest verbunden sind,
der auf der Isolierstoff-Zwischenscheibe (2) befestigt und mit seinem gehäuseäußeren Ende als Steueranschluß
ausgebildet ist.
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