DE3123036A1

DE3123036A1 - Halbleitermodul

Info

Publication number: DE3123036A1
Application number: DE19813123036
Authority: DE
Inventors: Timotej Dipl.-Ing. Praha &Scaron;imko; Li&rcaron;í Lanñka; Michal Dipl.-Ing. Pellant
Original assignee: CKD Praha DIZ AS
Current assignee: CKD Praha DIZ AS
Priority date: 1980-06-10
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DD161115A3; CS214034B1; DE3123036C2

Description

Halbleitermodul
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Haibleitermodul mit mindestens zwei in einem gemeinsamen Gehäuse angeordneten Haibleiterbeuelementen.
In letzter Zeit wurde von den Herstellern von Beistungshalbleiterbauelementen mit Kapselung eine Anordnung realisiert, wo in einem Gehäuse immer mindestens zwei Halbleitertabletten untergebracht sind, welche durch ein thermisch gut leitendes Material, beispielsweise Berylliumkeramik (BeO) oder Al203, und ähnlich von der Bodenkühlplatte (in der Regel aus Tupfer) elektrisch isoliert sind. Dabei kann die Isoliermaterialschicht auf der Bodenplatte aufgelötet, aufgeklebt oder auf irgend eine andere Weise aufgetragen sein (durch Verstäuben oder andere bekannte Technologien). Von der entgegengesetzten Seite ist die keramische Isolierschicht mit Metall überzogen, und an einer derart hergestellten Metallschicht liegen entweder direkt oder über elektrische Zuleitungen Halbleitertabletten bzw. -systeme an. Alternativ können die elektrischen Zuleitungen an diese Metallschicht seitlich der Halbleitertablette bzw. des Halbleitersystems angeschlossen sein (siehe z. B. die Abbildung auf Seite 13 der Fachzeitschrift "Electronics", June 23, 1977). Die Halbleitertabletten bzw. -systeme sind an die mit Metall überzogene keramische Schicht (eventuell an die elektrische Zuleitung auf dieser Schicht) entweder angedrückt (siehe Seite 10 der Fachzeitschrift Elektronik Industrie 4-1978) oder aufgelötet (siehe die US-PS 4- 047 197). Wie man sieht, kann die geometrische Anordnung der Zuleitungen der Halbleitertabletten bzw. -systeme auf viele verschiedene Arten realisiert werden. Das Ende der Zuleitungen ist entweder unter den Schraubenköpfen als Messeranschluß oder anders herausgeführt. Die Zuleitungen sind in der Regel aus geeignet geformten Bandleitern (manchmal von Säulen oder elastischen Gliedern, eventuell verflochtenen Drähten) gebildet. Der beschriebene Aufbau ist dann in einem Gehäuse aus Kunststoff untergebracht und mit Kunststoff vergossen oder verspritzt, eventuell mit einem geformten Deckel verschlossen.
In den verwendeten Aufbauarten der Halbleitermoduln werden in überwiegendem Maße der höheren Lebensdauer und Zuverlässigkeit wegen Drucksysteme ausgenützt, die durch eine verhältnismäßig große Anzahl von Teilen, hohe technologische Ansprüche bei der Montage und schwierige Einstellung der Druckkraft auf die Halbleitersysteme gekennzeichnet sind. Ebenfalls ist die Nöglichkeit von Temperaturdilatationen beim Großteil der Aufbauarten problematisch; denn für die Kapselung in Kunststoff sind die federnden Elemente fest durch den Kunststoff fixiert, und ihr Zusammendrücken ist nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleitermodul mit Gehäuse zu entwickeln, dessen Montage vereinfacht ist, der weniger Bauteile benötigt, eine definierbare Belastung der Halbleiterbauelemente und eine gute Abführung der Verlustwärme ermöglicht und so die Zuverlässigkeit und Lebensdauer steigert.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Halbleitermodul mit mindestens zwei Halbleiterbauelementen, die in einem gemeinsamen, aus einem Außen- und einem Innenteil bestehenden Gehäuse angeordnet sind, mit dem Kennzeichen, daß auf einer Aufsitzfläche des Außenteils des Modulgehäuses zwischen Kontaktzuleitungen die Halbleiterbauelemente sitzen, an welche über eine Zentriereinlage die Kontaktzuleitungen von einem Federsystem angedrückt werden, auf welchem eine Stützeinlage aufsitzt und welches in einer Aussparung des Innenteils des Modulgehäuses liegt, durch die die Kontaktzuleitungen führen, wobei der Außenteil und der Innenteil des Modulgehäuses gegenseitig mechanisch unlösbar verbunden sind.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Konstruktion des Halbleitermoduls gemäß der Erfindung verbessert wesentlich die Technologie der Montage, setzt die Anzahl der angewandten Teile herab, garantiert eine definierbare Belastung der einzelnen Halbleitersysteme und verbessert die Abführung der beim Betrieb des Moduls an den Sperrschichten der Halbleitersysteme entstehenden Verlustwärme, wodurch sie zusammenfassend die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Verwendungsfälle mit solchen Halbleitermoduln steigert.
Durch ihren universalen Charakter ist die konstruktive Lösung gemäß der Erfindung zu einer weiteren Anwendung insbesondere im Bereich der Beißtungselektronik und weiterer Verwendungsbereiche, wo es notwendig ist, kompakte und höchst zuverlässige Konstruktionen zu erreichen, vorbestimmt.
Der Halbleitermodul gemäß der Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 den Halbleitermodul im Längsschnitt mit zwei reihengeschalteten Halbleitersystemen mit allen herausgeführten Zuleitungen; Fig. 2 den Halbleitermodul im Längsschnitt mit zwei gegenparallel geschalteten Halbleitersystemen; Fig. 3 den Querschnitt durch den Halbleitermodul; und Fig. 4 einen Teilschnitt durch den Halbleitermodul, wo die Steuerung der Halbleitersysteme von einer Strahlungsquelle aus, beispielsweise von einer Lumineszenzdiode, durchgeführt wird.
Der Halbleitermodul in Fig. 1 besteht aus Halbleiterbauelementen 1 und 1', die zwischen den Kontaktzuleitungen Z, 6, 2 angeordnet sind, welche die Zuführung des elektrischen Stroms ermöglichen. An der Kontaktzuleitung 2 bzw. 2 liegen die Zentriereinlagen 8, 8', das Federsystem a 9' und die Stützeinlage 10, 10' an.
Die Teile 8, 9, 10 bzw. 8', 5', 10' liegen in den Aussparungen 11 bzw. 11' des Innenteils 2 des Modulgehäuses.
Die Kont akt zuleitungen 5, 6, 7 sind durch selbständige Öffnungen im Innenteil 3 durchgezogen. Eventuelle Steuerleitungen 15, ?15' der Halbleiterbauelemente 1, 1' sind durch die Aushöhlungen 13, 13' zu den Steueranschlüssen, Klemmen oder Lötpunkten 16, 16' durchgezogen. Auf der Aufsitzfläche 4 des Außenteils 2 unter den Halbleiterbauelementen 1, 1' und den Kontaktzuleitungen 5 und 6 können Unterlagen 12, 12' aus elektrisch isolierendem und wärmeleitendem, die Isolierung der Halbleiterbauelemente 1, 1' vom Außenteil 2 des Modulgehäuses ermöglichendem Material angebracht werden. Die gegenseitigen Kontaktflächen können mit einer Schicht einer wärmeleitenden Vaseline zur Verbesserung des Wärmeübergangs von den Halbleiterbauelementen 1, 1' in den Außenteil 2 des Modulgehäuses bestrichen sein.
Falls notwendig, z. B. zum Anschluß des Nullpotentials an den Außenteil 2 des Gehäuses, ist es möglich, eine Unterlage 12 bzw. 12' aus thermisch und elektrisch leitfähigem Material herzustellen und zu verwenden.
Die gegenseitige mechanische Durchschaltung des Außenteils 2 und des Innenteils 3 des Modulgehäuses ist durch Vergießen mit einer Isoliervergußmasse 17 durchgeführt.
Der untere Teil des Nodulaußenteils 2 kann mit einer geraden Aufsitzfläche 20 versehen sein, welche den Anschluß an den Zusatzkühlkörper über die Öffnungen 21, 21' ermöglicht.
In Fig. 2 ist eine alternative Lösung des Halbleitermoduls von Fig. 1 veranschaulicht, wo die gegenparallele Verbindung der Halbleiterbauelemente 1, 1' mit den Kontaktzuleitungen 5 und 6 ausgeführt ist.
In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den Halbleitermodul von Fig. 1 und 2 veranschaulicht, wo die gegenseitige mechanische Verbindung des Außenteils 2 und des Innenteils 2 alternativ durch Vergießen mit einer Isoliergußmasse 17 oder durch plastische Deformation eines Teiles 18 des Außenteils 2 des Modulgehäuses erzielt wird.
Zur Verbesserung der Ableitung der Verlustwärme von den Halbleiterbauelementen I,-1' ist der Gehäuseaußenteil 2 mit Kühlrippen 19 versehen. Zur Verbesserung der Wärmeaus strahlung kann der Außenteil 2 des Modulgehäuses mit einer Schicht vom Chromat-Typ oder mit einer schwarzen Schicht Al203 versehen sein.
In Fig. 4 ist ein Teilschnitt durch den Modul von Fig. 1, 2, 3 veranschaulicht, wo als Quelle des Steuersignals des Halbleiterbauelementes 1 eine Strahlungsquelle 14 mit auf ein Anschlußorgan, eine Klemme oder einen Lötpunkt 16 herausgeführter Zuleitung 15 angewendet wird.
Das Hervorrufen der gewünschten Druckkraft auf die Halbleiterbauelemente 1, 1' wird durch Zusammenbauen des Modulaufbaus gemäß Fig. 1, 2, 3 oder 4, darauffolgendes Zusammendrücken des Innenteils 3 und des Außenteils 2 des Gehäuses über ein Federsystem 9 bzw. 9' in einer Montagevorrichtung und endlich Vergießen mit Isoliergußmasse bzw. plastische Deformation eines Teiles gegen den anderen erzielt.
Durch Wahl von geeigneten Abmessungen der Zentriereinlagen 8, 8', auf welchen die Federsysteme a 9' sitzen, wird erzielt, daß die Isoliergußmasse nicht in die Aussparungen 11, 11' des Gehäuseinnenteils 3 eindringen und so die Möglichkeit der Federung beeinträchtigen kann. Die Zentriereinlagen 8, 8' können an ihrem Umfang zur Steigerung der Abdichtungswirkung z. B. mit einer Schicht von elastischem Gummi oder mit einem Gummiring versehen sein.
Leerseite

Claims

Ansprüche 1. Halbleitermodul mit mindestens zwei Raibleiterbauelementen, die in einem gemeinsamen, aus einem Außen-und einem Innenteil bestehenden Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer AuSsitzfläche (4) des Außenteils (2) des Modulgehäuses zwischen Kontaktzuleitungen (5, 6, 7) die Halbleiterbauelemente (1, 1') sitzen, an welche über eine Zentriereinlage (8, 8') die Eontaktsuleitungen (5, 6, 7) von einem Federsystem (9, 9') angedrückt sind, auf welchem eine Stützeinlage (10, 10') aufsitzt und welches in einer Aussparung (11, 11') des Innenteils (3) des Modulgehäuses liegt, durch die die Kontaktzuleitungen (5, 6, 7) führen, wobei der Außenteil (2) und der Innenteil (3) des Modulgehäuses gegenseitig mechanisch unlösbar verbunden sind.
2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Halbleiterbauelementen (1, 1') und der Aufsitzfläche (4) des Außenteils (2) des Modulgehäuses mindestens eine elektrisch isolierende und wärmeleitende Unterlage (12, 12') angebracht ist.
3. Halbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Halbleiterbauelementen (1, 1') und der Aufsitzfläche (4) des Außenteils (2) des Nodulge häuses mindestens eine elektrisch und thermisch leitende Unterlage (12, 12') angebracht ist.
4. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich mindestens zwischen einer Berührungsfläche des Haibleiterbauelementes (1, 1') und der Kontaktzuleitung (5, 6, 7), der Kontaktzuleitung (5, 6, 7) und der Unterlage (12, 12'), des Halbleiterbauelementes (1, 1') und der Unterlage (12, 12') bzw. der Unterlage (12, 12') und des Außenteils (2) des Modulgehäuses eine Schicht wärmeleitender Vaseline befindet.
5. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenteil (3) des Modulgehäuses in der Achse des Federsystems (9, 9') eine Aushöhlung (13, 13') gebildet ist.
6. Halbleitermodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Aushöhlung (13, 13') im Innenteil (3) des Modulgehäuses eine Strahlungsquelle (14, 14') mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,5-1,4 mm befindet.
7. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Kontaktzuleitungen (5, 6, 7) die Stromzuleitungen des Moduls bilden.
8. Halbleitermodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuleitungen (5, 6, 7) des Moduls von einem System flacher Stifte aufsteckbarer Verbindungen gebildet sind.
9. Halbleitermodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuleiturigen (5, 6, 7) des Moduls von Schraubenklemmen gebildet sind.
10. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Achse des Federsystems (9, 9') eine flexible Steuerleitung (15, 15') des Halbleiterbauelementes (1, 1') bzw. der Strahlungsquelle (14, 14') geführt ist.
11. Halbleitermodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Steuerleitung (15, 15') im oberen Teil des Innenteils (3) des Modulgehäuses durch einen flachen Stift (16, 16') der aufsteckbaren Verbindung beendet ist.
12. Halbleitermodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Steuerleitung (15, 15') im oberen Teil des Innenteils (3) des Modulgehäuses durch einen Lötpunkt (16, 16') beendet ist.
13. Halbleitermodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die flexible Steuerleitung (15, 15') im oberen Teil des Innenteils (3) des Modulgehäuses durch eine Schraubenklemme beendet ist.
14. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch unlösbare Verbindung des Innen-(3) und Außenteils (2) des Modulgehäuses durch Vergießen mit Isoliergußmasse (17) zwischen beiden Teilen gebildet ist.
15. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch unlösbare Verbindung des Innen-(3) und Außenteils (2) des Modulgehäuses durch plastische Deformation eines Teils (18) des Außenteils (2) des Modulgehäuses durchgeführt ist.
16. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenteil (2) des Modulgehäuses mit mindestens einer Kühlrippe (19) versehen ist.
17. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des Außenteils (2) des Modulgehäuses eine Aufsitzfläche (20) für den Wärmeübergang bildet
18. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Außenteil (2) des Modulgehäuses Öffnungen (21, 21') für die Befestigung des Moduls ausgebildet sind.
19. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenteil (2) des Modulgehäuses mit einer Schutzschicht vom Chromat-Typ versehen ist.
20. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenteil (2) des Modulgehäuses mit einer Schutzschicht aus Aluminiumoxid versehen ist.
21. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Federsystem (9, 9') von Tellerfedern gebildet ist.