DE3241508C2 - - Google Patents

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Klaus 6520 Worms De Bunk
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungstransi­ stor-Modul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a power transfer stor module according to the preamble of claim 1.

Derartige Leistungstransistor-Module sind allgemein be­ kannt. Sie besitzen vielfach eine massive Kupferplatte als Gehäuseboden, die mit der entsprechend vorbehandel­ ten Keramikplatte verlötet oder verklebt ist. Auch die strukturierten Metallisierungen auf der dem Gehäuseinne­ ren zugewandten Seite der Keramikplatte sind meist auf­ gelötet. Derartig aufgebaute Leistungstransistor-Module sind aufwendig und teuer in der Herstellung und haben wegen der drei notwendigen Lotschichten des Aufbaues Leistungstransistor-Lotschicht-Metallisierung-Lot­ schicht-Keramikmetallisierung-Keramikplatte-Lot­ schicht-Kupferbodenplatte einen relativ hohen Wärmewi­ derstand. Hierdurch ist die thermische Belastbarkeit der Module stark eingeschränkt.Such power transistor modules are generally be knows. They often have a solid copper plate as the case base, which is pre-treated with the appropriate ten ceramic plate is soldered or glued. Also the structured metallization on the inside of the case Ren facing side of the ceramic plate are usually on soldered. Power transistor modules constructed in this way are complex and expensive to manufacture and have because of the three necessary solder layers of the structure Power transistor solder layer metallization solder layer-ceramic metallization-ceramic plate-solder layer copper base plate has a relatively high heat the state. As a result, the thermal load capacity of the Modules severely restricted.

Andere bekannte Aufbauten haben nur eine Dickschichtme­ tallisierung direkt auf die Keramik aufgebracht. Dadurch wird zwar eine Lotschicht eingespart, jedoch ergeben sich wegen der fehlenden Wärmespreizung ebenfalls sehr hohe Wärmewiderstände.Other known structures only have a thick-film structure tallization applied directly to the ceramic. Thereby  a solder layer is saved, but results because of the lack of heat spreading high thermal resistance.

Bei Leistungshalbleitermodulen mit keramischer Bodenplatte besteht grundsätzlich das Problem, einen gut wärmeleitenden Kontakt zwischen der Bodenplatte und einem Kühlkörper, auf dem das Modul mon­ tiert wird, herzustellen. Bei einem aus der DE-OS 30 28 178 bekannten Modul wird vorgeschlagen, einen zen­ tralen Befestigungsteil vorzusehen, der über Speichen mit einem rahmenförmigen Gehäuse verbunden ist. Dabei stützt sich die Keramikbodenplatte nicht nur am äußeren Randbereich am Kunststoffgehäuse ab, sondern auch an der Unterseite des zentralen Befestigungsteiles, wodurch ein gleichmäßiger Andruck an den Kühlkörper erreicht wird, eine derartige Gehäusegestaltung ist jedoch nicht für alle Module, insbesondere nicht für großflächige Module geeignet.For power semiconductor modules with a ceramic base plate there is basically that Problem, a good thermal contact between the Base plate and a heat sink on which the module mon is produced. With one from the DE-OS 30 28 178 known module is proposed a zen provide central fastening part that spokes is connected to a frame-shaped housing. Here the ceramic base plate is not only supported on the outside Edge area on the plastic housing, but also on the Bottom of the central fastener, creating a uniform pressure on the heat sink is achieved, however, such a housing design is not for all modules, especially not for large-area modules suitable.

Aus dem DE-GM 82 03 300 ist ein Modul mit einem Keramik­ substrat bekannt, das auf der Oberseite eine sehr dünne Metallisierung trägt, die durch Auflöten von Metallstüc­ ken verstärkt werden muß. Besondere Maßnahmen zur Ver­ besserung des Wärmekontaktes zwischen Kühlkörper und Modul sind dieser Schrift nicht zu entnehmen.DE-GM 82 03 300 is a module with a ceramic Known substrate that has a very thin on the top Metallization contributes to the soldering of metal pieces ken must be reinforced. Special measures for ver improved thermal contact between the heat sink and This document does not refer to the module.

Aus der DE-OS 29 39 732 ist eine sandwichartige Halblei­ teranordnung bekannt. Dabei ist eine untere Keramikplat­ te vorgesehen, auf der nebeneinander sechs Dioden ange­ ordnet sind. Jeweils zwei der Dioden werden durch eine obere Keramikplatte abgedeckt. Die oberen Keramikplatten tragen Metallbänder als Metallisierung. Die un­ tere Keramikplatte weist zwei große Metallisierungsflä­ chen auf, wovon eine Fläche von der Oberseite der Platte über einen Rand hinweg zur Unterseite geführt wird. Mit dieser Anordnung wird auf einfache Weise eine bestimmte Gleichrichterschaltung hergestellt. Zur Herstellung der Metallisierung wird auf die Keramikplatten eine Molyb­ dän-Mangan-Paste aufgebracht und eingebrannt. Darauf wird Kupfer mit einer Dicke von 0,025 mm durch Elektro­ plattieren aufgebracht. Die großen Metallflächen sorgen zwar für eine gute Wärmespreizung, die Wärmeleitung ist jedoch durch die Molybdän-Mangan-Zwischenschicht verringert.DE-OS 29 39 732 is a sandwich-like half-lead known arrangement. There is a lower ceramic plate te provided, on which six diodes are arranged side by side are arranged. Two of the diodes are replaced by one upper ceramic plate covered. The top ceramic plates wear metal straps as metallization. The un The ceramic plate has two large metallization areas on which one surface from the top of the plate is led over an edge to the bottom. With this arrangement becomes a certain one in a simple manner Rectifier circuit manufactured. To make the  Metallization becomes a molybdenum on the ceramic plates Danish manganese paste applied and baked. Thereon is copper with a thickness of 0.025 mm by electro plating applied. The large metal surfaces provide for good heat spreading, which is heat conduction however, reduced by the molybdenum-manganese intermediate layer.

Schließlich ist aus der DE-OS 28 40 514 ein Modul be­ kannt, das eine keramische Bodenplatte in einem hauben­ förmigen Kunststoffgehäuse aufweist. Die Bodenplatte ist so in das Kunststoffgehäuse eingesetzt, daß sie gering­ fügig, d. h. 0,025 mm über die Bodenfläche des Gehäuses übersteht. Das Gehäuse ist mit Flanschen versehen, die eine Bohrung aufweist. Damit kann das Modul auf einen Kühlkörper aufgeschraubt werden. Durch die etwas über­ stehende Bodenplatte soll ein besonders enger Kontakt zwischen der keramischen Bodenplatte und dem Kühlkörper bewirkt werden.Finally, from DE-OS 28 40 514 a module be knows that a ceramic base plate in a hood shaped plastic housing. The bottom plate is inserted into the plastic housing so that they are low compliant, d. H. 0.025 mm above the bottom surface of the housing survives. The housing is provided with flanges that has a hole. This enables the module to Heatsink screwed on. By something over standing base plate should be a particularly close contact between the ceramic base plate and the heat sink be effected.

Die Erfahrung mit diesem Modul hat jedoch gezeigt, daß eine Reihe von Mängeln auftreten. So ist insbesondere der Kontaktdruck zwischen Keramikplatte und Kühlkörper nicht ausreichend hoch, da der Überstand der Keramik­ platte über die Bodenfläche des Gehäuses zu gering ist und die aus Kunststoff bestehenden Montagefläche nur wenig an Preßkraft übertragen können. Die in der obenge­ nannten Offenlegungsschrift zur Beseitigung dieses be­ reits erkannten Nachteils vorgeschlagene Verwendung ei­ ner Spezialfolie zwischen Keramikplatte und Kühlkörper macht jedoch die angestrebte Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Halbleiter und Kühlkörper sowie die angestrebte Verringerung des Montageaufwands teilweise zunichte. Außerdem hat sich gezeigt, daß die keramische Bodenplatte des bekannten Moduls nicht plan ist, sondern nur im Randbereich auf dem Kühlkörper aufliegt. In einem mittleren Bereich entsteht ein Hohlraum zwischen Boden­ platte und Kühlkörper, der den Wärmekontakt verschlech­ tert.However, experience with this module has shown that a number of shortcomings occur. So in particular the contact pressure between the ceramic plate and the heat sink not high enough because the overhang of the ceramic plate over the bottom surface of the housing is too small and the plastic mounting surface only can transmit little pressing force. The one in the above called disclosure to eliminate this be already recognized disadvantage proposed use egg ner special film between ceramic plate and heat sink makes the desired improvement of the  Heat transfer between the semiconductor and heat sink as well the targeted reduction in assembly costs in part nullified. It has also been shown that the ceramic Base plate of the known module is not flat, but only rests on the heat sink in the edge area. In one in the middle area there is a cavity between the floor plate and heat sink, which deteriorate the thermal contact tert.

Zur Herstellung der nur auf der Oberseite der kerami­ schen Bodenplatte, d. h. der dem Kühlkörper abgewandten Seite, vorgesehenen Metallisierung wird zu­ nächst durch Metallaufspritzen ein Metallüberzug herge­ stellt, auf den ein etwa 0,5 mm dicker Metallrahmen auf­ gelötet wird. Auf den Metallrahmen werden die Halblei­ terbauelemente aufgelötet. Eine derartige Anordnung ist bezüglich der Wärmeleitfähigkeit nicht günstig.To make only the top of the kerami base plate, d. H. the metallization provided on the side facing away from the heat sink becomes next by metal spraying a metal coating on which an approximately 0.5 mm thick metal frame is soldered. On the metal frame are the half lead soldered components. Such an arrangement is not favorable in terms of thermal conductivity.

Der Er­ findung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transistor-Modul mit zum Kühl­ körper hin niedrigerem Wärmewiderstand vorzuschlagen.The he The invention is based on the task of a transistor module for cooling body to propose lower thermal resistance.

Diese Aufgabe wird bei einem Transistor-Modul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. This task is done with a transistor module according to the preamble of claim 1 the characteristics in the characterizing part of the Claim 1 solved.  

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeich­ nungen dargestellten Beispielen erläutert. Es zeigtThe invention is based on the in the drawing Examples illustrated. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Variante eines Leistungstransistor-Moduls, Fig. 1 shows a section through a first variant of a power transistor module,

Fig. 2 eine Aufsicht auf das aufgeschnittene Modul nach der ersten Variante, Fig. 2 is a plan view of the cut-module according to the first variant,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Variante eines Leistungstransistor-Moduls, Fig. 3 shows a section through a second variant of a power transistor module,

Fig. 4 eine Aufsicht auf das aufgeschnittene Modul nach der zweiten Variante, Fig. 4 is a plan view of the cut-module according to the second variant,

Fig. 5 die interne Verschaltung der zweiten Variante, Fig. 5 shows the internal configuration of the second variant,

Fig. 6 die interne Verschaltung einer dritten Vari­ ante. Fig. 6 shows the internal circuitry of a third variant.

In Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine erste Variante eines Leistungstransistor-Moduls dargestellt. Das Modul besitzt einen oben und unten offenen Kunststoff-Rahmen 1, der als Gehäusewandung dient. An zwei Seiten weist der Rahmen 1 in Höhe der Bodenfläche Befestigungslaschen 2 auf. Die eine der Befestigungslaschen 2 ist mit einer Bohrung 3 und die andere der Laschen mit einer U-förmi­ gen Ausnehmung 4 versehen. Bohrung 3 und U-förmige Aus­ nehmung 4 dienen zur Montage des Leistungstransistor-Mo­ duls auf einem Kühlkörper.In Fig. 1 shows a section through a first variant of a power transistor module. The module has a plastic frame 1 open at the top and bottom, which serves as the housing wall. The frame 1 has fastening tabs 2 on two sides at the level of the base surface. One of the fastening tabs 2 is provided with a bore 3 and the other of the tabs with a U-shaped recess 4 . Bore 3 and U-shaped recess 4 are used for mounting the power transistor module on a heat sink.

Das Gehäuse des Leistungstransistor-Moduls wird zum einen durch den Rahmen 1, zum anderen durch eine in eine umlaufende Vertiefung der Bodenfläche des offenen Rah­ mens 1 aufgesetzte, elektrisch isolierende Keramikplatte 5 (z. B. aus Al2O3, BeO, SiC) gebildet. Zur Verbesserung des Wärmedurchganges kann die Keramikplatte 5 sehr dünn ausgebildet werden (Dicke ab ca. 0,5 mm). Sie weist elek­ trisch gut leitende Metallisierungen 6 a, b, c auf ihrer dem Gehäuseinneren zugewandten Fläche auf (6 a = Emit­ ter-Metallisierung, 6 b = Kollektor-Metallisierung, 6 c = Basis-Metallisierung). Diese Metallisierungen wer­ den beispielsweise durch Kupferfolien realisiert, die gemäß den aus der DE-OS 30 36 128 oder DE-OS 32 04 167 bekannten Verfahren direkt ohne Zwischen­ schichten (Lot und Keramikmetallisierung) auf die Kera­ mikplatte 5 aufgebracht sind. Die Metallisierungen 6 a, b, c dienen als Leiterbahnen und Kontaktflächen zum Auflöten von extern zugänglichen Anschlußelementen, Lei­ stungstransistoren und internen Verbindungen und als Wärmespreizer für den Leistungstransistor. Um eine Wär­ mespreizung zu ermöglichen, weist insbesondere die Kol­ lektor-Metallisierung 6 b eine größere Fläche auf als die Fläche der aufzulötenden Leistungstransistoren.The housing of the power transistor module is, on the one hand, by the frame 1 and , on the other hand, by an electrically insulating ceramic plate 5 (e.g. made of Al 2 O 3 , BeO, SiC) which is placed in a circumferential recess in the bottom surface of the open frame 1 . educated. To improve the heat transfer, the ceramic plate 5 can be made very thin (thickness from about 0.5 mm). It has electrically conductive metallizations 6 a, b, c on its surface facing the interior of the housing ( 6 a = emitter metallization, 6 b = collector metallization, 6 c = base metallization). These metallizations, for example, realized by copper foils, which are applied to the ceramic plate 5 directly without intermediate layers (solder and ceramic metallization) according to the methods known from DE-OS 30 36 128 or DE-OS 32 04 167. The metallizations 6 a, b, c serve as conductor tracks and contact surfaces for soldering on externally accessible connection elements, power transistors and internal connections and as heat spreaders for the power transistor. In order to enable heat spreading, the collector metallization 6 b in particular has a larger area than the area of the power transistors to be soldered on.

Zur mechanischen Stabilisierung der Keramikplatte 5 ist eine Metallisierung 7 ebenfalls gemäß dem Verfahren nach der DE-OS 30 36 128 bzw. DE-OS 32 04 167 direkt auf die dem Gehäuseinneren abgewandten Seite der Kera­ mikplatte 5 aufgebracht. Die Stärke der Metallisierung 7, vorzugsweise ebenfalls einer Kupferfolie, entspricht der Stärke der Metallisierungen 6 a, b, c. Dadurch werden Verspannungen, die sich infolge der Herstellprozesse und der einseitigen Lötprozesse auf der dem Gehäuseinneren zugewandten Seite der Keramikplatte 5 ergeben, wirksam verhindert. Des weiteren ermöglicht die Metallisierung 7 einen guten Wärmekontakt zu einem mit dem Modul verbun­ denen Kühlkörper. Auch ist die Gefahr von Keramikbrüchen bei der Montage und während des Betriebes infolge unebe­ ner und verschmutzter Kühlkörper wesentlich geringer.For mechanical stabilization of the ceramic plate 5 , a metallization 7 is likewise applied directly to the side of the ceramic plate 5 facing away from the housing interior, in accordance with the method according to DE-OS 30 36 128 or DE-OS 32 04 167. The thickness of the metallization 7 , preferably also a copper foil, corresponds to the thickness of the metallization 6 a, b, c . This effectively prevents tension resulting from the manufacturing processes and the one-sided soldering processes on the side of the ceramic plate 5 facing the interior of the housing. Furthermore, the metallization 7 enables good thermal contact with a heat sink connected to the module. The risk of ceramic breakage during assembly and during operation due to uneven and dirty heat sinks is significantly lower.

Der Rahmen 1 und die Keramikplatte 5 werden miteinander verklebt. Zur genauen Fixierung der Keramikplatte 5 weist der Rahmen 1 eine umlaufende Vertiefung in seiner Bodenfläche auf, deren Tiefe höchstens der Gesamt-Dicke der Keramikplatte 5 und der Metallisierung 7 entspricht. Eine in dieser Vertiefung des Rahmens 1 vorgesehene umlaufende Nut 8 dient zur Aufnahme von austretendem Klebstoff. Der überschüssige Klebstoff wandert in die Nut 8 und quillt nicht über den Rand der Keramikplatte 5 auf die Kühlfläche, was den Wärmeübergang zum Kühlkörper beeinträchtigen würde.The frame 1 and the ceramic plate 5 are glued together. For the exact fixing of the ceramic plate 5 , the frame 1 has a circumferential depression in its bottom surface, the depth of which corresponds at most to the total thickness of the ceramic plate 5 and the metallization 7 . A circumferential groove 8 provided in this recess of the frame 1 serves to receive any adhesive that escapes. The excess adhesive migrates into the groove 8 and does not swell over the edge of the ceramic plate 5 on the cooling surface, which would impair the heat transfer to the heat sink.

Mit der Emitter-Metallisierung 6 a ist ein großflächiges Fußteil 9 eines Emitter-Flachsteckers 10 über eine Lot­ schicht 11 verbunden. Der mit Einkerbungen versehene Emitter- Flachstecker 10 ist auf der Oberseite des Gehäuses frei zugänglich. Das großflächige Fußteil 9 dient zur mecha­ nischen Stabilisierung der Lötstelle auf der Emitter-Metallisie­ rung 6 a. An das Fußteil 9 schließt sich eine Abwinkelung und daran ein Dehnungsbogen an (siehe hierzu 33 Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 3). Der Dehnungsbogen geht in seinem oberen Ende in den eigentlichen Steckanschluß über. Der Dehnungsbogen ist in seinem Querschnitt klei­ ner als die Querschnitte des oberen Steckanschlusses und des unteren Fußteiles 9 und gleicht Zugspannungen auf die Lötschicht 11 zwischen Fußteil 9 und Metallisierung 6 a der Keramikplatte 5 aus.With the emitter metallization 6 a , a large foot part 9 of an emitter tab 10 is connected via a solder layer 11 . The notched emitter tab 10 is freely accessible on the top of the housing. The large foot part 9 is used for mechanical stabilization of the solder joint on the emitter metallization 6 a . At the foot part 9 there is an angled portion and then an expansion curve (see 33 embodiment example according to FIG. 3). The upper end of the expansion elbow merges with the actual plug connection. The expansion curve is smaller in its cross-section than the cross-sections of the upper plug connection and the lower foot part 9 and compensates for tensile stresses on the solder layer 11 between the foot part 9 and the metallization 6 a of the ceramic plate 5 .

Mit der Metallisierung 6 c ist ein Basis-Flachstecker 12 sowie mit der Metallisierung 6 b ein Kollektor-Flach­ stecker (in Fig. 2 mit 17 bezeichnet) verbunden. Der Basis-Flachstecker 12 weist ebenfalls ein vergrößertes Fußteil 13 auf und ist zur Vermeidung von Anschlußfeh­ lern (Vertauschung der Anschlüsse) schmaler als der Emitter- und der Kollektor-Flachstecker ausgeführt. An­ sonsten sind die drei Anschlußstecker gleichartig aufge­ baut.With the metallization 6 c is a basic tab 12 and with the metallization 6 b a collector tab (designated in Fig. 2 with 17 ). The base tab 12 also has an enlarged base 13 and is to learn to avoid connection errors (swapping the connections) narrower than the emitter and the collector tab. Otherwise, the three connectors are constructed in the same way.

Mit der Metallisierung 6 b ist (sind) ein (bzw. mehrere) Leistungstransistor(en) 14 verlötet. Im Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 2 sind zwei parallel geschaltete Leistungtransistoren 14 angeordnet. Dabei wird die Kollektor­ elektrode der als Silizium-Chip gestalteten Transistoren 14 mit der Kollektor-Metallisierung 6 b verlötet, während die Emitter- bzw. Basis-Anschlüsse der Transistoren 14 über Aluminium- oder Kupferdrähte (in Fig. 2 mit 18 be­ zeichnet) mit den Emitter- bzw. Basis-Metallisierungen 6 a bzw. 6 c verbunden werden.One (or more) power transistor (s) 14 are (are) soldered to the metallization 6 b . In Ausführungsbei game of FIG. 2, two parallel-connected power transistors 14. The collector electrode of the transistors 14 designed as a silicon chip is soldered to the collector metallization 6 b , while the emitter or base connections of the transistors 14 are made of aluminum or copper wires (in FIG. 2 with 18 ) the emitter or base metallizations 6 a and 6 c are connected.

Der mit der Keramikplatte 5 verklebte und mit den Flach­ steckern und Transistoren bestückte und verschaltete Rahmen 1 wird in seinem unteren Teil mit einer weichen Vergußmasse 15 (z. B. Silikonkautschuk) zum Schutz der empfindlichen Aktivteile vergossen und zwar sind die er­ wähnten Dehnungsbögen der Flachstecker 10, 12, 17 voll mit der wei­ chen Vergußmasse 15 vergossen. Das Verschließen des Ge­ häuses erfolgt mit einer harten Vergußmasse 16 (z. B. Epoxidharz). Durch die harte Vergußmasse 16 werden ins­ besondere die Flachstecker über ihre Einkerbungen mecha­ nisch stabilisiert.The glued to the ceramic plate 5 and equipped with the flat plugs and transistors and interconnected frame 1 is potted in its lower part with a soft sealing compound 15 (e.g. silicone rubber) to protect the sensitive active parts, namely the expansion arches of the flat plug that he mentioned 10, 12, 17 fully shed with the white chen potting compound 15 . The sealing of the housing is done with a hard casting compound 16 (e.g. epoxy resin). Due to the hard casting compound 16 , the tabs in particular are mechanically stabilized via their notches.

In Fig. 2 ist eine Aufsicht auf das aufgeschnittene Modul der ersten Variante dargestellt. Insbesondere sind die an den Rahmen 1 angeformten Befestigungslaschen 2 mit Bohrung 3 und U-förmiger Ausnehmung 4 erkennbar. Des weiteren sind die Strukturen der Metallisierungen 6 a, b, c auf der Innenseite der Keramikplatte 5 mit den aufgelöteten Flachsteckern 10, 12, 17 der beiden Lei­ stungstransistoren 14 und den Drähten 18 zwischen Basis-Metallisierung 6 c und Transistor-Basis sowie zwi­ schen Emitter-Metallisierung 6 a und Transistor-Emitter ersichtlich.In Fig. 2 a top view is shown on the cut module of the first variant. In particular, the fastening tabs 2 formed on the frame 1 with a bore 3 and a U-shaped recess 4 can be seen . Furthermore, the structures of the metallizations 6 a, b, c on the inside of the ceramic plate 5 with the soldered tabs 10, 12, 17 of the two power transistors 14 and the wires 18 between the base metallization 6 c and the transistor base and between Emitter metallization 6 a and transistor emitter can be seen.

Bei der Herstellung des Moduls werden die Flachstecker 10, 12, 17 und die Transistoren 14 in einem Arbeitsgang auf die metallisierte Keramikplatte 5 aufgelötet. Für die Lötvorgänge sind die Metallisierungen 6 a, b, c ent­ sprechend vorbehandelt, vorzugsweise vernickelt. Im nachfolgenden Schritt werden die Alu- bzw. Kupferdrähte 18 zwischen den Emitter- bzw. Basis-Elektroden der Transi­ storen 14 und den Metallisierungen 6 a bzw. 6 c auf der Keramikplatte 5 durch Ultraschallbonden, Löten oder Punktschweißen angebracht. Es werden vorzugsweise Alumi­ niumdrähte mit 0,2 bis 0,5 mm Durchmesser eingesetzt.During the manufacture of the module, the tabs 10, 12, 17 and the transistors 14 are soldered onto the metallized ceramic plate 5 in one operation. For the soldering processes, the metallizations 6 a, b, c are pretreated accordingly, preferably nickel-plated. In the subsequent step, the aluminum or copper wires 18 between the emitter or base electrodes of the transistors 14 and the metallizations 6 a or 6 c are attached to the ceramic plate 5 by ultrasonic bonding, soldering or spot welding. Aluminum wires with a diameter of 0.2 to 0.5 mm are preferably used.

Alternativ hierzu können die Flachstecker-Anschlüsse auch erst nach dem Ultraschallbonden der Drähte 18 ange­ lötet werden, falls dies aus Gründen des Platzes und der Zugänglichkeit für das Ultraschall-Bondwerkzeug erfor­ derlich ist. Falls notwendig, können danach weitere Hilfsverbindungen hergestellt werden.Alternatively, the tab connectors can also be soldered only after the ultrasound bonding of the wires 18 , if this is necessary for reasons of space and accessibility for the ultrasound bonding tool. If necessary, additional auxiliary connections can then be made.

Alle folgenden Fertigungsschritte fallen in den Bereich der Kapselung. Zunächst wird die Keramikplatte 5 mit den aufgelöteten Teilen in die untere Öffnung des Rahmens 1 eingeklebt. Anschließend wird das Innere des Gehäuses mit den Vergußmassen 15, 16 aufgefüllt.All subsequent manufacturing steps fall into the encapsulation area. First, the ceramic plate 5 with the soldered parts is glued into the lower opening of the frame 1 . The interior of the housing is then filled with the casting compounds 15, 16 .

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine zweite Variante eines Leistungstransistor-Moduls dargestellt. Bei diesem Modul sind als Hauptanschlüsse ein Emitter-Anschluß 26 ein Kollektoranschluß 27 sowie ein Freilaufdiodenanschluß 28 und als Hilfsanschlüsse ein Basisanschluß 30 sowie ein Hilfs­ emitteranschluß 29 vorgesehen. Im Modul ist neben dem Tran­ sistor eine Freilaufdiode integriert, wobei die Kathode der Diode intern mit dem Emitter des Transistors verbun­ den ist. Auch dieses Modul besitzt einen oben und unten offenen Rahmen 19 mit seitlich angeformten Befestigungs­ laschen 20, die Bohrungen 21 zur Befestigung des Moduls auf einem Kühlkörper aufweisen. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität des Moduls sind Versteifungskan­ ten 22 zwischen Befestigungslaschen 20 und Rahmen 19 vorgesehen. In das Bodenteil des Rahmens 19 ist wiederum eine Keramikplatte 23 eingeklebt. Die Keramikplatte 23 weist eine Emitter-Metallisierung 24 a, eine zu Zwecken der Wärmespreizung verbreiterte Kollektor-Metallisierung 224 b, eine Basis-Metallisierung 24 c (siehe hierzu Fig. 4) sowie eine Freilaufdioden-Metallisierung 24 d auf ihrer dem Gehäuseinneren zugewandten Seite auf. Die dem Gehäu­ seinneren abgewandte Seite der Keramikplatte 23 ist mit einer Metallisierung 25 versehen.In Fig. 3 a section through a second variant of a power transistor module. In this module, an emitter connection 26, a collector connection 27 and a free-wheeling diode connection 28 are provided as main connections, and a base connection 30 and an auxiliary emitter connection 29 are provided as auxiliary connections. In addition to the transistor, a freewheeling diode is integrated in the module, the cathode of the diode being connected internally to the emitter of the transistor. This module also has an open top and bottom frame 19 with laterally molded mounting tabs 20 , which have holes 21 for mounting the module on a heat sink. To improve the mechanical stability of the module Versteifungskan th 22 are provided between mounting tabs 20 and frame 19 . A ceramic plate 23 is in turn glued into the base part of the frame 19 . The ceramic plate 23 has an emitter metallization 24 a , a collector metallization 2 24 b widened for the purpose of heat spreading, a base metallization 24 c (see FIG. 4 in this regard) and a free-wheeling diode metallization 24 d on its side facing the housing interior on. The side of the ceramic plate 23 facing away from the housing is provided with a metallization 25 .

Die Hauptanschlüsse des Moduls, d. h. Emitter-, Kollek­ tor- und Freilaufdiodenanschluß sind mi den Ziffern 26, 27 und 28 sowie die Hilfsanschlüsse, d. h. Hilfsemitter- und Basisanschluß mit den Ziffern 29 und 30 bezeichnet (siehe Fig. 4). Jeder der Anschlüsse besitzt ein vergrö­ ßertes Fußteil 31 zur Verlötung mit den entsprechenden Metallisierungen. Die Lotschicht ist dabei mit 32 be­ zeichnet. An das verbreiterte Fußteil 31 schließen sich eine Abwinkelung mit Dehnungsbogen 33 an. Die Hauptan­ schlüsse 26, 27, 28 weisen in Höhe der Gehäuseoberkante eine Abwin­ kelung mit Gewindebohrung 34 zur Bildung von Schrauban­ schlüssen auf. Die Hilfsanschlüsse 29, 30 sind im Unterschied hierzu als Flachstecker 35 ausgebildet.The main connections of the module, ie emitter, collector and freewheeling diode connection are mi with the numbers 26, 27 and 28 and the auxiliary connections, ie auxiliary emitter and base connection with the numbers 29 and 30 (see Fig. 4). Each of the connections has an enlarged foot part 31 for soldering to the corresponding metallizations. The solder layer is characterized with 32 be. The widened foot part 31 is followed by an angling with an expansion arch 33 . The main connections 26, 27, 28 have an angle at the top of the housing an angle with threaded bore 34 to form screw connections. In contrast to this, the auxiliary connections 29, 30 are designed as flat plugs 35 .

Das Modul besitzt drei parallelgeschaltete Leistungs­ transistoren 36, deren Kollektorelektroden jeweils mit den Kollektormetallisierungen 24 b verlötet sind. Des wei­ teren sind zwei parallelgeschaltete Freilaufdioden 37 vorgesehen, deren Kathoden mit der Emitter-Metallisie­ rung 24 a verlötet sind. Zum Anschluß der Anoden der Dio­ den 37 an die Freilaufdioden-Metallisierung 24 d dienen Verbindungsdrähte 38 oder gelötete Kontaktbügel. Zum Verschluß des Gehäuses werden wiederum eine weiche Ver­ gußmasse 39 sowie eine harte Vergußmasse 40 verwendet.The module has three parallel-connected power transistors 36, whose collector electrodes are respectively soldered b with the Kollektormetallisierungen 24th Furthermore, two parallel-connected freewheeling diodes 37 are provided, the cathodes of which are soldered to the emitter metallization 24 a . To connect the anodes of the Dio 37 to the freewheeling diode metallization 24 d connecting wires 38 or soldered contact bracket. To close the housing, a soft casting compound Ver 39 and a hard casting compound 40 are used.

In Fig. 4 ist eine Aufsicht auf das aufgeschnittene Modul der zweiten Variante dargestellt. Daraus sind ins­ besondere der schmale, rechteckförmige Rahmen 19 mit den angeformten Befestigungslaschen 20 und den Versteifungs­ kanten 22 ersichtlich. Des weiteren ist die Struktur der Metallisierungen auf der dem Gehäuseinneren zugewandten Seite der Keramikplatte 23 zu erkennen. Zum Anschluß der Emitter- bzw. Basiselektroden der Transistoren 36 an die schmale Emitter- bzw. Basis-Metallisierung 24 a bzw. 24 c dienen die Verbindungsdrähte 38. Weitere Verbindungs­ drähte 38 sind zwischen der Freilaufdioden-Metallisie­ rung 24 d und den Anoden der Freilaufdioden 37 vorgesehen.In FIG. 4 a top view is shown on the cut module of the second variant. This shows in particular the narrow, rectangular frame 19 with the molded-on fastening tabs 20 and the stiffening edges 22 . Furthermore, the structure of the metallizations on the side of the ceramic plate 23 facing the housing interior can be seen. The connecting wires 38 serve to connect the emitter or base electrodes of the transistors 36 to the narrow emitter or base metallization 24 a or 24 c . Further connecting wires 38 are provided between the free-wheeling diode metallization 24 d and the anodes of the free-wheeling diodes 37 .

Fig. 5 zeigt die interne Verschaltung der Variante gemäß den Fig. 3 und 4. Fig. 5 shows the internal configuration of the variant according to FIGS. 3 and 4.

Fig. 6 zeigt die interne Verschaltung einer dritten Variante. Diese Variante entspricht in ihrem konstruk­ tiven Aufbau der Variante gemäß den Fig. 3 und 4, bei der internen elektrischen Verschaltung sind jedoch die Kathoden der Freilaufdioden 37 mit dem Anschluß 28 und die Anoden mit den Kollektoren der Leistungstransistoren 36 sowie mit dem Anschluß 27 verbunden. Fig. 6 shows the internal configuration of a third variant. This variant corresponds in its constructive structure to the variant according to FIGS . 3 and 4, but in the internal electrical connection, the cathodes of the freewheeling diodes 37 are connected to the connection 28 and the anodes to the collectors of the power transistors 36 and to the connection 27 .

Module mit den Schaltungen gemäß Fig. 5 und 6 werden paarweise zum Aufbau von Transistor-Halbbrücken benö­ tigt. Die gezeigte Reihenfolge der nach außen geführten Anschlüsse ermöglicht eine einfache Zusammenschaltung durch Verschienen.Modules with the circuits according to FIGS. 5 and 6 are required in pairs for the construction of transistor half-bridges. The shown sequence of the connections led to the outside enables simple interconnection by rail.

Claims (8)

1. Leistungstransistor-Modul mit einem Kunststoff­ gehäuse und einer Keramikplatte als Gehäuseboden,
  • - das zur Montage auf einem Kühlkörper mit der Unter­ seite seines Bodens vorgesehen ist,
  • - das auf der dem Gehäuseinneren zugewandten Seite der Keramikplatte eine strukturierte Metallisierung zum Auflöten von extern zugänglichen Anschlußelementen, Leistungstransistoren und internen Verbindungen aufweist, wobei die Metallisie­ rung großflächiger ist als die Lötfläche der Halb­ leiterbauelemente und
  • - dessen äußere Anschlüsse alle aus der dem Kühlkörper abge­ wandten Seite des Gehäuses herausgeführt sind,
1. power transistor module with a plastic housing and a ceramic plate as the housing base,
  • - which is intended for mounting on a heat sink with the underside of its bottom,
  • - Which on the inside of the housing facing the ceramic plate has a structured metallization for soldering externally accessible connection elements, power transistors and internal connections, the Metallisie tion is larger than the soldering surface of the semiconductor components and
  • - whose outer connections are all led out from the side of the housing facing away from the heat sink,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die dem Kühlkörper zugewandte Unterseite der Kera­ mikplatte (5, 23) ebenfalls mit einer Metallisierung (7, 25) verse­ hen ist und
  • - sowohl die Metallisierung auf der Oberseite als auch diejenige auf der Unterseite der Keramikplatte aus einer ohne Kleber oder Lötmittel mit der Keramikplatte fest verbundenen Metallfolie bestehen.
 characterized in that
  • - The heat sink facing the underside of the Kera microplate ( 5, 23 ) is also hen with a metallization ( 7, 25 ) and
  • - Both the metallization on the top and that on the underside of the ceramic plate consist of a metal foil firmly connected to the ceramic plate without adhesive or solder.
2. Leistungstransistor-Modul nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kunststoffgehäuse als oben offener Rahmen (1, 19) ausgeführt ist.2. Power transistor module according to claim 1, characterized in that the plastic housing is designed as an open frame ( 1, 19 ). 3. Leistungstransistor-Modul nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikplatte (5, 23) in eine umlaufende Vertiefung der Bodenseite des Rahmens (1, 19) eingeklebt ist. 3. Power transistor module according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic plate ( 5, 23 ) is glued into a circumferential recess in the bottom of the frame ( 1, 19 ). 4. Leistungstransistor-Modul nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vertiefung in der Boden­ seite des Rahmens (1, 19) eine umlaufende Nut (8) zur Aufnahme von Klebstoffresten aufweist.4. Power transistor module according to claim 3, characterized in that the recess in the bottom side of the frame ( 1, 19 ) has a circumferential groove ( 8 ) for receiving adhesive residues. 5. Leistungstransistor-Modul nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (10, 12, 17, 26 bis 30) jeweils vergrößer­ te Fußteile (9, 13, 31) aufweisen.5. Power transistor module according to one of the preceding claims, characterized in that the connection elements ( 10, 12, 17, 26 to 30 ) each have enlarged te foot parts ( 9, 13, 31 ). 6. Leistungstransistor-Modul nach einem der vorste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ schlußelemente (10, 12, 17, 26 bis 30) jeweils Dehnungsbö­ gen (33) mit verringertem Querschnitt aufweisen.6. Power transistor module according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit elements ( 10, 12, 17, 26 to 30 ) each have expansion bends ( 33 ) with a reduced cross section. 7. Leistungstransistor-Modul nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in seinem unteren Teil mit einer weichen Verguß­ masse (15, 39) und in seinem mittleren Teil mit einer harten Vergußmasse (16, 40) ausgefüllt ist.7. Power transistor module according to one of the preceding claims, characterized in that the housing in its lower part with a soft sealing compound ( 15, 39 ) and in its middle part with a hard sealing compound ( 16, 40 ) is filled.
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