DE4411858A1 - Leitende Kontaktstruktur für zwei Leiter - Google Patents

Leitende Kontaktstruktur für zwei Leiter

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Masaaki Hisamoto
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Description

Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine lei­ tende Kontaktstruktur für zwei Leiter, bei der der planare Bereich einer Elektrodenplatte, die in ihrer Fläche relativ groß ist und auf der zum Beispiel Halbleiterelemente des flachen Packungstyps fest montiert sind, in Kontakt mit dem planaren Bereich eines unter Druck stehenden Leiters ge­ bracht wird, der auch als Kühlungselement dient, so daß die Elektrodenplatte und der Leiter miteinander leitend verbun­ den werden, wobei die Druckkontaktfläche in ihrer elektri­ schen und thermischen Leitfähigkeit, also der Wärmestrah­ lung, verbessert ist.
Eine herkömmliche leitende Kontaktstruktur für zwei Lei­ ter wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, die eine Seitenansicht ist und die von dem jetzigen Anmelder (als ja­ panische Patentanmeldung (OPI) Nr. 230670/1990 (der Ausdruck "OPI" bedeutet hierin "ungeprüfte Anmeldung") vorgeschlagen wurde. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 50 eine Kühl­ rippe; 54 bezeichnet eine obere Elektrode; 55 bezeichnet eine untere Elektrode; 56 bezeichnet ein Halbleiterelement; und 57 bezeichnet einen Leiterdraht, der zwischen der oberen Elektrode 54 und dem Halbleiterelement 56 angeschlossen ist. Die Kühlrippe 50 ist einer der beiden Leiter, und die untere Elektrode 55 ist der andere. Die beiden Leiter werden in Kontakt miteinander gebracht, indem sie durch eine Kraft F unter Druck gesetzt werden. Insbesondere wird bei diesem Vorgang die untere Elektrode 55 auf solche Weise verformt, daß ihr mittlerer Bereich die Oberfläche der Kühlrippe 50 über eine Breite We kontaktiert, die etwas breiter ist als die laterale Breite der unteren Oberfläche der oberen Elek­ trode 54, wobei ihren beiden Seitenbereiche elastisch so verformt werden, daß sie etwas über die Oberfläche der Kühl­ rippe 50 angehoben werden. In diesem Fall wird zum Sicher­ stellen der elektrischen Leitfähigkeit und der thermischen Leitfähigkeit oder der Wärmestrahlung der Druckkontaktober­ fläche mit einer relativ geringen Kraft F folgendes Verfah­ ren verwendet: Eine Mehrzahl von Vertiefungen werden in der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 55 im Bereich der Breite Wo auf solche Weise geformt, daß sie sich senkrecht zur Zeichenebene aber parallel zueinander erstrecken. Ein fettähnliches, isolierendes Material 9 mit einer hohen Wär­ meleitfähigkeit wird zwischen der unteren Oberfläche der un­ teren Elektrode 55 und der oberen Oberfläche der Kühlrippe 50 aufgebracht. Statt des Verfahrens, bei dem die Vertiefun­ gen 53 in dem mittleren Bereich der unteren Oberfläche der unteren Elektrode 55 geformt werden, können die folgenden Verfahren verwendet werden: In einem der Verfahren wird die Oberflächenrauhigkeit der unteren Oberfläche der unteren Elektrode auf 10 bis 100 µm eingestellt. In dem anderen Ver­ fahren werden die beiden oben beschriebenen Verfahren in Kombination verwendet; das bedeutet, daß die Vertiefungen in der Mitte der unteren Oberfläche der unteren Elektrode ge­ formt werden und daß die Oberflächenrauhigkeit der unteren Oberfläche der unteren Elektrode eingestellt wird.
Die herkömmliche Leiterkontaktstruktur, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, besitzt die folgenden Schwierigkeiten: (1) das Bearbeiten der unteren Elektrode zum Herstellen der Ver­ tiefungen 53 ist eher mühsam und kostet Zeit und Arbeits­ kraft. (2) Die elektrische Leitung ist in ihrer Zuverlässig­ keit gering. Mit anderen Worten ist es notwendig, um die Schwierigkeit der geringen Zuverlässigkeit der elektrischen Leitung auszuräumen, die Druckkraft in einem gewissen Maße zu erhöhen.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei einer herkömmli­ chen leitenden Kontaktstruktur für zwei Leiter auszuräumen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine leitende Kontaktstruktur für zwei Leiter zur Verfügung zu stellen, bei der die ebenen Oberflächen der beiden Leiter unter Druck in Kontakt miteinander gebracht werden, um die beiden Leiter in Kontakt miteinander zu bringen, wobei die elektrische Leitfähigkeit und die thermische Leitfähigkeit der Druckkontaktoberfläche bei einer relativ geringen Druck­ kraft verbessert werden.
Diese und weitere Aufgaben werden durch die in den bei­ gefügten Patentansprüchen definierte leitende Kontaktstruk­ tur gelöst.
Insbesondere umfaßt die vorliegende Erfindung zum Lösen der obigen Aufgaben eine leitende Kontaktstruktur für zwei Leiter, bei der ein planarer Bereich eines ersten Leiters und ein planarer Bereich eines zweiten Leiters unter Druck miteinander in Kontakt gebracht werden, so daß die ersten und zweiten Leiter leitend miteinander in Verbindung steh­ en, wobei einer der planaren Bereiche der ersten und zwei­ ten Leiter durch Vertiefungen auf solche Art in eine Mehr­ zahl von Abschnitten unterteilt ist, daß diejenigen der Ab­ schnitte, in denen ein fettähnliches, isolierendes Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit aufgebracht wird, durch die Vertiefungen den verbleibenden Abschnitten, in denen kein isolierende Material aufgebracht wird, benachbart sind.
Weiterhin ist in der leitenden Kontaktstruktur nach der vorliegenden Erfindung der erste Leiter eine Elektroden­ platte mit flachen Halbleiterelementen auf einer Seite, die leitend an dieser befestigt sind, und den Vertiefungen auf der anderen Seite, und der zweite Leiter ist ein Leiter, der auch als Kühlelement dient.
Außerdem entsprechen in der leitenden Kontaktstruktur nach der vorliegenden Erfindung die Abschnitte, in denen das isolierende Material nicht aufgebracht wird, den aktiven Be­ reichen einer Druckkraft für den Druckkontakt.
Erfindungsgemäß wird in der leitenden Kontaktstruktur durch das Anlegen einer relativ geringen Druckkraft die thermische Leitung, also die Wärmestrahlung, durch die Ab­ schnitte durchgeführt, in denen das isolierende Material aufgebracht ist, und die elektrische Leitung wird durch die Abschnitte durchgeführt, in denen das isolierende Material nicht aufgebracht ist. Durch die zwischen den Abschnitten geformten Vertiefungen wird verhindert, daß sich das isolie­ rende Material von dem Abschnitt, in dem es aufgebracht ist, in den Abschnitt bewegt, in dem es nicht aufgebracht ist.
Weiterhin entsprechen erfindungsgemäß in der leitenden Kontaktstruktur die Abschnitte, in denen das isolierende Ma­ terial nicht aufgebracht ist, den aktiven Flächen der Druck­ kraft, und daher wird der Druckkontakt weitgehend sicherge­ stellt.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher durch die beigefügten Zeich­ nungen und die detaillierte Beschreibung.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die eine leitende Kon­ taktstruktur für zwei Leiter nach einem ersten Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Draufsicht, die die leitende Kon­ taktstruktur für zwei Leiter der Fig. 1 zeigt.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht, die eine leitende Kon­ taktstruktur für zwei Leiter nach einem zweiten Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist eine Druntersicht, die die leitende Kon­ taktstruktur für zwei Leiter der Fig. 3 zeigt.
Fig. 5 ist eine Seitenansicht einer herkömmlichen lei­ tenden Kontaktstruktur für zwei Leiter.
Fig. 6 ist eine Seitenansicht, die eine leitende Kon­ taktstruktur für zwei Leiter nach einem dritten Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigt.
Die Fig. 7(a) bis 7(f) zeigen Beispiele von Vertie­ fungen, die in einer Elektrode nach der vorliegenden Erfin­ dung geformt sind.
Eine leitende Kontaktstruktur für zwei Leiter, die ein erstes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung bildet, wird un­ ter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben.
In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine untere Elektrode oder einen ersten Leiter, in dem Was­ serkanäle 1a geformt sind. Das heißt, daß die untere Elek­ trode 1 "Kühlelement" bezeichnet werden kann. Weiterhin be­ zeichnet in den Fig. 1 und 2 das Bezugszeichen 2 eine re­ lativ breite Elektrode oder eine zweite Elektrode; und 3 be­ zeichnet eine relativ schmale Elektrode. Die Elektrode 2 be­ sitzt zwei U-förmige Vertiefungen 2a in ihrer unteren Ober­ fläche, die sich senkrecht zur Zeichenfläche erstrecken. Ein fettähnliches, isolierendes Material 9 mit hoher thermischer Leitfähigkeit wird auf die untere Oberfläche der Elektrode 2 außer in dem mittleren Abschnitt zwischen den beiden U-för­ migen Vertiefungen 2a aufgebracht; das bedeutet, daß das isolierende Material auf die rechten und linken Flächen auf beiden Seiten des mittleren Abschnitts aufgebracht wird. Eine Druckkraft F wird über einen oberen Leiter 8 an die Elektrode 3 angelegt, und die untere Oberfläche der Elek­ trode 3 ist über eine isolierende Platte 4 an der oberen Oberfläche der Elektrode 2 befestigt. Halbleiterelemente 5 sind leitend an der oberen Oberfläche der Elektrode 2 befe­ stigt. Die derart befestigten Halbleiterelemente 5 sind über Leiterdrähte 6 mit der Elektrode 3 verbunden. Ein Gehäuse 7, das durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, nimmt die Elektroden 2 und 3, die Halbleiterelemente 5 und die Leiter­ drähte 6 auf. Insbesondere sind die Elektroden 2 und 3, die Halbleiterelemente 5 und die Leiterdrähte 6 in dem Gehäuse 7 durch ein Füllmaterial geschützt.
Die Elektrode 2 wird auf solche Weise verformt, daß ihr mittlerer Abschnitt, der durch die beiden Vertiefungen 2a gebildet wird, in Kontakt mit der Oberfläche des unteren Leiters 1 steht, der auch als Kühlelement dient, und daß ihre rechten und linken Abschnitte elastisch verformt wer­ den, so daß sie leicht über die Oberfläche des unteren Lei­ ters 1 angehoben werden, so daß dazwischen Hohlräume gebil­ det werden. Daher wird das auf den unteren Leiter 1 aufge­ brachte, isolierende Material 9 in die so geformten Hohl­ räume gefüllt. Das isolierende Material 9 ist zum Beispiel das Wärme abstrahlende Silikonfett (KS609), das von Sinetsu Kagaku Kogyo Inc. hergestellt wird. Seine Eigenschaften bleiben im wesentlichen unverändert selbst bei hohen Tempe­ raturen um 200°C und bei niedrigen Temperaturen um -55°C. Seine dielektrische Festigkeit beträgt 1,23 kV/0,1 mm.
Somit wird mit einer relativ geringen Druckkraft thermi­ sche Leitung, also Wärmestrahlung, durch die linken und rechten Abschnitte der Elektrode 2, auf die das isolierende Material 9 aufgebracht wurde, erreicht, während elektrische Leitung durch den mittleren Abschnitt der Elektrode 2, auf den kein isolierende Material aufgebracht wurde, erreicht wird. In diesem Zusammenhang sollte festgestellt werden, daß das auf die rechten und linken Abschnitte der Elektroden 2 aufgebrachte, isolierende Material 9 durch die Vertiefungen 2a, die zwischen dem mittleren Abschnitt und den rechten und linken Abschnitten geformt sind, daran gehindert wird, sich in den mittleren Abschnitt zu bewegen. Jede der Vertiefungen 2a ist im Querschnitt U-förmig mit einer Breite von 1 mm und einer Tiefe von 0,5 mm. Jedoch können die Vertiefungen 2a im Querschnitt auch halbkreisförmig oder V-förmig sein.
Die wie oben entworfene, leitende Kontaktstruktur be­ sitzt die folgenden Wirkungen und Vorteile: Die elektrische Leitfähigkeit und die thermische Leitfähigkeit werden ver­ bessert, und die leitend mit der Elektrode 2 verbundenen Halbleiterelemente 5 werden in der Qualität und Leistung verbessert. Selbst wenn das isolierende Material 9, das sich über die Kontaktoberfläche verteilt, in Bereiche eindringt, die elektrisch isoliert sein sollen, werden dadurch keine Probleme verursacht. Da der mittlere Abschnitt der Elektrode 2, der frei von dem isolierenden Material 9 ist, dem aktiven Bereich der Druckkraft F entspricht, wird der Druckkontakt weitgehend sichergestellt, was zu einer Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit führt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrie­ ben. Zwei Paare von Vertiefungen 12 sind jeweils in den rechten und linken Abschnitten der unteren Oberfläche einer Elektrode 11 auf solche Weise geformt, daß sie sich senk­ recht zur Zeichenebene erstrecken. Die vorstehenden Elektro­ den 13 sind über isolierende Platten 14 an zwei Positionen der oberen Oberfläche der Elektrode 11, die den rechten und linken Positionen der Paare von Vertiefungen 12 entsprechen, befestigt. Eine Druckkraft (nicht gezeigt) wird an die Elek­ trode 13 angelegt (vergleiche mit Fig. 1). Ein Gehäuse, das durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, nimmt die Elektroden 11 und 13, Halbleiterelemente (nicht gezeigt) und Leiterdrähte (nicht gezeigt) auf. Insbesondere sind in dem Gehäuse die Elektroden 11 und 13, die Halbleiterelemente und die Leiterdrähte durch ein Füllmaterial geschützt. Von den durch die Vertiefungen 12 gebildeten Abschnitten ist auf die Abschnitte A isolierendes Material 9 aufgebracht, um thermi­ sche Leitung, also Wärmestrahlung zu erreichen. Auf die ver­ bleibenden Abschnitte B ist kein isolierendes Material 9 aufgebracht, um elektrische Leitung zu erreichen. Die Ver­ tiefungen 12 entsprechen den Vertiefungen 2a in dem ersten Ausführungsbeispiel.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen werden wenig­ stens zwei Vertiefungen in der Elektrode geformt. Jedoch kann, wie in Fig. 6 gezeigt, nur eine einzige Vertiefung 2a in der Elektrode 2 geformt werden, um zu verhindern, daß das isolierende Material 9, das auf den rechten Abschnitt aufge­ bracht wird, zum linken Abschnitt der Elektrode 2 bewegt wird.
Die Fig. 7(a) bis 7(f) zeigen Beispiele für die An­ ordnung der Vertiefung 2a. In den Fig. 7(a) bis 7(d) ist eine Vertiefung in der Elektrode 2 geformt, während in den Fig. 7(e) und 7(f) eine Mehrzahl von Vertiefungen in der Elektrode 2 geformt ist. Jedoch besitzen beide Fälle die­ selbe Wirkung. Außerdem kann eine Vertiefung gerade oder ge­ krümmt sein.
Wie oben beschrieben, wird in der erfindungsgemäßen, leitenden Kontaktstruktur auch bei Anlegen einer relativ ge­ ringen Druckkraft die thermische Leitung, also die Wärme­ strahlung, durch die Abschnitte durchgeführt, auf die iso­ lierendes Material aufgebracht ist, und die elektrische Lei­ tung durch die Abschnitte durchgeführt, auf die kein isolie­ rendes Material aufgebracht ist. Durch zwischen den Ab­ schnitten geformte Vertiefungen wird verhindert, daß sich das isolierende Material von dem Abschnitt, auf den das iso­ lierende Material aufgebracht ist, zu dem Abschnitt, auf den das isolierende Material nicht aufgebracht ist, bewegt. So­ mit werden selbst bei Anlegen einer relativ geringen Druck­ kraft die elektrische Leitfähigkeit und die thermische Leit­ fähigkeit verbessert, und die Schaltkreisteile oder -ele­ mente, die auf den beiden Leitern montiert sind, werden in ihrer Qualität und Leistung verbessert. Selbst wenn das iso­ lierende Material, das sich über die Kontaktoberflächen ver­ teilt, in Bereiche eindringt, die elektrisch isoliert sein sollen, wird es keine Probleme verursachen.
Weiterhin ist in der leitenden Kontaktstruktur der erste Leiter die Elektrodenplatte mit einer relativ breiten Fläche und der zweite Leiter ist derjenige Leiter, der auch als Kühlelement dient. Daher ist in dieser Struktur die Fläche für die elektrische Leitung und für die thermische Leitung groß, und die Qualität und Leistung der auf der Elektroden­ platte montierten Halbleiterelemente des flachen Verpac­ kungstyps wird insoweit sichergestellt.
Außerdem entsprechen in der leitenden Kontaktstruktur nach der vorliegenden Erfindung die Abschnitte, auf die kein isolierendes Material aufgebracht wird, den aktiven Flächen der Druckkraft, und folglich wird der Druckkontakt sicherge­ stellt und die elektrische Leitfähigkeit wird verbessert.
Die vorstehende Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung wurde zum Zwecke der Illustra­ tion und Beschreibung gegeben. Sie soll nicht umfassend sein oder die Erfindung auf die genaue, offengelegte Form ein­ schränken. Modifikationen und Änderungen sind im Lichte der obigen Lehre möglich oder können aus der praktischen Ausfüh­ rung der Erfindung resultieren. Das Ausführungsbeispiel wurde ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Er­ findung und die praktische Ausführung zu erklären, um dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Aus­ führungsformen mit unterschiedlichen Modifikationen, die der entsprechenden, ins Auge gefaßten Verwendung entsprechen, zu verwenden. Der Umfang der Erfindung soll durch die beigefüg­ ten Patentansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.

Claims (8)

1. Leitende Kontaktstruktur für zwei Leiter, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie umfaßt:
einen ersten Leiter (1, 11) mit wenigstens einem ebenen Bereich;
einen zweiten Leiter (2, 13) mit wenigstens einem ebenen Bereich, wobei die ebenen Bereiche der ersten und zweiten Leiter in Kontakt miteinander gebracht werden, wobei beide unter Druck stehen; und
ein fettähnliches, isolierendes Material (9), das eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzt und auf einen der bei­ den ebenen Bereiche der ersten und zweiten Leiter aufge­ bracht wird;
wobei einer der ebenen Bereiche der ersten und zweiten Leiter durch wenigstens eine Vertiefung (2a, 12) in erste und zweite Abschnitte unterteilt ist, wobei das fettähnli­ che, isolierende Material nur auf den ersten Abschnitt auf­ gebracht wird und kein fettähnliches, isolierende Material auf den zweiten Abschnitt aufgebracht wird.
2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leiter eine Elektrodenplatte umfaßt, die eine Seite besitzt, auf der Halbleiterelemente (5) des flachen Typs montiert sind, wobei in der anderen Seite die Vertie­ fung gebildet ist, und daß der zweite Leiter einen Leiter umfaßt, der als Kühlelement dient.
3. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt den aktiven Flächen einer Druckkraft für den Druckkontakt entspricht.
4. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt den aktiven Flächen einer Druckkraft für den Druckkontakt entspricht.
5. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung eine solche Form besitzt, daß verhindert wird, daß das fettähnliche, isolierende Material von dem er­ sten Abschnitt zum zweiten Abschnitt dringt.
6. Struktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung eine Mehrzahl von zueinander parallel geform­ ten Vertiefungen umfaßt.
7. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fettähnliche, isolierende Material ein Wärme abstrahlen­ des Silikonfett umfaßt.
8. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt an beiden Enden der planaren Bereiche der ersten und zweiten Leiter geformt ist.
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