DE8219553U1

DE8219553U1 - SEMICONDUCTOR MODULE

Info

Publication number: DE8219553U1
Application number: DE19828219553
Authority: DE
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1982-07-08
Filing date: 1982-07-08
Publication date: 1982-10-07

Description

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BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFTBROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT

Mannheim 6. Juli 1982Mannheim July 6, 1982

Mp.-Nr. 596/82 ZPT/P3-Pn/Bt
10Mp. No. 596/82 ZPT / P3-Pn / Bt
10

Halbleitertnodul ? Semiconductor module ?

Die Neuerung bezieht sich auf ein Halbleitermodul mit
einem unten offenen Gehäuse und einer mit dem Gehäuse
verbundenen Keramikplatte als Gehäuseboden, wobei die j Keramikplatte auf ihrer dem Gehäuseinneren zugewandten \ Seite mit mehreren Halbleiterbauelementen sowie An= \_} schlußdrähten versehen ist und das Gehäuseinnere teil- \ weise mit einer Vergußmasse ausgefüllt ist.The innovation relates to a semiconductor module
a housing open at the bottom and one with the housing
ceramic plate connected as housing base, the ceramic plate is provided j-circuiting wires on its side facing the housing interior \ side with a plurality of semiconductor devices as well as An = _\} and the housing interior partially \ is as filled with a potting compound.

Ein derartiges Halbleitermodul ist bekannt aus dem !■Such a semiconductor module is known from the! ■

Prospekt "BBC-Gleichrichter-Brücken hoher Leistung", |Brochure "BBC Rectifier Bridges High Performance", |

DHS 104981/29D. Als Halbleiterbauelemente werden dabei j DHS 104981 / 29D. The semiconductor components are j

insbesondere Thyristoren und Dioden eingesetzt. Mittels _: in particular thyristors and diodes are used. By means of _:

derartiger Halbleitermodule sind vollgesteuerte und csuch semiconductor modules are fully controlled and c

halbgesteuerte Einphasenbrücken real isierbar.half-controlled single-phase bridges can be implemented.

Je nach vorgesehener Verwendung der Halbleitermodule
sind verschiedene externe Beschaltungen notwendig,
beispielsweise Ansteuerbeschaltungen zur Steuerung von
Thyristoren, Schutzbeschaltungen usw.. Bei diesen
externen Beschaltungen ist nachteilig, daß sieDepending on the intended use of the semiconductor modules
different external circuits are necessary,
for example control circuits for controlling
Thyristors, protective circuits, etc. With these
external circuits is disadvantageous in that they

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t I tiltt I tilt

wertvollen Platz in einem kompakt aufzubauenden, aus mehreren Halbleitermodulen sowie einer Kühlplatte und sonstigen Bauelementen bestehenden Gerät (z.B. Stromrichtergerät) benötigen. Ferner sind zusätzliche Leitungen zwischen den Halbleitermodulen und den externen Beschaltungen zu verlegen.valuable space in a compact build, made up of several semiconductor modules as well as a cooling plate and need other components of existing device (e.g. converter device). There are also additional Laying lines between the semiconductor modules and the external circuits.

Der Neuerung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Halbleitermodul der eingangs genannten Art zu '" schaffen, das gleichzeitig zur Aufnahme von verlustleistungswärnieerzeugenden Halbleiterbauelementen und der notwendigen Bauteile zur Beschaltung geeignet ist.Based on this, the innovation is based on the task of adding a semiconductor module of the type mentioned at the beginning '"create that at the same time to the absorption of loss power heat generating Semiconductor components and the necessary components for wiring is suitable.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß parallel zur Keramikplatte mindestens eine mit elektrischen bzw.This object is achieved in that, parallel to the ceramic plate, at least one with electrical or

elektronischen Bauteilen sowie Leiterbahnen und extern zugänglichen Anschlußelementen versehene Leiterplatte im Gehäuseinneren angeordnet und mit den Halbleiterbauelementen verbunden ist.
20Electronic components as well as conductor tracks and externally accessible connection elements provided printed circuit board is arranged inside the housing and connected to the semiconductor components.
20th

Die mit der Neuerung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß infolge der benachbarten Anordnung von Halbleiterbauelementen und notwendigen Beschaltungsbauteilen nur sehr kurze Anschlußleitungen erforderlich sind. Das Halbleitermodul ermöglicht einen sehr kompakten, platzsparenden Aufbau eines aus mehreren Modulen bestehenden Gerätes (beispielsweise Stromrichtergerätes). Desweiteren kann die unabhängig vom speziellen Anwendungsfall stets einheitlich auszuführende Keramikplatte im voraus prozduziert werden, ohne den späteren Verwendungszweck zu kennen, da die Anpassung an den speziellen Anwendungsfall durch entsprechende Ausbildung der Leiterplatte erfolgt. Es können beispielsweise verschiedene auf Lager befindliche Leiterplatten mit der einheitlichen Keramikplatte schnell nach Eedarf zu gewünschtenThe advantages that can be achieved with the innovation are, in particular, that due to the adjacent arrangement of semiconductor components and necessary wiring components, only very short connecting lines are required are. The semiconductor module enables a very compact, space-saving construction of one of several modules existing device (e.g. converter device). Furthermore, it can be independent Ceramic plate to be executed consistently in advance for the specific application without knowing the intended use, as the adaptation to the special application is carried out corresponding training of the circuit board takes place. For example, there may be various items in stock Printed circuit boards with the uniform ceramic plate quickly as required

anwendungsspezifischen Schaltungen kombiniert werden. Dadurch ergeben sich sehr kurze Lieferzeiten. Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.
5application-specific circuits are combined. This results in very short delivery times. Further advantages are evident from the description below.
5

Vorteilhafte Ausbildungen der Neuerung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of the innovation are characterized in the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Neuerung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. In den Fig. 1 und sind zwei Varianten des Halbleitermoduls dargestellt- =Embodiments of the innovation are explained below with reference to the drawings. In Figs. 1 and two variants of the semiconductor module are shown- =

In Figur 1 ist ein Schnitt durch die Breitseite des Halbleitermoduls dargestellt. Das Modul besitzt einen oben und unten offenen Rahmen 1, der als Gehäusewandung dient. Der Rahmen 1 weist an seinen beiden Schmalseiten Versteifungskanten 2 auf. Zur Erhöhung der Stabilität besitzt der- Rahmen 1 ferner mehrere parallel zur Breitseite bzw. Schmalseite verlaufende Rippen 3. Beim Modul des Ausführungsbeispiels verlaufen zwei Rippen 3 parallel zur Breitseite und zwei Rippen 3 parallel zur Schmalseite. Hierdurch ergeben sich neun rechteckförmige Zellen zur Aufnahme von externen Anschlußelementen für das Modul. Die Rippen 3 dienen gleichzeitig als Isolation und Kriechwegverlängerung zwischen den externen Anschlußelementen. Der Rahmen 1 weist an seinen beiden Schmalseiten in Höhe der Bodenfläche Befestigungslaschen 4 auf. Diese BefestigungsläScheri 4 sind mit Bohrungen bzw. U-förmigen Ausnehmungen 5 zur Montage des Halbleitermoduls auf einem Kühlkörper versehen.FIG. 1 shows a section through the broad side of the semiconductor module. The module has a top and bottom open frame 1, which is used as the housing wall serves. The frame 1 has stiffening edges 2 on its two narrow sides. To increase stability the frame 1 also has a plurality of ribs 3 running parallel to the broad side or narrow side. In the module of the embodiment, two ribs 3 run parallel to the broad side and two ribs 3 parallel to the Narrow side. This results in nine rectangular cells for receiving external connection elements the module. The ribs 3 also serve as insulation and lengthening of the creepage distance between the external connection elements. The frame 1 points to both of its Narrow sides at the level of the floor surface fastening tabs 4. These fastening holes 4 are drilled or U-shaped recesses 5 for mounting the semiconductor module on a heat sink.

Das Gehäuse des Halbleitermoduls wird zum einen durch den Rahmen 1, zum anderen durch eine in eine umlaufende Vertiefung der Bodenfläche des offenen Rahmens 1 aufgesetzte Keramikplatte 6 gebildet. Die Keramikplatte 6 weist Metallisierungen 7 auf ihrer dem GehäuseinnerenThe housing of the semiconductor module is on the one hand by the frame 1, on the other hand by an encircling Ceramic plate 6 placed on the bottom surface of the open frame 1 is formed. The ceramic plate 6 has metallizations 7 on the inside of the housing

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zugewandten Fläche sowie eine Kupferfolie 8 auf der hierzu entgegengesetzten Fläche auf. Die Metallisierungen 7 werden beispielsweise durch eine Kupferfolie realisiert und dienen als Leiterbahnen und Kontaktflächen zum Auflöten von Halbleiterbauelementen 9 und Anschlußdrähten (Stifte) 10. Als Kalbleiterbauelemente sind beispielsweise Transistoren, Thyristoren oder Dioden einsetzbar.facing surface and a copper foil 8 on the opposite surface. The metallizations 7 are implemented, for example, by a copper foil and serve as conductor tracks and contact surfaces for soldering on semiconductor components 9 and connecting wires (pins) 10. As Kalbleiterbauelemente For example, transistors, thyristors or diodes can be used.

Die Kupferfolie 8 dient zur mechanischen Stabilisierung der Keramikplatte 6. Die Stärke der Kupferfolie 8 entspricht ungefähr der Stärke der Metallisierungen 7. Dadurch werden Verspannungen, die sich infolge der Herstellprozesse und der einseitigen Lötprozesse auf der dem Gehäuseinneren zugewandten Seite der Keramikplatte ergeben, wirksam verhindert. Desweiteren ermöglicht die Kupferfolie 8 einen guten Wärmekontakt zu einem mit dem Modul verbundenen Kühlkörper. Auch ist die Gefahr von Keramikbrüchen infolge unebener und verschmutzter (Staubkörner) Kühlkörper wesentlich geringer. Die Kupferfolie 8 und die Metallisierungen 7 können beispielsweise gemäß einem aus der DE-OS 30 36 128 bekannten Verfahren mit der Keramikplatte 6 verbunden werden.The copper foil 8 is used for mechanical stabilization of the ceramic plate 6. The thickness of the copper foil 8 corresponds approximately to the thickness of the metallizations 7. This relieves tension that occurs as a result of the manufacturing processes and the one-sided soldering processes on the result in the side of the ceramic plate facing the inside of the housing, effectively prevented. Furthermore, the Copper foil 8 has good thermal contact with a heat sink connected to the module. Also is the risk of Ceramic breaks due to uneven and dirty (grains of dust) heat sinks are significantly lower. the Copper foil 8 and the metallizations 7 can, for example, according to one of DE-OS 30 36 128 known methods are connected to the ceramic plate 6.

Der Rahmen 1 und die Keramikplatte 6 werden miteinander verklebt. Zur genauen Fixierung der Platte 6 weist der Rahmen 1 die bereits erwähnte umlaufende Vertiefung 11 in seiner Bodenfläche auf, deren Tiefe ungefähr der Dicke der Keramikplatte 6 entspricht.The frame 1 and the ceramic plate 6 are glued together. For precise fixation of the plate 6, the Frame 1, the aforementioned circumferential recess 11 in its bottom surface, the depth of which is approximately Thickness of the ceramic plate 6 corresponds.

Zur Bestückung des Moduls mit den zur Beschaltung der Halbleiterbauelemente 9 notwendigen elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen 12 ist eine Leiterplatte 13 (Steuerplatine) als zweite Ebene über der Keramikplatte 6 im Gehäuseinneren vorgesehen. Die Leiterplatte 13 kannTo equip the module with the electrical or Electronic components 12 is a circuit board 13 (control board) as a second level above the ceramic plate 6 provided inside the housing. The circuit board 13 can

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t t t < tt t t <t

dabei gemäß einer ersten Variante auf einem an der inneren Gehäusewandung umlaufenden Podest 1H anliegen. ;in this case, according to a first variant, rest on a pedestal 1H running around the inner housing wall. ;

Bei einer zweiten Ausführungvarinte des Moduls gemäß jh Fig. 2 ohne das umlaufende Podest 14 wird die |In a second variant of the module according to jh Fig. 2 without the circumferential platform 14 is the |

Leiterplatte 13 über die Anschlußdrähte 10 mit der '*· Circuit board 13 via the connecting wires 10 with the '* ·

Keramikplatte 6 vor dem Einbau elektrisch verbunden und anschließend durch die Bodenöffnung in das Halbleitermodul eingeschoben, Bei dieser zweiten Variante sind die Abmessungen der Leiterplatte 13 etwas geringer als die Abmessungen der Bodenöffnung zu dimensionieren.Ceramic plate 6 electrically connected before installation and then through the bottom opening into the Semiconductor module inserted. In this second variant, the dimensions of the circuit board 13 are somewhat to be dimensioned smaller than the dimensions of the floor opening.

Die Leiterplatte 13 weist kupferne Leiterbahnen 15 zum IThe circuit board 13 has copper conductor tracks 15 to the I.

Verlöten der Anschlußdrähte, elektrischen bzw. elektro- ψ Soldering the connecting wires, electrical or electrical ψ

nischen Bauteile 12 und extern zugänglichen Anschlußele- |Niches components 12 and externally accessible connection elements |

mente 16 auf. Diese Anschlußelemente 16 sind beispiels- £mente 16 on. These connection elements 16 are for example £

weise als Flachstecker oder Schraubanschlüsse ausgebil- |designed as flat plugs or screw connections |

det. Das Modul des Ausführungsbeispieles kann bis zu |det. The module of the embodiment can be up to |

neun derartige, auf der Oberseite des Gehäuse frei gnine such, free on the top of the housing g

zugängliche Anschlußelemente 16 aufweisen. |<Have accessible connection elements 16. | <

Der Vorteil dieser Ausführungsform eines Moduls liegt vor allem darin, daß unabhängig von der vorgesehenen ' Anwendung und Beschaltung des Moduls die Keramikplatte 6 mit den darauf aufgebauten Halbleiterbauelementen 9 ; stets in gleicher Weise herzustellen ist. Die durch die f vorgesehene Anwendung bedingte unterschiedliche Besohal- ; tung des Moduls, z.B. Parallel- oder Seriensohaltung der { einzelnen Halbleiterbauelemente 9, wird ebenso wie die | notwendige unterschiedliche Beschaltung des Moduls mit jelektrischen bzw. elektronischen Bauteilen 12 zur Schaffung von Schutz- und Ansteuerbeschaltungen durch geeignete Ausführung der Leiterplatte 11 realisiert. Es ist also stets nur ein "Leistungsteil" (= Keramikplat- i te 6 mit Halbleiterbauelementen 9) nötig, wodurch Ferti- ·The advantage of this embodiment of a module is primarily that, regardless of the intended use and wiring of the module, the ceramic plate 6 with the semiconductor components 9; is always to be produced in the same way. The different Besohal- caused by the intended application; processing of the module, for example parallel or serial maintenance of the { individual semiconductor components 9, is just like the | The necessary different wiring of the module with electrical or electronic components 12 to create protective and control circuits is implemented by means of a suitable design of the printed circuit board 11. So it's always just a "power unit" is needed (= Keramikplat- i te 6 with semiconductor components 9), whereby manufacturing ·

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gungs- und Lagerkosten eingespart werden. Es kann im voraus produziert und gelagert werden, ohne Jen speziellen Anwendungsfall zu kennen, da die Anpassung des "Leistungsteils¹¹ an die Anwendungsbedingungen erst durch entsprechende Ausbildung der Leiterplatte 11 erfolgt. Die spezifische Anpassung der Leiterplatte kann in der Fertigung recht schnell erfolgen.and storage costs can be saved. It can be produced and stored in advance without knowing the specific application, since the adaptation of the power section ¹¹ to the conditions of use only takes place through the appropriate design of the printed circuit board 11. The specific adaptation of the printed circuit board can take place very quickly in production.

Das mit der Keramikplatte 6 verklebte und mit der bestückten Leiterplatte 13 versehene Gehäuse wird in seinem unteren Teil mit einer weichen Vergußmasse 17 (z.B. Silikonkautschuk) zum Schutz der empfindlichen Aktivteile vergossen. Das Verschließen des Gehäuses bis über die Gehäusemitte erfolgt mit einer harten Vergußmasse 18 (z.B. Epoxidharz). Durch die harte Vergußmasse 18 werden insbesondere die extern zugänglichen Anschlußelemente 16 mechanisch stabilisiert.The housing glued to the ceramic plate 6 and provided with the printed circuit board 13 is shown in FIG its lower part with a soft potting compound 17 (e.g. silicone rubber) to protect the sensitive Potted active parts. The housing is closed up to the middle of the housing with a hard potting compound 18 (e.g. epoxy resin). The hard potting compound 18 in particular makes the externally accessible connection elements 16 mechanically stabilized.

In gleicher Weise kann auch ein Halbleitermodul geschaffen werden, das zwei und mehr Leiterplatten 13 übereinander aufweist. Gegebenenfalls kann die Leiterplatte bzw. eine der Leiterplatten 13 als Keramikplatte in Dickschichttechnik ausgeführt sein, um weitere zusätzliche Halbleiterbauelemente aufzunehmen.In the same way, a semiconductor module can also be created which has two or more printed circuit boards 13 on top of one another having. If necessary, the circuit board or one of the circuit boards 13 can be used as a ceramic plate in Thick-film technology can be designed to accommodate additional semiconductor components.

Desweiteren kann (können) die Leiterplatten(n) 13 mit Steckkontakten zur Aufnahme der Anschlußdrähte 10 und extern zugänglichen Anschlußelemente 16 versehen sein. Hierdurch wird bei der Herstellung ein Lötvorgang eingespart. Bei einer weiteren Variante sind die extern zugänglichen Anschlußelemente 16 bis zur untersten Keramikplatte 6 durchgeführt und die Leiterplatte(n) ist (sind) jeweils über Steckkontakte mit diesen Anschlußelementen 16 kontaktiert. Hierdurch werden die inneren Anschlußdrähte 10 eingespart.Furthermore can (can) the circuit board (s) 13 with plug contacts for receiving the connecting wires 10 and externally accessible connection elements 16 may be provided. As a result, a soldering process is required during manufacture saved. In a further variant, the externally accessible connection elements 16 are up to the lowest Ceramic plate 6 carried out and the circuit board (s) is (are) each via plug contacts with these Connection elements 16 contacted. This saves the inner connecting wires 10.

II.

Claims

596/82 claims 5

1. Semiconductor module with a housing open at the bottom and a ceramic plate connected to the housing as the housing base, the ceramic plate being provided on its side facing the housing interior with several semiconductor components and connecting wires and the housing interior being partially filled with a potting compound, characterized in that parallel to Ceramic plate (6) at least one circuit board (13) provided with electrical or electronic components (12) as well as conductor tracks (15) and externally accessible connection elements (16) is arranged inside the housing and connected to the semiconductor components (9).

2. Semiconductor module according to claim 1, characterized in that the circuit board (13) on one of the

inner housing wall surrounding platform (14) rests.

3. Semiconductor module according to at least one of the preceding claims, characterized in that the Circuit board (13) with a soft potting compound (17) and the externally accessible connection elements (16) with a hard potting compound (18) are cast.

4. Semiconductor module according to at least one of the

preceding claims, characterized in that the

Circuit board (13) is provided with plug contacts for plugging the connection elements (16,10).

5. Semiconductor module according to at least one of the preceding claims, characterized by a ceramic circuit board (13) with additional

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Semiconductor components (9) is equipped,