WO2018145968A1 - Leistungsmodul - Google Patents

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WO2018145968A1
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Hubert Baueregger
Albrecht Donat
Michael Kaspar
Kai Kriegel
Gerhard Mitic
Markus Schwarz
Herbert Schwarzbauer
Stefan Stegmeier
Karl Weidner
Jörg ZAPF
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01L2224/32227—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the layer connector connecting to a bond pad of the item
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    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/30—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of a plurality of layer connectors

Definitions

  • Power module The invention relates to a power module.
  • the power module according to the invention comprises a first member having a contact surface and a second member, and a contact piece open-pore material, wherein in the power module, the contact surface of the first component to the second component by means of the contact piece is electrically kontak ⁇ advantage, the power module of one or has several form ⁇ closing elements, the or at the contact surface is arranged or are and which / which engage in the offenpori ⁇ ge material of the contact piece / engages.
  • the open-pored material of the contact piece is preferably formed with a metal sponge and / or metal foam, in particular made of or with copper.
  • the contact piece of or containing metal in particular nickel and / or silver and / or gold and / or tin and / or copper and / or aluminum, advantageously formed as a metal sponge, in particular as a copper sponge.
  • the contact piece is formed with open-pore material is formed in these cases to be ⁇ Sonders simple manner electrically as an electrical contact piece. At the same time, the materials mentioned allow an open-pore formation in a simple manner.
  • first and / or second contact piece may be formed with a stack of lead frames. In this development, the open porosity of the contact piece can be easily ensured.
  • the open-pore material of the con ⁇ tact piece allows a simple surface electrical contact.
  • electrical contacting by means of electroplating, in particular electrochemically or without external current, can take place
  • Electrolyte fluid can penetrate into the pores of the porous material. In this way, a good electrical connection can be done very quickly and easily.
  • the contact piece is formed with an open-pore material in the form of an open-pore material.
  • electrolytic fluid can easily pass through the contact piece.
  • a cooling fluid in particular cooling liquid or a cooling gas such as air, flow through the contact piece for cooling the power component, so that a particularly effizi ⁇ enter heat dissipation, for example of the first and / or second component, in particular a power component is possible.
  • the open porosity of the material of the contact ⁇ piece has the additional advantage that the.
  • One or meh ⁇ reren form-locking elements of the power module can efficiently engage in the open-pore material of the contact piece, so that both a stable mechanical connection of Kon ⁇ clock face and the contact piece is
  • the one or more positive locking elements engage in open pores of the open-pored material.
  • ei ⁇ ne positive connection of contact surface and contact ⁇ piece is very simple.
  • the interlocking elements are or are formed with electrically conductive material, ie the one or more interlocking elements themselves contribute directly to the electrical contact.
  • Wide Erbil ⁇ dung be that or at the same time used, the form-fitting elements which are to form the form fit anyway with parts or areas of the contact piece into contact for electrical contacting of this.
  • the positive connection of contact piece and contact surface can be accomplished by the contact piece is moved to the contact surface and brought to the plant.
  • the contact piece to the contact surface similar easy to contact, as can be handled in particular a hook and loop fastener, in which The connection partners must also be brought together only with each other.
  • the one or more positive-locking elements preferably has or have barbs.
  • barbs By barbs, a positive connection can be easily realized, for example by the barbs eingrei ⁇ fen in particular in pores of the porous material of the contact piece.
  • the one or more form-locking elements has or have a further extending nail and / or mushroom head shape. In this way, cantilevered structures that act much like barbs can be easily realized.
  • the Kunststoffflä ⁇ surface and the open-pored material in the manner of a Velcro fastener are ⁇ circuit connectable to and / or connected. Even loading knew Velcro closures have interlocking elements, preferably ⁇ as hook-like structures, in particular in the manner of barbs, which simply foam- in pores or fibers or can snag fleece-like material. In this development, a particularly simple connectivity of the contact surface and contact piece is ensured, which supports an unobstructed electrical contact particularly suitable un ⁇ .
  • the power module of the invention which are or the form-fitting elements elekt ⁇ driven conductive, in particular from or with metal, preferably ⁇ as copper and / or gold and / or titanium is formed.
  • the form or the closing elements are electrically non-conductive, in particular made of or with electrically non-conductive polymer.
  • the electrical contact by means of realize surface contact piece and contact surface alone.
  • the contact surface and / or the one or more form-locking elements with the contact piece by means of welding, in particular laser ⁇ welding or resistance welding, contacted electrically and / or mechanically.
  • the power module according to the invention has a cooling channel, wherein the first and / or second component is / are arranged in the cooling channel and the cooling channel is designed in particular for the flow through of the contact piece.
  • the first and / or second component in particular a bathbau ⁇ part, particularly efficient entskyrmbar.
  • cooling fluid in particular cooling fluid or cooling gas
  • Liquid cooling can be carried out both as single-phase and as two-phase cooling by means of local evaporation.
  • the transport of the cooling fluid can be done actively by pumping or alternatively passively according to the principle of a thermosiphon or a heat pipe.
  • Figure 1 shows a power module according to the invention with a Sub ⁇ strat, a contact piece and a semiconductor chip, wherein the contact piece is connected to the substrate by means of a Velcro fastener, schematically in longitudinal section.
  • the invention Leis ⁇ processing module 50 a substrate 10 in the form of a flat part having a flat side 20.
  • the substrate 10 has a contact ⁇ surface 30 which is connected by means of a through contact 40 away from the flat surface 20 to further parts of the Leis ⁇ processing module 50 according to the invention.
  • the contact surface 30 by means of a contact piece 55 of open-pore material with a semicon ⁇ fererbauelement 60 in the form of a semiconductor chip surface electrically contacted (in Fig. 1 is - in the manner of an exploded view - the contact piece 55 from the contact surface 30 spaced shown to represent the ⁇ used de connection technology as described below).
  • the contact piece 55 is made of porous material and offenzariaem material and realized as an electrically conductive copper sponge. Due to the open-cell and open-pored structure of the contact piece 55, this can be flowed through by cooling fluid, for example air or cooling fluid. It is understood that in other, not specifically illustrated exemplary embodiments, which otherwise correspond to the exemplary embodiments explained with reference to the figure, the contact piece 55 can also consist of other open-pore and electrically conductive materials, for example, from or with fabrics or nets or other porous materials Structured aluminum or titanium contact pieces or as formed from or as with any other metal contact piece. For example, a polymer sponge partially coated with conductive material or with conductive particles may be used as the contact material. piece 55 serve.
  • the contact piece 55 has a non-woven structure. From the contact surface 30 form-fitting elements extend in the form of barbs 90, which in known manner by means of Maisierhügel (English: “bumps”) formed who ⁇ the: For this purpose, by means of the known "Studding” method in a conventional manner made of metal, here eg gold, existing wire made of a tool in the form of a capillary (method and tool in the drawing not explicitly ge ⁇ shows). In other exemplary embodiments, which are not shown separately in the drawing, it is also possible to use another metal instead of gold, for example aluminum or copper.
  • the wire made from the capillary is melted, so that the wire ends outside the capillary in a rapidly solidifying wire ball.
  • the capillary is lowered onto the contact surface 30 with this wire bead, after which the wire bead is fixed to the contact surface 30 by means of ultrasonic welding.
  • After fixing remains on the contact surface 30 is an approximately hemispherical head 70 with a radius depending on the originally executed from the capillary wire, in the illustrated embodiment, a radius of a few tens, about 50 microns.
  • the wire 80 is separated from the capillary, wherein depending on the solution of the wire 80 from the capillary, the hemispherical head 70 distal end of the attached to the hemispherical head wire 80 has the shape of a barb 90.
  • the heads 70 and the wire 80 are manufactured by a different method than the "studding" method. wherein the head 70 is melted with flame or electrical charge and the head 70 is bonded by pressure, heat and ultrasound to the contact surface 30 and an end of the wire 80 remote from the contact surface 30 is severed by a knife or other method, or Ultrasonic wedge bonding, in which the wire 80 is ver ⁇ welded directly by means of ultrasound and pressure to the contact piece used.
  • the positive-locking elements are produced by means of gluing or laser-lamination.
  • This mechanical and simultaneously electrical connection of contact piece 55 and contact surface 30 of the substrate 10 is referred to by means of electroplating, in particular elekt ⁇ Roche mixed or externally current-free, or by welding, electrically and mechanically amplified at ⁇ game as laser welding or resistance welding.
  • electroplating in particular elekt ⁇ Roche mixed or externally current-free
  • welding electrically and mechanically amplified at ⁇ game as laser welding or resistance welding.
  • the form-fitting elements in the form of barbs positive locking elements in the form of Copper nail ends are present, with copper nail heads extending from the contact surface 30.
  • the copper nail heads also effectively form lateral projections which can interlock positively in open pores of the contact piece 55.
  • the contact piece 55 to the contact surface 30 in the manner of a hook and loop fastener angebun ⁇ .
  • nail heads of a different metal may be present as Form gleichele ⁇ elements in other embodiments.
  • the nail heads may be formed, for example, as a round head.
  • the substrate 10 on a side facing away from the flat side 20 flat side 120 has a contact surface with form-locking elements, so that the substrate 10 on two opposite sides with each a contact piece 55 is connectable.
  • the erfin ⁇ tion proper power module 50 has a cooling channel, which is formed with the substrate 10 and other, not specifically shown parts of the power module 50.
  • the semiconductor component 60 is arranged together with the contact piece 55 in this cooling channel.
  • the cooling channel is formed withméflüs ⁇ liquid permeable, in particular sealed and / or formed for the flow through the contact piece 55.

Abstract

Ein Leistungsmodul (50) weist ein erstes Bauteil (10) (z.B. ein Substrat) mit einer Kontaktfläche (30), ein zweites Bauteil (60) (z.B. ein Halbleiterbauelement) und ein Kontaktstück (55) offenporigen Materials auf, wobei die Kontaktfläche (30) des ersten Bauteils (10) mit dem zweiten Bauteil (60) mittels des Kontaktstücks (55) elektrisch kontaktiert ist und an der Kontaktfläche (30) ein oder mehrere Formschlusselemente (70, 80, 90) angeordnet sind, welche in das offenporige Material des Kontaktstücks (55) eingreifen, insbesondere sich damit verhaken. Die Kontaktfläche (30) des ersten Bauteils (10) und das offenporige Material des Kontaktstücks (55) können mittels des einen oder mehreren Formschlusselemente in der Art eines Klettverschlusses miteinander verbunden sein. Die Formschlusselemente (70, 80, 90) können z.B. Widerhaken oder sich fortstreckende Nagel- und/oder Pilzkopf-Gestalt aufweisen. Die Kontaktfläche (30) und/oder das oder die Formschlusselemente (70, 80, 90) können mit dem Kontaktstück mittels Galvanisierens, insbesondere elektrochemisch oder außenstromfrei, elektrisch und/oder mechanisch kontaktiert sein. Das Leistungsmodul (50) kann einen Kühlkanal aufweisen, wobei das zweite Bauteil (60) zusammen mit dem Kontaktstück (55) in dem Kühlkanal angeordnet ist und der Kühlkanal mit Kühlflüssigkeit durchströmbar ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Leistungsmodul Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul.
In der Leistungselektronik, etwa bei Leistungsmodulen, werden passive Bauteile wie etwa Widerstände sowie Halbleiterbautei¬ le wie beispielsweise IGBTs, Dioden, MOSFETS, LEDs und Sub- strate wie etwa FR4, DCB (engl.: „Direct copper bonded") , AMB (engl.: „Active metal braze") und Leadframes elektrisch mit¬ tels einer Aufbau- und Verbindungstechnik miteinander verbunden . Hierzu ist grundsätzlich eine Vielzahl von Verbindungstechniken zur Herstellung von Leistungsmodulen bekannt. Eine insbesondere substratferne elektrische Kontaktierung erfordert al¬ lerdings häufig zusätzliche und aufwändige Prozessschritte. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Leis¬ tungsmodul bereitzustellen, bei welchem die elektrische
Kontaktierbarkeit von Bauteilen verbessert ist und vorzugs¬ weise auch die Kontaktierung substratferner elektrischer Bauteile insbesondere eines Leistungsmoduls vereinfacht ist.
Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Leistungsmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
Das erfindungsgemäße Leistungsmodul weist ein erstes Bauteil mit einer Kontaktfläche und ein zweites Bauteil sowie ein Kontaktstück offenporigen Materials auf, wobei bei dem Leis- tungsmodul die Kontaktfläche des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil mittels des Kontaktstücks elektrisch kontak¬ tiert ist, wobei das Leistungsmodul eines oder mehrere Form¬ schlusselemente aufweist, das oder die an der Kontaktfläche angeordnet ist oder sind und welches/welche in das offenpori¬ ge Material des Kontaktstücks eingreifen/eingreift.
Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul ist das offenporige Material des Kontaktstücks bevorzugt mit einem Metallschwamm und/oder Metallschaum, insbesondere aus oder mit Kupfer, gebildet. Geeigneterweise ist bei dem erfindungsgemäßen Leis¬ tungsmodul das Kontaktstück aus oder mit Metall, insbesondere Nickel und/oder Silber und/oder Gold und/oder Zinn und/oder Kupfer und/oder Aluminium, zweckmäßig als Metallschwamm, insbesondere als Kupferschwamm, gebildet. Das mit offenporigem Material gebildete Kontaktstück ist in diesen Fällen auf be¬ sonders einfache Weise elektrisch leitend als elektrisches Kontaktstück ausgebildet. Zugleich erlauben die genannten Ma- terialien auf einfache Weise eine offenporige Ausbildung.
Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das offenporige Material des Kontaktstücks mit einer gewebearti¬ gen und/oder schaumartigen und/oder netzartigen Struktur, insbesondere einer als Metallnetz gebildeten Struktur, gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann/können erstes und/oder zweites Kontaktstück mit einem Stapel von Leiterrahmen gebildet sein. In dieser Weiterbildung lässt sich die Offenporig- keit des Kontaktstücks leicht gewährleisten.
Vorteilhafterweise erlaubt das offenporige Material des Kon¬ taktstücks eine einfache flächige elektrische Kontaktierung. Insbesondere kann mittels der Offenporigkeit des Materials eine elektrische Kontaktierung mittels Galvanisierens, insbe- sondere elektrochemisch oder außenstromfrei , erfolgen, da
Elektrolytflüssigkeit in die Poren des offenporigen Materials eindringen kann. Auf diese Weise kann eine gute elektrische Anbindung sehr rasch und ohne großen Aufwand erfolgen. Idealerweise ist das Kontaktstück mit einem offenporigen Material in Gestalt eines offenzeiligen Materials gebildet. In dieser Weiterbildung der Erfindung kann einerseits Elektrolytflüssigkeit das Kontaktstück leicht durchsetzen. Ferner kann auch ein Kühlfluid, insbesondere Kühlflüssigkeit oder ein Kühlgas wie etwa Luft, das Kontaktstück zur Kühlung des Leistungsbauteils durchströmen, sodass ein besonders effizi¬ enter Wärmeabtransport, etwa von erstem und/oder zweiten Bau- teil, insbesondere einem Leistungsbauteil, ermöglicht ist.
Zugleich bietet die Offenporigkeit des Materials des Kontakt¬ stücks den zusätzlichen Vorteil, dass das eine oder die meh¬ reren Formschlusselemente des Leistungsmoduls effizient in das offenporige Material des Kontaktstücks eingreifen können, sodass zugleich eine stabile mechanische Verbindung von Kon¬ taktfläche und Kontaktstück besteht.
Besonders bevorzugt greifen das oder die Formschlusselemente in offene Poren des offenporigen Materials ein. Somit ist ei¬ ne formschlüssige Verbindung von Kontaktfläche und Kontakt¬ stück sehr einfach gestaltet.
Idealerweise ist oder sind die Formschlusselemente mit elekt- risch leitfähigem Material gebildet, d.h. das oder die Formschlusselemente tragen selbst direkt zur elektrischen Kontak- tierung bei. Vorteilhafterweise werden in dieser Weiterbil¬ dung das oder die Formschlusselemente, welche zur Bildung des Formschlusses ohnehin mit Teilen oder Bereichen des Kontakt- Stücks in Anlage sind, zugleich zur elektrischen Kontaktie- rung genutzt.
Zweckmäßig streckt oder strecken sich bei dem erfindungsgemä¬ ßen Leistungsmodul das oder die Formschlusselemente von der Kontaktfläche fort. Auf diese Weise ist ein Formschluss be¬ sonders einfach zu bewerkstelligen. Besonders bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul der Formschluss von Kontaktstück und Kontaktfläche bewerkstelligbar, indem das Kontaktstück auf die Kontaktfläche zu bewegt und zur Anlage gebracht wird. Auf diese Weise lässt sich das Kontaktstück an die Kontaktfläche ähnlich einfach kontaktieren, wie sich insbesondere ein Klettverschluss handhaben lässt, bei welchem die Verbindungspartner ebenfalls lediglich miteinander zur Anlage gebracht werden müssen.
Bevorzugt weist oder weisen bei dem erfindungsgemäßen Leis- tungsmodul das oder die Formschlusselemente Widerhaken auf. Mittels Widerhaken lässt sich eine formschlüssige Verbindung leicht realisieren, etwa indem die Widerhaken insbesondere in Poren des offenporigen Materials des Kontaktstücks eingrei¬ fen .
Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul weist oder weisen das oder die Formschlusselemente sich fortstreckende Nagel- und/oder Pilzkopf-Gestalt auf. Auf diese Weise lassen sich auskragende Strukturen, welche ähnlich wie Widerhaken wirken, leicht realisieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul sind die Kontaktflä¬ che und das offenporige Material in der Art eines Klettver¬ schlusses miteinander verbindbar und/oder verbunden. Auch be- kannte Klettverschlüsse weisen Formschlusselemente, vorzugs¬ weise hakenähnliche Strukturen, insbesondere in der Art von Widerhaken, auf, welche sich einfach in Poren oder Fasern schäum- oder vliesartigen Materials verhaken lassen. In dieser Weiterbildung ist eine besonders einfache Verbindbarkeit von Kontaktfläche und Kontaktstück gewährleistet, welche eine unaufwändige elektrische Kontaktierung besonders geeignet un¬ terstützt .
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls sind das oder die Formschlusselemente elekt¬ risch leitfähig, insbesondere aus oder mit Metall, vorzugs¬ weise Kupfer und/oder Gold und/oder Titan gebildet.
In einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls sind das oder die Form¬ schlusselemente elektrisch nicht leitfähig, insbesondere aus oder mit elektrisch nichtleitendem Polymer, gebildet. In dieser Weiterbildung lässt sich der elektrische Kontakt mittels flächiger Anlage von Kontaktstück und Kontaktfläche allein realisieren .
Geeigneterweise sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul die Kontaktfläche und/oder das oder die Formschlusselemente mit dem Kontaktstück mittels Galvanisierens, insbesondere elektrochemisch oder außenstromfrei , elektrisch kontaktiert. Auf diese Weise tritt zusätzlich zur formschlüssigen und zweckmäßig elektrisch leitenden Verbindung von Kontaktfläche und Kontaktstück eine stoffschlüssige und elektrisch leitende Verbindung hinzu, sodass die elektrische Kontaktierung effi¬ zient und zuverlässig gewährleistet ist.
Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul die Kontaktfläche und/oder das oder die Formschlusselemente mit dem Kontaktstück mittels Schweißens, insbesondere Laser¬ schweißens oder Widerstandsschweißens, elektrisch und/oder mechanisch kontaktiert. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Leistungsmodul einen Kühlkanal auf, wobei das erste und/oder zweite Bauteil im Kühlkanal angeordnet ist/sind und der Kühlkanal insbesondere zur Durchströmung des Kontaktstücks ausgebildet ist. Auf die¬ se Weise ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das erste und/oder zweite Bauteil, insbesondere ein Leistungsbau¬ teil, besonders effizient entwärmbar. In dieser Weiterbildung der Erfindung kann Kühlfluid, insbesondere Kühlflüssigkeit oder Kühlgas, das Kontaktstück aufgrund dessen Offenporigkeit oder Offenzelligkeit durchsetzen und eine Entwärmung bewir- ken. Eine Flüssigkeitskühlung kann dabei sowohl als Ein- als auch als Zweiphasenkühlung mittels lokaler Verdampfung ausgeführt werden. Der Tranport der Kühlflüssigkeit kann aktiv durch Pumpen erfolgen oder alternativ passiv nach dem Prinzip eines Thermosyphons oder einer Heatpipe.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei¬ gen : Figur 1 ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul mit einem Sub¬ strat, einem Kontaktstück und einem Halbleiterchip, wobei das Kontaktstück mit dem Substrat mittels ei- nes Klettverschlusses angebunden ist, schematisch im Längsschnitt.
Wie in Fig. 1 dargestellt weist das erfindungsgemäße Leis¬ tungsmodul 50 ein Substrat 10 in Gestalt eines Flachteils mit einer Flachseite 20 auf. Das Substrat 10 weist eine Kontakt¬ fläche 30 auf, die mittels eines Durchkontakts 40 abseits der Flachseite 20 an weitere Teile des erfindungsgemäßen Leis¬ tungsmoduls 50 angebunden ist. Bei dem Leistungsmodul 50 ist die Kontaktfläche 30 mittels eines Kontaktstücks 55 offenporigen Materials mit einem Halb¬ leiterbauelement 60 in Gestalt eines Halbleiterchips flächig elektrisch kontaktiert (in Fig. 1 ist - in der Art einer Explosionsdarstellung - das Kontaktstück 55 von der Kontakt- fläche 30 beabstandet dargestellt, um die zum Einsatz kommen¬ de Verbindungstechnik wie nachfolgend beschrieben darzustellen) .
Das Kontaktstück 55 ist aus offenporigem und offenzeiligem Material gefertigt und als elektrisch leitfähiger Kupferschwamm realisiert. Aufgrund der offenzeiligen und offenporigen Struktur des Kontaktstücks 55 ist dieses mit Kühlfluid, etwa Luft oder Kühlflüssigkeit, durchströmbar. Es versteht sich, dass in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausfüh- rungsbeispielen, welche im Übrigen den anhand der Figur erläuterten Ausführungsbeispielen entsprechen, das Kontaktstück 55 auch aus sonstigen offenporigen und elektrisch leitfähigen Materialien bestehen kann, etwa aus oder mit Geweben oder Netzen oder sonstigen porösen Strukturen gebildete Aluminium- oder Titankontaktstücke oder als aus oder als mit sonstigem Metall gebildetes Kontaktstück. Beispielsweise kann ein mit leitfähigem Material bereichsweise beschichteter oder mit leitfähigen Partikeln versetzter Polymerschwamm als Kontakt- stück 55 dienen. In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen weist das Kontaktstück 55 eine vliesartige Struktur auf. Von der Kontaktfläche 30 strecken sich Formschlusselemente in Gestalt von Widerhaken 90 fort, welche in an sich bekannter Weise mittels Kontaktierhügel (engl.: „Bumps") gebildet wer¬ den : Dazu wird mittels des an sich bekannten „Studding"-Verfahrens in üblicher Weise aus Metall, hier z.B. Gold, bestehender Draht aus einem Werkzeug in Form einer Kapillare ausgeführt (Verfahren und Werkzeug in der Zeichnung nicht explizit ge¬ zeigt) . In weiteren, nicht gesondert in der Zeichnung darge- stellten Ausführungsbeispielen kann anstelle von Gold auch ein anderes Metall herangezogen werden, beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Mittels Hochspannung wird der aus der Kapillare ausgeführte Draht aufgeschmolzen, sodass der Draht außerhalb der Kapillare in einem rasch erstarrenden Drahtkü- gelchen endet. Die Kapillare wird mit diesem Drahtkügelchen auf die Kontaktfläche 30 gesenkt, wonach das Drahtkügelchen mittels Ultraschallschweißens an der Kontaktfläche 30 fixiert wird. Nach dem Fixieren verbleibt auf der Kontaktfläche 30 ein etwa halbkugelförmiger Kopf 70 mit einem Radius abhängig von dem ursprünglich aus der Kapillare ausgeführten Draht, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Radius von einigen zehn, etwa 50, Mikrometern. Mittels Anhebens der Kapillare wird ein an dem halbkugelförmigen Kopf angebundener Draht 80 aus der Kapillare ausgezogen. Nachfolgend wird der Draht 80 von der Kapillare getrennt, wobei je nach Lösung des Drahts 80 von der Kapillare das dem halbkugelförmigen Kopf 70 ferne Ende des an dem halbkugelförmigen Kopf anhängenden Drahtes 80 die Gestalt eines Widerhakens 90 aufweist. In weiteren, nicht eigens in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen werden die Köpfe 70 und der Draht 80 mit einem anderen Verfahren als mit dem „Studding"-Verfahren gefertigt. Beispielsweise werden das Thermosonic-Ball-Bonden, bei welchem der Kopf 70 mit Flamme oder elektrischer Ladung geschmolzen wird und der Kopf 70 mittels Druck, Wärme und Ultraschall auf die Kontaktfläche 30 gebondet wird und ein der Kontaktfläche 30 fernes Ende des Drahts 80 mittels eines Messers oder einer anderen Methode getrennt wird, oder das Ultraschall-Wedge-Bonden, bei welchen der Draht 80 direkt mittels Ultraschalls und Drucks an das Kontaktstück ver¬ schweißt wird, eingesetzt. In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen werden die Formschlusselemente mittels Anklebens oder Anlaserns gefertigt.
Das Kontaktstück 55 ist an eine Kontaktfläche 100 des Halb¬ leiterbauelements 60 elektrisch ankontaktiert und mechanisch zu einem einstückig handhabbaren Bauteil verbunden. Dazu ist das Halbleiterbauelement 60 mit seiner Kontaktfläche 100 an das Kontaktstück 55 angalvanisiert (wie in Fig. 1 dargestellt ist im Übrigen auch eine von der Kontaktfläche 100 abgewandte weitere Kontaktfläche an ein Kontaktstück kontaktiert, wel¬ ches identisch zu dem Kontaktstück 55 ausgebildet ist) .
Werden das Kontaktstück 55 und die Kontaktfläche 30 des Sub¬ strats 10 flächig zur Anlage gebracht, so verhaken sich die Widerhaken 90 des Drahts 80 der Formschlusselemente in den offenen Poren des Kontaktstücks 55. Folglich greifen die Formschlusselemente in der Art eines Klettverschlusses in die Poren des Kontaktstücks 55 ein.
Diese mechanische und zugleich elektrisch leitende Verbindung von Kontaktstück 55 und Kontaktfläche 30 des Substrats 10 wird nachfolgend mittels Galvanisierens, insbesondere elekt¬ rochemisch oder außenstromfrei , oder mittels Schweißens, bei¬ spielsweise Laserschweißens oder Widerstandsschweißens, elektrisch und mechanisch verstärkt. In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel, welches im Übrigen dem dargestellten Ausführungsbei¬ spiel entspricht, sind anstelle der Formschlusselemente in Gestalt von Widerhaken Formschlusselemente in Gestalt von Kupfernagelenden vorhanden, wobei sich Kupfernagelköpfe von der Kontaktfläche 30 fortstrecken. Auch die Kupfernagelköpfe bilden gewissermaßen laterale Vorsprünge aus, welche sich formschlüssig in offenen Poren des Kontaktstücks 55 verhaken können. Auch in diesem Falle ist das Kontaktstück 55 an die Kontaktfläche 30 in der Art eines Klettverschlusses angebun¬ den. Grundsätzlich können in weiteren Ausführungsbeispielen auch Nagelköpfe aus einem anderen Metall als Formschlussele¬ mente vorhanden sein. Die Nagelköpfe können beispielsweise als Rundkopf ausgebildet sein.
In weiteren, nicht gesondert in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche im Übrigen den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechen, weist das Substrat 10 auch an einer der Flachseite 20 abgewandten Flachseite 120 eine Kontaktfläche mit Formschlusselementen auf, sodass das Substrat 10 an zwei einander abgewandten Seiten mit je einem Kontaktstück 55 verbindbar ist. Nicht eigens in der Zeichnung dargestellt weist das erfin¬ dungsgemäße Leistungsmodul 50 einen Kühlkanal auf, welcher mit dem Substrat 10 und weiteren, nicht eigens dargestellten Teilen des Leistungsmoduls 50 gebildet ist. Dabei ist das Halbleiterbauelement 60 gemeinsam mit dem Kontaktstück 55 in diesem Kühlkanal angeordnet. Der Kühlkanal ist mit Kühlflüs¬ sigkeit durchströmbar ausgebildet, insbesondere abgedichtet und/oder zur Durchströmung des Kontaktstücks 55 ausgebildet.

Claims

Patentansprüche
1. Leistungsmodul mit einem ersten Bauteil (10) mit einer Kontaktfläche (30), mit einem zweiten Bauteil (60) sowie mit einem Kontaktstück (55) offenporigen Materials, bei dem die Kontaktfläche (30) des ersten Bauteils (10) mit dem zweiten Bauteil (60) mittels des Kontaktstücks (55) elektrisch kon¬ taktiert ist und an der Kontaktfläche (30) eines oder mehrere Formschlusselemente (70, 80, 90) angeordnet sind, welche/s in das offenporige Material des Kontaktstücks (55) eingrei¬ fen/eingreift .
2. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem sich das oder die Formschlusselemente (70, 80,
90) von der Kontaktfläche fortstrecken/fortstreckt.
3. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das oder die Formschlusselemente (70, 80, 90) Wi- derhaken aufweisen/aufweist.
4. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das oder die Formschlusselemente (70, 80, 90) sich fortstreckende Nagel- und/oder Pilzkopf-Gestalt aufwei- sen/aufweist .
5. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kontaktfläche mittels des oder der Form¬ schlusselements/Formschlusselemente (70, 80, 90) und das of- fenporige Material in der Art eines Klettverschlusses mitei¬ nander verbindbar und/oder verbunden sind.
6. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das oder die Formschlusselemente elektrisch leit- fähig, insbesondere aus oder mit Metall, vorzugsweise Kupfer und/oder Gold und/oder Titan gebildet sind.
7. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das oder die Formschlusselemente mit oder aus nicht elektrisch leitfähigem Material, insbesondere aus oder mit elektrisch nichtleitendem Polymer, gebildet ist/sind.
8. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kontaktfläche und/oder das oder die Form¬ schlusselemente (70, 80, 90) mit dem Kontaktstück mittels Galvanisierens, insbesondere elektrochemisch oder außenstroirv frei, elektrisch kontaktiert sind.
9. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Kontaktfläche und/oder das oder die Form¬ schlusselemente (70, 80, 90) mit dem Kontaktstück mittels Schweißens, insbesondere Laserschweißens oder Widerstands¬ schweißens, elektrisch und/oder mechanisch kontaktiert sind
10. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Kühlkanal, wobei das Kontaktstück und vorzugsweise das erste und/oder zweite Bauteil im Kühlkanal angeordnet ist/sind und der Kühlkanal zur Durchströmung des Kontakt¬ stücks ausgebildet ist.
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