DE102024200800A1

DE102024200800A1 - Connection device for semiconductor structure as source feedback

Info

Publication number: DE102024200800A1
Application number: DE102024200800.1A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Winkler; Nils Rebmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-01-30
Filing date: 2024-01-30
Publication date: 2025-07-31

Abstract

Verbindungsvorrichtung (10) zur elektrischen Verbindung einer Vorder- und Rückseite (22a,b) eines Substrats (21a,b) eines sandwichartigen Leistungsmoduls (20), aufweisend einen klammerartigen Grundkörper (1).
Connecting device (10) for electrically connecting a front and rear side (22a,b) of a substrate (21a,b) of a sandwich-type power module (20), comprising a clamp-like base body (1).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung einer Vorder- und Rückseite eines Substrats eines sandwichartigen Leistungsmoduls, aufweisend einen klammerartigen Grundkörper, sowie die Verwendung der Verbindungsvorrichtung zur Bereitstellung einer Kontaktierung eines Substrats eines sandwichartigen Leistungsmoduls, insbesondere zur Bereitstellung einer Feedback-Schleife.The invention relates to a connecting device for electrically connecting a front and rear side of a substrate of a sandwich-type power module, comprising a clamp-like base body, and to the use of the connecting device for providing contact to a substrate of a sandwich-type power module, in particular for providing a feedback loop.

Stand der TechnikState of the art

Leistungshalbleiter wie beispielsweise auf Silizium-Carbid (SiC) basierende Leistungs-MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und diese umfassende Bauelemente sind bekannt.Power semiconductors such as silicon carbide (SiC)-based power MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) and components comprising them are well known.

Für derartige Halbleiterbauelemente ist die Anwendung einer Feedback-Schleife aus dem Stand der Technik bekannt, welche eine Gate-Source Spannung durch sogenanntes Source-Feedback oder Source-Degeneration gezielt verringert. Hierbei wird eine Impedanz im Source Pfad zur Beeinflussung der Gate-Spannung vorgesehen, welche zur Bereitstellung eines Spannungsabfalls dient. Dies kann insbesondere in Fehlerfällen, wie beispielsweise einem Kurzschlussfall, dazu dienen, negative Auswirkungen auf das Bauelement zu vermeiden bzw. zu reduzieren.For such semiconductor components, the use of a feedback loop is known from the prior art. This loop specifically reduces the gate-source voltage through so-called source feedback or source degeneration. In this case, an impedance is provided in the source path to influence the gate voltage, which serves to provide a voltage drop. This can be used, particularly in fault situations such as a short circuit, to prevent or reduce negative effects on the component.

Ebenfalls bekannt sind aus dem Stand der Technik Leistungsmodule mit einer Sandwich-Konstruktion, welche einen Leistungshalbleiter, insbesondere einen SiC MOSFETs aufweisen, der zwischen zwei keramischen Substraten mit je zweiseitiger Metallisierung angeordnet ist, welche zum Leiten der elektrischen Ströme genutzt werden. Ein oberes Substrat wird dabei auch für die Anbindung der Steuersignale, insbesondere Gate und Kelvin Source der MOSFETs, mittels Drahtbondverbindung genutzt. Dazu wird der Leistungshalbleiter mit der metallischen Vorderseite des oberen Substrats mittels Drahtbonds kontaktiert. Die Vorder- bzw. Oberseite des oberen Substrats ist dabei entsprechend strukturiert, um die unterschiedlichen Signale voneinander elektrisch zu isolieren. Aufgrund der Verwendung von keramischen Substraten in derartigen Leistungsmodulen sind Durchkontaktierungen bzw. VIAs insbesondere unter Serienfertigungsbedingungen nicht möglich, so dass die beiden Metallisierungen des oberen Substrats auf dessen Vorder- und Rückseite nicht miteinander verbunden werden können und somit kein Source Feedback innerhalb des Substrats ermöglicht wird. Alternativ könnte eine Verbindung von der Vorderseite des oberen Substrats mittels Drahtbonds auf die Vorderseite des unteren Substrats bereitgestellt werden, da die Rückseite des oberen Substrats mit der Vorderseite des unteren Substrats in Verbindung steht. Auch dies ist bei derartigen Leistungsmodulen nicht möglich, da es üblicherweise nicht genügend Freiraum gibt, um die um die Verbindung ohne Kollision von Bondwerkzeug mit dem Substrat herzustellen bzw. da die nutzbaren Flächen bereits für die externe Kontaktierung des Leistungsmoduls blockiert sind.Also known from the prior art are power modules with a sandwich construction, which comprise a power semiconductor, in particular a SiC MOSFET, arranged between two ceramic substrates, each with double-sided metallization, which is used to conduct electrical currents. An upper substrate is also used for connecting the control signals, in particular the gate and Kelvin source of the MOSFETs, via wire bonds. For this purpose, the power semiconductor is contacted with the metallic front side of the upper substrate via wire bonds. The front or upper side of the upper substrate is structured accordingly to electrically isolate the different signals from one another. Due to the use of ceramic substrates in such power modules, through-hole connections or VIAs are not possible, particularly under series production conditions, so that the two metallizations of the upper substrate on its front and back cannot be connected to one another, thus preventing source feedback within the substrate. Alternatively, a connection could be made from the front side of the upper substrate to the front side of the lower substrate using wire bonds, since the back side of the upper substrate is connected to the front side of the lower substrate. This is also not possible with such power modules, as there is typically insufficient clearance to create the connection without collision between the bonding tool and the substrate, or because the usable areas are already blocked for external contacting of the power module.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, die vorbeschriebenen Nachteile zu adressieren und eine verbessertes Kontaktierungsmöglichkeit bereitzustellen.The object of the invention is to address the disadvantages described above and to provide an improved contacting option.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung einer Vorder- und Rückseite eines Substrats eines sandwichartigen Leistungsmoduls, aufweisend einen klammerartigen Grundkörper mit einem ersten Kontaktschenkel zur Kontaktierung einer Vorderseite des Substrats und einen gegenüberliegend angeordneten zweiten Kontaktschenkel zur Kontaktierung einer Rückseite des Substrats, sowie ein sich zwischen einem jeweiligen Ende des ersten und zweiten Kontaktschenkels erstreckendes Verbindungselement.The invention relates to a connecting device for electrically connecting a front and rear side of a substrate of a sandwich-type power module, comprising a clamp-like base body with a first contact leg for contacting a front side of the substrate and an oppositely arranged second contact leg for contacting a rear side of the substrate, as well as a connecting element extending between a respective end of the first and second contact leg.

Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung ermöglicht die Bereitstellung eines Source Feedbacks ohne Durchkontaktierung bzw. VIAs von der Vorderzur Rückseite des Substrats mittels seitlicher Verbindung bzw. Kantenverbindung. Hierbei wird das Kurzschlussverhalten des Leistungsmoduls begünstigt, sowie der Platzbedarf für die Verdrahtung der Steueranschlüsse der einzelnen Leistungshalbleiterbauelemente reduziert. Weiterhin wird eine höhere Zuverlässigkeit der Verbindung erzielt, welche zudem vorgefertigt und geprüft werden kann. Ebenso kann eine höhere Stromtragfähigkeit gegenüber Drahtbonds erzielt werden.The connection device according to the invention enables the provision of source feedback without vias or vias from the front to the back of the substrate by means of a lateral or edge connection. This improves the short-circuit behavior of the power module and reduces the space required for wiring the control terminals of the individual power semiconductor components. Furthermore, a higher reliability of the connection is achieved, which can also be prefabricated and tested. A higher current-carrying capacity can also be achieved compared to wire bonds.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhaft ausgebildet, insbesondere eine Metallisierung der Vorderseite mit einer Metallisierung der Rückseite des Substrats elektrisch leitend zu verbinden. Die Metallisierung der Vorderseite und die Metallisierung der Rückseite sind dabei vorzugsweise voneinander durch eine vorgesehene, zwischenliegende Isolationsschicht getrennt. Das Substrat ist vorzugsweise ein keramisches Substrat, welcher weiter vorteilhaft keine Durchkontaktierungen bzw. VIAs aufweist.The device according to the invention is advantageously designed, in particular, to electrically connect a metallization on the front side to a metallization on the back side of the substrate. The metallization on the front side and the metallization on the back side are preferably separated from each other by an intermediate insulating layer. The substrate is preferably a ceramic substrate, which further advantageously has no through-holes or vias.

Der Grundkörper der Vorrichtung ist vorzugsweise als metallische Klammer ausgebildet. Der Grundkörper der Vorrichtung kann weiter vorteilhaft als einteilig ausgebildete, im Wesentlichen U-förmige Klammer, und vorzugsweise als Stanz-/Biegeteil, ausgebildet sein. Der erste und zweite Kontaktschenkel und/oder das Verbindungselement sind vorteilhaft als Flachprofil ausgebildet. Weiter bevorzugt weisen der erste und zweite Kontaktschenkel wenigstens einen jeweiligen Kontaktbereich auf, welcher ausgebildet ist, mit einer Vorder- bzw. Rückseite des Substrats stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen wie Laser oder Ultraschallschweißen, Löten oder Leitkleben, verbunden zu werden.The base body of the device is preferably designed as a metallic clamp. The base body of the device can also advantageously be designed as a one-piece, substantially U-shaped The clamp can be formed, preferably as a stamped/bent part. The first and second contact legs and/or the connecting element are advantageously formed as a flat profile. Further preferably, the first and second contact legs have at least one respective contact region, which is designed to be connected to a front or rear side of the substrate in a materially bonded manner, in particular by means of welding such as laser or ultrasonic welding, soldering, or conductive bonding.

In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Verbindungselement lediglich von dem ersten Verbindungsschenkel zum zweiten Verbindungsschenkel. Das Verbindungselement erstreckt sich hierbei vorzugsweise orthogonal zu einer Erstreckungsrichtung des ersten und zweiten Verbindungsschenkels. Weiter vorteilhaft ist das Verbindungselement als im wesentlichen flachprofilartiges Element ausgebildet, welches frei von Erhebungen und/oder Erstreckungen und insbesondere frei von sich davon erstreckenden Kontaktelementen wie beispielsweise Kontaktpins ist. Hierdurch kann der Bauraumbedarf der Verbindungsvorrichtung weiter minimiert werden. In a preferred embodiment, the connecting element extends only from the first connecting leg to the second connecting leg. The connecting element preferably extends orthogonally to a direction of extension of the first and second connecting legs. Furthermore, the connecting element is advantageously designed as a substantially flat-profile element that is free of elevations and/or extensions and, in particular, free of contact elements extending therefrom, such as contact pins. This allows the installation space requirement of the connecting device to be further minimized.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste und/oder zweite Kontaktschenkel sich davon erstreckende oder darin integrierte Positioniermittel, welche ausgebildet sind, in eine Strukturierung des Substrats des sandwichartigen Leistungsmoduls einzugreifen. Die Positioniermittel sind vorteilhaft ausgebildet, mit der entsprechenden Strukturierung des Substrats im verbundenen Zustand formschlüssig zusammenzuwirken. Hierdurch kann die Verbindungsvorrichtung gegenüber dem Substrat positionsfest angeordnet bzw. sicher positioniert werden.In a preferred embodiment, the first and/or second contact leg comprises positioning means extending therefrom or integrated therein, which are designed to engage with a structure of the substrate of the sandwich-type power module. The positioning means are advantageously designed to interact positively with the corresponding structure of the substrate in the connected state. This allows the connecting device to be arranged or securely positioned relative to the substrate.

Die Positioniermittel können vorteilhaft wenigstens ein sich einseits oder beidseits des ersten und/oder zweiten Kontaktschenkels in Längserstreckungsrichtung ersteckendes und vorzugsweise als Flachprofil ausgeführtes Führungselement aufweisen. Weiter vorteilhaft können die Positioniermittel wenigstens ein, an wenigstens einem Kontaktschenkel, vorzugsweise in einem distalen Bereich, angeordnetes Rastelement umfassen. Dieses kann in eine vorgesehene Rastnase am Substrat im verbundenen Zustand zwischen Vorrichtung und Substrat eingreifen und die Vorrichtung somit positionssicher halten.The positioning means can advantageously comprise at least one guide element extending in the longitudinal direction on one or both sides of the first and/or second contact leg and preferably designed as a flat profile. Further advantageously, the positioning means can comprise at least one locking element arranged on at least one contact leg, preferably in a distal region. This element can engage a locking lug provided on the substrate in the connected state between the device and the substrate, thus securely holding the device in position.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung der Verbindungsvorrichtung wie vorgehend beschrieben zur Verbindung einer Vorder- und Rückseite eines Substrats eines sandwichartigen Leistungsmoduls, insbesondere zur Bereitstellung eines Source Feedbacks am Substrats. Die Verbindungsvorrichtung stellt dabei eine Kantenverbindung am Substrat bereit, welche seitlich des Substrats, d.h. nicht mittels Durchgangsbohrung durch das Substrat, verläuft.In a further aspect, the invention relates to the use of the connecting device as described above for connecting the front and back sides of a substrate of a sandwich-type power module, in particular for providing source feedback on the substrate. The connecting device provides an edge connection on the substrate, which runs laterally of the substrate, i.e., not through the substrate via a through-hole.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein sandwichartiges Leistungsmodul aufweisend ein erstes und zweites Substrat, und einen zwischenliegenden Leistungshalbleiter, wobei das Leistungsmodul eine Verbindungsvorrichtung wie vorgehend beschrieben aufweist.In a further aspect, the invention relates to a sandwich-type power module comprising a first and second substrate, and an intermediate power semiconductor, wherein the power module has a connecting device as described above.

Durch die Verbindungsvorrichtung können bei derartigen Leistungsmodulen die sogenannten Kelvin Source Bonds entfallen, da die Verbindung über die Rückseite des Substrats erfolgt. Hierbei wird auf der Vorderseite des Substrats ein erheblicher Platzgewinn erzielt, da darauf die Kontaktbereiche für die Kelvin Source Bonds entfallen. Der hierdurch erzielte zusätzliche Platz kann vorteilhaft für die Strukturierung und Leitungsführung genutzt werden. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Source Feedback implementiert, wodurch das Kurzschlussverhalten des Leistungsmoduls verbessert wird.The connecting device eliminates the need for Kelvin source bonds in such power modules, as the connection is made via the back of the substrate. This significantly saves space on the front of the substrate, as the contact areas for the Kelvin source bonds are eliminated. The additional space thus created can be advantageously used for structuring and routing. Furthermore, the device according to the invention implements source feedback, which improves the short-circuit behavior of the power module.

Zur Vermeidung von Wiederholungen soll bezüglich der weiteren Merkmale des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls auf die vorgehend beschriebenen Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen werden, welche als gleichermaßen für das erfindungsgemäße System offenbart und beanspruchbar gelten sollen und umgekehrt.To avoid repetition, with regard to the further features of the power module according to the invention, reference should be made to the previously described features of the device according to the invention, which should be considered as equally disclosed and claimable for the system according to the invention and vice versa.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and from the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

1 shows a section through a power module with a sandwich-like structure from the prior art,
2 shows a sectional view of a connecting device according to a first embodiment of the invention,
3a -c show a side sectional view, a side view and a perspective view of a connecting device according to a further embodiment of the invention,
4a ,b show a side view and a perspective view of a connecting device according to a further embodiment of the invention,
5 shows a side sectional view of a connecting device according to a further embodiment of the invention,
6 shows a section through a power module with a sandwich-like structure and a connecting device according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Gleiche Elemente beziehungsweise Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical elements or elements with the same function are provided with the same reference numerals in the figures.

1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau eines Leistungsmoduls 20' mit einem oberen Substrat 21a, eine unteren Substrat 21b und einem zwischenliegend angeordneten Leistungshalbleiter 24, vorzugsweise einem SiC MOSFET. 1 shows a structure of a power module 20' known from the prior art with an upper substrate 21a, a lower substrate 21b and an intermediately arranged power semiconductor 24, preferably a SiC MOSFET.

Der Leistungshalbleiter 24 ist hierbei mittels Fügestellen 26a,b mit dem oberen und unteren Substrat 21a,b verbunden. Weiterhin ist der Leistungshalbleiter 24 mit der Vorderseite des oberen Substrats 21a mittels Drahtbonds 25 kontaktiert. Hierdurch kann insbesondere eine Anbindung der Steuersignale insbesondere Gate und Kelvin Source des MOSFETs realisiert werden.The power semiconductor 24 is connected to the upper and lower substrates 21a,b by means of joints 26a,b. Furthermore, the power semiconductor 24 is contacted to the front side of the upper substrate 21a by means of wire bonds 25. This allows, in particular, a connection of the control signals, in particular the gate and Kelvin source of the MOSFET, to be realized.

2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 10 für ein Substrat 21a. Diese umfasst einen klammerartigen Grundkörper 1 mit einem rückseitigen Verbindungselement 4 und zwei sich an gegenüberliegenden Enden davon erstreckenden, ersten und zweiten Kontaktschenkel 2,3. Der Grundkörper 1 ist dabei vorzugsweise flachprofilartig ausgebildet, wobei sich die beiden Verbindungsschenkel im Wesentlichen senkrecht von dem rückseitigen Verbindungselement 4 erstrecken. 2 shows a preferred embodiment of the connecting device 10 for a substrate 21a. This comprises a clamp-like base body 1 with a rear connecting element 4 and two first and second contact legs 2, 3 extending from opposite ends thereof. The base body 1 is preferably designed as a flat profile, with the two connecting legs extending substantially perpendicularly from the rear connecting element 4.

Die Verbindungsschenkel 2,3 weisen dabei jeweils einen Kontaktbereich 8 auf, welcher ausgebildet ist, mit einer Vorder- bzw. Rückseite 22a,b des Substrats 21a und insbesondre mit einer darauf angeordneten Metallisierung stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, Löten oder Leitkleben, verbunden zu werden. Die Metallisierungen von Vorder- und Rückseite des Substrats 21a sind mittels einer zwischenliegenden Isolation 27 voneinander getrennt. Das Substrat 21a ist vorzugsweise ein keramisches Substrat, welcher weiter vorteilhaft keine Durchkontaktierungen bzw. VIAs aufweist.The connecting legs 2, 3 each have a contact region 8, which is designed to be firmly connected, in particular by welding, soldering, or conductive bonding, to a front or rear side 22a, b of the substrate 21a and, in particular, to a metallization arranged thereon. The metallizations of the front and rear sides of the substrate 21a are separated from one another by an intermediate insulation layer 27. The substrate 21a is preferably a ceramic substrate, which further advantageously has no through-holes or vias.

Die Vorrichtung 10 ist vorteilhaft ausgebildet, auf eine seitliche Kante des Substrats 21a aufgeschoben zu werden. Anschließend wird eine elektrische und mechanische Verbindung mit dem Substrat 21a mittels Löten (selektiv, Reflow, ...), Leitkleben (z.B. elektrisch leitfähiger Klebstoff mit Silberfüllung) oder Schweißen (Laser, Ultraschall, Widerstand, ...) erzeugt. Die Verbindungsvorrichtung stellt dabei im Gegensatz zu den bekannten Bonddrähten ein vorgefertigtes Bauelement dar, wodurch das Risiko für Ausschuss im weiteren Fertigungsprozess gesenkt werden kann.The device 10 is advantageously designed to be slid onto a lateral edge of the substrate 21a. An electrical and mechanical connection to the substrate 21a is then created by soldering (selective, reflow, etc.), conductive bonding (e.g., electrically conductive adhesive with silver filling), or welding (laser, ultrasound, resistance, etc.). In contrast to the known bonding wires, the connecting device represents a prefabricated component, which can reduce the risk of rejects in the subsequent manufacturing process.

Die Kantenverbindung mittels der Vorrichtung 10 am Substrat 21a kann punktuell erfolgen, aufgeteilt auf mehrere Punkte mit mehreren Verbindungsvorrichtungen 10, mit einer Vorrichtung 10 mit Kammstruktur oder mit einem räumlich skalierten Vorrichtung 10, welche eine breitere und/oder tiefere Kontaktierung des Substrats erlaubt.The edge connection by means of the device 10 on the substrate 21a can be carried out point by point, divided into several points with several connecting devices 10, with a device 10 with a comb structure or with a spatially scaled device 10, which allows a wider and/or deeper contacting of the substrate.

Die gezeigte im Wesentlichen U-förmige Ausbildung der Vorrichtung 10 bzw. des Grundkörpers 1 der Vorrichtung kann vorteilhaft als federndes Element ausgebildet sein, welches eine Kontaktierung der Vorder- und Rückseite 22a,22b bzw. der darauf angeordneten Metallisierungen durch Klemmwirkung erreicht. Hierdurch kann eine Fügeprozess, bspw. ein Löten oder Schweißen, entfallen. Weiter vorteilhaft kann die Vorrichtung ausgebildet sein, eine Schneid-Klemmverbindung bereitzustellen, so dass die Klammer beim Anordnung bzw. Aufschieben der Vorrichtung 10 in die Metallisierung(en) des Substrats 21a einschneidet und eine formschlüssige und dadurch gasdichte Verbindung ermöglicht. Hierfür kann die Vorrichtung 10 wenigstens in einem Kontaktbereich 8 eine schneidenförmige Erhebung aufweisen. Dies ist vorteilhaft integral bzw. einstückig mit dem Grundkörper 1 ausgebildet. Bei einer derartigen Schneid-Klemmverbindung kann nach dem Anbringen der Verbindungsvorrichtung 10 am Substrat 21a eine zusätzliche mechanische Fixierung am Substrat beispielsweise mittels Hartverguss- oder Transfer-Molding erzielt werden.The illustrated, substantially U-shaped configuration of the device 10 or the base body 1 of the device can advantageously be designed as a resilient element, which achieves contact between the front and rear sides 22a, 22b or the metallizations arranged thereon by means of a clamping action. This eliminates the need for a joining process, such as soldering or welding. Furthermore, the device can advantageously be designed to provide an insulation displacement connection, so that the clamp cuts into the metallization(s) of the substrate 21a when the device 10 is arranged or pushed on, enabling a positive and thus gas-tight connection. For this purpose, the device 10 can have a cutting edge-shaped elevation at least in one contact area 8. This is advantageously formed integrally or in one piece with the base body 1. With such an insulation displacement connection, after the connecting device 10 has been attached to the substrate 21a, additional mechanical fixation to the substrate can be achieved, for example, by means of hard casting or transfer molding.

3a bis 3c zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform. Der klammerartige Grundkörper 1 der Vorrichtung 10 ist hierbei ausgebildet, in eine Strukturierung 23 des Substrats 21s, beispielsweise einen vorgesehenen Ätzgraben, einzugreifen und somit ortsfest am Substrat positioniert zu werden. 3a to 3c show a further preferred embodiment. The clamp-like base body 1 of the device 10 is designed to engage a pattern 23 of the substrate 21s, for example, a provided etching trench, and thus be fixedly positioned on the substrate.

Hierbei weisen der erste und/oder zweite Kontaktschenkel 2,3 sich davon erstreckende oder darin integrierte Positioniermittel 5 auf, welche ausgebildet sind, in die Strukturierung 23 des Substrats 21a im Verbundenen Zustand einzugreifen. Die Positioniermittel 5 können, wie vorliegend gezeigt, zwei sich in Längsrichtung L erstreckende Führungselemente 6 aufweisen, welche sich beidseits eines als Flachprofil ausgebildeten ersten Kontaktschenkels 2 erstrecken und sich weiter bevorzugt nach oben, weg vom Grundkörper 1 erstrecken. Die Führungselemente 6 sind dabei vorzugsweise jeweils L-förmig ausgebildet und erstrecken sich im verbundenen Zustand entlang der Seitenwände eines Ätzgrabens 23 und parallel zur Vorderseite 22a. Ein Kontaktbereich 8 ist hierbei in einem Abschnitt vorgesehen, welcher parallel zur Vorderseite 22a angeordnet ist. Die Führungselemente 6 sind hierbei vorzugsweise integral, d.h. einstückig mit dem Grundkörper 1 der Vorrichtung 10 ausgebildet.The first and/or second contact legs 2, 3 have positioning means 5 extending therefrom or integrated therein, which are designed to engage with the structuring 23 of the substrate 21a in the connected state. The positioning means 5 can, as shown here, have two guide elements 6 extending in the longitudinal direction L, which extend on both sides of a first contact leg 2 designed as a flat profile and more preferably extend upwards, away from the base body 1. The guide elements 6 are preferably each L-shaped and, in the connected state, extend along the side walls of an etching trench 23 and parallel to the front side 22a. A contact region 8 is provided in a section which is arranged parallel to the front side 22a. The guide elements 6 are preferably integral, ie formed in one piece with the base body 1 of the device 10.

4a und 4b zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung 10, in welcher die Positioniermittel 5 ein sich lediglich einseitig angeordnetes Führungselement 6 aufweisen. Dieses erstreckt sich L-förmig entlang der Längsrichtung L des ersten und/oder zweiten Kontaktschenkels 2,3. Das Führungselement 6 ist hierbei bevorzugt nach unten, hin zum Inneren des Grundkörpers 1 gebogen angeordnet, derart, dass das Führungselement 6 in eine Strukturierung 23 des Substrats 21a eingreifen kann. 4a and 4b show a further preferred embodiment of the device 10, in which the positioning means 5 have a guide element 6 arranged only on one side. This extends in an L-shape along the longitudinal direction L of the first and/or second contact leg 2, 3. The guide element 6 is preferably arranged bent downwards, toward the interior of the base body 1, such that the guide element 6 can engage in a structuring 23 of the substrate 21a.

5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform, in welcher die Positioniermittel 5 wenigstens ein Rastelement 7 umfassen. Vorteilhaft sind zwei Rastelemente 7 am Grundkörper 1 vorgesehen, welche in einem distalen, d.h. endseitigen und dem Verbindungselement 4 gegenüberliegenden Bereich angeordnet sind. Die Rastelemente 7 sind hierbei ausgebildet und angeordnet, in eine Strukturierung wie beispielsweise einen in der Metallisierung und/oder der Vorder- und Rückseite 22a,22b des Substrats 21a angeordneten Ätzgraben 23 eingreifen zu können. Hierdurch kann der klammerartige Grundkörper 1 nach der Positionierung am Substrat 21a für einen anschließenden Fügeprozess in Position gehalten werden. Der klammerartige Grundkörper 1 ist hierbei vorzugsweise ausgebildet, ein Aufspreizen beim seitlichen Aufschieben der Vorrichtung 10 auf das Substrat 21a zu ermöglichen und die Vorrichtung 10 anschließend durch Feder-Wirkung in den ins Substrat geätzten Strukturen 23 zu halten. 5 shows a further preferred embodiment in which the positioning means 5 comprise at least one locking element 7. Advantageously, two locking elements 7 are provided on the base body 1, which are arranged in a distal region, i.e. at the end and opposite the connecting element 4. The locking elements 7 are designed and arranged to be able to engage in a structuring such as an etching trench 23 arranged in the metallization and/or the front and back sides 22a, 22b of the substrate 21a. As a result, the clamp-like base body 1 can be held in position after positioning on the substrate 21a for a subsequent joining process. The clamp-like base body 1 is preferably designed to enable spreading when the device 10 is pushed laterally onto the substrate 21a and to subsequently hold the device 10 in the structures 23 etched into the substrate by spring action.

6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines sandwichartigen Leistungsmodul 20 aufweisend ein erstes und zweites Substrat 21a,b und einen zwischenliegenden Leistungshalbleiter 24, wobei das Leistungsmodul 20 eine Verbindungsvorrichtung 10 wie vorgehend beschrieben aufweist. Durch die Verbindungsvorrichtung 10 kann hierbei insbesondere eine Kontaktierung einer auf der Vorderseite 22a des ersten Substrats 21a angeordneten Metallisierung mit einer auf einer Rückseite 22b angeordneten Metallisierung erfolgen. Hierdurch kann eine elektrische Kontaktierung der Vorderseite 22a mit dem Leistungshalbleiter 24 bereitgestellt werden. 6 shows a preferred embodiment of a sandwich-type power module 20 comprising a first and second substrate 21a,b and an intermediate power semiconductor 24, wherein the power module 20 comprises a connecting device 10 as described above. The connecting device 10 can, in particular, be used to contact a metallization arranged on the front side 22a of the first substrate 21a with a metallization arranged on a rear side 22b. This allows electrical contact between the front side 22a and the power semiconductor 24 to be provided.

Durch die mittels der Verbindungsvorrichtung 10 erzielte Kantenverbindung können im Leistungsmodul 20 die nach dem Stand der Technik üblichen Kelvin Source Bonds entfallen, da die Verbindung über die Rückseite 22b des Substrats 21a erfolgt, wie mittels der schematisch eingezeichneten Leitungsführung 28 dargestellt. Hierdurch wird auf der Vorderseite 22a des Substrats 21a ein erheblicher Platzgewinn erzielt. Dieser neu gewonnene Platz kann vorteilhaft für die Strukturierung und Leitungsführung am Leistungsmodul 20 genutzt werden. Durch die Bereitstellung der Kantenverbindung mittels der Verbindungsvorrichtung 10 wird weiterhin ein Source Feedback implementiert, wodurch das Kurzschlussverhalten des Leistungsmoduls 20 verbessert wird.The edge connection achieved by means of the connecting device 10 eliminates the need for Kelvin source bonds, which are common in the prior art, in the power module 20, since the connection is made via the rear side 22b of the substrate 21a, as shown by the schematically drawn line routing 28. This results in a significant gain in space on the front side 22a of the substrate 21a. This newly gained space can be advantageously used for structuring and routing the lines on the power module 20. Furthermore, by providing the edge connection by means of the connecting device 10, source feedback is implemented, thereby improving the short-circuit behavior of the power module 20.

Claims

Connecting device (10) for electrically connecting a front and rear side (22a,b) of a substrate (21a,b) of a sandwich-type power module (20), comprising a clamp-like base body (1) with a first contact leg (2) for contacting a front side (22a) of the substrate (21a,b) and an oppositely arranged second contact leg (3) for contacting a rear side (22b) of the substrate (21a,b), as well as a connecting element (4) extending between a respective end of the first and second contact leg (2,3).

Connecting device according to Claim 1 , wherein the first and second contact legs (2, 3) have at least one respective contact region (8) which is designed to be connected to a front or rear side (22a, b) of the substrate (21a, b) in a materially bonded manner, in particular by means of welding, soldering or conductive adhesive.

Connecting device according to Claim 1 or 2 , wherein the first and second contact legs (2,3) and/or the connecting element (4) are designed as a flat profile.

Connecting device according to one of the preceding claims, wherein the connecting element (4) extends only from the first connecting leg (2) to the second connecting leg (3).

Connecting device according to one of the preceding claims, wherein the connecting element (4) is designed as a substantially flat profile-like element which is free of elevations and/or extensions.

Connecting device according to one of the preceding claims, wherein the first and/or second contact leg (2, 3) has positioning means (5) extending therefrom or integrated therein, which are designed to engage in a structuring (23) of the substrate (21a, b) of the sandwich-type power module (20).

Connecting device according to Claim 6 , wherein the positioning means (5) comprise at least one on one side or both sides of the first and/or second Contact leg (2,3) comprise a guide element (6) extending in the longitudinal direction (L) and preferably designed as a flat profile.

Connecting device according to Claim 6 or 7 , wherein the positioning means (5) comprise at least one locking element (7) arranged on at least one contact leg (2, 3), preferably in a distal region.

Connecting device according to one of the preceding claims, wherein the base body (1) is designed as a one-piece, substantially U-shaped clamp, and preferably as a punched/bent part.

Use of the connecting device (10) according to one of the Claims 1 until 9 for connecting a front and back side (22a,b) of a substrate (21a,b) of a sandwich-type power module (20).

Sandwich-type power module (20) comprising a first and second substrate (21a,b), and an intermediate power semiconductor (24), wherein the power module (20) comprises a connecting device (10) according to one of the Claims 1 until 9 has.