DE10352671A1

DE10352671A1 - Leistungsmodul

Info

Publication number: DE10352671A1
Application number: DE10352671A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dr. Schilling; Reinhold Spanke
Original assignee: EUPEC GmbH
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2005-06-23
Also published as: JP2007511083A; US20070119820A1; WO2005048347A2; WO2005048347A3; US7656672B2; EP1683197A2

Abstract

Das Leistungsmodul umfasst mehrere Schaltungseinheiten (20, 21) mit Anschlusskontakten (5, 5'), die über mindestens eine stromführende Lasche (26) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. DOLLAR A Um ein einfach herstellbares Leistungsmodul zu schaffen, bei dem die stromführende Lasche (26) nur einen geringen Platzbedarf hat, ist die Lasche (26) mehrteilig ausgebildet und umfasst ein Anschlusselement (12), das unabhängig von einem Verbindungselement (25) der Lasche (26) fest mit einem Anschlusskontakt (5) einer Schaltungseinheit (20) verbindbar ist. Das Verbindungselement (25) der Lasche (26) verläuft in einer zur Schaltungseinheit (20) beabstandeten Ebene und ist elektrisch mit dem Anschlusselement (12) verbunden.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Leistungselektronik, insbesondere der Leistungshalbleiterelektronik, und betrifft ein Leistungsmodul mit mehreren Schaltungseinheiten mit Anschlusskontakten, die über mindestens eine stromführende Lasche elektrisch miteinander verbunden sind.
Derartige Leistungsmodule weisen zur Realisierung einer hohen Stromtragfähigkeit häufig mehrere parallel geschaltete Schaltungseinheiten auf. Die Schaltungseinheiten können beispielsweise auf Substraten realisiert sein, auf denen Leistungsbauelemente angeordnet sind, die über Leiterbahnen und Anschlusskontaktstellen (sog. Kontaktpads) elektrisch kontaktierbar sind. Um die Parallelschaltung der Schaltungseinheiten zu realisieren, sind diese über stromführende Laschen miteinander verbunden.

Aus der DE 197 21 061 A1 geht ein Leistungsmodul mit einem Gehäuse zur Aufnahme mehrerer elektronischer Bauelemente und mit mehreren Anschlusskontakten zur internen und/oder externen elektrischen Verbindung hervor. Das Modul umfasst mehrere Keramiksubstrate, auf denen unter Bildung von Schaltungseinheiten jeweils Halbleiterbauelemente angeordnet und verschaltet sind. Die Schaltungseinheiten sind über einen Anschlussblock extern kontaktierbar, der auch die Schaltungseinheiten miteinander verbindet. Der Anschlussblock ist vergleichsweise aufwendig und hochbauend. Detaillierte Angaben hinsichtlich der Verschaltung der Schaltungseinheiten sind der DE 197 21 061 A1 nicht entnehmbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leistungsmodul und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, bei dem die stromführende Lasche nur einen geringen Platzbedarf hat und mit der Schaltungseinheit einfach mittels gängiger Ver bindungstechniken und ohne Beeinträchtigung der übrigen Bauteile des Moduls verbindbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Leistungsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, die stromführende Lasche mehrteilig auszuführen, wobei ein erster Teil separat und unabhängig von den übrigen Teilen mit der Schaltungseinheit bzw. mit auf dieser vorgesehenen Leiterbahnen oder Anschlussflecken (allgemein als Anschlusskontakte bezeichnet) dauerhaft elektrisch verbunden wird.

Der erste Teil hat einen Fußbereich, der mit dem Anschlusskontakt verbunden ist, und einen Halsbereich, der sich bevorzugt im wesentlichen senkrecht zur Schaltungseinheit erstreckt und der an seinem Ende eine einfache Montage bzw. elektrische Verbindung mit einem zweiten Teil der stromführenden Lasche ermöglicht. In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Fortbildung der Erfindung vor, dass der erste Teil L-förmig ausgebildet ist und mit seinem Fußbereich mit dem Anschlusskontakt der Schaltungseinheit verbunden ist.

Der zweite Teil ist bevorzugt als niederinduktive Leiterbahn oder als Bandleiter ausgeführt und verläuft im wesentlichen parallel zur Ebene der Schaltungseinheiten. Der zweite Teil bewirkt die Parallelschaltung zweier oder mehr Schaltungseinheiten bevorzugt dadurch, dass an ihn jeweils erste Teile mehrerer Schaltungseinheiten angeschlossen sind. Der zweite Teil kann außerdem auch zu einem externen Anschluss führen.

Dadurch ergibt sich als wesentlicher Vorteil der Erfindung, dass der erste Teil der stromführenden Lasche unabhängig von den übrigen Bauteilen des Leistungsmoduls mit dem vorgesehe nen Anschlusskontakt vorab verbunden werden kann. Dieser Fertigungsschritt kann als Vormontageschritt durchgeführt werden, und zwar zu einem Zeitpunkt, zu dem der Anschlusskontakt bzw. der entsprechende (Fuß-)Bereich des ersten Teils noch allseits gut zugänglich ist. Dadurch können preiswerte, bewährte und zuverlässige Verbindungstechnologien – z.B. Bonden, Löten oder Laserschweißen – angewendet werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die elektrische Verbindung des ersten Teils mit dem Anschlusskontakt vor der weiteren Montage getestet werden kann.

Durch die Anordnung des zweiten Teils der stromführende Lasche im wesentlichen parallel zur Ebene der Schaltungseinheiten ist eine sehr raumsparende, kompakte Ausgestaltung des Leistungsmoduls erreicht.

Eine herstellungstechnisch bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mehrere Schaltungseinheiten zunächst jeweils mit dem ersten Teil ihrer stromführenden Lasche verbunden werden, die Schaltungseinheiten auf einem gemeinsamen Träger angeordnet werden und nachfolgend die jeweils ersten Teile unter Ausbildung stromführender Laschen mit einem gemeinsamen zweiten Teil verbunden werden.

Die Schaltungseinheiten können z.B. durch Lötung mit einer gemeinsamen Bodenplatte verbunden werden. Sie werden dabei vorteilhafterweise durch eine Montageschablone positioniert, die während der Montage in der Ebene des zweiten Teils der Lasche angeordnet wird und beispielsweise Öffnungen zum Durchtritt der freien Enden der ersten Teile aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 die Vormontage einer Schaltungseinheit in einer ersten Montagereihenfolge,
2 die Vormontage einer Schaltungseinheit in einer variierten Montagereihenfolge und
3 die Montage mehrerer Schaltungseinheiten unter Bildung eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls.
Die in 1 in drei Montageschritten a), b), c) gezeigte Vormontage einer Schaltungseinheit beginnt mit dem Aufbringen eines Leistungsbauelements 1, z.B. eines Leistungshalbleiters, auf eine Leiterbahn 2 eines Substrats 3 durch Löten (Montageschritt a)). Auf dem Substrat sind weitere Leiterbahnen oder Anschlusskontakte 4, 5, 6 vorgesehen. In einem nachfolgenden Montageschritt b) wird der Leistungshalbleiter 1 mittels Bonddrähten 7, 8 kontaktiert.
Die Anschlusskontakte 4, 5 werden anschließend (Montageschritt c)) mit dem Fuß 10, 11 jeweils eines ersten Teils 12, 14 elektrisch durch Lötung verbunden. Die Teile 12, 14 sind L-förmig gestaltet und ragen mit dem freien Endbereich des L (Halsbereich) 16, 17 im wesentlichen senkrecht zur Ebene 18 der Schaltungseinheit nach oben. Die Verbindung der ersten Teile 12, 14 erfolgt vor der weiteren Montage und unabhängig von weiteren Teilen 25, 27 (3), die zusammen mit den Teilen 12, 14 je eine stromführende Lasche bilden werden. Die Verbindung der Teile 12, 14 mit den Anschlusskontakten 4, 5 kann in diesem Stadium vorgetestet werden, was eine erhebliche Erhöhung der Fertigungsgüte und Zuverlässigkeit ermöglicht.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vormontage bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls in drei Montageschritten a'), b'), c'), wobei gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet sind. Hier werden zunächst die Teile 12, 14 z. B. durch Laser schweißen mit den Anschlusskontakten 4, 5 auf dem Substrat 3 verbunden. Erst danach wird der Leistungshalbleiter 1 auf dem Substrat 3 platziert und durch Löten und über Bonddrähte 7, 8 kontaktiert. Dies hat den Vorteil, dass der Leistungshalbleiter 1 durch das Laserschweißen der Teile 12, 14 nicht beeinträchtigt werden kann und der Bewegungsraum für das Laserschweißen nicht eingeschränkt ist.
3 zeigt zwei gemäß 1 oder 2 vormontierte Schaltungseinheiten 20, 21. Diese sind auf einer gemeinsamen Bodenplatte 24 angeordnet. Die freien Endbereiche 16, 16' der jeweiligen ersten Teile 12, 12' sind mit einem zweiten Teil 25 unter Ausbildung einer stromführenden Lasche 26 – z.B. durch Löten, Schweißen, Bonden oder Crimpen – verbunden. Gleichermaßen sind die freien Endbereiche 17, 17' der jeweiligen ersten Teile 14, 14' mit einem zweiten Teil 27 unter Ausbildung einer stromführenden Lasche 28 verbunden.
Die Teile 12, 12' bzw. 14, 14' und 25, 27 ergänzen sich also – nach ihrer separaten Montage – jeweils zu einer stromführende Lasche 26, 28, die die entsprechenden Anschlusskontakte (z.B. 5 und 5') der Schaltungseinheiten 20 und 21 parallel schaltet. Die zweiten Teile 25 und 27 sind zueinander beabstandet parallel oder auch planparallel angeordnet. Das so gebildete Modul kann in an sich bekannter Weise in ein Gehäuse eingebracht und ggf. vergossen werden.
Bei der Montage der Schaltungseinheiten 20, 21 auf der gemeinsamen Bodenplatte 24 kann zur präzisen Positionierung zunächst eine Montageschablone verwendet werden, die Öffnungen genau dort aufweist, wo später die Endbereiche 16, 16'; 17, 17' der ersten Teile angeordnet sein und den zweiten Teil durchdringen sollen. Damit werden die Schaltungseinheiten schablonengemäß ausgerichtet.
Die Montage des erfindungsgemäßen Moduls ist somit wesentlich vereinfacht. Durch die frühzeitige Testmöglichkeit der Ver bindung zwischen den ersten Teilen 12, 14 und den zugeordneten Anschlusskontakten ist die Qualitätssicherung verbessert. Die Ausgestaltung der stromführende Lasche erlaubt eine sehr kompakte und platzsparende Bauweise des Moduls.

a), b), c): Montageschritt
a', b'), c'): Montageschritt
1: Leistungshalbleiter
2: Leiterbahn
3: Substrat
4, 5, 5', 6: Anschlusskontakt
7, 8: Bonddrähte
10, 11: Fuß
12, 12': erster Teil
14, 14': erster Teil
16, 16': Endbereich
17, 17': Endbereich
18: Ebene
20, 21: Schaltungseinheiten
24: Bodenplatte
25: zweiter Teil
26: stromführende Lasche
27: zweiter Teil
28: stromführende Lasche

Claims

Leistungsmodul mit mehreren Schaltungseinheiten (20, 21), die Anschlusskontakte (5, 5') aufweisen, welche über eine stromführende Lasche (26) elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (26) Anschlusselemente (12, 12') sowie ein Verbindungselement (25) aufweist, jedem der Anschlusskontakte (5, 5') ein Anschlusselement (12, 12') zugeordnet ist, das unabhängig von dem Verbindungselement (25) fest mit dem jeweiligen Anschlusskontakt (5, 5') verbindbar ist, und das Verbindungselement (25) in einer zur Schaltungseinheit (20) beabstandeten Ebene verläuft und elektrisch mit den Anschlusselementen (12, 12') verbunden ist.
Leistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Anschlusselemente (12, 12') L-förmig ausgebildet ist.
Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Anschlusselemente (12) einen Fußbereich (10) aufweist, der mit dem Anschlusskontakt (5) der Schaltungseinheit verbunden ist.
Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Anschlusselemente (12, 12') mit einem Anschlusskontakt (5, 5') einer Schaltungseinheit (20, 21) durch Bonden, Löten oder Laserschweißen verbunden ist.
Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Schaltungseinheiten (20, 21) eines Leistungsmoduls, bei dem jede Schaltungseinheit (20, 21) wenigstens einen Anschlusskontakt (5, 5') aufweist, der mit einem Anschlusskontakt (5', 5) einer anderen Schaltungseinheit (21, 20) zu verbinden ist, wobei zunächst die zu verbindenden Anschlusskontakte (5, 5') mit einem Anschlusselement (12, 12') einer stromführenden Lasche (26) verbunden werden und nachfolgend die Anschlusselemente (12, 12') mit einem Verbindungselement (25) der stromführenden Lasche (26) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei mehrere Schaltungseinheiten (20, 21) zunächst jeweils mit wenigstens einem Anschlusselement (12, 12', 14, 14') von stromführenden Laschen (26, 28) verbunden werden, die Schaltungseinheiten (20, 21) auf einem gemeinsamen Träger (24) angeordnet werden und nachfolgend die jeweiligen Anschlusselemente (12, 12'; 14, 14') mittels Verbindungselementen (25, 27) unter Ausbildung stromführender Laschen (26, 28) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei zum Anschluss einer Schaltungseinheit (20, 21) mehrere stromführende Laschen (26, 28) vorgesehen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines der Verbindungselemente (25, 27) der stromführende Laschen (26, 28) im wesentlichen parallel zu der Schaltungseinheit (20, 21) angeordnet wird.