DE19719703C2 - Leistungshalbleitermodul mit Keramiksubstrat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit einem Kunststoffgehäuse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Solche Leistungshalbleitermodule sind seit langem bekannt und in Fig. 1 gezeigt.

Bei diesen Leistungshalbleitermodulen sind die Anschlußele­ mente für die äußeren Anschlüsse in dem Kunststoffgehäuse an­ geordnet. Dabei werden die Anschlußelemente, die in der Regel aus Kupfer bestehen, in das Kunststoffgehäuse eingespritzt. Kunststoff hat aber die Eigenschaft beim Erkalten, d. h. also nach dem Spritzen zu schrumpfen. Dies führt dazu, daß die An­ schlußelemente im Kunststoff in der Regel nicht fest veran­ kert sind. An den Anschlußelementen werden im Gehäuseinneren Drähte aufgebondet, deren anderes Ende an den Halbleiterbau­ elementen angebondet ist. Diese Drähte bestehen in der Regel aus Aluminium. Dadurch, daß der Kunststoff aber nach dem Spritzen schrumpft, kann es dazu kommen, daß in folge der schlechten mechanischen Fixierung der Anschlußelemente im Kunststoffgehäuse es zur Lösung der im Gehäuseinneren vorlie­ genden Bondverbindung kommt. Dies führt zum Ausfall des Lei­ stungshalbleitermoduls.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Lei­ stungshalbleitermodul der eingangsgenannten Art bereitzustel­ len, bei dem eine sehr gute mechanische Fixierung der An­ schlußelemente insb. beim Bonden vorliegt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Leistungshableitermodul durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Durch diese Maßnahme werden zum einen die Metallteile in ei­ nem relativ einfachen Verfahren in das Kunststoffgehäuse fi­ xiert. Insbesondere ist dazu kein separates Spritzwerkzeug, in welches vor jedem Spritzvorgang die Anschlußelemente ein­ gelegt werden und anschließend umspritzt werden, notwendig.

Ferner sind durch das Einpressen der Anschlußelemente in die Öffnungen des Kunststoffgehäuses dort deutlich besser veran­ kert, so daß zuverlässige Bondverbindungen im Gehäuseinneren ermöglicht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Aus der JP 071 53 906 A sind Anschluss­ elemente, die mit Nasen in einem Modul­ gehäuse fixiert sind, bekannt. Die ent­ sprechenden Nasen sind nach aussen gerichtet und die Anschlussfläche des Anschluss­ elementes ins innere des Moduls. Weiterhin liegt das Anschlusselement nicht in einem größeren Bereich an der Modulwand an. Über die Art der Verbindung über Drähte ist dieser Schrift nichts zu entnehmen. Die mechanische Belastbarkeit kann dadurch beim Drahtbonden zu gering sein. Aus der US 54 08 128 A sind Anschlusselemente, die gesteckt sind bekannt.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnitt durch ein konventionelles Leistungs­ halbleitermodul und

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht eines Rahmens eines Kunst­ stoffgehäuses nach einem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung.

Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, besteht das Leistungs­ halbleitermodul 1 aus einem Kunststoffgehäuse 2, in das als Gehäuseboden 3 ein Substrat 4 eingesetzt ist.

Das Substrat 4 besteht aus einer Keramikplatte 5, die auf der oberen Seite 6 und auf der unteren Seite 7 mit einer Metalli­ sierung versehen ist. Die Metallisierung auf der oberen Seite 6 ist dem Gehäuseinneren zugewandt und ist zur Bildung von Leiterbahnen strukturiert. Auf dieser oberen Seite 6 der Ke­ ramikplatte 5 sind Halbleiterbauelemente 10 aufgebracht. Diese Halbleiterbauelemente 10 sind in der Regel Leistungs­ halbleiterbauelemente wie IGBTs, MCTs, Leistungstransistoren oder Leistungsdioden. Des weiteren befinden sich dort Ver­ bindungselemente 8, die die Gestalt von Aluminiumdrähten aufweisen. Diese Verbindungselemente 8 werden über Bondver­ fahren auf den Halbleiterbauelementen 10 aufgebracht.

Das Kunststoffgehäuse 2 besteht aus einem Rahmen 9 und einem Deckel 10. In den Rahmen 9 sind hier nach dem Stand der Tech­ nik Anschlußelemente für äußere Anschlüsse eingespritzt.

Dabei werden diese Anschlußelemente 11 in den aus Kunststoff bestehenden Rahmen 9 mit einem separaten Spritzwerkzeug ein­ gespritzt. In dieses Spritzwerkzeug wird vor jedem Spritzvorgang das betreffende Anschlußelement eingelegt und an­ schließend umspritzt.

Die Fig. 2 zeigt einen Kunststoffrahmen nach der vorliegen­ den Erfindung, bei dem die Anschlußelemente 11 in Öffnungen 12 des Kunststoffrahmens 9 eingepreßt sind. Die Anschlußele­ mente 11 weisen hier Nasen 13 auf, die an der Innenseite des Kunststoffgehäuses 2 anliegen. Dadurch werden die Anschluß­ elemente 11 in ihrer Lage fixiert. Diese Nasen 13 haben die Funktion von Widerhaken, die die Anschlußelemente 11 gegen unbeabsichtigtes Herausziehen sichern. Dadurch sind die Bond­ verbindungen zwischen den Anschlußelementen 11 und den Halb­ leiterbauelementen 10 bzw. Verbindungselementen 8 gegen Zer­ störung gesichert.

Die Anschlußelemente 11 verlaufen im Gehäuseinneren in etwa parallel zum Gehäuseboden 3. Das hier gezeigte Kunststoffge­ häuse 2 besteht aus einem Kunststoffrahmen und einem Deckel.

Claims (6)

1. Leistungshalbleitermodel (1) mit einem Kunststoffgehäuse (2), in das als Gehäuseboden (3) ein Substrat (4) eingesetzt ist, das aus einer Keramikplatte (5) besteht, die auf der o­ beren und unteren Seite (6, 7) mit einer Metallisierung ver­ sehen ist, wobei die Metallisierung auf der oberen, dem Ge­ häuseinneren zugewandten Seite (6) der Keramikplatte (5) zur Bildung von Leiterbahnen strukturiert ist und mit Halbleiter­ bauelementen (10) und Verbindungselementen (8) bestückt ist, und in dem Anschlusselemente (11) für äußere Anschlüsse eingebracht sind, wobei an den Anschlusselementen (11) im Gehäuseinneren Drähte aufgebondet sind, deren anderes Ende an den Halbleiterbauele­ menten angebondet ist, dadurch gekennzeichnet
dass die Anschlusselemente Nasen aufweisen,
dass die Anschlusselemente (11) im Bereich der Na­ sen (13) in Öffnungen des Kunststoffgehäuses (2) eingepresst sind und an der Innenseite des Kunststoffgehäuses anliegen, wobei die Nasen (13) an der dem Modulinneren zugewandten Innenseite der Öffnungen des Kunststoffgehäuses (2) anliegen und die An­ schlusselemente (11) in ihrer Lage fixieren.

2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (11) im Gehäuseinneren pa­ rallel zum Gehäuseboden (3) verlaufen.

3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (2) aus einem Rahmen (9) und einem De­ ckel (10) besteht.

4. Leistungshalbleitermodul nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (11) in dem Rahmen angeordnet sind.

5. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) mit einer Vergießmasse abgedeckt ist.

6. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergießmasse eine Weichvergießmasse und eine Hart­ vergießmasse auf der Weichvergießmasse vorgesehen ist.