DE10048859B4 - Druckkontaktanordnung sowie deren Verwendung - Google Patents

Druckkontaktanordnung sowie deren Verwendung Download PDF

Info

Publication number
DE10048859B4
DE10048859B4 DE10048859A DE10048859A DE10048859B4 DE 10048859 B4 DE10048859 B4 DE 10048859B4 DE 10048859 A DE10048859 A DE 10048859A DE 10048859 A DE10048859 A DE 10048859A DE 10048859 B4 DE10048859 B4 DE 10048859B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
contact
pressure
pressure contact
electronic component
carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE10048859A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10048859A1 (de
Inventor
Oliver Dr. Schilling
Helmut Seidelmann
Detlef Scholz
Josef Bauer
Alfred Porst
Max Beuermann
Reiner Dr. Barthelmess
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
EUPEC GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG, EUPEC GmbH filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE10048859A priority Critical patent/DE10048859B4/de
Publication of DE10048859A1 publication Critical patent/DE10048859A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10048859B4 publication Critical patent/DE10048859B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/71—Means for bonding not being attached to, or not being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/72—Detachable connecting means consisting of mechanical auxiliary parts connecting the device, e.g. pressure contacts using springs or clips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/051—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body another lead being formed by a cover plate parallel to the base plate, e.g. sandwich type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—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
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/3201—Structure
    • H01L2224/32012—Structure relative to the bonding area, e.g. bond pad
    • H01L2224/32014—Structure relative to the bonding area, e.g. bond pad the layer connector being smaller than the bonding area, e.g. bond pad
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01042—Molybdenum [Mo]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01058—Cerium [Ce]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

Druckkontaktanordnung zur Druckkontaktierung eines erste und zweite sich gegenüberliegende Kontaktflächen (21, 22) aufweisenden elektronischen Bauelements (20),
– welche eine erste und eine zweite Druckkontakteinrichtung (11, 12) aufweist, die ausgebildet sind, mit Kontaktbereichen (21a, 22a) der ersten bzw. zweiten Kontaktfläche (21, 22) des elektronischen Bauelements (20) mechanisch und elektrisch verbunden zu werden, um einen Teil des elektronischen Bauelements (20) unter Anwendung eines mechanischen Drucks zwischen den Druckkontakteinrichtungen (11, 12) zwischen sich aufzunehmen, mechanisch zu haltern und einen elektrischen Kontakt der jeweiligen Druckkontakteinrichtungen (11, 12) mit der jeweiligen Kontaktfläche (21, 22) des elektronischen Bauelements (20) auszubilden,
– wobei zur Flächenanpassung der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21a, 22a) und zur Ausbildung einer symmetrischen und homogenen Druckverteilung im elektronischen Bauelement (20) zwischen den zwischen den Druckkontakteinrichtungen (11, 12) aufgenommenen Kontaktbereichen (21a, 22a) der Kontaktflächen (21, 22) des elektronischen Bauelements (20) ein Zwischenstück (40) vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Druckkontaktanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie deren Verwendung gemäß der Ansprüche 6 und 7.
  • Bei vielen technischen Anwendungen werden elektronische Bauelemente innerhalb von Schaltungsanordnungen über sogenannte Druckkontaktierungen in der Schaltungsanordnung gehaltert, fixiert und elektrisch kontaktiert. Dies trifft insbesondere für den Bereich der Leistungshalbleitermodule zu, bei welchem den thermischen Wechsellasten Rechnung getragen werden muß, um einen zuverlässigen Betrieb mit möglichst hoher Lebensdauer der elektronischen Bauelemente zu gewährleisten.
  • Zur mechanischen Halterung und elektrischen Kontaktierung im Rahmen der Druckkontakttechnik werden im Stand der Technik sogenannte Druckkontaktanordnungen vorgesehen. Diese sind ausgelegt, im Betrieb mindestens ein elektronisches Bauelement zu haltern und zu kontaktieren, wobei dieses Bauelement erste und zweite sich im wesentlichen gegenüberliegende Kontaktflächen aufweist. Dazu besitzen bekannte Druckkontaktanordnungen mindestens eine erste und zweite Druckkontakteinrichtung. Diese sind ausgebildet, im Betrieb der Druckkontaktanordnung zumindest mit Kontaktbereichen der ersten bzw. zweiten Kontaktfläche des elektronischen Bauelements mechanisch und elektrisch verbunden zu werden, um mindestens einen Teil des elektronischen Bauelements unter Anwendung eines mechanischen Drucks zwischen den Kontakteinrichtungen zwischen sich aufzunehmen, mechanisch zu haltern und einen elektrischen Kontakt der jeweiligen Druckkontakteinrichtung mit der jeweiligen Kontaktfläche des elektronischen Bauelements auszubilden. Die Druckkontaktanordnung ist im Bereich einer Schaltungsanordnung ausgebildet und insbesondere zumindest mit einer der Druckkontakteinrichtungen an einem Träger der Schaltungsanordnung, z.B. einer Platine oder einem Gehäuseabschnitt, verbunden.
  • Es wurde festgestellt, daß das Aufprägen des mechanischen Drucks zum Haltern und Kontaktieren des elektronischen Bauelements im Bereich der Druckkontaktanordnung bzw. auf dem entsprechenden Träger der Schaltungsanordnung die mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften der einzelnen Bereiche des elektronischen Bauelements und somit dessen Funktion beeinflussen kann. Insbesondere können entsprechende Druckverteilungen im Bereich des elektronischen Bauelements und insbesondere deren Ungleichmäßigkeit zu einer reduzierten Abschaltfähigkeit des elektronischen Bauelements zu einer erhöhten Ausfallrate bei entsprechenden Schaltungsanordnungen führen.
  • Die EP 0 932 201 A2 betrifft eine Halbleitereinrichtung vom Druckkontakttyp sowie einen Konverter, welcher eine derartige Halbleitereinrichtung verwendet. Die dort vorgeschlagenen Halbleitereinrichtung weist ein paar Hauptelektrodenplatten sowie ein Halbleiterelement auf, welches in einem Zwischenraum zwischen den Hauptelektrodenplatten angeordnet ist. Das Halbleiterelement weist eine erste Hauptelektrode sowie eine zweite Hauptelektrode und darüber hinaus einen metallischen Bereich auf, welcher makroskopische Wirkungen in einem inneren Bereich davon besitzt. Der metallische Bereich ist zwischen der Hauptelektrode des Halbleiterelements und der Hauptelektrodenplatte angeordnet. Durch die Deformation des metallischen Bereichs beim Kontaktieren wird eine entsprechende gleichmäßige Druckverteilung erzielt.
  • Die US 5,610,439 A betrifft ebenfalls Halbleitereinrichtungen vom Presskontakttyp. Dabei sind zwischen Elektroden Zwischenplatten vorgesehen, die zur Druckanpassung bei einer Kontak tierung eines Halbleiterelements zwischen zwei Elektroden dienen.
  • Auch aus der DE 197 32 738 A1 ist ein Leistungshalbleiterbauelement mit einer druckausgleichenden Kontaktplatte bekannt. Das dort vorgesehene Druckausgleichselement ist in Form einer Dose ausgebildet und weist ein fliesfähiges oder plastisch deformierbares Medium zwischen einem Druckstempel und einem Leistungshalbleiter auf. Aufgrund des sich ausbildenden hydrostatischen Drucks wird ein zunächst sich aufbauender inhomogener druck in einen homogenen Druck umgewandelt, wobei der Druckausgleich durch die Deformation des Mediums erfolgt.
  • Bei der DE 31 43 335 A1 schließlich handelt es sich um eine Halbleitervorrichtung, bei welcher ein großflächiger Halbleiterkörper austauschbar mit Kontaktstücken kontaktiert und in einen teilweise von den Kontaktstücken gebildeten und im Wesentlichen scheibenförmigen Hohlraum dicht eingeschlossen wird. Es wird hier ein Aufbau für eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, bei welcher sehr hohe Strombelastungen möglich sind und bei welcher hinsichtlich der verwendeten Teile besonders kostengünstige Verhältnisse gegeben sind und darüber hinaus eine besonders innige und gemeinsame Kontaktierung von zwei oder mehr Vorrichtungen möglich ist. Der Halbleiterkörper wird zwischen zwei Kontaktstücken eingespannt, die ihrerseits zwischen zwei Elektroden oder Kontaktelementen zur Anlage kommen. Die Ausrichtung der Elektroden einerseits und der Kontaktstücke andererseits erfolgt durch vorgesehene Zentrierstifte.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckkontaktanordnung zu schaffen, mit welcher ein besonders zuverlässiger Betrieb von Schaltungsanordnungen in Druckkontakttechnik bei besonders hoher Abschaltfähigkeit und geringer Ausfallrate druckkontaktierter elektronischer Bauelemente gewährleistet ist.
  • Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Druckkontaktanordnung erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Druckkontaktanordnung gemäß der Ansprüche 6 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Druckkontaktanordnung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
  • Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß bei der Druckkontaktanordnung die vorgesehenen Druckkontakteinrichtungen zur Ausbildung einer im wesentlichen symmetrischen und homogenen Druckverteilung im elektronischen Bauelement ausgelegt sind, insbesondere zumindest zwischen den zwischen den Druckkontakteinrichtungen aufgenommenen Kontaktbereichen der Kontaktflächen des elektronischen Bauelements. Es ist somit eine grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung, bei an sich bekannten Druckkontaktanordnungen diese derart auszugestalten, daß zur Flächenanpassung der ersten und zweiten Kontaktbereiche ein Zwischenstück vorhanden ist, wobei das Zwischenstück einteilig oder einstückig mit der jeweiligen Kontaktfläche des elektronischen Bauelements ausgebildet ist. Dieses Zwischenstück realisiert durch seine mechanischen Eigenschaften die Flächenanpassung zwischen Druckeinrichtung und entsprechender Kontaktfläche und entsprechendem Kontaktbereich, wobei die mechanischen Eigenschaften durch entsprechende Steifigkeit, Starrheit und Inkompressibilität des Materials des Zwischenstücks gekennzeichnet sind. Ist damit eine derartige Druckverteilung, nämlich im wesentlichen symmetrischer und homogener Art und Weise im Bereich des elektronischen Bauelements gegeben, so sind entsprechend auch die mechanischen, thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften in den mit dieser Druckverteilung beaufschlagten Bereichen des elektronischen Bauelements in analoger Weise ausgebildet. Somit liegt dann im Bereich dieses elektronischen Bauelements keine ungleichmäßige, asymmetrische oder inhomogene mechanische, thermische und/oder elektrische Belastung der jeweiligen druckbeaufschlagten Bereiche des elektronischen Bauelements vor. Demzufolge wird eine einseitige Belastung jeweils vermieden, wodurch sich eine geringere Ausfallwahrscheinlichkeit und Fehlerrate der elektronischen Bauelemente im Betrieb im Gegensatz zum Stand der Technik ergibt.
  • Diese Erkenntnis beruht maßgeblich auf der Analyse herkömmlicher Druckkontaktanordnungen, bei welchen aufgrund der dort ausgebildeten Asymmetrie, Ungleichmäßigkeit und/oder Inhomogenität der Druckverteilung entsprechende geometrische und/oder mechanische und damit den Betrieb des Bauteils negativ beeinflussende Bauteiländerungen gegeben sind.
  • Deshalb ist in der Druckkontaktanordnung vorgesehen, daß die Kontaktbereiche der Kontaktflächen des elektronischen Bauelements flächenmäßig in etwa übereinstimmend ausgebildet sind. Stimmen die jeweiligen Kontaktbereiche, an denen die den Druck erzeugenden Kräfte ansetzen, flächenmäßig in etwa überein, so steht dem jeweiligen einen Kontaktbereich jeweils ein flächenmäßig in etwa übereinstimmender anderer Kontaktbereich mechanisch gegenüber, so daß sich die gegenüberstehenden Kontaktbereiche aufgrund der Kräfte und Gegenkräfte etwa gegeneinander abstützen können. Dies vermeidet mechanische Spannungen und geometrische Verzerrungen im Bereich des elektronischen Bauelements, nämlich dort, wo beim Stand der Technik der jeweils eine Kontaktbereich oder die jeweils eine Kontaktfläche des elektronischen Bauelements keine Möglichkeit zum entsprechenden Abstützen an der gegenüberliegenden Kontaktfläche besitzt.
  • Weiterhin ist vorgesehen, daß zumindest die Kontaktbereiche der Kontaktflächen des elektronischen Bauelements in etwa planar ausgebildet sind. Die Planarität also Ebenheit der Kontaktbereiche, also der Angriffsflächen der den mechanischen Druck erzeugenden Kräfte, gewährleistet eine besonders gleichmäßige und übersichtliche Verteilung der Kräfte und so mit der Entstehung des Drucks im Innern des Bauelements. Dies kann insbesondere auch durch die Ausgestaltung der entsprechenden Druckkontakteinrichtungen der Druckkontaktanordnung erreicht werden.
  • Vorangehend und nachfolgend kann unter dem allgemeinen Begriff „Träger" auch immer eine Platine, ein Schaltungssubstrat, ein Gehäuseabschnitt oder ein Spann- oder Halteelement einer Scheibenzellenanordnung verstanden werden.
  • Die Träger können bei einer besonderen Ausführungsform oder Anwendung der erfindungsgemäßen Druckkontaktanordnung auch Bestandteil einer sogenannten Scheibenzellenanordnung sein, bei welcher durch die Druckkontaktierung über zwei als Spannelemente gegeneinander wirkende Träger die Anordnung mit mindestens einem elektronischen Bauelement geschaffen wird. Diese Anordnung wird dann in einer weitergehenden Anwendung in eine übergeordnete Schaltungseinheit eingebracht und entsprechend kontaktiert. Die Scheibenzellenanordnung weist dabei im Betrieb z.B. parallel geschaltet eine Mehrzahl gleicher Bauelemente, z.B. IGBTs, auf.
  • Weiterhin ist die Druckkontaktanordnung dazu ausgebildet, im Betrieb einen mechanischen und/oder elektrischen Kontakt des elektronischen Bauelements auf mindestens einem vorgesehenen Träger, zum Beispiel einer Schaltungsanordnung, auszubilden. Damit wird also nicht nur erreicht, daß ein mechanischer und/oder elektrischer Abgriff am elektronischen Bauelement realisiert wird, sondern es wird gleichzeitig auch eine Halterung und Verschaltung an mindestens einem vorgesehenen Träger ausgebildet.
  • Des weiteren ist es vorgesehen, daß im Betrieb das elektronische Bauelement über die zweite Druckkontakteinrichtung mit von mindestens einem Träger im wesentlichen abgewandter erster Druckkontaktfläche und dem Träger im wesentlichen zuge wandter zweiter Druckkontaktfläche auf dem Träger insbesondere mechanisch durch Druck gehaltert und/oder elektrisch kontaktiert wird. Durch diese Maßnahme wird eine Orientierung des elektronischen Bauelements, nämlich mit dem Träger im wesentlichen abgewandter erster Kontaktfläche und dem Träger im wesentlichen zugewandter zweiter Kontaktfläche, realisiert.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Druckkontaktanordnung ausgebildet, im Betrieb mindestens ein elektronisches Bauelement zwischen zwei Trägern, insbesondere mechanisch durch Druck, zu haltern, einzuspannen und/oder elektrisch zu kontaktieren. Dabei ist im Betrieb insbesondere die erste Druckkontakteinrichtung dem einen Träger, die zweite Druckkontakteinrichtung dem anderen Träger zugewandt angeordnet und/oder es ist ferner die zweite Kontaktfläche dem einen Träger und die erste Kontaktfläche des Bauelementes jeweils dem anderen Träger zugewandt. Dadurch wird erreicht, dass im Betrieb durch die erfindungsgemäße Druckkontaktanordnung das Bauelement oder die Mehrzahl von Bauelementen in einer sandwichartigen Struktur zwischen den Trägern angeordnet und eingespannt wird bzw. werden.
  • Besonders einfache Verhältnisse ergeben sich, wenn die Kontaktbereiche und/oder die Kontaktflächen identisch sind in Form, Größe und Orientierung und sich bündig direkt gegenüber stehen.
  • Um die Leistungsaufnahme zu steigern, ist es bei vielen Anwendungen, insbesondere im Bereich der Leistungshalbleiterelektronik, vorgesehen, eine Mehrzahl, insbesondere im wesentlichen gleichartiger, gleichwirkender elektronischer Bauelemente parallel zu schalten. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckkontaktanordnung ist eine entsprechende Maßnahme vorgesehen, nämlich die Druckkontaktanordnung zur Druckkontaktierung einer Mehrzahl, insbesondere im wesentlichen gleichartiger, gleichwirkender und/oder parallel zu verschaltender, elektrischer Bauelemente auszubilden.
  • Dabei wird einerseits insbesondere eine entsprechende Mehrzahl von ersten und zweiten Druckkontakteinrichtungen und/oder eine entsprechende Mehrzahl von Zwischenstücken ausgebildet.
  • Andererseits sind dabei bei der Druckkontaktanordnung insbesondere jeweils eine gemeinsame erste und/oder eine gemeinsame zweite Druckkontakteinrichtung ausgebildet. Diese sind vorzugsweise aus Molybdän gefertigt und liegen jeweils einstückig oder einteilig vor.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, die erfindungsgemäße Druckkontaktanordnung zur Halterung und/oder elektrischen Kontaktierung eines oder mehrerer elektronischer Bauelemente zu verwenden, insbesondere bei feldgesteuerten Halbleiterbauelementen, zum Beispiel Dioden, FETs oder IGBTs, und zwar vorzugsweise mit jeweils mindestens einer ersten und zweiten Kontaktfläche, auf einer Oberseite bzw. Unterseite des elektronischen Bauelements, auf einem Träger einer Schaltungsanordnung oder vorzugsweise eines Leistungshalbleitermoduls. Durch diese erfindungsgemäße Verwendung werden insbesondere Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden, es hat sich nämlich gezeigt, daß insbesondere feldgesteuerte Halbleiterbauelemente sehr empfindlich auf entsprechende Ungleichmäßigkeiten und Asymmetrien in der Druckverteilung im Inneren des elektronischen Bauelements reagieren. Beim Stand der Technik wurden dadurch verkürzte maximale Betriebszeiten, eine erhöhte Ausfallquote und negative Einflüsse auf die Leistungsparameter festgestellt, welche nunmehr erfindungsgemäß vermieden werden.
  • Besonders vorteilhaft ist auch die Verwendung der erfindunggemäßen Druckkontaktanordnung in einem Scheibenzellenauf bau mit mindestens einem ersten und einem zweiten Träger, zwischen denen im Betrieb das Bauelement gebildet und/oder eingespannt wird.
    •
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugter Ausführungsform der erfindungsgemäßen Druckkontaktanordnung näher erläutert.
  • 1 ist eine geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Druckkontaktanordnung im Betrieb.
  • 2 zeigt eine herkömmliche Druckkontaktanordnung im Betrieb, ebenfalls in Form einer geschnittenen Seitenansicht.
  • Die 1 zeigt in schematischer und geschnittener Seitenansicht die erfindungsgemäße Druckkontaktanordnung im Betrieb.
  • Im Betrieb der erfindungsgemäßen Druckkontaktanordnung 10 wird zwischen einer ersten Druckkontakteinrichtung 11 und einer zweiten Druckkontakteinrichtung 12 ein elektronisches Bauelement 20 gehaltert und durch zwischen den Druckkontakteinrichtungen 11 und 12 wirkende mechanische Kräfte F1 und F2, welche als Pfeile dargestellt sind, mit Kontaktbereichen 21a und 22a von Kontaktflächen 21 und 22 des elektronischen Bauelements 20 kontaktiert sowie mit der Unterseite 12b der zweiten Druckkontakteinrichtung 12 auf einem ersten Träger 30 und ferner mit der Oberseite 11b der ersten Druckkkontakteinrichtung 11 auf einem zweiten Träger 31 mechanisch fixiert und dort kontaktiert. Die Träger 30, 31 können z. B. Spannelemente einer Scheibenzellenanordnung sein.
  • Zwischen den Kontaktflächen 21, 22 oder Kontakten des elektronischen Bauelements 20 ist als zentraler Bereich die eigentliche Bauteileinheit 23 ausgebildet. An den Rändern der Oberseite des elektronischen Bauelements 20, das heißt im Randbereich der oberen Kontaktfläche 21, können sogenannte Passivierungsschichten 24 ausgebildet sein.
  • Die Druckkontakteinrichtungen 11 und 12 sind so ausgebildet, daß die auf den Kontaktflächen 21 und 22 durch Kontakt mit der ersten und zweiten Druckkontakteinrichtung 11 und 12 gebildeten Kontaktbereiche 21a und 22a miteinander kongruent koinzidieren, was durch die entsprechenden gestrichelten Fluchtlinien 25 angedeutet ist. Das heißt, die Kontaktbereiche 21a und 22a sind etwa gleich in Fläche und Form, und sie stehen sich deckungsgleich und bündig gegenüber.
  • Die in 1 gezeigte Ausführungsform besitzt erste und zweite Druckkontakteinrichtungen 11 und 12, die sich von ihrer Grundfläche her zunächst grundsätzlich unterscheiden. Zur Flächenanpassung der zweiten Druckkontakteinrichtung 12 an die erste Druckkontakteinrichtung 11 ist ein sogenanntes Zwischenstück 40 ausgebildet, welches in etwa eine Querschnittsfläche aufweist, welche der Querschnittsfläche der ersten Druckkontakteinrichtung 11 entspricht, so daß sich gerade die oben beschriebenen Verhältnisse der Kontaktbereiche 21a und 22a der Kontaktflächen 21 und 22 des elektronischen Bauelements 20 ergeben.
  • Dabei ist das Zwischenstück 40 als integraler Bestandteil des Bereichs der zweiten Kontaktfläche 22, zum Beispiel der entsprechenden Metallisierungsschicht, zum Beispiel einer Emitter- oder Kollektormetallisierung eines IGBTs, ausgebildet.
  • Die Ausführungsform zeigt einen zweiten, oberen Träger 31, welcher an der Oberseite 11b der ersten, oberen Druckeinrichtung 11 angeordnet ist. Eine solche Anordnung ist z.B. bei einem Scheibenzellenaufbau vorteilhaft. Dort wird dann das Bauteil 20 durch Einspannen zwischen den Trägern 30 und 31 quasi gebildet, wobei durch die Ausgestaltung der Druckein richtungen 11 und 12 mit Zwischenstück 40 an den Kontaktflächen die Drucksymmetrisierung erreicht wird.
  • Andererseits kann einer der Träger 30, 31 auch als Platine, Schaltungssubstrat ausgebildet sein, gegen welche der andere Träger das Bauteil 20 im Betrieb andrückt.
  • Die 2 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht eine herkömmliche Druckkontaktanordnung im Betrieb. Bei dieser herkömmlichen Druckkontaktanordnung weisen die erste Druckkontakteinrichtung 110 und die zweite Druckkontakteinrichtung 120 miteinander nicht koinzidierende und übereinstimmende Querschnittsflächen aus, so daß im Betrieb in Kontakt mit dem elektronischen Bauelement 200 ebenfalls Kontaktbereiche 210a und 220a der Kontaktflächen 210 und 220 entstehen, die nicht miteinander übereinstimmen, so daß sich in den durch die gestrichelten Linien 250 gekennzeichneten Bereiche mechanische Asymmetrien bei der Anwendung der entsprechenden Drucke im Innern des elektronischen Bauelements 200 ergeben, welche durch die erfindungsgemäßen Anordnungen, welche in der 1 gezeigt ist, vermieden werden.
  • Die oben beschriebene Vorgehensweise bei der erfindungsgemäßen Druckkontaktanordnung bzw. der erfindungsgemäßen Verwendung der Druckkontaktanordnung kann im Rahmen des Aufbaus von Schaltungsanordnungen mit Druckkontaktbauelementen, insbesondere in der Leistungselektronik, sowohl in der Modulmontage als auch in der Montage im Rahmen einer Scheibenzelle verwendet werden.
  • In beiden Fällen wird dabei ein Leistungshalbleiterbauelement zwischen zwei Kontaktplatten eingespannt. Die Kontaktplatten werden im Betrieb unter einem hohen Druck von typischerweise 3 bar/cm2 aneinander gepreßt, so daß sich die Kontaktwiderstände zwischen den Kontaktplatten oder Kontakteinrichtungen und der jeweiligen Oberseite oder Unterseite des elektroni schen Bauelements ausreichend verringern lassen. Der durch das Leistungshalbleiterbauelement geführte Laststrom fließt im wesentlichen in axialer Richtung, das heißt in dem in der 1 ausgeführten Beispiel in Richtung von oben nach unten oder von unten nach oben.
  • Anwendbar ist die beschriebene erfindungsgemäße Druckkontaktanordnung bei insbesondere großflächigen Bauteilen, zum Beispiel Thyristoren, Dioden oder IGBTs. Insbesondere bei den IGBTs läßt sich nunmehr ein Betriebsstrom von über 1.000 Ampere, insbesondere in Parallelschaltung mit weiteren Bauteilen, realisieren. Und gerade bei den IGBTs, welche ja feldgesteuerte Schalter darstellen, lassen sich erfindungsgemäß die beim Stand der Technik auftretenden druckabhängigen Phänomene und Probleme, vermeiden, wodurch ein besonders sicherer, verschleißfreier und zuverlässiger Betrieb ermöglicht wird.
  • In der Anwendung wird die Unterseite, in der Regel die Kollektorseite, zum Beispiel eines IGBTs, auf eine zusammenhängende, flächige, unstrukturierte Kontaktscheibe gelegt, wobei auch mehrere IGBTs oder andere Halbleiterchips nebeneinander angeordnet werden können. Die Oberseite, in der Regel die Emitterseite, jedes einzelnen Chips wird dabei in herkömmlicher Weise mit einem Druckstempel kontaktiert, wobei durch Vorsehen eines Zwischenstücks auf der Kontaktfläche dessen Auflagefläche gerade der zu kontaktierenden Fläche entspricht. Herkömmlicherweise ist die kontaktierbare Fläche kleiner als die Gesamtfläche des Chips, weil sich im Randbereich, gerade der Oberseite, stets eine Passivierungsschicht befindet, sowie das auch in 1 gezeigt ist.
  • Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung gemäß 2 ist deutlich zu erkennen, daß dem Druck, welcher auf die gesamte Unterseite des Bauteils 200 wirkt, auf der Oberseite nur ein eingeschränkter Druck im zentralen Bereich, nämlich im Kontaktbereich 210a entgegensteht. Dies bewirkt gerade die Asymmetrie und die Inhomogenität in bezug auf die Druckverteilung im Inneren des Bauelements 200, insbesondere im Bereich 250.
  • Aus theoretischen Überlegungen, Simulationen und auch Messungen ergibt sich, daß sich bei der Anordnung gemäß 2 Inhomogenitäten im Inneren druckbedingten Spannungsfeld des elektronischen Bauelements ergeben. Gerade in den gestrichelt gekennzeichneten Bereichen 250 finden stufenförmige Änderungen der Druckverhältnisse statt, wodurch sich ebenfalls Änderungen hinsichtlich der mechanischen, thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften in den Bereichen 250 der elektronischen Bauelemente 200 bei der Anordnung aus dem Stand der Technik gemäß 2 ergeben. Experimentelle Voruntersuchungen haben gezeigt, daß die Inhomogenitäten bezüglich der physikalischen Eigenschaften der gespannten Bauteile – insbesondere eines IGBTs – den Betrieb der elektronischen Bauelemente bei herkömmlichen Anordnungen deutlich beeinträchtigen können.
  • Letztendlich ist ein IGBT ein feldgesteuerter Leistungsschalter, der es ermöglicht, hohe elektrische Ströme bei besonders geringer Steuerleistung zu schalten. Wesentliches Merkmal bei der Beurteilung der Leistungsfähigkeit eines IGBTs ist der maximal abschaltbare Strom, welcher noch geschaltet werden kann, ohne daß das Bauteil durch die im Moment des Abschaltens entstehende Belastung zerstört wird. Durch eine genaue Analyse des Ausfallmechanismus elektronischer Bauelemente, welche unter Verwendung einer herkömmlichen Druckkontaktanordnung druckkontaktiert wurden, wurden die erfindungsgemäßen Maßnahmen motiviert.
    • 10
    Druckkontaktanordnung
    11
    erste Druckkontakteinrichtung
    11b
    Oberseite
    12
    zweite Druckkontakteinrichtung
    12b
    Unterseite
    20
    elektronisches Bauelement
    21
    erste Kontaktfläche
    21a
    erster Kontaktbereich
    22
    zweite Kontaktfläche
    22a
    zweiter Kontaktbereich
    23
    zentraler Bereich, zentrale Bauteileinheit
    24
    Randbereich, Passivierungsschicht
    25
    Fluchtlinie
    30
    Träger
    31
    Träger
    40
    Zwischenstück
    100
    herkömmliche Druckkontaktanordnung
    110
    erste Druckkontakteinrichtung
    120
    zweite Druckkontakteinrichtung
    200
    elektronisches Bauelement
    210
    erste Kontaktfläche
    210a
    erster Kontaktbereich
    220
    zweite Kontaktfläche
    220a
    zweiter Kontaktbereich
    230
    zentraler Bereich
    240
    Randbereich, Passivierungsschicht
    250
    Bereich asymmetrischen Drucks
    300
    Träger

Claims (7)

  1. Druckkontaktanordnung zur Druckkontaktierung eines erste und zweite sich gegenüberliegende Kontaktflächen (21, 22) aufweisenden elektronischen Bauelements (20), – welche eine erste und eine zweite Druckkontakteinrichtung (11, 12) aufweist, die ausgebildet sind, mit Kontaktbereichen (21a, 22a) der ersten bzw. zweiten Kontaktfläche (21, 22) des elektronischen Bauelements (20) mechanisch und elektrisch verbunden zu werden, um einen Teil des elektronischen Bauelements (20) unter Anwendung eines mechanischen Drucks zwischen den Druckkontakteinrichtungen (11, 12) zwischen sich aufzunehmen, mechanisch zu haltern und einen elektrischen Kontakt der jeweiligen Druckkontakteinrichtungen (11, 12) mit der jeweiligen Kontaktfläche (21, 22) des elektronischen Bauelements (20) auszubilden, – wobei zur Flächenanpassung der ersten und zweiten Kontaktbereiche (21a, 22a) und zur Ausbildung einer symmetrischen und homogenen Druckverteilung im elektronischen Bauelement (20) zwischen den zwischen den Druckkontakteinrichtungen (11, 12) aufgenommenen Kontaktbereichen (21a, 22a) der Kontaktflächen (21, 22) des elektronischen Bauelements (20) ein Zwischenstück (40) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (40) einteilig oder einstückig mit der jeweiligen Kontaktfläche (21, 22) des elektronischen Bauelements (20) ausgebildet ist.
  2. Druckkontaktanordnung nach Anspruch 1, welche ausgebildet ist, einen mechanischen und elektrischen Kontakt des elektronischen Bauelements (20) mit mindestens einem vorgesehenen Träger (30, 31) auszubilden.
  3. Druckkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, – welche ausgebildet ist, das elektronische Bauelement (20) zwischen zwei Trägern (30, 31) mechanisch durch Druck zu haltern, einzuspannen und elektrisch zu kontaktieren, – wobei die erste Druckkontakteinrichtung (11) dem einen Träger (31), die zweite Druckkontakteinrichtung (12) dem anderen Träger (30) zugewandt angeordnet ist und – wobei die zweite Kontaktfläche (21) des Bauelements (20) dem einen Träger (31) und die erste Kontaktfläche (22) des Bauelements (20) jeweils dem anderen Träger (30) zugewandt angeordnet ist.
  4. Druckkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, – welche zur Druckkontaktierung einer Mehrzahl gleichartiger, gleichwirkender und parallel zu verschaltender, elektronischer Bauelemente (20) ausgebildet ist und – bei welcher dazu eine entsprechende Mehrzahl von ersten und zweiten Druckkontakteinrichtungen (11, 12) und eine entsprechende Mehrzahl von Zwischenstücken (40) vorgesehen ist.
  5. Druckkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, – welche zur Druckkontaktierung einer Mehrzahl gleichartiger und parallel zu verschaltender, elektronischer Bauelemente (20) ausgebildet ist und – bei welcher dazu jeweils eine gemeinsame erste und eine gemeinsame zweite Druckkontakteinrichtung (11, 12) aus Molybdän und jeweils einteilig oder einstückig ausgebildet sind.
  6. Verwendung der Druckkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur mechanischen Halterung und elektrischen Kontaktierung eines oder mehrerer elektronischer Bauelemente (20) mit jeweils mindestens einer ersten und zweiten Kontaktfläche (21, 22) auf einem Träger (30) eines Leistungshalbleitermoduls.
  7. Verwendung der Druckkontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur mechanischen Halterung und elektrischen Kontaktierung eines oder mehrerer elektronischer Bauelemente (20) mit jeweils mindestens einer ersten und zweiten Kontaktfläche (21, 22) in einer Scheibenzellenanordnung mit mindestens einem ersten und einem zweiten Träger (30, 31), zwischen denen das Bauelement (20) gebildet und eingespannt ist.
DE10048859A 2000-10-02 2000-10-02 Druckkontaktanordnung sowie deren Verwendung Expired - Lifetime DE10048859B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10048859A DE10048859B4 (de) 2000-10-02 2000-10-02 Druckkontaktanordnung sowie deren Verwendung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10048859A DE10048859B4 (de) 2000-10-02 2000-10-02 Druckkontaktanordnung sowie deren Verwendung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10048859A1 DE10048859A1 (de) 2002-04-18
DE10048859B4 true DE10048859B4 (de) 2005-12-15

Family

ID=7658487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10048859A Expired - Lifetime DE10048859B4 (de) 2000-10-02 2000-10-02 Druckkontaktanordnung sowie deren Verwendung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10048859B4 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004034821A1 (de) * 2004-07-19 2006-03-16 Infineon Technologies Ag Halbleiter und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102004059389B4 (de) * 2004-12-09 2012-02-23 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit Ausgleichsmetallisierung
DE102006014145C5 (de) * 2006-03-28 2015-12-17 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Druck kontaktierte Anordnung mit einem Leistungsbauelement, einem Metallformkörper und einer Verbindungseinrichtung
DE102011076662A1 (de) * 2011-05-30 2012-12-06 Robert Bosch Gmbh Halbleiterbauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
EP2966681A1 (de) * 2014-07-09 2016-01-13 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Leistungshalbleiterbauelemente
US10845375B2 (en) * 2016-02-19 2020-11-24 Agjunction Llc Thermal stabilization of inertial measurement units

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3143335A1 (de) * 1981-10-31 1983-05-11 SEMIKRON Gesellschaft für Gleichrichterbau u. Elektronik mbH, 8500 Nürnberg Halbleitervorrichtung
US5610439A (en) * 1994-09-15 1997-03-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Press-contact type semiconductor devices
DE19732738A1 (de) * 1997-07-30 1999-02-04 Asea Brown Boveri Leistungshalbleiterbauelemente mit druckausgleichender Kontaktplatte
EP0932201A2 (de) * 1998-01-22 1999-07-28 Hitachi, Ltd. Halbleiteranordnung vom Druckkontakttyp und Umformer der diese anwendet

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3143335A1 (de) * 1981-10-31 1983-05-11 SEMIKRON Gesellschaft für Gleichrichterbau u. Elektronik mbH, 8500 Nürnberg Halbleitervorrichtung
US5610439A (en) * 1994-09-15 1997-03-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Press-contact type semiconductor devices
DE19732738A1 (de) * 1997-07-30 1999-02-04 Asea Brown Boveri Leistungshalbleiterbauelemente mit druckausgleichender Kontaktplatte
EP0932201A2 (de) * 1998-01-22 1999-07-28 Hitachi, Ltd. Halbleiteranordnung vom Druckkontakttyp und Umformer der diese anwendet

Also Published As

Publication number Publication date
DE10048859A1 (de) 2002-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009033321B4 (de) Leistungshalbleitervorrichtung
DE10251247A1 (de) Halbleiterbaugruppe mit Halbleiterchip, gebildet unter Verwendung eines Halbleiters mit breitem Bandabstand als Basismaterial
EP0597254A1 (de) Schaltungsanordnung für Leistungshalbleiterbauelemente
EP1982355A2 (de) Leistungselektronikanordnung
EP1318547A1 (de) Leistungshalbleiter-Modul
DE212021000239U1 (de) Halbleitermodul
DE10048859B4 (de) Druckkontaktanordnung sowie deren Verwendung
DE60315224T2 (de) Halbleiterbauelement mit Druckkontakt
DE112021002942T5 (de) Halbleitermodul
DE10065495C2 (de) Leistungshalbleitermodul
EP1825511B1 (de) Halbleiterschaltmodul
DE102020122125A1 (de) Halbleitermodul
EP3555913B1 (de) Halbleitermodul mit bodenplatte mit hohlwölbung
DE69713635T2 (de) Unter internem Druck zusammengesetzte Halbleiteranordnung mit einem Chip-Rahmen, der eine längere Kriechstrecke erlaubt
DE19529237C1 (de) Schaltungsanordnung
DE102019115573B4 (de) Leistungselektronische Schalteinrichtung und Verfahren zur Herstellung
DE212021000236U1 (de) Halbleitermodul
DE112021002900T5 (de) Halbleitermodul
DE102018103316B4 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
EP3944312A1 (de) Leistungselektronische baugruppe
DE102012206407B4 (de) Druckkontaktanordnung und verfahren zur herstellung und zum betrieb einer druckkontaktanordnung
EP0665560B1 (de) Hybridschaltungsanordnung
DE102011086687A1 (de) Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleiters und Kontaktanordnung für einen Halbleiter
DE102017117667A1 (de) Leistungshalbleitermodul mit einer auf eine Schalteinrichtung einwirkender Druckeinrichtung
DE102023113658B3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem elektronischen Modul und einem Kontaktelement und einer Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und einem Kühlkanal

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 81669 MUENCHEN, DE

R071 Expiry of right