DE102004046807B4

DE102004046807B4 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Gehäuseteils für ein Leistungshalbleitermodul

Info

Publication number: DE102004046807B4
Application number: DE200410046807
Authority: DE
Inventors: Klaus Lokietz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: DE102004046807A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Gehäuseteils (14) für ein Leistungshalbleitermodul, bei dem mehrere separate Einlegeteile (1 bis 9) in ein Kunststoffelement (10) eingepresst oder eingestanzt werden, wodurch ein bestücktes Positionierelement (11, 20) entsteht, das in eine Spritzgussform eingelegt und mit Kunststoff (12) umspritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eins Kunststoff-Gehäuseteils für ein Leistungshalbleitermodul.
Bei der Konstruktion elektrischer oder elektronischer Geräte und Baugruppen besteht häufig die Notwendigkeit, zur externen mechanischen und/oder elektrischen Verbindung geeignete, separat gefertigte Verbindungselemente vorzusehen. Dies können beispielsweise Kontaktelemente, Kontaktstifte oder Anschlusslaschen und/oder mechanische Verbindungs-, Schraub-, Klemm-, Löt- oder ähnliche Konstruktionselemente sein.
Es ist denkbar, diese Konstruktionselemente in das Kunststoff-Gehäuse einzupressen oder beim Herstellen des Gehäuses mit einzuspritzen. Im letzteren Fall wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den separat gefertigten Konstruktionselementen von Einlegeteilen gesprochen, weil diese üblicherweise in eine Spritzgussform eingelegt und positioniert werden müssen, um im anschließenden Spritzgussvorgang von Kunststoffmaterial umschlossen und damit fixiert zu werden.
Der Einlegeprozess ist fertigungstechnisch anspruchsvoll und ist bei einer taktgesteuerten Spritzgussfertigung zeitlich limitiert. Während einer Taktzeit kann nämlich nur eine sehr begrenzte Anzahl von Einlegeteilen eingebracht werden. Die Taktzeit ist ihrerseits durch den verwendeten Kunststoff und dessen Schmelzprozess bestimmt. Eine Überschreitung der Taktzeit – mit der Folge eines verlängerten Verbleibs des Kunst stoffs in der Heizzone der so genannten Förderschnecke – ist nicht ohne Qualitätseinbußen möglich, weil dies zu einer Schädigung des Kunststoffs führt. Außerdem ist eine Bestückung der Spritzgussform über die Taktzeit hinaus problematisch, weil die Form naturgemäß zur Bestückung geöffnet, zum Spritzvorgang jedoch geschlossen sein muss.
Diese Problematik besteht bei eingepressten Elementen nicht; allerdings weisen eingepresste Elemente im Alltagsbetrieb, insbesondere aufgrund wirkender Temperaturwechsel, eine nicht immer zufriedenstellende Langzeitstabilität auf.
Das direkte Umspritzen von Kontaktelementen, Kontaktstiften, Anschlusslaschen usw. ist aus der DE 197 52408 A1 und der DE 693 18 658 T2 bekannt.
Aus der DE 100 245 16 A1 , 3, Patentanspruch 11 ist ein Leistungshalbleitermodul mit einem an den Gehäusebereich 10 angegossenen Isolierrahmen 9a bekannt.
Bekannt ist aus der DE 101 20 402 B4 als Verbindungselement für Leistungshalbleitermodule ein spritzgegossener Korpus 1, 1. In den Korpus 1 werden der oder die Träger 9, 7 eingesetzt, wobei die Anschlussfahnen 10 teilweise mit dem Trägergehäuse 12 umspritzt sind. Die Teile des Korpus 1 können permanent mit den Trägern 9 durch Kleben oder Schweißen verbunden werden, Abs. [0065].
Aus der DE 102 14 014 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zuerst ein Vorprodukt, bestehend aus dem Einlegeteil 2 und den angespritzten Elementen 3 aus Kunststoff (das als Positionierelement in der Spritzgießform wirkt) hergestellt wird und dann das Vorprodukt in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und dort mit Kunststoff umhüllt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu finden, bei dem eine Vielzahl von Einlegeteilen ohne Einschränkung kostengünstig und langzeitstabil im Gehäuseteil eines Leistungshalbleitermoduls mechanisch fixiert wird.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kunststoff-Gehäuseteil für ein Leistungshalbleitermodul hat mehrere separat gefertigte, integrierte Einlegeteile, mindestens ein separat gefertigtes Kunststoffelement, das mit den Einlegeteilen mittels Kraft- oder Formschluss ein Positionierelement bildend verbunden ist, wobei das Positionierelement zumindest teilweise mit Kunststoff umspritzt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, ein oder mehrere separate Einlegeteile zur Bildung eines gemeinsamen Positionierelements form- oder kraftschlüssig mit einem Kunststoffelement zu verbinden, das bestückte Positionierelemente in eine Spritzgussform einzulegen und zur Bildung der Kunststoffkomponente mit Kunststoff zu umspritzen.
Es werden Kunststoffelemente (Vorspritzlinge) in einem entkoppelten Fertigungsschritt mit den vorzugsweise metallischen Einlegeteilen vorab bestückt, die dann ein zusammenhängendes Positionierelement bilden. Die Kunststoffelemente können eine beliebige Anzahl, Art und Variationsbreite von Einlegeteilen aufnehmen und zumindest vorübergehend so haltern, dass eine positionsgenaue Fixierung während des Spritzgussvorgangs si chergestellt ist. Das vorab gefertigte Positionierelement wird taktgebunden in die Spritzgussform eingelegt und umspritzt, wobei ein Gehäuseteil für ein Leistungshalbleitermodul entsteht.
Bevorzugt können mehrere Positionierelemente gleichzeitig in die Spritzgussform eingelegt werden. Diese können beispielsweise im entstehenden Randbereich des Gehäuseteils für ein Leistungshalbleitermodul angeordnet werden, so dass dieses an jedem Rand bzw. jeder Kante mit den gewünschten Einlegeteilen versehen ist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Kunststoffelemente aus demselben Kunststoffmaterial gebildet werden, das auch für die anschließende Bildung des Gehäuseteils für das Leistungshalbleitermodul verwendet wird. Allerdings kann je nach Anwendungsfall für das Kunststoffelement auch ein anderer, auch preisgünstigerer Werkstoff verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 Metallische Einlegeteile dargestellt nach ihrer Anordnung im Vorspritzrahmen 10,
2 Positionierelement 11 bestehend aus den Einlegeteilen und dem Vorspritzrahmen 10,
3 Gehäuseteil 14 für ein Leistungshalbleitermodul mit Kunststoff 12 mit gestrichelt dargestelltem Vorspritzrahmen,
4 Gehäuseteil 14 für ein Leistungshalbleitermodul mit aus dem Gehäuse herausragenden Einlegeteilen 1 bis 9,
5 Positionierelemente 20 aus bestückten Vorspritzleisten.
1 zeigt mehrere in ihrer zukünftigen räumlichen Verteilung angeordnete metallische Einlegeteile; beispielhaft sind für Schraubanschlüsse ausgelegte Anschlusslaschen 1, 2, mehrere Anschlusskontaktstifte oder Stiftreihen 3, 4, 5, 6 und gebogene Anschlusselemente 7, 8 sowie beispielhaft Buchsen 9 gezeigt.
Gemäß 2 werden diese Einlegeteile 1 bis 9 in einem unabhängigen Vormontageschritt mit einem zuvor separat gefertigten Kunststoffelement (Vorspritzrahmen, Vorspritzleiste) durch Einstanzen oder Klemmen fest verbunden. Ergebnis ist eine kraft- oder formschlüssige Verbindung der Einlegeteile 1–9 mit dem Vorspritzrahmen/-leiste 10. Damit entsteht ein Positionierelement 11, das als im Wesentlichen rechteckiger Rahmen die Einlegeteile 1 bis 9 fixiert.
Anschließend wird das Positionierelement 11 in ein hier nicht gezeigtes, an sich bekanntes Spritzgusswerkzeug (Form) eingelegt. Dies kann automatisiert und in einem vergleichsweise kurz getakteten Verfahrensablauf erfolgen, wobei alle einzulegenden Teile an den Stellen positioniert werden, die sie im Gehäuse des Leistungshalbleitermoduls einnehmen sollen. Sodann wird die Spritzgussform mit einem Kunststoff 12 beaufschlagt, der in seiner Materialzusammensetzung dem Kunststoff des Vorspritzrahmens 10 entspricht. Damit entsteht ein Gehäuseteil für ein Leistungshalbleitermodul 14, das die in 3 gezeigte Gestalt hat. In ihm sind die Einlegeteile 1–9 an den gewünschten Positionen fest und vor allem langzeitstabil fixiert.
5 zeigt alternative Vorspritzleisten. Hier besteht das Positionierelement 20 aus mehreren Teilvorspritzschienen oder Vorspritzleisten 21, 22, 23, 24, die jeweils für die Längs- bzw. Querseite des Gehäuseteils des Leistungshalbleitermoduls 14 ausgebildet sind. In diesen Leisten sind die in Zusammenhang mit 1 erläuterten Einlegeteile 1 bis 9 gehalten. Jede Leiste kann mit den Einlegeteile 1–9 in einem separaten, entkoppelten Fertigungsschritt bestückt werden. Dies hat den Vorteil, dass eine höhere Flexibilität bzw. Variantenreichtum durch bedarfsgemäße Kombination oder teilweisen Austausch der Leisten 21, 22, 23, 24 gegeben ist.
Damit ist ein Gehäuseteil für ein Leistungshalbleitermodul 14 geschaffen, dessen Einlegeteile 1–9 fertigungstechnisch einfach gehandhabt und in die Spritzgussform eingelegt werden können und dabei keine Rückwirkungen auf die Prozess-Taktzeiten der Hauptfertigungslinie für das Gehäuseteil des Leistungshalbleitermoduls 14 haben.

1: Einlegeteil: Anschlusslasche
2: Einlegeteil: Anschlusslasche
3: Einlegeteil: Anschlusskontaktstift
4: Einlegeteil: Anschlusskontaktstift
5: Einlegeteil: Anschlusskontaktstift
6: Einlegeteil: Anschlusskontaktstift
7: Einlegeteil: Anschlusselement
8: Einlegeteil: Anschlusselement
9: Einlegeteil: Buchse
10: Kunststoffelement: Vorspritzrahmen, Vorspritzleiste
11: Positionierelement ausgebildet als Rahmen 12 Kunststoff
14: Gehäuseteil für ein Leistungshalbleitermodul
20: Positionierelement ausgebildet aus mehreren Leisten
21: Vorspritzleiste
22: Vorspritzleiste
23: Vorspritzleiste
24: Vorspritzleiste

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Gehäuseteils (14) für ein Leistungshalbleitermodul, bei dem mehrere separate Einlegeteile (1 bis 9) in ein Kunststoffelement (10) eingepresst oder eingestanzt werden, wodurch ein bestücktes Positionierelement (11, 20) entsteht, das in eine Spritzgussform eingelegt und mit Kunststoff (12) umspritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vorspritzleisten (21, 22, 23, 24) als Positionierelement (20) einzeln oder gleichzeitig in die Spritzgussform eingelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierelement (11, 20) mit demselben Kunststoff umspritzt wird, aus dem das Kunststoffelement (10) besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegeteile (1 bis 9) aus Metall sind.