DE102014116793A1 - Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls - Google Patents

Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls Download PDF

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Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul. Dieses weist ein Modulgehäuse (6) auf, sowie einen Schaltungsträger (2) mit einem dielektrischen Isolationsträger (20) und mit einer oberen Metallisierungsschicht (21), die auf eine Oberseite (20t) des dielektrischen Isolationsträgers (20) aufgebracht ist. Auf dem Schaltungsträger (2) ist Halbleiterbauelement (1) angeordnet. Außerdem weist das Leistungshalbleitermodul einen Hochstromleiter (5) mit einem ersten Abschnitt auf, der im Inneren des Modulgehäuses (6) angeordnet ist und mit einem zweiten Abschnitt, der von der Außenseite des Modulgehäuses (6) her zugänglich ist. Der erste Abschnitt weist außerdem eine Anzahl von N ≥ 2 Fortsätzen (54) auf. Auf dem Schaltungsträger (2) ist eine Anzahl N elektrisch leitender Kontakthülsen (4) angeordnet, in die jeweils einer der Fortsätze (54) eingesteckt und dadurch elektrisch leitend mit dieser verbunden ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls.
  • Da Leistungshalbleitermodule häufig sehr hohe Ströme schalten, müssen sie elektrische Anschlüsse mit einer hohen Strombelastbarkeit aufweisen. Bei herkömmlichen Halbleitermodulen werden hierzu häufig breite Anschlussbleche verwendet, die auf einen Schaltungsträger des Halbleitermoduls gelötet werden. Aufgrund der Wärmekapazität derartiger Anschlussbleche ist damit eine starke thermische Belastung des Schaltungsträgers verbunden, was dazu führen kann, dass der Schaltungsträger und/oder ein elektrisches Bauelement, mit dem der Schaltungsträger vorbestückt ist, beschädigt oder zerstört werden kann.
  • Alternativ ist es bekannt, mehrere einzelne Pins zu verwenden, die jeweils ein erstes Ende aufweisen, das im Inneren eines Modulgehäuses angeordnet sind, sowie ein zweites Ende, das aus dem Modulgehäuse herausgeführt ist. Die ersten Enden sind im Inneren des Modulgehäuse an eine Metallisierung des Schaltungsträgers angeschlossen und dadurch elektrisch leitend miteinander verbunden, während die zweiten Enden an eine Leiterkarte angeschlossen und dadurch elektrisch parallel geschaltet sind. Allerdings sind dazu hochstromfähige und damit teure Leiterkarten erforderlich.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Leistungshalbleitermodul ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls bereitzustellen, das einen hochstromfähigen elektrischen Anschluss aufweist, das einfach und ohne die Gefahr einer Zerstörung von Bestandteilen des Halbleitermoduls herzustellen ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Leistungshalbleitermodul gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Patentanspruch 13 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein erster Aspekt betrifft ein Leistungshalbleitermodul. Dieses weist ein Modulgehäuse auf, einen Schaltungsträger, einen auf dem Schaltungsträger angeordneten Halbleiterbauelement, und einen Hochstromleiter. Der Schaltungsträger weist einen dielektrischen Isolationsträger auf, sowie eine obere Metallisierungsschicht, die auf eine Oberseite des dielektrischen Isolationsträgers aufgebracht ist. Außerdem enthält das Halbleitermodul einen Hochstromleiter mit einem ersten Abschnitt, der im Inneren des Modulgehäuses angeordnet ist, sowie mit einem zweiten Abschnitt, der von der Außenseite des Modulgehäuses her zugänglich ist. Der erste Abschnitt besitzt eine Anzahl von N ≥ 2 Fortsätzen. Auf dem Schaltungsträger ist eine Anzahl N elektrisch leitender Kontakthülsen angeordnet, in die jeweils einer der Fortsätze eingesteckt und dadurch elektrisch leitend mit dieser verbunden ist.
  • Ein zweiter Aspekt betrifft ein Verfahren, mit dem ein gemäß einem ersten Aspekt ausgebildetes Leistungshalbleitermodul hergestellt wird. Bei dem Verfahren wird ein Hochstromleiter bereitgestellt, der einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist. Der erste Abschnitt weist eine Anzahl von N ≥ 2 Fortsätzen auf. Ebenfalls bereitgestellt werden ein Modulgehäuse, sowie ein Schaltungsträger, der einen dielektrischen Isolationsträger aufweist und eine obere Metallisierungsschicht, die auf eine Oberseite des dielektrischen Isolationsträgers aufgebracht ist. Außerdem ist der Schaltungsträger mit einem Halbleiterbauelement bestückt, sowie mit einer Anzahl N elektrisch leitender Kontakthülsen. In jede der Kontakthülsen wird einer der Fortsätze eingesteckt. Außerdem wird das Modulgehäuse – vor oder nach dem Einstecken der Fortsätze in die Kontakthülsen – auf den Schaltungsträger aufgesetzt, so dass nach dem Einstecken der Fortsätze in die Kontakthülsen und nach dem Aufsetzen des Modulgehäuses auf den Schaltungsträger der ersten Abschnitt des Hochstromleiters im Inneren des Modulgehäuses angeordnet ist und der zweite Abschnitt des Hochstromleiters von der Außenseite des Modulgehäuses her zugänglich ist.
  • Diese sowie weitere Aspekte der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1A einen Querschnitt durch einen Schaltungsträger, der mit Hochstromleitern bestückt wird, die ein Außengewinde aufweisen.
  • 1B den mit den Hochstromleitern bestückten Schaltungsträger gemäß 1A.
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Schaltungsträgers, der mit Hochstromleitern bestückt wird, die ein Außengewinde aufweisen.
  • 3A einen Querschnitt durch einen Schaltungsträger, der mit Hochstromleitern bestückt wird, die ein Innengewinde aufweisen.
  • 3B den mit den Hochstromleitern bestückten Schaltungsträger gemäß 3A.
  • 4 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Schaltungsträgers, der mit Hochstromleitern bestückt wird, die ein Innengewinde aufweisen.
  • 5 eine perspektivische Ansicht eines Hochstromleiters, der ein Innengewinde aufweist.
  • 6 eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls, das mehrere Hochstromleiter mit jeweils einem Anschlussgewinde aufweist, das von der Außenseite des Halbleitermoduls her zugänglich ist.
  • 7A bis 7E verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleitermoduls, das einen aus einem Blech gebildeten Hochstromleiter aufweist.
  • Die Darstellung in den Figuren ist nicht maßstäblich. Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch einen bestückten Schaltungsträger 2. Der Schaltungsträger 2 weist einen dielektrischen Isolationsträger 20 mit einer Oberseite 20t auf, auf die eine obere Metallisierungsschicht 21 aufgebracht ist, sowie eine optionale untere Metallisierungsschicht 22, die auf eine der Oberseite 20t abgewandte Unterseite 20b des dielektrischen Isolationsträgers 20 aufgebracht ist. Sofern eine obere und eine untere Metallisierungsschicht 21, 22 vorhanden sind, können sich diese also auf einander entgegengesetzten Seiten des Isolationsträgers 20 befinden. Die obere Metallisierungsschicht 21 kann bei Bedarf strukturiert sein, so dass sie Leiterbahnen aufweist, die beispielsweise zur elektrischen Verschaltung und/oder zur Chipmontage genutzt werden können. Der dielektrische Isolationsträger 20 kann dazu verwendet werden, die obere Metallisierungsschicht 21 und die untere Metallisierungsschicht 22 elektrisch voneinander zu isolieren.
  • Bei dem Schaltungsträger 2 kann es sich um ein Keramiksubstrat handeln, bei dem der Isolationsträger 20 als dünne Schicht ausgebildet ist, die Keramik aufweist oder aus Keramik besteht. Als Materialien für die obere Metallisierungsschicht 21 und, soweit vorhanden, die untere Metallisierungsschicht 22 eignen sich elektrisch gut leitende Metalle wie beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen, aber auch beliebige andere Metalle oder Legierungen. Sofern der Isolationsträger 20 Keramik aufweist oder aus Keramik besteht, kann es sich bei der Keramik beispielsweise um Aluminiumoxid (Al2O3) oder Aluminiumnitrid (AlN) oder Siliziumnitrid (Si3N4) oder Zirkoniumoxid (ZrO2) handeln, oder um eine Mischkeramik, die neben zumindest einem der genannten Keramikmaterialien noch wenigstens ein weiteres, von diesem verschiedenes Keramikmaterial aufweist. Zum Beispiel kann ein Schaltungsträger 2 als DCB-Substrat (DCB = Direct Copper Bonding), als DAB-Substrat (DAB = Direct Aluminum Bonding), als AMB-Substrat (AMB = Active Metal Brazing) oder als IMS-Substrat (IMS = Insulated Metal Substrate) ausgebildet sein. Die obere Metallisierungsschicht 21 und, soweit vorhanden, die untere Metallisierungsschicht 22 können, unabhängig voneinander, jeweils eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 2,5 mm aufweisen. Die Dicke des Isolationsträgers 20 kann z. B. im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm liegen. Größere oder kleinere als die angegebenen Dicken sind jedoch ebenfalls möglich.
  • Der Schaltungsträger 2 kann mit einem oder mehreren elektronischen Bauteilen 1 bestückt sein. Grundsätzlich können beliebige elektronische Bauteile 1 verwendet werden. Insbesondere kann ein solches elektronisches Bauteil 1 ein beliebiges aktives oder passives elektronisches Bauelement enthalten. Auch ist es möglich, dass in einem elektronischen Bauteil 1 ein oder mehrere aktive elektronische Bauelemente und ein oder mehrere passive elektronische Bauelemente miteinander integriert sind. Jedes elektronische Bauteil 1 weist eine erste Elektrode 11 und mindestens eine zweite Elektrode 12 auf.
  • Beispielsweise kann ein elektronisches Bauteil 1 als Halbleiterchip ausgebildet sein und einen Halbleiterkörper 10 aufweisen. Bei den Elektroden 11 und 12 kann es sich dann jeweils um eine Chipmetallisierung handeln, die auf den Halbleiterkörper 10 aufgebracht ist.
  • Ein Bauteil 1 kann zum Beispiel eine Diode enthalten, oder einen steuerbaren Halbleiterschalter, der über einen Steuereingang (z. B. einen Gate- oder Basiseingang 13, wie er später in 6 gezeigt ist) angesteuert werden kann, beispielsweise einen MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), einen Thyristor, einen JFET (Junction Field Effect Transistor), einen HEMT (High Electron Mobility Transistor). Bei der ersten Elektrode 11 und der zweite Elektrode 12 eines Bauteils 1 kann es sich zum Beispiel um Anode bzw. Kathode, um Kathode bzw. Anode, um Source bzw. Drain, um Drain bzw. Source, um Emitter bzw. Kollektor oder um Kollektor bzw. Emitter des betreffenden Bauelements handeln.
  • Bei dem gezeigten Beispiel ist das Bauteil 1 an seiner Elektrode 12 stoffschlüssig und elektrisch leitend mit einem Abschnitt der oberen Metallisierungsschicht 21 verbunden. Die entsprechende Verbindung kann beispielsweise durch Löten, Sintern einer metallpulverhaltigen Paste oder durch elektrisch leitendes Kleben hergestellt werden. Je nach den Erfordernissen der auf dem Schaltungsträger 2 zu realisierenden Schaltung kann das eine elektronisches Bauteil 1 auf beliebige Weise an den Schaltungsträger 2 und/oder an anderen Elemente des herzustellenden Leistungshalbleitermoduls angeschlossen werden. In 1A ist hierzu lediglich beispielhaft ein Bonddraht 3 gezeigt, der durch Drahtbonden an einer ersten Bondstelle an einen Abschnitt der oberen Metallisierungsschicht 21 gebondet ist, sowie an einer zweiten Bondstelle an die erste Elektrode 11 des Bauteils 1.
  • Weiterhin ist der Schaltungsträger 2 mit mehreren elektrisch leitenden Kontakthülsen 4 bestückt. Jeweils wenigstens zwei dieser Kontakthülsen 4 können elektrisch an einen zusammenhängenden Abschnitt einer Metallisierung, beispielsweise einen Abschnitt der oberen Metallisierungsschicht, angeschlossen und fest mit diesem verbunden sein. Zum Beispiel können die wenigstens zwei Kontakthülsen 4 jeweils durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel, das sowohl an die betreffende Kontakthülse als auch an den zusammenhängenden Abschnitt der Metallisierung angrenzt, mit dem zusammenhängenden Abschnitt der Metallisierung verbunden sein. Bei dem Verbindungsmittel kann es sich beispielsweise um ein Lot, eine Schicht mit gesintertem Metallpulver oder eine elektrisch leitende Klebeschicht handeln. Alternativ können die wenigstens zwei Kontakthülsen 4 auch jeweils unmittelbar an den zusammenhängenden Abschnitt der Metallisierung geschweißt sein. In jedem Fall verbindet der zusammenhängende Abschnitt der Metallisierung die auf ihm montierten Kontakthülsen 4 elektrisch leitend miteinander.
  • Wie aus 1A weiterhin hervorgeht, kann der Schaltungsträger 2 mit einem oder mehreren Hochstromleitern 5 bestückt sein. Ein jeder der Hochstromleiter 5 weist zwei oder mehr Fortsätze 54 auf. In wenigstens zwei der Kontakthülsen 4, die wie erläutert auf demselben zusammenhängenden Abschnitt einer Metallisierung (hier einem Abschnitt der oberen Metallisierungsschicht 21) angeordnet und durch diesen zusammenhängenden Abschnitt elektrisch leitend miteinander verbunden sind, ist einer der Fortsätze 54 desselben Hochstromleiters 5 eingesteckt und dadurch elektrisch leitend mit der betreffenden Kontakthülse 4 verbunden. Da zur elektrischen Kontaktierung desselben Hochstromleiters 5 zwei oder mehr Kontakthülsen 4 verwendet werden, können die Kontakthülsen 4 einzeln auf dem zusammenhängenden Abschnitt der Metallisierung montiert und danach der Hochstromleiter 5 in die Kontakthülsen 5 eingesteckt werden. Hierdurch ergeben sich mehrere Vorteile:
    Zum einen wird die Montage der Kontakthülsen 4 auf dem zusammenhängenden Abschnitt der Metallisierung durch den Hochstromleiter 5 nicht behindert. Zum anderen entzieht der Hochstromleiter 5 einem Verbindungsprozess, der die Zufuhr von Wärme erfordert (also z.B. wenn die Kontakthülsen 4 an den zusammenhängenden Abschnitt der Metallisierung gelötet, geschweißt oder gesintert werden), keine Energie, wodurch sich die thermische Belastung des Schaltungsträgers 2 und eventuell bereits auf diesem montierter elektronischer Bauelemente 1 verringert.
  • Die Anzahl N der Fortsätze 54 eines Hochstromleiters 5 ist prinzipiell beliebig, sie ist jedoch in jedem Fall größer oder gleich zwei. Es kann beispielsweise N ≥ 2, N ≥ 3, N ≥ 4 oder N ≥ 6 gelten. Da jeder der N Fortsätze 54 in eine eigene Kontakthülse 4 eingesteckt wird, ist zur Montage des betreffenden Hochstromleiters 5 im Regelfall auch eine entsprechende Anzahl N von Kontakthülsen 4 vorhanden. Grundsätzlich besteht natürlich die Möglichkeit, nicht sämtliche Fortsätze 54 eines Hochstromleiters 5 in Kontakthülsen 4 einzustecken, die auf demselben zusammenhängenden Abschnitt einer Metallisierung montiert sind. Beispielsweise kann ein Teil der Fortsätze 54 eines Hochstromleiters 5 in Kontakthülsen 4 eingesteckt sein, die auf einem ersten zusammenhängenden Metallisierungsabschnitt montiert sind, und ein anderer Teil in Kontakthülsen 4, die auf einem vom ersten zusammenhängenden Metallisierungsabschnitt verschiedenen zweiten zusammenhängenden Metallisierungsabschnitt montiert sind. Ebenso ist es möglich, einen oder mehrere Fortsätze 54 desselben Hochstromleiters 5 überhaupt nicht in eine Kontakthülse 4 einzustecken.
  • Nach ein oder mehrere Hochstromleiter 5 jeweils mit wenigstens zwei ihrer Fortsätze 54 in korrespondierende, auf demselben Metallisierungsabschnitt montierte Kontakthülsen 4 eingesteckt wurden, kann ein Modulgehäuses 6 so auf den Schaltungsträger 2 aufgesetzt werden, dass ein erster Abschnitt des Hochstromleiters 5, an dem die Fortsätze 54 ausgebildet sind, im Inneren des Modulgehäuses 6 angeordnet ist und dass der zweite Abschnitt 52 des Hochstromleiters 5 von der Außenseite des Modulgehäuses 6 her zugänglich ist und dadurch elektrisch an eine modulexterne Komponente angeschlossen werden kann. 1B zeigt das Halbleitermodul 100 mit dem auf den Schaltungsträger 2 aufgesetzten Gehäuse 6.
  • Anders als mit den 1A und 1B gezeigt kann aber auch zunächst das Gehäuse 6 auf den Schaltungsträger 2 aufgesetzt und eine oder mehrere Hochstromleiter 5 durch entsprechende Aussparungen im Gehäuse 6 in die zugehörigen, auf dem Schaltungsträger 2 montierten Kontakthülsen 4 eingesteckt werden, so dass im Ergebnis wiederum ein erster Abschnitt des jeweiligen Hochstromleiters 5, an dem die Fortsätze 54 ausgebildet sind, im Inneren des Modulgehäuses 6 angeordnet ist, während ein zweiter Abschnitt 52 von der Außenseite des Modulgehäuses 6 her zugänglich ist und dadurch elektrisch an eine modulexterne Komponente angeschlossen werden kann.
  • Bei dem Beispiel gemäß den 1A und 1B ist an dem zweiten Abschnitt 52 ein Gewinde, hier ein Außengewinde, vorhanden, so dass eine elektrisch leitende und feste Verbindung mit einer modulexternen Komponente, beispielsweise einem elektrisch leitenden Anschlussblech, durch Aufschrauben einer Mutter auf das Außengewinde erfolgen kann.
  • Um zu verhindern, dass sich der Hochstromleiter 5 beim Aufschrauben gegenüber dem Schaltungsträger 2 verdreht und eine zu starke mechanische Belastung auf die Kontakthülsen 4 ausübt, in die er eingesteckt ist, kann der Hochstromleiter 5 durch das Modulgehäuse 6 gegen ein Verdrehen gesichert sein, was durch Formschluss und/oder Kraftschluss und/oder Stoffschluss zwischen dem Modulgehäuse 6 und dem Hochstromleiter 5 erfolgen kann. Beispielsweise kann der Hochstromleiter 5 einen Abschnitt aufweisen, der bezogen auf die Achse des Gewindes 52 keine Rotationssymmetrie besitzt und in eine entsprechend angepasste Aussparung des Gehäuses 6 eingesetzt ist, die – abgesehen von einem geringen Spiel – ein Verdrehen des Hochstromleiters 5 um die Gewindeachse relativ zum Schaltungsträger 5 verhindert.
  • So zeigt beispielsweise 2 eine perspektivische Ansicht eines Schaltungsträgers 2 während des Aufsteckens von Hochstromleitern 5 entsprechend dem anhand von 1A erläuterten Verfahren. Bei diesem Beispiel weisen die Hochstromleiter 5 einen Abschnitt 50 mit rechteckigem Querschnitt auf. Wird dieser Abschnitt 50 in einer Aussparung des Gehäuses 6 platziert (siehe 1B), die gegenüber dem diesem Abschnitt 50 nur ein geringes Übermaß aufweist, so wird der Hochstromleiter 5 hierdurch gegen ein allzu starkes Verdrehen um die Achse seines Gewindes 52 relativ zum Schaltungsträger 2 gesichert.
  • Gemäß einer weiteren, anhand der 3A und 3B gezeigten Ausgestaltung kann das Gewinde im Bereich eines zweiten Abschnitts 52 des Hochstromleiters 5 auch als Innengewinde ausgebildet sein, so dass eine elektrisch leitende und feste Verbindung mit einer modulexternen Komponente, beispielsweise einem elektrisch leitenden Anschlussblech, durch eindrehen einer Schraube in das Außengewinde erfolgen kann. Im Übrigen gelten für die 3A und 3B die Ausführungen zu den 1A, 1B und 2 in gleicher Weise.
  • 3 zeigt noch eine perspektivische Ansicht eines Schaltungsträgers 2 während des Aufsteckens von Hochstromleitern 5 entsprechend dem anhand von 3A gezeigten Verfahren. Auch hier weisen die Hochstromleiter 5 einen Abschnitt 50 mit rechteckigem Querschnitt auf, der, wie bereits anhand von 2 erläutert, dazu genutzt werden kann, ein allzu starkes Verdrehen um die Achse des Gewindes 52 relativ zum Schaltungsträger 2 beim Verschrauben zu verhindern.
  • Unabhängig davon, ob es sich bei dem Gewinde um ein Außen- oder Innengewinde handelt, lässt sich ein Verdrehen natürlich nicht nur mit Hilfe eines im Querschnitt rechteckigen Abschnitts 50 verhindern. Vielmehr können im Querschnitt nahezu beliebig geformte Abschnitte 50 verwendet werden, solange sie keine Rotationssymmetrie bezüglich der Gewindeachse aufweisen.
  • Allerdings können Abschnitte 50, unabhängig davon, ob sie eine Rotationssymmetrie bezüglich der Gewindeachse aufweisen oder nicht, auch durch Verkleben mit dem Gehäuse 6 vor einem allzu starken Verdrehen des Hochstromleiters 5 gegenüber dem Schaltungsträger 2 geschützt werden.
  • 5 zeigt noch eine vergrößerte Ansicht eines Hochstromleiters 5, wie er bei der Anordnung gemäß 4 eingesetzt wird.
  • Abweichend von den bisher erläuterten Beispielen kann ein Leistungshalbleitermodul 100 auch wie erläutert mit einem Hochstromanschluss 5 bestückt sein, der in seinem zweiten Abschnitt 52 ein Innengewinde aufweist, sowie mit einem weiteren Hochstromanschluss 5, der in seinem zweiten Abschnitt 52 ein Außengewinde aufweist. Hierdurch kann beispielsweise ein Verpolungsschutz realisiert werden, wenn an das Halbleitermodul 100 über die beiden Hochstromanschlüsse eine modulexterne angeschlossen wird.
  • Wie insbesondere auch den 2 und 4 zu entnehmen ist, können zwei oder mehr Kontakthülsen 4, in die Fortsätze 54 desselben Hochstromleiters 5 eingesteckt sind und die auf dem demselben zusammenhängenden Metallisierungsabschnitt montiert sind, hintereinander in einer Reihe oder eine einem Matrixartigen Array mit wenigstens zwei Zeilen und wenigstens zwei Spalten angeordnet sein.
  • 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Halbleitermoduls 100 mit drei Hochstromleitern 5, die lediglich beispielhaft gemäß den 3A, 3B, 4 und 5 ausgebildet sind.
  • Noch eine weitere Ausgestaltung wird nachfolgend anhand der 7A bis 7E erläutert. Wie in 7A gezeigt ist, wird hierbei als Hochstromleiter 5 ein Blech verwendet, das zwei oder mehr Fortsätze 54 aufweist, die jeweils in eine andere Kontakthülse 4 eingesteckt werden, was im Ergebnis in 2 gezeigt ist. Der Hochstromleiter 5 kann in einem zweiten Abschnitt 52 optional eine Anschrauböffnung aufweisen, die gestrichelt dargestellt ist. Anstelle einer Anschrauböffnung könnte auch eine U-förmige Aussparung vorhanden sein, die sich ausgehend von einer Schmalseite des Blechs in dieses hinein erstreckt. Durch eine solche Anschrauböffnung oder U-förmige Aussparung kann später eine Schraube hindurchgeführt werden. Allerdings muss der Hochstromleiter in seinem zweiten nicht notwendigerweise eine Anschrauböffnung oder Aussparung aufweisen.
  • Ein Vorteil eines als Blech ausgebildeten Hochstromleiters 5 besteht darin, dass er auf einfache Weise, beispielsweise durch Stanzen und optional durch nachfolgendes Biegen hergestellt werden kann.
  • Abgesehen davon, dass der als Blech ausgebildete Hochstromleiter 5 in seinem zweiten Abschnitt kein Gewinde aufweist und dass sämtliche seiner wenigstens zwei Fortsätze 54 in einer Reihe angeordnet sind, gelten hinsichtlich seiner Montage auf dem Schaltungsträger 2 und seiner Funktion dieselben, bereits anhand der 1A, 1B, 2, 3A, 3B, 4, 5 und 6 erläuterten Aspekte.
  • Demgemäß werden wenigstens zwei, mehr als zwei oder sämtliche der Fortsätze 54 jeweils ein eine eigene Kontakthülse 4 eingesteckt, die mechanisch auf demselben Metallisierungsabschnitt 21 des Schaltungsträgers 2 angeordnet und dabei auch elektrisch leitend mit diesem verbunden sind, was im Ergebnis in 7B gezeigt ist.
  • Auf den auf diese Weise mit dem Hochstromleiter 5 bestückten Schaltungsträger 2 wird nun ein Modulgehäuse 6 aufgesetzt, wobei das Modulgehäuse 6 eine Durchführung aufweist, durch die der Hochstromleiter 5 während des Aufsetzens des Modulgehäuses 6 hindurchgeführt wird, so dass sich dessen zweiter Abschnitt 52 auf der Außenseite des Modulgehäuses 6 befindet und dadurch von der Außenseite des Halbleitermoduls elektrisch kontaktiert werden kann. 7C zeigt den mit dem Hochstromleiter 5 bestückten Schaltungsträger 2 und dem auf den Schaltungsträger 2 aufgesetzten Modulgehäuse 6.
  • Wie weiterhin in 7D im Querschnitt und in 7E in einer um 90° gedrehten Seitenansicht (die Blickrichtung entspricht der Richtung des Pfeils in 7D) gezeigt ist, kann der zweite Abschnitt 52 des Hochstromleiters 5 nach dem Aufsetzen des Gehäuses 6 umgebogen werden, so dass er in etwa parallel zum Schaltungsträger 2 verläuft. Um das Umbiegen zu erleichtern, kann der Hochstromleiter 5 bereits vor dem Einstecken in die Kontakthülsen 5 mit einer Biegeprägung 55 versehen sein.
  • Alternativ zu dem in den 7A bis 7E dargestellten Verfahren kann der Hochstromleiter 5 auch erst nach dem Aufsetzen des Gehäuses 6 auf den Schaltungsträger 2 mit seinen Fortsätzen 54 in die Kontakthülsen 4 eingesteckt werden. Entsprechende gilt auch für die bereits erläuterten, in ihrem zweiten Abschnitt 52 mit einem Innen- oder Außengewinde versehenen Hochstromleiter 5.
  • Bei einem als Blech ausgebildeten Hochstromleiter 5 kann ein Umbiegen des zweiten Abschnitts 52 auch vor dem Einstecken des Hochstromleiters 5 in die Kontakthülsen 4 erfolgen.
  • Generell kann es sich bei einem als Blech ausgebildeten Hochstromleiter 5 eines Leistungshalbleitermoduls 100 um ein ebenes oder um ein abgewinkeltes Blech handeln.
  • Bei sämtlichen vorangehend erläuterten Ausgestaltungen der Erfindung kann ein Hochstromleiter 5 optional einstückig ausgebildet sein und/oder aus einem einheitlichen Material oder einer homogenen Materialzusammensetzung bestehen. Geeignete Materialien sind beispielsweise Metalle, z.B. Kupfer oder Kupferlegierungen mit hohem Kupferanteil (z.B. mindestens 90 Gewichts%).
  • Weiterhin können sämtliche Fortsätze 54 eines Hochstromleiters 5 parallel zu einander verlaufen. Fall ein mit einem solchen Hochstromleiter 5 bestückter Schaltungsträger 2 einen Isolationsträger 20 mit ebener Oberseite 20t aufweist, können die parallelen Fortsätze in einer zu der Oberseite 20t senkrechten vertikalen Richtung v parallel verlaufen.
  • Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich Hochstromleiter 5 mit einer hohen Stromtragfähigkeit, beispielsweise von wenigstens 40 A oder gar von wenigstens 100 A realisieren.

Claims (13)

  1. Leistungshalbleitermodul, das Folgendes aufweist: ein Modulgehäuse (6); einen Schaltungsträger (2) mit einem dielektrischen Isolationsträger (20) und einer oberen Metallisierungsschicht (21), die auf eine Oberseite (20t) des dielektrischen Isolationsträgers (20) aufgebracht ist; einem Halbleiterbauelement (1), das auf dem Schaltungsträger (2) angeordnet ist; einen Hochstromleiter (5) mit einem ersten Abschnitt, der im Inneren des Modulgehäuses (6) angeordnet ist und mit einem zweiten Abschnitt, der von der Außenseite des Modulgehäuses (6) her zugänglich ist, wobei der erste Abschnitt eine Anzahl von N ≥ 2 Fortsätzen (54) aufweist; eine Anzahl N elektrisch leitender Kontakthülsen (4), die auf dem Schaltungsträger (2) angeordnet sind und in die jeweils einer der Fortsätze (54) eingesteckt und dadurch elektrisch leitend mit dieser verbunden ist.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem die Oberseite (20t) des Isolationsträgers (20) eben ist; und die Fortsätze (54) in einer zu der Oberseite (20t) senkrechten vertikalen Richtung (v) parallel verlaufen.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Isolationsträger (20) eine Keramik aufweist oder aus einer Keramik besteht.
  4. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Hochstromleiter (5) eine Stromtragfähigkeit von wenigstens 40 A oder von wenigstens 100 A aufweist.
  5. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem N ≥ 3 oder N ≥ 3 oder N ≥ 4 oder N ≥ 6.
  6. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem mindestens drei der Kontakthülsen (4) in einer Reihe angeordnet sind.
  7. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kontakthülsen (4) auf die obere Metallisierungsschicht (21) gelötet, gesintert, geschweißt oder elektrisch leitend geklebt und dadurch mit der oberen Metallisierungsschicht (21) verbunden sind elektrisch leitend.
  8. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem am zweiten Abschnitt (52) des Hochstromleiters (5) ein Gewinde angebracht ist, das als Außengewinde ausgebildet ist und auf das von der Außenseite des Modulgehäuses (6) her eine Mutter aufschraubbar ist; oder als Innengewinde ausgebildet ist, in das von der Außenseite des Modulgehäuses (6) her eine Schraube einschraubbar ist.
  9. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 8, bei dem der Hochstromleiter (5) durch das Modulgehäuse (6) durch Formschluss und/oder Kraftschluss und/oder Stoffschluss gegen ein Verdrehen gesichert ist, das beim Aufschrauben einer Mutter auf das Außengewinde oder beim Einschrauben einer Schraube in das Innengewinde auftreten kann.
  10. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Hochstromleiter (5) als ebenes oder abgewinkeltes Blech ausgebildet ist.
  11. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Hochstromleiter (5) einstückig ausgebildet ist.
  12. Leistungshalbleitermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Hochstromleiter (5) aus einem einheitlichen Material oder einer homogenen Materialzusammensetzung besteht.
  13. Verfahren, mit dem ein gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildetes Leistungshalbleitermodul hergestellt wird, mit den Schritten: Bereitstellen eines Hochstromleiters (5), der einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste Abschnitt eine Anzahl von N ≥ 2 Fortsätzen (54) aufweist; Bereitstellen eines Modulgehäuses (6); Bereitstellen eines Schaltungsträgers (2), der – einen dielektrischen Isolationsträger (20) aufweist, sowie eine obere Metallisierungsschicht (21), die auf eine Oberseite (20t) des dielektrischen Isolationsträgers (20) aufgebracht ist; – mit einem Halbleiterbauelement (1) bestückt ist; und der – mit einer Anzahl N elektrisch leitender Kontakthülsen (4) bestückt ist; Einstecken der Fortsätze (54) in die Kontakthülsen (4), so dass in jede der Kontakthülsen (4) einer der Fortsätze (54) eingesteckt ist; und Aufsetzen des Modulgehäuses (6) auf den Schaltungsträger (2) vor oder nach dem Einstecken der Fortsätze (54) in die Kontakthülsen (4), so dass nach dem Einstecken der Fortsätze (54) in die Kontakthülsen (4) und nach dem Aufsetzen des Modulgehäuses (6) auf den Schaltungsträger (2) – der ersten Abschnitt des Hochstromleiters (5) im Inneren des Modulgehäuses (6) angeordnet ist; und – der zweite Abschnitt des Hochstromleiters (5) von der Außenseite des Modulgehäuses (6) her zugänglich ist.
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