DE102015115133B3 - Method for connecting a heat sink with at least one circuit carrier by shrinking - Google Patents

Method for connecting a heat sink with at least one circuit carrier by shrinking Download PDF

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Mark Essert
Max Jacobs
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Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Kühlkörpers (1) mit einem Schaltungsträger (25), der einen dielektrischen Isolationsträger (20) und einen Verbindungskörper (3) aufweist. Der Kühlkörper (1) wird auf den Verbindungskörper (3) aufgeschrumpft.One aspect of the invention relates to a method for connecting a heat sink (1) to a circuit carrier (25) which has a dielectric insulation support (20) and a connection body (3). The heat sink (1) is shrunk onto the connecting body (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Kühlkörpers mit wenigstens einem Schaltungsträger. Derartige Verfahren werden beispielsweise bei der Herstellung von Leistungshalbleitermodulen eingesetzt. Der Kühlkörper wird dazu benötigt, um Abwärme von elektronischen Bauelementen, mit denen der Schaltungsträger bestückt ist, über den Schaltungsträger hin zum Kühlkörper abzuführen. Um eine ausreichende Kühlwirkung zu erzielen, ist ein guter thermischer Kontakt zwischen Schaltungsträger und Kühlkörper von Vorteil. Grundsätzlich können die vorbestückten Schaltungsträger durch Löt- oder Sinterverfahren mit dem Kühlkörper verbunden werden. Dabei kann es jedoch zu einem Verschwimmen der vorbestückten Schaltungsträger kommen. Um ein Verschwimmen zu verhindern, ist ein größerer Aufwand erforderlich. Außerdem muss der vorbestückte Schaltungsträger insbesondere bei den Sinterverfahren, aber auch bei manchen Lötverfahren wie z. B. beim Diffusionsloten mit hohem Druck gegen den Kühlkörper gepresst werden. Dabei besteht die Gefahr, dass der vorbestückte Schaltungsträger beschädigt wird. Diese Problematik kann zwar dadurch verhindert werden, dass zunächst die unbestückten Schaltungsträger durch ein Löt- oder Sinterverfahren mit dem Kühlkörper verbunden werden. Allerdings müssen dann die bereits mit dem Kühlkörper verbundenen Schaltungsträger noch bestückt werden. Sofern auch nur eine der auf jedem der Schaltungsträger realisierten Schaltungen fehlerhaft ist, muss der gesamte Verbund entsorgt oder – sofern möglich – aufwändig repariert werden (Kombinationsausschuss). Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein bereits mit einem zu bestückenden Schaltungsträger verbundener Kühlkörper den Schaltungsträger während des Bestückungsvorgangs entwärmt, was beispielsweise bei der Herstellung von Lötverbindungen nachteilig ist.The present invention relates to a method for connecting a heat sink with at least one circuit carrier. Such methods are used, for example, in the production of power semiconductor modules. The heat sink is required to dissipate waste heat from electronic components, with which the circuit carrier is equipped, via the circuit carrier towards the heat sink. In order to achieve a sufficient cooling effect, good thermal contact between circuit carrier and heat sink is advantageous. In principle, the pre-assembled circuit carriers can be connected to the heat sink by soldering or sintering methods. However, this can lead to a blurring of the pre-equipped circuit carrier. To prevent blurring, a greater effort is required. In addition, the vorbestückte circuit substrate in particular in the sintering process, but also in some soldering such. B. are pressed against the heat sink at the diffusion solder with high pressure. There is a risk that the pre-equipped circuit carrier is damaged. Although this problem can be prevented by the fact that first the bare circuit carriers are connected by a soldering or sintering process with the heat sink. However, then already connected to the heat sink circuit carrier must be equipped. If only one of the circuits realized on each of the circuit boards is faulty, the entire composite must be disposed of or - if possible - repaired consuming (Combination Committee). A further disadvantage is that a heat sink which is already connected to a circuit carrier to be populated cools the circuit carrier during the assembly process, which is disadvantageous, for example, in the production of soldered connections.

Die WO 2005/038 912 A1 beschreibt einen Aluminium-Kühlkörper, der auf einen Komposit-Wärmespreizer aufgeschrumpft ist, der Diamanten und ein Metall enthält. Außerdem ist der Wärmespreizer mit einer CPU oder einem Chip bestückt.The WO 2005/038912 A1 describes an aluminum heat sink shrunk onto a composite heat spreader containing diamonds and a metal. In addition, the heat spreader is equipped with a CPU or a chip.

Aus der DE 10 2012 207 470 B3 ist ein Halbleitermodul bekannt, das ein Substrat mit einem isolierenden Keramikplättchen aufweist. Zu dessen Herstellung wird das mit einem Halbleiterchip bestückte Substrat mit einem Kunststoff umspritzt. Auf das Halbleitermodul wird ein Kühlkörper aufgeschrumpft.From the DE 10 2012 207 470 B3 For example, a semiconductor module having a substrate with an insulating ceramic chip is known. For its production, the substrate equipped with a semiconductor chip is encapsulated with a plastic. On the semiconductor module, a heat sink is shrunk.

In DE 10 35 782 A ist ein Transistor beschrieben, der auf ein Molybdänteil aufgelötet ist. Auf das Molybdänteil wird ein Kupferblock aufgeschrumpft.In DE 10 35 782 A a transistor is described, which is soldered onto a molybdenum part. On the molybdenum part, a copper block is shrunk.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein oder mehrere Schaltungsträger auf einfache Weise mit einem Kühlkörper verbunden werden können und bei dem im Fall von zwei oder mehr Schaltungsträgern ein Kombinationsausschuss vermieden wird.The object of the invention is to provide a method with which one or more circuit carriers can be connected in a simple manner to a heat sink and in which, in the case of two or more circuit carriers, a combination reject is avoided.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verbinden eines Kühlkörpers mit wenigstens einem Schaltungsträger gemäß Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved by a method for connecting a heat sink with at least one circuit carrier according to claim 1. Embodiments and developments of the invention are the subject of dependent claims.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Kühlkörpers mit einem Schaltungsträger, der einen dielektrischen Isolationsträger und einen Verbindungskörper aufweist. Der Kühlkörper wird derart auf den Verbindungskörper des Schaltungsträgers aufgeschrumpft, dass der dielektrische Isolationsträger nach dem Aufschrumpfen vollständig außerhalb einer Aussparung angeordnet ist, in die der Verbindungskörper nach dem Aufschrumpfen hineinragt und an der der Verbindungskörper mit dem Kühlkörper verbunden ist.One aspect of the invention relates to a method for connecting a heat sink to a circuit carrier which has a dielectric insulation carrier and a connection body. The heat sink is shrunk onto the connecting body of the circuit carrier in such a way that, after shrinking, the dielectric insulating carrier is arranged completely outside a recess into which the connecting body protrudes after shrinking and at which the connecting body is connected to the heat sink.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Die Darstellung in den Figuren ist nicht maßstäblich. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to embodiments with reference to the accompanying figures. The representation in the figures is not to scale. Show it:

1A–1J verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls. 1A - 1y Various steps of a method for producing a power semiconductor module.

2A–2B verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, bei dem der Verbindungskörper einen abgeschrägten Rand aufweist, der nach dem Aufschrumpfen in eine Hinterschneidung des Kühlkörpers eingreift. 2A - 2 B Various steps of a method for producing a power semiconductor module, wherein the connecting body has a beveled edge which engages after shrinking in an undercut of the heat sink.

2C einen vergrößerten Abschnitt A der Anordnung gemäß 2B. 2C an enlarged portion A of the arrangement according to 2 B ,

3A–3B verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, bei dem der Verbindungskörper einen Vorsprung aufweist, der nach dem Aufschrumpfen in eine Hinterschneidung des Kühlkörpers eingreift. 3A - 3B various steps of a method for producing a power semiconductor module, wherein the connecting body has a projection which engages after shrinking in an undercut of the heat sink.

3C einen vergrößerten Abschnitt B der Anordnung gemäß 3B. 3C an enlarged portion B of the arrangement according to 3B ,

4 einen Abschnitt einer Anordnung, bei der nach dem Aufschrumpfen ein Wärmeübertragungsmedium 13 zwischen einem Verbindungskörper und dem Kühlkörper angeordnet ist, am Beispiel der Anordnung gemäß den 3B und 3C. 4 a portion of an assembly in which, after shrinking, a heat transfer medium 13 is arranged between a connecting body and the heat sink, the example of the arrangement according to the 3B and 3C ,

5A einen Querschnitt durch einen Verbindungskörper, wie er bei dem anhand der 2A und 2B erläuterten Beispiel eingesetzt wird. 5A a cross section through a connecting body, as in the reference to the 2A and 2 B illustrated example is used.

5B eine Draufsicht auf den Verbindungskörper gemäß 5A. 5B a plan view of the connecting body according to 5A ,

6 einen Querschnitt durch einen vorbestückten Schaltungsträger, der durch Aufschrumpfen mit einem Kühlkörper verbunden wird und bei dem der Verbindungskörper durch die untere Metallisierungsschicht eines Isoliersubstrats gebildet wird. 6 a cross section through a pre-assembled circuit carrier, which is connected by shrinking with a heat sink and in which the connecting body is formed by the lower metallization of an insulating substrate.

7 einen noch unbestückten Schaltungsträger, bei dem der Verbindungskörper den Isolationsträger seitlich überragt. 7 a still bare circuit carrier, wherein the connecting body laterally projects beyond the insulation carrier.

8A–8B verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls, bei dem mehr als ein vorbestückter Schaltungsträger durch Aufschrumpfen an einem Kühlkörper befestigt werden. 8A - 8B Various steps of a method for producing a power semiconductor module, in which more than one pre-assembled circuit carrier are fixed by shrinking on a heat sink.

9A einen unbestückten Schaltungsträger, der ein Isoliersubstrat und einen stoffschlüssig mit dem Isoliersubstrat verbundenen Verbindungskörper aufweist, sowie elektronische Bauelemente, mit dem der unbestückte Schaltungsträger bestückt wird. 9A an unpopulated circuit carrier, which has an insulating substrate and a materially connected to the insulating substrate connecting body, and electronic components, with which the bare circuit carrier is equipped.

9B den Schaltungsträger gemäß 9A nach dem Bestücken sowie nach der Montage des bestückten Schaltungsträgers an einem Kühlkörper durch Aufschrumpfen. 9B the circuit carrier according to 9A After fitting and after mounting the assembled circuit board on a heat sink by shrinking.

10 eine Anordnung mit drei Schaltungsträgern gemäß 9A nach deren Bestücken sowie nach der Montage der bestückten Schaltungsträger an einem Kühlkörper durch Aufschrumpfen. 10 an arrangement with three circuit carriers according to 9A after their assembly and after assembly of the assembled circuit board to a heat sink by shrinking.

1A zeigt einen Querschnitt durch ein Isoliersubstrat 2, das mittels einer Verbindungsschicht 4 mit einem Verbindungskörper 3 verbunden werden soll. Der Verbindungskörper 3 dient später zur Herstellung einer Verbindung mit einem Kühlkörper. 1A shows a cross section through an insulating substrate 2 that by means of a bonding layer 4 with a connecting body 3 to be connected. The connecting body 3 later used to connect to a heat sink.

Das Isoliersubstrat 2 umfasst einen dielektrischen Isolationsträger 20, der als flaches Plättchen ausgebildet ist und der eine obere Hauptfläche sowie eine dieser entgegengesetzte untere Hauptfläche aufweist. Auf die obere Hauptfläche des Isolationsträgers 20 ist eine obere Metallisierungsschicht 21 aufgebracht, die optional zu Leiterbahnen und/oder Leiterflächen strukturiert sein kann. Außerdem ist auf die untere Hauptfläche des Isolationsträgers 20 eine optionale untere Metallisierungsschicht 22 aufgebracht, die unstrukturiert ist, alternativ aber auch strukturiert sein kann. Die dem Isolationsträger 20 abgewandte Seite der oberen Metallisierungsschicht 21 bildet die Oberseite 2t des Isoliersubstrats 2. Sofern eine untere Metallisierungsschicht 22 vorhanden ist, bildet deren dem Isolationsträger 20 abgewandte Seite die Unterseite 2b des Isoliersubstrats 2. Die Oberseite 2t stellt generell die Bestückungsseite des Isoliersubstrats 2 dar, d. h. mit einem oder mehreren elektronischen Bauelementen zu bestückende Seite), und die Unterseite 2b des Isoliersubstrats 2 ist die der Oberseite 2t entgegengesetzte Seite des Isoliersubstrats 2.The insulating substrate 2 includes a dielectric isolation carrier 20 which is formed as a flat plate and which has an upper main surface and a lower main surface opposite thereto. On the upper main surface of the insulation carrier 20 is an upper metallization layer 21 applied, which can optionally be structured to strip conductors and / or conductor surfaces. It is also on the lower main surface of the insulation carrier 20 an optional lower metallization layer 22 applied, which is unstructured, but can alternatively be structured. The the isolation carrier 20 opposite side of the upper metallization 21 makes the top 2t of the insulating substrate 2 , Unless a lower metallization layer 22 is present forms their the isolation carrier 20 opposite side the bottom 2 B of the insulating substrate 2 , The top 2t generally represents the component side of the insulating substrate 2 ie, with one or more electronic components to be equipped side), and the bottom 2 B of the insulating substrate 2 is that of the top 2t opposite side of the insulating substrate 2 ,

Die Metallisierungsschichten 21 und 22 sind mit dem Isolationsträger 20 fest und stoffschlüssig verbunden. Insbesondere kann die obere Metallisierungsschicht 21 über ihre gesamte, dem Isolationsträger 20 zugewandte Seite fest und stoffschlüssig mit dem Isolationsträger 20 verbunden sein. Entsprechend kann auch die untere Metallisierungsschicht 22 über ihre gesamte, dem Isolationsträger 20 zugewandte Seite fest und stoffschlüssig mit dem Isolationsträger 20 verbunden sein.The metallization layers 21 and 22 are with the insulation carrier 20 firmly and materially connected. In particular, the upper metallization layer 21 over its entire, the isolation carrier 20 facing side firmly and cohesively with the insulation support 20 be connected. Accordingly, the lower metallization layer 22 over its entire, the isolation carrier 20 facing side firmly and cohesively with the insulation support 20 be connected.

Der Isolationsträger 20 ist elektrisch isolierend. Er kann beispielsweise Keramik aufweisen oder aus Keramik bestehen. Geeignete Keramiken sind z. B. Aluminiumnitrid (AlN), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumkarbid (SiC) oder Berylliumoxid (BeO) oder andere dielektrische Keramiken. Die obere Metallisierungsschicht 21 und die untere Metallisierungsschicht 22 können beispielsweise aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Andere elektrisch gut leitende Metalle einschließlich Legierungen können jedoch ebenso eingesetzt werden.The insulation carrier 20 is electrically insulating. It may for example have ceramic or consist of ceramic. Suitable ceramics are z. Aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4), silicon carbide (SiC) or beryllium oxide (BeO) or other dielectric ceramics. The upper metallization layer 21 and the lower metallization layer 22 may for example consist of copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy. However, other electrically conductive metals including alloys may also be used.

Gemäß einem Beispiel kann es sich bei dem Isoliersubstrat 2 um ein DCB-Substrat (DCB = direct copper bonded) handeln, bei dem die obere Metallisierungsschicht 21 und – sofern vorhanden – die untere Metallisierungsschicht 22 hergestellt werden, indem vorgefertigte Kupferfolien, die oberflächlich oxidiert sind, durch den DCB-Prozess mit einem keramischen Isolationsträger 20, beispielsweise aus Aluminiumoxid, verbunden werden.As an example, the insulating substrate may be 2 to a DCB substrate (DCB = direct copper bonded) act, in which the upper metallization layer 21 and, if present, the lower metallization layer 22 can be prepared by prefabricated copper foils, which are oxidized on the surface, by the DCB process with a ceramic insulating support 20 , For example, from alumina, are connected.

Durch stoffschlüssiges Verbinden des Isoliersubstrats mit dem Verbindungskörper 3 unter Verwendung einer Verbindungsschicht 4 entsteht ein Halbzeug in Form eines Schaltungsträgers 25, was im Ergebnis in 1B gezeigt ist. Die Verbindungsschicht 4 erstreckt sich durchgehend von dem Verbindungskörper 3 zu der unteren Metallisierungsschicht 22. Die Verbindungsschicht 4 kann beispielsweise durch Löten, Sintern oder Kleben erzeugt werden. Im Fall von Löten wird ein Lot verwendet, im Fall von Sintern ein Metallpulver (z. B. ein Edelmetallpulver, beispielsweise ein Silberpulver), oder im Fall von Kleben ein Klebstoff.By materially connecting the insulating substrate to the connecting body 3 using a tie layer 4 a semifinished product is produced in the form of a circuit carrier 25 , which results in 1B is shown. The connection layer 4 extends continuously from the connecting body 3 to the lower metallization layer 22 , The connection layer 4 can be generated for example by soldering, sintering or gluing. In the case of soldering, a solder is used, in the case of sintering a metal powder (eg a noble metal powder, for example a silver powder) or, in the case of gluing, an adhesive.

In 1A ist ein zur Herstellung der Verbindungsschicht 4 dienendes Verbindungsmittel 4' nur schematisch dargestellt. Das Verbindungsmittel 4' kann – abhängig von dem verwendeten Fügeverfahren – beispielsweise in Form eines Lotes, eines Metallpulvers oder eines Klebers – auf die Unterseite 2t des Isoliersubstrats 2 und/oder auf den Verbindungskörper 3 aufgebracht werden. Danach werden das Isoliersubstrat 2 und der Verbindungskörper 3 mit dazwischen liegendem Verbindungsmittel 4' aneinandergepresst. Dabei entsteht aus dem Verbindungsmittel 4' die Verbindungsschicht 4.In 1A is one for making the tie layer 4 serving connecting means 4 ' shown only schematically. The connecting means 4 ' can - depending on the joining method used - for example in the form of a solder, a metal powder or an adhesive - on the bottom 2t of the insulating substrate 2 and / or on the connecting body 3 be applied. Thereafter, the insulating substrate 2 and the connecting body 3 with intermediate connecting means 4 ' pressed together. It arises from the lanyard 4 ' the connection layer 4 ,

Wie in 1B gezeigt ist, ist der Schaltungsträger 25 zunächst unbestückt, d. h. er ist an der Bestückungsseite 2t seines Isoliersubstrats 2 nicht mit einem elektronischen Bauelement oder anderen elektronischen Elementen wie beispielsweise Verbindungsleitern bestückt.As in 1B is shown is the circuit carrier 25 initially unpopulated, ie he is on the component side 2t its insulating substrate 2 not equipped with an electronic component or other electronic elements such as connecting conductors.

Wie nachfolgend anhand der 1C bis 1E beispielhaft erläutert wird, kann ein unbestückter Schaltungsträger 25, der einen Verbindungskörper 3 aufweist, optional mit einem oder mehreren Halbleiterbauelementen 5 und oder beliebigen elektrisch leitenden Verbindungselementen 7, 8 versehen werden. Dabei kann der unbestückte Schaltungsträger 25 zunächst mit einem, mehreren oder sämtlichen Halbleiterbauelementen 5 bestückt werden, mit denen der Schaltungsträger 25 bestückt sein soll, und erst dann mit weiteren, elektrisch leitenden Verbindungselementen 7, 8.As follows from the 1C to 1E is explained by way of example, an unpopulated circuit carrier 25 , the one connecting body 3 optionally with one or more semiconductor devices 5 and or any electrically conductive connection elements 7 . 8th be provided. In this case, the bare circuit carrier 25 first with one, several or all semiconductor devices 5 be fitted, with which the circuit carrier 25 should be equipped, and only then with other, electrically conductive fasteners 7 . 8th ,

Bei einem solchen Halbleiterbauelement 5 kann es sich beispielsweise um eine Diode handeln, oder um einen steuerbaren Halbleiterschalter wie z. B. einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), einen MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transitor), einen JFET (Junction Field Effect Transitor), einen Thyristor, oder einen HEMT (High Electron Mobility Transistor). Mit Ausnahme von HEMTs kann es sich bei allen genannten Beispielen insbesondere auch um ein so genanntes vertikales Bauelement handeln, das an seiner dem Isoliersubstrat 2 zugewandten Unterseite, z. B. mittels einer beispielsweise durch Löten, Sintern oder elektrisch leitendes oder elektrisch isolierendes Kleben erzeugten Verbindungsschicht 6.In such a semiconductor device 5 it may, for example, be a diode, or a controllable semiconductor switch such. As an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transitor), a JFET (Junction Field Effect Transitor), a thyristor, or a HEMT (High Electron Mobility Transistor). With the exception of HEMTs, in all of the examples mentioned above, it may be, in particular, a so-called vertical component which is connected to the insulating substrate 2 facing underside, z. B. by means of, for example, by soldering, sintering or electrically conductive or electrically insulating bonding layer produced 6 ,

Ein Halbleiterbauelement 5 weist einen Halbleiterkörper 50 aus einem beliebigen Halbleitergrundmaterial (z. B. Silizium, Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Aluminiumgalliumnitrid oder beliebige andere in der Elektronik eingesetzte Halbleitermaterialien) auf, das ein oder mehrere p-dotierte und/oder n-dotierte Halbleiterzonen enthält. Halbleiterbauelemente 5, insbesondere vertikalen Halbleiterbauelemente 5, können eine obere Chipmetallisierung 51 aufweisen, sowie eine untere Chipmetallisierung 52. Die obere Chipmetallisierung 51 und die untere Chipmetallisierung 52 sind auf einander entgegengesetzte Seiten des Halbleiterkörpers 50 aufgebracht.A semiconductor device 5 has a semiconductor body 50 from any semiconductor base material (eg, silicon, silicon carbide, gallium arsenide, aluminum gallium nitride, or any other semiconductor materials used in electronics) containing one or more p-type and / or n-type semiconductor regions. Semiconductor devices 5 , in particular vertical semiconductor components 5 , can be an upper chip metallization 51 and a lower chip metallization 52 , The upper chip metallization 51 and the bottom chip metallization 52 are on opposite sides of the semiconductor body 50 applied.

Bei der oberen Chipmetallisierung 51 und der unteren Chipmetallisierung 52 kann es sich je nach Art des betreffenden Halbleiterbauelements 5 um Drain und Source, um Source und Drain, um Emitter und Kollektor, um Kollektor und Emitter, um Anode und Kathode, oder um Kathode und Anode handeln. Sofern es sich bei dem Halbleiterbauelement 5 um ein steuerbares Halbleiterbauelement 5 handelt, kann es noch einen in den Figuren nicht dargestellten Steueranschluss (d. h. einen Gate- oder Basisanschluss) aufweisen.In the upper chip metallization 51 and the bottom chip metallization 52 It may vary depending on the type of semiconductor device concerned 5 around drain and source, source and drain, emitter and collector, collector and emitter, anode and cathode, or cathode and anode. If it is the case of the semiconductor device 5 around a controllable semiconductor device 5 it may still have a control terminal not shown in the figures (ie, a gate or base terminal).

Sofern der Schaltungsträger 25 eine Verbindungsschicht 4 aufweist, und sofern diese schmelzbar ist, ist es vorteilhaft, wenn bei allen weiteren Verfahrensschritten zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls (z. B. beim Bestücken des Schaltungsträgers 25 mit einem oder mehreren Halbleiterbauelementen 5) und auch beim späteren Betrieb des Leistungshalbleitermoduls sichergestellt wird, dass die Temperatur der Verbindungsschicht 4 stets unter ihrer Liquidustemperatur gehalten wird.Unless the circuit carrier 25 a tie layer 4 If it can be melted, it is advantageous if in all further method steps for the production of a power semiconductor module (eg when loading the circuit carrier 25 with one or more semiconductor devices 5 ) And also during later operation of the power semiconductor module ensures that the temperature of the connection layer 4 always kept below its liquidus temperature.

In 1C ist ein zur Herstellung der Verbindungsschicht 6 dienendes Verbindungsmittel 6' nur schematisch dargestellt. Das Verbindungsmittel 6' kann – abhängig von dem verwendeten Fügeverfahren – beispielsweise in Form eines Lotes, eines Metallpulvers oder eines Klebers – auf die Unterseite 5b des Halbleiterbauelements 5 und/oder auf die Oberseite 2t des Isoliersubstrats 2 aufgebracht werden. Danach werden das Halbleiterbauelement 5 und das Isoliersubstrat 2 mit dazwischen liegendem Verbindungsmittel 6' aneinandergepresst. Dabei entsteht aus dem Verbindungsmittel 6' die Verbindungsschicht 6.In 1C is one for making the tie layer 6 serving connecting means 6 ' shown only schematically. The connecting means 6 ' can - depending on the joining method used - for example in the form of a solder, a metal powder or an adhesive - on the bottom 5b of the semiconductor device 5 and / or on top 2t of the insulating substrate 2 be applied. Thereafter, the semiconductor device 5 and the insulating substrate 2 with intermediate connecting means 6 ' pressed together. It arises from the lanyard 6 ' the connection layer 6 ,

Weiterhin können ein oder mehrere Halbleiterbauelemente 5 und/oder ein oder mehrere beliebige andere elektronische Bauelemente, mit denen der Schaltungsträger 25 bestückt wurde, an ihrer dem Isoliersubstrat 2 abgewandten Oberseite 5t auf beliebige Weise elektrisch leitend angeschlossen und beispielsweise mit einem weiteren Abschnitt der oberen Metallisierungsschicht 21 oder einer anderen Komponente des herzustellenden Leistungshalbleitermoduls elektrisch leitend verbunden werden.Furthermore, one or more semiconductor devices 5 and / or one or more arbitrary other electronic components with which the circuit carrier 25 was fitted, at its the insulating substrate 2 opposite top 5t electrically conductively connected in any desired manner and, for example, with a further section of the upper metallization layer 21 or another component of the power semiconductor module to be produced are electrically conductively connected.

In 1E ist hierzu schematisch eine Bonddrahtverbindung gezeigt, bei der ein Bonddraht 7 (z. B. ein Kupfer- oder Aluminiumbonddraht) durch (Ultraschall-)-Drahtbonden an einer Bondstelle unmittelbar an eine obere Metallisierung 51 an die Oberseite 5t des Bauelements 5 gebondet ist, sowie an einer weiteren Bondstelle unmittelbar an den weiteren Abschnitt der oberen Metallisierungsschicht 21. Als Drahtbondverfahren eignet sich insbesondere Ultraschall-Drahtbonden. Anstelle oder zusätzlich zu einem oder mehreren Bonddrähten 7 können elektrisch leitende Verbindungen auch durch so genannte ”Bändchen” (flache Metallstreifen) hergestellt werden, die durch (Ultraschall-)-Drahtbonden, Löten oder Schweißen mit den zu verbindenden Schaltungsteilen verbunden werden. Ebenso kann der Schaltungsträger 25 mit einem oder mehreren elektrischen Verbindungselementen 8, 80 bestückt werden, die dazu dienen, die auf dem Schaltungsträger 5 realisierte elektronische Schaltung elektrisch zu kontaktieren. In 1E sind hierzu lediglich beispielhaft Hülsen 80 gezeigt, die, beispielsweise durch Löten, Schweißen, Sintern oder elektrisch leitendes Kleben, an der Oberseite 2t mit der oberen Metallisierungsschicht 21 stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden sind. In jede der Hülsen 80 kann ein elektrisch leitender Pin 8 eingesteckt werden.In 1E For this purpose, a bonding wire connection is schematically shown, in which a bonding wire 7 (eg, a copper or aluminum bond wire) by (ultrasonic) wire bonding at a bonding site directly to an upper metallization 51 to the top 5t of the component 5 is bonded, as well as at a further bonding point directly to the further portion of the upper metallization layer 21 , As wire bonding method is particularly suitable ultrasonic wire bonding. Instead of or in addition to one or more bond wires 7 For example, electrically conductive connections can also be made by so - called "tapes" (flat metal strips) which are connected to the devices by (ultrasonic) wire bonding, soldering or welding Circuit parts are connected. Likewise, the circuit carrier 25 with one or more electrical connection elements 8th . 80 be fitted, which serve, on the circuit carrier 5 realized electronic circuit to contact electrically. In 1E are for this purpose only exemplary sleeves 80 shown, for example, by soldering, welding, sintering or electrically conductive bonding, at the top 2t with the upper metallization layer 21 cohesively and are electrically connected. In each of the sleeves 80 can be an electrically conductive pin 8th be plugged in.

Nach dem Bestücken kann die auf dem Schaltungsträger 5 realisierte elektronische Schaltung im Hinblick auf ihre Funktionsfähigkeit elektrisch getestet werden, was schematisch in 1F dargestellt ist. Hierzu wird eine Testeinrichtung 200 (im gezeigten Beispiel an den Pins 8) vorübergehend elektrisch leitend mit der Schaltung verbunden. Sofern der Funktionstest ergibt, dass die Schaltung einen Fehler aufweist, wird der bestückte Schaltungsträger 5 aussortiert oder repariert. Wenn der Funktionstest anderenfalls ergibt, dass die Schaltung funktionsfähig ist, wird der bestückte Schaltungsträger 25 an seinem Verbindungskörper 3 mit einem Kühlkörper 1 verbunden, was nachfolgend anhand der 1G bis 1I erläutert wird.After loading can be on the circuit board 5 realized electronic circuit in terms of their functionality to be electrically tested, which is schematically shown in 1F is shown. For this purpose, a test facility 200 (in the example shown on the pins 8th ) temporarily electrically connected to the circuit. If the functional test shows that the circuit has an error, the populated circuit carrier becomes 5 sorted out or repaired. Otherwise, if the functional test indicates that the circuit is operational, the populated circuit carrier becomes 25 at its connecting body 3 with a heat sink 1 connected, what follows with reference to the 1G to 1I is explained.

Der Kühlkörper 1 weist eine Aussparung 10 auf, in die der Verbindungskörper 3 des bestückten und erfolgreich getesteten Schaltungsträgers 25 eingesetzt wird. In einer Schnittebene, wie sie in den 1G bis 1J dargestellt ist, weist die Aussparung 10 eine lichte Weite w10 auf, und der Verbindungskörper 3 weist eine Länge l3 auf. Da der Kühlkörper 1 und der Verbindungskörper 3 jeweils einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, ändert sich die lichte Weite w10 mit der Temperatur des Kühlkörpers 1, und die Länge l3 ändert sich mit der Temperatur des Verbindungskörpers 3.The heat sink 1 has a recess 10 on, in which the connecting body 3 of the populated and successfully tested circuit carrier 25 is used. In a sectional plane, as in the 1G to 1y is shown, the recess has 10 a clearance width w10, and the connecting body 3 has a length l3. Because the heat sink 1 and the connecting body 3 each having a linear coefficient of thermal expansion, the clear width w10 changes with the temperature of the heat sink 1 , and the length l3 changes with the temperature of the connecting body 3 ,

Wenn der Kühlkörper 1 und der Verbindungskörper 3 die gleiche Temperatur T1 (z. B. eine Raumtemperatur von 20°C) aufweisen, ist l3(T1) größer als w10(T1), was in 1G gezeigt ist. Wird der Kühlkörper 1 auf eine Temperatur T2 > T1 erwärmt, vergrößert sich die Länge l10 von l10(T1) auf l10(T2), was in 1H darstellt ist. Wird der Kühlkörper 1 auf T2 erwärmt und T2 ausreichend hoch gewählt, so lässt sich erreichen, dass l10(T2) größer ist, als l3(T1).When the heat sink 1 and the connecting body 3 have the same temperature T1 (eg a room temperature of 20 ° C), l3 (T1) is greater than w10 (T1), which is in 1G is shown. Will the heat sink 1 heated to a temperature T2> T1, the length l10 increases from l10 (T1) to l10 (T2), which in 1H represents is. Will the heat sink 1 If T2 is heated to T2 and T2 is chosen to be sufficiently high, it can be achieved that I10 (T2) is greater than I3 (T1).

In diesem Zustand kann der Schaltungsträger 25 an seinem Verbindungskörper 3 in die Aussparung 10 eingesetzt werden. 1I zeigt die Anordnung unmittelbar nach dem Einsetzen in einem Zustand, in dem die Temperatur des Kühlkörpers 1 noch signifikant über der Temperatur des Verbindungskörpers 3 liegt.In this state, the circuit carrier 25 at its connecting body 3 in the recess 10 be used. 1I shows the arrangement immediately after insertion in a state in which the temperature of the heat sink 1 still significantly above the temperature of the connector body 3 lies.

Nach einer gewissen Zeit ab dem Einsetzen gleichen sich die Temperaturen den Kühlkörpers 1 und des Verbindungskörpers 3 an, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Kühlkörper 1 und dem Verbindungskörper 3 und damit zwischen dem Kühlkörper 1 und dem bestückten Schaltungsträger 25 entsteht. Diese Art der Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung wird auch als ”Aufschrumpfen” bezeichnet. Das Aufschrumpfen kann optional so durchgeführt werden, dass sich dabei weder der Kühlkörper 1 noch der Verbindungskörper 3 außerhalb in der Nähe der Hinterschneidung 11 plastisch verformen.After a certain time from onset, the temperatures are similar to the heat sink 1 and the connecting body 3 , whereby a frictional connection between the heat sink 1 and the connecting body 3 and thus between the heat sink 1 and the assembled circuit carrier 25 arises. This type of production of a non-positive connection is also referred to as "shrinking". The shrinking can optionally be carried out so that neither the heat sink 1 nor the connecting body 3 outside near the undercut 11 plastically deform.

Dabei kann der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbindungskörpers 3 (bezogen auf 20°C) kleiner sein, als der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Kühlkörpers 1. Beispielsweise kann der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbindungskörpers 3 um wenigstens 4 ppm/K kleiner sein als der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Kühlkörpers 1.In this case, the linear thermal expansion coefficient of the connecting body 3 (relative to 20 ° C) be smaller than the linear thermal expansion coefficient of the heat sink 1 , For example, the linear thermal expansion coefficient of the connecting body 3 be at least 4 ppm / K less than the linear thermal expansion coefficient of the heat sink 1 ,

Allgemein wird, um den Kühlkörper 1 und den bestückten Schaltungsträger 25 durch Aufschrumpfen miteinander zu verbinden, der Verbindungskörper 3 des Schaltungsträgers 25 auf eine (prinzipiell beliebige) erste Temperatur T1 gebracht, und der Kühlkörper 1 auf eine zweite Temperatur T2, die höher ist, als die erste Temperatur T1. Nachfolgend wird der bestückte Schaltungsträger 25 mit seinem die ersten Temperatur T1 aufweisenden Verbindungskörper 3 in die Aussparung 10 des die zweite Temperatur T2 aufweisenden Kühlkörpers 1 eingesetzt. Danach wird der Kühlkörper 1 bei in die Aussparung 10 eingesetztem Verbindungskörper 3 auf eine Temperatur T3 (z. B. auf Raumtemperatur) abgekühlt, die geringer ist, als die zweite Temperatur T2, und bei der eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Kühlkörper 1 und dem Verbindungskörper 3 besteht, was im Ergebnis in 1J gezeigt ist.Generally, to the heatsink 1 and the assembled circuit carrier 25 by shrinking together, the connecting body 3 of the circuit board 25 brought to a (arbitrary in principle) first temperature T1, and the heat sink 1 to a second temperature T2, which is higher than the first temperature T1. The following is the populated circuit carrier 25 with its first temperature T1 having connecting body 3 in the recess 10 of the second temperature T2 having heat sink 1 used. Thereafter, the heat sink 1 in the recess 10 inserted connecting body 3 cooled to a temperature T3 (eg, to room temperature) which is lower than the second temperature T2, and in which a frictional connection between the heat sink 1 and the connecting body 3 what exists in the result 1y is shown.

Wie in 1J ebenfalls schematisch gezeigt ist, kann die Anordnung nach dem Aufschrumpfen mit einem Gehäuse 9 versehen werden, in dem der Schaltungsträger 25 angeordnet ist und aus dessen Innerem elektrische Anschlüsse 8 herausragen, an denen das so gebildete Leistungshalbleitermodul von außen elektrisch kontaktiert werden kann. Optional kann in das Gehäuse 9 noch eine dielektrische Vergussmasse, beispielsweise ein Silikongel, eingefüllt werden, die sich von der Oberseite 1t des Kühlkörpers 1 bis wenigstens über die Oberseite 5t eines jeden der Halbleiterbauelemente 5 des Schaltungsträgers 25 erstreckt.As in 1y is also shown schematically, the arrangement after shrinking with a housing 9 be provided in which the circuit carrier 25 is arranged and from the inside electrical connections 8th protrude, where the thus formed power semiconductor module can be electrically contacted from the outside. Optionally, in the housing 9 nor a dielectric potting compound, such as a silicone gel, are filled, extending from the top 1t of the heat sink 1 at least over the top 5t of each of the semiconductor devices 5 of the circuit board 25 extends.

Wie nachfolgend anhand zweier weiterer Ausführungsbeispiele erläutert wird, kann eine Aussparung 10 eine Hinterschneidung 11 aufweisen, in die der Verbindungskörper 3, d. h. ein Vorsprung 31 des Verbindungskörper 3, durch das bzw. nach dem Aufschrumpfen eingreift, so dass der Schaltungsträger 25 und der Kühlkörper 1 nach dem Aufschrumpfen nicht nur kraft- sondern auch formschlüssig miteinander verbunden sind. Die Verbindung zwischen dem Verbindungskörper 3 und dem Kühlkörper 1 kann zusätzlich auch stoffschlüssig sein, alternativ kann aber – ergänzend zu der kraft- und gegebenenfalls auch formschlüssigen Verbindung – auch keine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungskörper 3 und dem Kühlkörper 1 vorliegen.As will be explained below with reference to two further embodiments, a recess 10 an undercut 11 have, in which the connecting body 3 ie a projection 31 of the connecting body 3 , engages by or after the shrinking, so that the circuit carrier 25 and the heat sink 1 after shrinking not only force but also positively connected to each other. The connection between the connecting body 3 and the heat sink 1 may additionally be cohesive, but alternatively - in addition to the force and possibly also positive connection - no cohesive connection between the connecting body 3 and the heat sink 1 available.

Die Geometrie der Hinterschneidung 11 kann prinzipiell beliebig gewählt werden. Zwei Beispiele hierfür werden nachfolgend anhand der 2A bis 2C bzw. 3A bis 3C erläutert.The geometry of the undercut 11 can be chosen arbitrarily in principle. Two examples are given below with reference to 2A to 2C respectively. 3A to 3C explained.

Bei dem Beispiel gemäß den 2A bis 2C ist der Vorsprung 31 dadurch gebildet, dass der Verbindungskörper 3 eine abgeschrägte Seitenwand 3w aufweist, der in eine korrespondierende, durch eine abgeschrägte Aussparung 10 gebildete Hinterschneidung 11 eingreift, so dass eine Schwalbenschwanzverbindung entsteht. Bei dem Beispiel gemäß den 3A bis 3C ist der Vorsprung 31 durch einen Vorsprung an der Seitenwand 3w gebildet, der in eine korrespondierende, als Nut ausgebildete Hinterschneidung 11 der Aussparung 10 eingreift. Die Nut kann optional umlaufend, d. h. ringförmig geschlossen, in der Aussparung 10 ausgebildet sein.In the example according to the 2A to 2C is the lead 31 formed by the fact that the connecting body 3 a bevelled sidewall 3w having, in a corresponding, by a beveled recess 10 formed undercut 11 engages, so that a dovetail connection is formed. In the example according to the 3A to 3C is the lead 31 by a projection on the side wall 3w formed in a corresponding, formed as a groove undercut 11 the recess 10 intervenes. The groove can optionally circumferentially, ie closed annularly, in the recess 10 be educated.

Optional kann der Verbindungskörper 3 vier Seitenwände 3w aufweisen, an denen der Verbindungskörper 3 nach dem Aufschrumpfen jeweils in die Hinterschneidung 11 der Aussparung 10 eingreift, so dass der Schaltungsträger 25 nach dem Aufschrumpfen an jeder der vier Seitenwände 3w formschlüssig mit dem Kühlkörper 1 verbunden ist.Optionally, the connecting body 3 four side walls 3w have, where the connecting body 3 After shrinking each in the undercut 11 the recess 10 engages, leaving the circuit carrier 25 after shrinking on each of the four side walls 3w positive fit with the heat sink 1 connected is.

Wie weiterhin anhand einer Modifikation des Beispiels gemäß den 3A bis 3C erläutert wird, kann optional zwischen den bestückten Schaltungsträger 25 und den Kühlkörper 1 vor dem Aufschrumpfen ein Wärmeübertragungsmedium 13 eingebracht werden, das sich, wie im Ergebnis in 4 gezeigt, nach dem Aufschrumpfen durchgehend vom Kühlkörper 1 bis zum Verbindungskörper 3 des bestückten Schaltungsträgers 25 erstreckt.As further described by a modification of the example according to the 3A to 3C can be optionally explained between the populated circuit carrier 25 and the heat sink 1 before shrinking a heat transfer medium 13 be introduced, which, as a result in 4 shown, after shrinking continuously from the heat sink 1 to the connection body 3 of the assembled circuit board 25 extends.

Ein Wärmeübertragungsmedium 13 kann einen oder mehrere kleine Hohlräume füllen, die sich zwischen dem Kühlkörper 1 und dem Verbindungskörper 3 bilden können, beispielsweise wenn sich der Verbindungskörper 3 gegenüber dem Kühlkörper 1 aufwölbt. Derartige Hohlräume sind nachteilig, da sie den Wärmefluss zwischen dem Kühlkörper 1 und dem Verbindungskörper 3 behindern, selbst wenn sie nur klein sind.A heat transfer medium 13 can fill one or more small cavities that extend between the heat sink 1 and the connecting body 3 can form, for example, when the connecting body 3 opposite the heat sink 1 bulges. Such voids are disadvantageous because they reduce the heat flow between the heat sink 1 and the connecting body 3 hinder even if they are only small.

Bei dem Wärmeübertragungsmedium 13 kann es sich z. B. um eine Wärmeleitpaste handeln, oder um ein Phasenwechselmaterial, das sich bei Überschreitung einer bestimmten Betriebstemperatur verflüssigt. Das Wärmeübertragungsmedium 13 kann vor dem Aufschrumpfen auf den Verbindungskörper 3 und/oder, ebenfalls vor dem Aufschrumpfen, im Bereich der Aussparung 10 auf den Kühlkörper 1 aufgetragen werden. Geeignete Verfahren zum Auftragen sind beispielsweise Siebdruck, Schablonendruck oder andere geeignete Verfahren. Die Dicke des vorzugsweise als Schicht aufgetragenen Wärmeübertragungsmediums 13 ist grundsätzlich beliebig, sie kann beispielsweise wenigstens 50 μm und/oder höchstens 100 μm betragen.In the heat transfer medium 13 can it be z. B. act a thermal paste, or a phase change material that liquefies when exceeding a certain operating temperature. The heat transfer medium 13 can be before shrinking on the connecting body 3 and / or, also before shrinking, in the area of the recess 10 on the heat sink 1 be applied. Suitable methods of application include screen printing, stencil printing or other suitable methods. The thickness of the preferably applied as a layer of heat transfer medium 13 is basically arbitrary, it may for example be at least 50 microns and / or at most 100 microns.

Wie den vorangehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen ist, ragt der Verbindungskörper 3 nach dem Aufschrumpfen in die Aussparung hinein. Optional kann sich ein Teil des Verbindungskörpers 3 (zum Beispiel eine auf der dem Isolationsträger 20 zugewandten Seite des Verbindungskörpers 3 befindliche Teilschicht des Verbindungskörpers 3 außerhalb der Vertiefung befinden. Weiterhin befindet sich der Isolationsträger 20 nach dem Aufschrumpfen vollständig außerhalb der Aussparung 10.As can be seen from the preceding embodiments, the connecting body protrudes 3 after shrinking into the recess. Optionally, a part of the connecting body 3 (For example, one on the insulation carrier 20 facing side of the connecting body 3 located sub-layer of the connecting body 3 outside the well. Furthermore, there is the insulation carrier 20 after shrinking completely outside the recess 10 ,

Bei sämtlichen Ausgestaltungen der Erfindung kann der Verbindungskörper 3 als ebene Platte, z. B. aus Metall, ausgebildet sein, d. h. als Platte, bei der die Oberseite 3t und die Unterseite 3b planparallel sind, was beispielsweise in 1A dargestellt ist.In all embodiments of the invention, the connecting body 3 as a flat plate, z. B. of metal, be formed, ie as a plate, in which the top 3t and the bottom 3b are plane-parallel, which is for example in 1A is shown.

Die 5A und 5B zeigen nochmals einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht auf einen gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2A bis 2C ausgebildeten Verbindungskörper 3. Die Draufsicht gemäß 5B gilt außerdem auch für einen gemäß den Ausführungsbeispiel der 3A bis 3C und 4 ausgebildeten Verbindungskörper 3. Generell kann ein Verbindungskörper 3 eine maximale Grundfläche A3 aufweisen. Dies ist die größtmögliche Projektionsfläche, die der Verbindungskörper 3 bei einer orthographischen Projektion auf eine Projektionsebene aufweist. In einer Richtung senkrecht zu dieser Projektionsebene besitzt der Verbindungskörper 3 eine maximale Höhe h3. Diese ist gegeben durch den kleinstmöglichen Abstand zweier parallel zu Projektionsebene verlaufender Ebenen, zwischen denen der Verbindungskörper 3 angeordnet werden kann und die den Verbindungskörper 3 tangieren. Im Fall eines als ebene Platte ausgebildeten Verbindungskörpers 3 entspricht deren Dicke der maximalen Höhe h3.The 5A and 5B show again a cross section and a plan view of one according to the embodiment of 2A to 2C trained connecting body 3 , The top view according 5B also applies to one according to the embodiment of the 3A to 3C and 4 trained connecting body 3 , Generally, a connecting body 3 have a maximum base area A3. This is the largest possible projection surface that the connector body 3 in an orthographic projection on a projection plane. In a direction perpendicular to this projection plane has the connecting body 3 a maximum height h3. This is given by the smallest possible distance between two planes running parallel to the projection plane, between which the connecting body 3 can be arranged and the connecting body 3 tangent. In the case of a connecting plate formed as a flat plate 3 its thickness corresponds to the maximum height h3.

Ein Verbindungskörper 3, wie er bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, kann sehr großflächig sein, beispielsweise kann seine Grundfläche A3 größer sein als 400 mm2.A connecting body 3 , as used in the present invention may be very large area, for example, its base A3 may be greater than 400 mm 2 .

Alternativ oder zusätzlich kann die maximale Höhe h3 eines Verbindungskörpers 3 beispielsweise im Bereich von 2 mm bis 5 mm liegen, oder gar im Bereich von 2 mm bis 10 mm. Beispielsweise kann die Höhe h3 etwa 3 mm betragen. Eine größere Höhe h3 führt im Allgemeinen zu einer Erhöhung der Steifigkeit des Verbindungskörpers 3. Damit einhergehend verringert sich die Tendenz zur Bildung von Hohlräumen zwischen dem Verbindungskörper 3 und dem Kühlkörper 1. Alternatively or additionally, the maximum height h3 of a connecting body 3 for example, in the range of 2 mm to 5 mm, or even in the range of 2 mm to 10 mm. For example, the height h3 may be about 3 mm. A larger height h3 generally leads to an increase in the rigidity of the connecting body 3 , Along with this, the tendency for the formation of voids between the connecting body is reduced 3 and the heat sink 1 ,

Insgesamt kann ein Verbindungskörper 3 flach ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen seiner maximalen Grundfläche A3 und seiner maximalen Höhe h3 wenigstens 40 mm betragen oder gar wenigstens 500 mm.Overall, a connecting body 3 be formed flat. For example, the ratio between its maximum base area A3 and its maximum height h3 can be at least 40 mm or even at least 500 mm.

Grundsätzlich kann die maximale Grundfläche eines Verbindungskörpers 3 eine beliebige Gestalt aufweisen. Besonders einfach herzustellen sind Verbindungskörper 3, deren maximale Grundfläche die Form eines Rechtecks aufweist. Ein solches Rechteck kann, wie in 5B gezeigt ist, bei einer Temperatur des Verbindungskörpers 3 von 20°C, beispielsweise eine Länge l3 aufweisen, die wenigstens 20 mm oder wenigstens 30 mm beträgt, und/oder höchstens 60 mm oder höchstens 80 mm, sowie eine Breite b3, die wenigstens 10 mm oder wenigstens 20 mm beträgt, und/oder höchstens 30 mm oder höchstens 40 mm beträgt. Kleinere oder größere Werte sind jedoch jeweils möglich.Basically, the maximum base area of a connecting body 3 have any shape. Particularly easy to produce connecting body 3 whose maximum base area has the shape of a rectangle. Such a rectangle can, as in 5B is shown at a temperature of the connecting body 3 of 20 ° C, for example, have a length l3 which is at least 20 mm or at least 30 mm, and / or at most 60 mm or at most 80 mm, and a width b3 which is at least 10 mm or at least 20 mm, and / or not more than 30 mm or not more than 40 mm. Smaller or larger values are possible, however.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung kann ein Verbindungskörper 3 einen nicht-zylindrischen Abschnitt aufweisen, der nach dem Aufschrumpfen in der Aussparung 10 des Kühlkörpers 1 angeordnet ist. Hierdurch wird ein versehentliches Verdrehen des bestückten Schaltungsträgers 25 verhindert, wenn dieser mit dem Verbindungskörper 3 bzw. mit dessen nicht-zylindrischem Abschnitt in die Aussparung 10 eingesetzt wird oder ist.According to a further optional embodiment, a connecting body 3 a non-cylindrical portion which after shrinking in the recess 10 of the heat sink 1 is arranged. As a result, an inadvertent rotation of the assembled circuit carrier 25 prevented when this with the connecting body 3 or with its non-cylindrical portion in the recess 10 is or is used.

Wie ebenfalls aus den vorangehenden 1G bis 1J, 2A, 2B, 3A, 3B und den später noch erläuterten 7, 8A und 8B hervorgeht, kann ein Kühlkörper 1 wenigstens drei, wenigstens 5 oder gar wenigstens 10 Kühlrippen 12 aufweisen, von denen eine jede ein freies Ende 121 besitzt, wobei die freien Enden 121 in einer Ebene E1 angeordnet sind. Optional können die freien Enden 121 sämtlicher Kühlrippen 12 des Kühlkörpers 1 in einer Ebene E1 angeordnet sein. Ein solcher Kühlkörper 1 lässt sich besonders einfach fertigen, beispielsweise durch Fräsen eines Quaders.Likewise from the preceding ones 1G to 1y . 2A . 2 B . 3A . 3B and later explained 7 . 8A and 8B can be seen, a heat sink 1 at least three, at least 5 or even at least 10 cooling fins 12 each having a free end 121 owns, with the free ends 121 are arranged in a plane E1. Optionally, the free ends 121 all cooling fins 12 of the heat sink 1 be arranged in a plane E1. Such a heat sink 1 is particularly easy to manufacture, for example by milling a cuboid.

Gemäß einer weiteren, anhand von 6 erläuterten Ausgestaltung kann ein Verbindungskörper 3 auch durch eine untere Metallisierungsschicht 22 eines Isoliersubstrats 2 gebildet werden. Eine derartige untere Metallisierungsschicht 22 kann unmittelbar mit der der oberen Metallisierungsschicht 21 abgewandten Seite des Isolationsträgers 20 verbunden sein. Eine solche unmittelbare Verbindung kann beispielsweise mittels des bereits erwähnten DCB-Prozesses hergestellt werden. In Fall einer unmittelbaren Verbindung erübrigt sich die anhand der anderen Ausführungsbeispiele erläuterte Verbindungsschicht 4. Abgesehen von der fehlenden Verbindungsschicht 4 kann das Verfahren entsprechend den vorangehenden Ausführungen durchgeführt werden, d. h. es gelten dieselben Merkmale, Eigenschaften und Verfahrensschritte.According to another, based on 6 explained embodiment, a connecting body 3 also through a lower metallization layer 22 an insulating substrate 2 be formed. Such a lower metallization layer 22 can directly with the upper metallization layer 21 opposite side of the insulation support 20 be connected. Such a direct connection can be made for example by means of the already mentioned DCB process. In the case of a direct connection, the connection layer explained with reference to the other exemplary embodiments is unnecessary 4 , Apart from the missing connection layer 4 The method according to the preceding embodiments can be carried out, ie the same features, properties and method steps apply.

Wie weiterhin in 7 anhand eines gemäß 2A ausgebildeten, aber noch unbestückten Schaltungsträgers 25 gezeigt wird, kann ein Verbindungskörper 3 den Isolationsträger 20 seitlich überragen. Optional kann ein Verbindungskörper 3 den Isolationsträger 20 in jeder seitlichen Richtung vollständig und damit umlaufend überragen. Dabei ist ”seitlich” gleichbedeutend mit ”parallel zur Oberseite 2t des Isoliersubstrats 2”. Das seitliche Überragen ermöglicht es später, dass eine Kraft, mit der der Verbindungskörper 3 in die Vertiefung 10 gedrückt und/oder in dieser gehalten wird, nicht über den Isolationsträger 20 übertragen werden muss, sondern direkt auf den Verbindungskörper 3 einwirken kann. Damit kann eine durch eine solche Kraft bedingte Beschädigung des Isolationsträgers 20 vermieden werden. Das Merkmal eines den Isolationsträger 20 seitlich überragenden Verbindungskörpers 3 lässt sich nicht nur mit dem Schaltungsträger 25 gemäß 2A realisieren, sondern auch mit jedem anderen Schaltungsträger 25 der Erfindung.As continues in 7 according to a 2A trained, but still unpopulated circuit board 25 can be shown, a connecting body 3 the insulation carrier 20 protrude laterally. Optionally, a connecting body 3 the insulation carrier 20 in each lateral direction completely and thus encircling. Here, "lateral" is synonymous with "parallel to the top 2t of the insulating substrate 2 ". The laterally projecting later allows a force with which the connecting body 3 into the depression 10 is pressed and / or held in this, not on the insulation support 20 must be transferred, but directly on the connector body 3 can act. This can be caused by such a force damage to the insulation carrier 20 be avoided. The characteristic of the insulation carrier 20 laterally superior connecting body 3 can not be just with the circuit board 25 according to 2A realize, but also with every other circuit carrier 25 the invention.

Anhand der vorangehenden Ausführungsbeispiele wurde erläutert, wie ein vorbestückter Schaltungsträger 25 durch Aufschrumpfen mit einem Kühlkörper 1 verbunden werden kann. Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 8A und 8B erläutert wird, lässt sich auf gleiche Weise eine Anzahl von N ≥ 2 vorbestückten und erfolgreich getesteten Schaltungsträgern 25 durch Aufschrumpfen mit demselben Kühlkörper 1 verbinden. N kann insbesondere gleich 2 sein, oder größer oder gleich 3, insbesondere gleich 3. Bei dem anhand der 8A und 8B gezeigten Beispiel ist N = 3.On the basis of the preceding embodiments, it was explained how a pre-equipped circuit carrier 25 by shrinking with a heat sink 1 can be connected. As explained below with reference to the 8A and 8B In the same way, a number of N ≥ 2 pre-loaded and successfully tested circuit carriers can be obtained 25 by shrinking with the same heat sink 1 connect. In particular, N may be equal to 2, or greater than or equal to 3, in particular equal to 3. In the case of 8A and 8B shown example is N = 3.

Um den Kühlkörper 1 und mit den wenigstens zwei bestückten Schaltungsträgern 25 durch Aufschrumpfen zu verbinden, werden wird der Verbindungskörper 3 eines jeden der Schaltungsträger 25 auf eine (prinzipiell beliebige) erste Temperatur T1 (die verschiedenen Verbindungskörper 3 können dabei unterschiedliche erste Temperaturen T1 aufweisen, oder dieselbe erste Temperatur T1) gebracht, und der Kühlkörper 1 wird auf eine zweite Temperatur T2 gebracht, die höher ist, als die erste Temperatur T1 eines jeden der Verbindungskörper 3. Nachfolgend werden die bestückten Schaltungsträger 25 mit ihrem die jeweilige erste Temperatur T1 aufweisenden Verbindungskörper 3 in eine korrespondierende Aussparung 10 des die zweite Temperatur T2 aufweisenden Kühlkörpers 1 eingesetzt. Danach wird der Kühlkörper 1 bei in die Aussparungen 10 eingesetzten Verbindungskörpern 3 auf eine Temperatur T3 (z. B. auf Raumtemperatur) abgekühlt, die geringer ist, als die zweite Temperatur T2, und bei der eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Kühlkörper 1 und jedem der Verbindungskörper 3 besteht, was im Ergebnis in 8B gezeigt ist.To the heat sink 1 and with the at least two populated circuit carriers 25 to be connected by shrinking, will be the connecting body 3 of each of the circuit carriers 25 to a (in principle any) first temperature T1 (the various connecting bodies 3 can have different first temperatures T1, or brought the same first temperature T1), and the heat sink 1 is brought to a second temperature T2 which is higher than the first temperature T1 of each of the connecting bodies 3 , The following are the populated circuit carriers 25 With her the first temperature T1 having the connecting body 3 in a corresponding recess 10 of the second temperature T2 having heat sink 1 used. Thereafter, the heat sink 1 in the recesses 10 used connecting bodies 3 cooled to a temperature T3 (eg, to room temperature) which is lower than the second temperature T2, and in which a frictional connection between the heat sink 1 and each of the connecting bodies 3 what exists in the result 8B is shown.

Wie in 8B ebenfalls schematisch gezeigt ist, kann die Anordnung nach dem Aufschrumpfen mit einem Gehäuse 9 versehen werden, in dem die bestückten Schaltungsträger 25 angeordnet sind und aus dessen Innerem elektrische Anschlüsse 8 herausragen, an denen das so erzeugte Leistungshalbleitermodul von außen elektrisch kontaktiert werden kann. Optional kann in das Gehäuse 9 noch eine dielektrische Vergussmasse, beispielsweise ein Silikongel, eingefüllt werden, die sich von der Oberseite 1t des Kühlkörpers 1 bis wenigstens über die Oberseite 5t der Halbleiterbauelemente 5 eines jeden der Schaltungsträger 25 erstreckt.As in 8B is also shown schematically, the arrangement after shrinking with a housing 9 be provided in which the assembled circuit carrier 25 are arranged and from the inside electrical connections 8th protrude, where the power semiconductor module thus produced can be electrically contacted from the outside. Optionally, in the housing 9 nor a dielectric potting compound, such as a silicone gel, are filled, extending from the top 1t of the heat sink 1 at least over the top 5t the semiconductor devices 5 of each of the circuit carriers 25 extends.

9A zeigt noch eine perspektivische Ansicht eines unbestückten Schaltungsträgers 25, der ein Isoliersubstrat 20 und einen stoffschlüssig mit dem Isoliersubstrat 20 verbundenen Verbindungskörper 3 aufweist, sowie elektronische Bauelemente 5 und Verbindungselemente 8, 80, mit dem der unbestückte Schaltungsträger 25 vorbestückt wird. Nach dem Bestücken des Schaltungsträgers 25 wird dieser wie erläutert durch Aufschrumpfen mit einem Kühlkörper verbunden, was im Ergebnis in 9B gezeigt ist. 9A shows still a perspective view of an unpopulated circuit board 25 , which is an insulating substrate 20 and a material fit with the insulating substrate 20 connected connecting body 3 has, as well as electronic components 5 and fasteners 8th . 80 with which the bare circuit carrier 25 is pre-loaded. After loading the circuit board 25 this is connected as explained by shrinking with a heat sink, resulting in 9B is shown.

10 zeigt noch eine Anordnung mit drei Schaltungsträgern gemäß 9A nach deren Bestücken sowie nach der Montage der bestückten Schaltungsträger an einem Kühlkörper durch Aufschrumpfen. 10 shows an arrangement with three circuit carriers according to 9A after their assembly and after assembly of the assembled circuit board to a heat sink by shrinking.

Bei allen Ausgestaltungen der Erfindung können die Materialien und die Geometrie des bestückten Schaltungsträgers 25 und des Kühlkörpers 1 so gewählt werden, dass der Kraftschluss und/oder der Formschluss zwischen dem Verbindungskörper 3 und dem Kühlkörper 1 auch dann aufrecht erhalten bleibt, wenn die Temperatur des Verbindungskörpers 3 beim Betrieb des Leistungshalbleitermoduls auf höhere Werte ansteigt, beispielsweise auf 100°C oder gar 125°C, und wenn die Temperatur des Kühlkörpers 1 kleiner oder gleich der Temperatur des Verbindungskörpers 3 ist. Der Kraftschluss und/oder der Formschluss zwischen dem Verbindungskörper 3 und dem Kühlkörper 1 kann zum Beispiel in einem größeren Temperaturbereich des Verbindungskörpers 3, beispielsweise von 20°C bis 100°C oder von 20°C bis 125°C, aufrecht erhalten bleiben unter der Nebenbedingung, dass die Temperatur des Kühlkörpers 1 kleiner oder gleich der Temperatur des Verbindungskörpers 3 ist. Insbesondere um einen Kraftschluss in dem größeren Betriebstemperaturbereich aufrecht zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn die Materialien des Schaltungsträgers 25 und deren Geometrie so gewählt sind, dass der in die Aussparung 10 des Kühlkörpers 1 eingesetzte Verbindungskörper 3 von dem Kühlkörper 1 im gesamten größeren Betriebstemperaturbereich elastisch in der Aussparung gehalten wird.In all embodiments of the invention, the materials and the geometry of the assembled circuit substrate 25 and the heat sink 1 be chosen so that the adhesion and / or the positive connection between the connecting body 3 and the heat sink 1 is maintained even when the temperature of the connecting body 3 during operation of the power semiconductor module increases to higher values, for example to 100 ° C or even 125 ° C, and when the temperature of the heat sink 1 less than or equal to the temperature of the connector body 3 is. The frictional connection and / or the positive connection between the connecting body 3 and the heat sink 1 can, for example, in a wider temperature range of the connecting body 3 For example, from 20 ° C to 100 ° C or from 20 ° C to 125 ° C, maintained under the constraint that the temperature of the heat sink 1 less than or equal to the temperature of the connector body 3 is. In particular, in order to maintain a frictional connection in the larger operating temperature range, it is advantageous if the materials of the circuit substrate 25 and whose geometry is chosen so that the in the recess 10 of the heat sink 1 used connecting body 3 from the heat sink 1 is elastically held in the recess throughout the larger operating temperature range.

Da der Schaltungsträger 25 als Verbundkörper ausgebildet ist, bei dem mehrere Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten miteinander verbunden sind, kann ein Schaltungsträger 25 eine sich mit seiner Temperatur verändernde Biegung aufweisen. Ein guter Wärmeübergang zwischen dem Verbindungskörper 3 und dem Kühlkörper 1 ist vor allem dann erforderlich, wenn ein oder mehrere elektronische Bauteile 5, mit denen der Schaltungsträger 25 bestückt ist, und damit einhergehend auch der Verbindungskörper 3, sehr hohe Betriebstemperaturen aufweisen. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn der Verbindungskörper 3 bei sehr hohen Betriebstemperaturen flächig am Kühlkörper 1 anliegt. Daher kann die dem Isolationsträger 20 abgewandte Seite des Verbindungskörpers 3, wenn sich dieser auf Raumtemperatur (20°C) befindet, eine leichte konkave Krümmung aufweisen, deren Stärke sich mit zunehmender Temperatur des Verbindungskörpers 3 verringert. Optional kann die konkave Krümmung bei weiterer Temperaturerhöhung sogar verschwinden oder in eine sehr leicht konvexe Krümmung umschlagen. Beispielsweise kann bei einem Leistungshalbleitermodul, bei dem ein Kühlkörper 1 wie erläutert auf einen Verbindungskörper 3 aufgeschrumpft ist, der thermische Übergangswiderstand zwischen dem Verbindungskörper 3 und dem Kühlkörper 1, wenn sich der Verbindungskörper 3 und der Kühlkörper 1 auf Raumtemperatur (20°C) befinden, höher sein, als wenn sich der Verbindungskörper 3 und der Kühlkörper 1 auf einer Temperatur von 100°C befinden,As the circuit carrier 25 is formed as a composite body in which a plurality of materials having different thermal expansion coefficients are interconnected, a circuit carrier 25 have a with its temperature changing bending. A good heat transfer between the connecting body 3 and the heat sink 1 is especially necessary if one or more electronic components 5 with which the circuit carrier 25 is equipped, and consequently also the connecting body 3 , have very high operating temperatures. Therefore, it is advantageous if the connecting body 3 at very high operating temperatures flat on the heat sink 1 is applied. Therefore, the insulation carrier 20 opposite side of the connecting body 3 when it is at room temperature (20 ° C), have a slight concave curvature, the strength of which increases with increasing temperature of the connecting body 3 reduced. Optionally, the concave curvature may even disappear on further increase in temperature or turn into a very slightly convex curvature. For example, in a power semiconductor module in which a heat sink 1 as explained on a connecting body 3 has shrunk, the thermal contact resistance between the connecting body 3 and the heat sink 1 when the connecting body 3 and the heat sink 1 to room temperature (20 ° C), be higher than when the connecting body 3 and the heat sink 1 are at a temperature of 100 ° C,

Zur Herstellung einer solchen Anordnung kann der Verbindungskörper 3, bevor oder nachdem er mit dem Isoliersubstrat 2 verbunden wird, an der Seite, die nach dem Verbinden mit dem Isoliersubstrat 2 dem Isolationsträger 20 abgewandt ist, eine geringe konkave Krümmung aufweisen. Hierzu kann der Verbindungskörper 3, bevor er mit dem Isoliersubstrat 2 verbunden wird, insgesamt (z. B. durch Biegen) oder zumindest an der Seite, die nach dem Verbinden mit dem Isoliersubstrat 2 dem Isolationsträger 20 abgewandt ist (z. B. durch Prägen) mit einer geringen konkaven Krümmung versehen werden, die nach dem Bestücken des unter Verwendung des Verbindungskörpers 3 hergestellten Schaltungsträgers 25 aufrecht erhalten bleibt.To produce such an arrangement, the connecting body 3 before or after using the insulating substrate 2 is connected, on the side, after bonding with the insulating substrate 2 the insulation carrier 20 facing away, have a slight concave curvature. For this purpose, the connecting body 3 before going with the insulating substrate 2 in total (eg, by bending), or at least on the side, after bonding to the insulating substrate 2 the insulation carrier 20 is facing away (eg by embossing) provided with a slight concave curvature, after the loading of the using the connecting body 3 manufactured circuit carrier 25 is maintained.

Claims (24)

Verfahren zum Verbinden eines Kühlkörpers (1) mit einem Schaltungsträger (25), der einen dielektrischen Isolationsträger (20) und einen Verbindungskörper (3) aufweist, bei dem der Kühlkörper (1) derart auf den Verbindungskörper (3) des Schaltungsträgers (25) aufgeschrumpft wird, dass der dielektrische Isolationsträger (20) nach dem Aufschrumpfen vollständig außerhalb einer Aussparung (10) angeordnet ist, in die der Verbindungskörper (3) nach dem Aufschrumpfen hineinragt und an der der Verbindungskörper (3) mit dem Kühlkörper (1) verbunden ist.Method for connecting a heat sink ( 1 ) with a circuit carrier ( 25 ), which has a dielectric insulation carrier ( 20 ) and a connecting body ( 3 ), in which the heat sink ( 1 ) in such a way on the connecting body ( 3 ) of the circuit carrier ( 25 ) is shrunk that the dielectric isolation support ( 20 ) after shrinking completely outside a recess ( 10 ) is arranged, in which the connecting body ( 3 ) protrudes after shrinking and at which the connecting body ( 3 ) with the heat sink ( 1 ) connected is. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem der Schaltungsträger (25) dadurch hergestellt wird, dass ein Isoliersubstrat (2), das den dielektrischen Isolationsträger (20) und eine auf diesen aufgebrachte obere Metallisierungsschicht (21) aufweist, mit dem Verbindungskörper (3) des betreffenden Schaltungsträgers (25) stoffschlüssig verbunden wird.Method according to the preceding claim, in which the circuit carrier ( 25 ) is produced by an insulating substrate ( 2 ), the dielectric isolation carrier ( 20 ) and an upper metallization layer ( 21 ), with the connecting body ( 3 ) of the relevant circuit carrier ( 25 ) is materially connected. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem bei dem Schaltungsträger (25) das stoffschlüssige Verbinden durch Löten, Sintern oder Kleben unter Ausbildung einer Verbindungsschicht (4) erfolgt, die das Isoliersubstrat (2) stoffschlüssig mit dem Verbindungskörper (3) verbindet.Method according to Claim 2, in which the circuit carrier ( 25 ) the cohesive bonding by soldering, sintering or gluing to form a bonding layer ( 4 ), the insulating substrate ( 2 ) cohesively with the connecting body ( 3 ) connects. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Verbindungsschicht (4) des Schaltungsträgers (25) schmelzbar ist; eine Liquidustemperatur aufweist; und nach dem stoffschlüssigen Verbinden des Isoliersubstrats (20) mit dem Verbindungskörper (3) bis zum Aufschrumpfen des Kühlkörpers (1) unter der Liquidustemperatur der Verbindungsschicht (4) gehalten wird.Method according to Claim 3, in which the connecting layer ( 4 ) of the circuit carrier ( 25 ) is meltable; has a liquidus temperature; and after the cohesive bonding of the insulating substrate ( 20 ) with the connecting body ( 3 ) until shrinking of the heat sink ( 1 ) below the liquidus temperature of the tie layer ( 4 ) is held. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem der Schaltungsträger (25) eine auf den dielektrischen Isolationsträger (20) aufgebrachte obere Metallisierungsschicht (21) aufweist, und eine auf den dielektrischen Isolationsträger (20) aufgebrachte untere Metallisierungsschicht (22), die den Verbindungskörper (3) des Schaltungsträgers (25) bildet; auf der der oberen Metallisierungsschicht (21) abgewandten Seite des Isolationsträgers (20) angeordnet ist; und mit dem Isolationsträger (20) unmittelbar stoffschlüssig verbunden ist.Method according to one of Claims 1 to 2, in which the circuit carrier ( 25 ) one on the dielectric isolation carrier ( 20 ) applied top metallization layer ( 21 ), and one on the dielectric isolation carrier ( 20 ) applied lower metallization layer ( 22 ), which the connecting body ( 3 ) of the circuit carrier ( 25 ) forms; on the upper metallization layer ( 21 ) facing away from the insulation carrier ( 20 ) is arranged; and with the insulation carrier ( 20 ) is connected directly cohesively. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Schaltungsträger (25) während des stoffschlüssigen Verbindens des dielektrischen Isolationsträgers (20) mit dem Verbindungskörper (3) unbestückt oder nicht mit einem Halbleiterbauelement (5) bestückt ist.Method according to one of the preceding claims, in which the circuit carrier ( 25 ) during the cohesive bonding of the dielectric insulation carrier ( 20 ) with the connecting body ( 3 ) unpopulated or not with a semiconductor device ( 5 ) is equipped. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Schaltungsträger (25), bevor er durch Aufschrumpfen mit dem Kühlkörper (1) verbunden wird, mit einem oder mehreren elektronischen Bauelementen (5) bestückt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the circuit carrier ( 25 ) before shrinking with the heat sink ( 1 ) is connected to one or more electronic components ( 5 ) is fitted. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schaltungsträger (25), nachdem er mit einem oder mehreren elektronischen Bauelementen (5) bestückt wurde und bevor er durch Aufschrumpfen mit dem Kühlkörper (1) verbunden wird, einem Funktionstest unterzogen wird, bei dem eine durch das Bestücken mit dem einen oder den mehreren elektronischen Bauelementen (5) gebildete elektronische Schaltung auf ihre ordnungsgemäße Funktion hin überprüft wird.Method according to Claim 7, in which the circuit carrier ( 25 ) after being connected to one or more electronic components ( 5 ) and before shrinking with the heat sink ( 1 ) is subjected to a functional test, in which a test is carried out by equipping with the one or more electronic components ( 5 ) is checked for proper functioning. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Schaltungsträger (25) während des Aufschrumpfens mit dem Verbindungskörper (2) in eine Aussparung (10) des Kühlkörpers (1) eingesetzt wird, die eine Hinterschneidung (11) aufweist, in die der Verbindungskörper (3) nach dem Aufschrumpfen eingreift, so dass der Schaltungsträger (25) und der Kühlkörper (1) nach dem Aufschrumpfen sowohl form- als auch kraftschlüssig miteinander verbunden sind.Method according to one of the preceding claims, in which the circuit carrier ( 25 ) during shrinking with the connecting body ( 2 ) in a recess ( 10 ) of the heat sink ( 1 ), an undercut ( 11 ) into which the connecting body ( 3 ) engages after shrinking, so that the circuit carrier ( 25 ) and the heat sink ( 1 ) are connected to each other after shrinking both positive and non-positive. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Verbindungskörper (3) des Schaltungsträgers (25) vier Seitenwände (3w) aufweist, an denen der Verbindungskörper (3) nach dem Aufschrumpfen jeweils in die Hinterschneidung (11) eingreift, so dass der Schaltungsträger (25) nach dem Aufschrumpfen an jeder der vier Seitenwände (3w) formschlüssig mit dem Kühlkörper (1) verbunden ist.Method according to Claim 9, in which the connecting body ( 3 ) of the circuit carrier ( 25 ) four side walls ( 3w ), on which the connecting body ( 3 ) after shrinking into the undercut ( 11 ) engages, so that the circuit carrier ( 25 ) after shrinking on each of the four side walls ( 3w ) positively with the heat sink ( 1 ) connected is. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zwischen den Schaltungsträger (25) und den Kühlkörper (1) vor dem Aufschrumpfen ein Wärmeübertragungsmedium (13) eingebracht wird, das sich nach dem Aufschrumpfen durchgehend vom Kühlkörper (1) bis zum Verbindungskörper (3) des betreffenden Schaltungsträgers (25) erstreckt.Method according to one of the preceding claims, in which between the circuit carriers ( 25 ) and the heat sink ( 1 ) before shrinking a heat transfer medium ( 13 ) is introduced, which after shrinking continuously from the heat sink ( 1 ) to the connection body ( 3 ) of the relevant circuit carrier ( 25 ). Verfahren nach Anspruch 11, bei dem bei dem Schaltungsträger (25) das Wärmeübertragungsmedium (13) als Wärmeleitpaste oder als Phasenwechselmaterial ausgebildet ist.Method according to Claim 11, in which the circuit carrier ( 25 ) the heat transfer medium ( 13 ) is formed as a thermal paste or as a phase change material. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Verbindungskörper (3) Metall aufweist oder aus Metall besteht.Method according to one of the preceding claims, in which the connecting body ( 3 ) Metal or consists of metal. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Verbindungskörper (3) einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der kleiner ist, als der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Kühlkörpers (1).Method according to one of the preceding claims, in which the connecting body ( 3 ) one linear coefficient of thermal expansion which is smaller than the linear thermal expansion coefficient of the heat sink ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Kühlkörper (1) einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der um wenigstens 4 ppm/K größer ist, als der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbindungskörpers (3).The method of claim 14, wherein the heat sink ( 1 ) has a linear thermal expansion coefficient which is greater by at least 4 ppm / K than the linear thermal expansion coefficient of the connecting body ( 3 ). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Kühlkörper (1) Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht; und/oder der Verbindungskörper (3) Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist oder aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.Method according to one of the preceding claims, in which the heat sink ( 1 ) Aluminum or an aluminum alloy or consists of aluminum or an aluminum alloy; and / or the connecting body ( 3 ) Comprises copper or a copper alloy or consists of copper or a copper alloy. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Verbindungskörper (3) als ebene Metallplatte ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, in which the connecting body ( 3 ) is formed as a flat metal plate. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Verbindungskörper (3) einen nicht-zylindrischen Abschnitt aufweist, der nach dem Aufschrumpfen in einer korrespondierenden Aussparung (10) des Kühlkörpers (1) angeordnet ist.Method according to one of the preceding claims, in which the connecting body ( 3 ) has a non-cylindrical portion, which after shrinking in a corresponding recess ( 10 ) of the heat sink ( 1 ) is arranged. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Verbindungskörper (3) eine maximale Grundfläche (A3) aufweist, die größer ist, als 400 mm2.Method according to one of the preceding claims, in which the connecting body ( 3 ) has a maximum footprint (A3) that is greater than 400 mm 2 . Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Verbindungskörper (3) in einer Richtung senkrecht zu einer Ebene der maximalen Grundfläche (A3) eine maximale Höhe (h3) aufweist, und das Verhältnis (A3÷h3) der maximalen Grundfläche (A3) zu der maximalen Höhe (h3) wenigstens 40 mm oder wenigstens 500 mm beträgt.Method according to Claim 19, in which the connecting body ( 3 ) has a maximum height (h3) in a direction perpendicular to a plane of the maximum base (A3), and the ratio (A3 ö h3) of the maximum base (A3) to the maximum height (h3) is at least 40 mm or at least 500 mm is. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Aufschrumpfen dadurch erfolgt, dass der Verbindungskörper (3) auf eine erste Temperatur gebracht wird, und der Kühlkörper (1) auf eine zweite Temperatur, die höher ist, als die erste Temperatur; und nachfolgend der Schaltungsträger (25) mit seinem die erste Temperatur aufweisenden Verbindungskörper (3) in eine korrespondierende Aussparung (10) des die zweite Temperatur aufweisenden Kühlkörpers (1) eingesetzt wird; und nachfolgend der Kühlkörper (1) bei in die korrespondierende Aussparung (10) eingesetztem Verbindungskörper (3) auf eine Temperatur abgekühlt wird, die geringer ist, als die zweite Temperatur und bei der eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Kühlkörper (1) und dem Verbindungskörper (3) besteht.Method according to one of the preceding claims, in which the shrinking takes place in that the connecting body ( 3 ) is brought to a first temperature, and the heat sink ( 1 ) to a second temperature higher than the first temperature; and subsequently the circuit carrier ( 25 ) with its first temperature having connecting body ( 3 ) in a corresponding recess ( 10 ) of the second temperature having heat sink ( 1 ) is used; and subsequently the heatsink ( 1 ) in the corresponding recess ( 10 ) inserted connecting body ( 3 ) is cooled to a temperature which is lower than the second temperature and in which a frictional connection between the heat sink ( 1 ) and the connecting body ( 3 ) consists. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Kühlkörper (1) wenigstens drei, wenigstens 5 oder wenigstens 10 Kühlrippen (12) aufweist, von denen eine jede ein freies Ende (121) besitzt, wobei die freien Enden (121) in einer Ebene angeordnet sind.Method according to one of the preceding claims, in which the heat sink ( 1 ) at least three, at least 5 or at least 10 cooling fins ( 12 ), each having a free end ( 121 ), the free ends ( 121 ) are arranged in a plane. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der dielektrische Isolationsträger (20) Keramik aufweist oder aus Keramik besteht.Method according to one of the preceding claims, in which the dielectric insulating support ( 20 ) Ceramic or consists of ceramic. Verfahren, bei dem N Schaltungsträger (25) gemäß einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche mit demselben Kühlkörper (1) verbunden werden, wobei gilt: N ≥ 2; oder N = 2; oder N ≥ 3; oder N = 3.Method in which N circuit carriers ( 25 ) according to a method according to one of the preceding claims with the same heat sink ( 1 ), where: N ≥ 2; or N = 2; or N ≥ 3; or N = 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1035782B (en) * 1956-07-04 1958-08-07 Philips Patentverwaltung Method for fastening semiconductor arrangements on a carrier with good thermal conductivity
WO2005038912A1 (en) * 2002-10-11 2005-04-28 Chien-Min Sung Carbonaceous heat spreader and associated methods
DE102012207470B3 (en) * 2012-05-04 2013-10-10 Infineon Technologies Ag Method for manufacturing semiconductor module arrangement i.e. converter, involves cooling body such that recess is reduced and composite is developed between semiconductor module and body, where sides exhibit surface of preset size

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