DE102015213085A1 - Leistungsmodul sowie Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls - Google Patents

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Michael Leipenat
Ronny Werner
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul (1) mit einem Substrat (3), mit einem Halbleiterbauelement (2), welches auf dem Substrat (3) angeordnet ist, und mit einem elektrisch leitfähigen Leitungsträger (12) zum elektrischen Kontaktieren des Halbleiterbauelements (2), wobei der Leitungsträger (12) aus einem Material hergestellt ist, welches ein erstes Metall mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten umfasst, wobei das Material, aus dem der Leitungsträger (12) hergestellt ist, zusätzlich einen weiteren Werkstoff umfasst, welcher einen im Vergleich zum ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten geringeren, zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsmodul mit einem Substrat, mit einem Halbleiterbauelement, welches auf dem Substrat angeordnet ist, und mit einem elektrisch leitfähigen Leitungsträger zum elektrischen Kontaktieren des Halbleiterbauelements, wobei der Leitungsträger aus einem Material hergestellt ist, welches ein erstes Metall mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten umfasst. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Leistungszelle mit zumindest einem Leistungsmodul. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls.
  • Das Interesse gilt vorliegend insbesondere Leistungsmodulen, die im Bereich der Leistungselektronik eingesetzt werden. Der Bereich der Leistungselektronik beschäftigt sich üblicherweise mit der Umformung elektrischer Energie mit schaltenden Halbleiterbauelementen. Diese Halbleiterbauelemente, die auch als leistungselektronische Bauelemente bezeichnet werden können, können beispielsweise als Leistungsdioden, Leistungs-MOSFETs oder IGBTs ausgebildet sein. Dabei können ein oder mehrere Halbleiterbauelemente, welche auch als Chips bezeichnet werden, auf einem Substrat angeordnet sein und somit ein sogenanntes Leistungsmodul bilden. Das Substrat auf dem das oder die Halbleiterbauelemente mittels einer Aufbau- und Verbindungstechnik mechanisch befestigt sind, kann auch zur elektrischen Verbindung der Halbleiterbauelemente dienen. Solche Substrate können beispielsweise ein Trägerelement aus einer Keramik umfassen, welches zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Befestigung der Halbleiterbauelemente mit Leiterbahnen und entsprechenden Kontaktelementen, die beispielsweise aus Kupfer gebildet sind, beschichtet ist.
  • Diese zu Leistungsmodulen verschalteten Halbleiterbauelemente können beispielsweise Stromrichterfunktionen erfüllen und im Bereich der Elektromobilität, beispielsweise in der Antriebstechnik von Elektrofahrzeugen, eingesetzt werden. Besonders im Bereich der Elektromobilität existieren hohe Anforderungen an die Betriebsdauer und die Lebensdauer der Leistungsmodule. Dabei erreichen vor allem Leistungsmodule mit der bisher verwendeten Aufbau- und Verbindungstechnik nicht die geforderte Betriebs- sowie Lebensdauer.
  • Insbesondere bei der elektrischen Kontaktierung der Halbleiterbauelemente auf der Oberseite ist es erforderlich, eine zuverlässige elektrische Verbindung und damit einen Stromfluss zu den Anschlüssen beziehungsweise Kontaktelementen des Substrats herzustellen. Die Eigenschaften der elektrischen Verbindungen zwischen der Oberseite des Halbleiterbauelements beziehungsweise des Chips und einem Kontaktelement des Substrats begrenzen häufig die Haltbarkeit des Leistungsmoduls. Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt für diese elektrischen Verbindungen entsprechende Aluminium-Dickdrähte zu verwenden, welche auf das Halbleiterbauelement und das Kontaktelement gebondet werden. Neuere Technologien sehen beispielsweise das Kupfer-Dickdrahtbonden oder das sogenannte Bändchenbonden vor. Andere Lösungen bestehen aus gesinterten, metallisierten Kunststofffolien. Weiterhin sind gelötete Stromschienen aus dickem Kupfer bekannt. Außerdem ist die sogenannte SiPLIT-Technologie (Siemens Planar Interconnect Technologie) bekannt.
  • Alle diese Lösungen haben den Nachteil, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien stark von den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats und des Halbleiterbauelements abweichen. Somit entstehen während des Betriebs starke mechanische Spannungen zwischen den Grenzschichten, welche wiederum zu einem Ausfall des Leistungsmoduls führen können.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie ein Leistungsmodul der eingangs genannten Art zuverlässiger ausgebildet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Leistungsmodul sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul umfasst ein Substrat. Zudem umfasst das Leistungsmodul ein Halbleiterbauelement, welches auf dem Substrat angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst das Leistungsmodul einen elektrisch leitfähigen Leitungsträger zum elektrischen Kontaktieren des Halbleiterbauelements, wobei der Leitungsträger aus einem Material hergestellt ist, welches ein erstes Metall mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten umfasst. Dabei ist es weiterhin vorgesehen, dass das Material, aus dem der Leitungsträger hergestellt ist, zusätzlich einen weiteren Werkstoff umfasst, welcher einen im Vergleich zum ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten geringeren, zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
  • Das Leistungsmodul kann grundsätzlich eines oder mehrere Halbleiterbauelemente umfassen. Das Halbleiterbauelement, das auch als Chip bezeichnet werden kann, ist insbesondere als Leistungshalbleiterbauelement ausgebildet. Das Halbleiterbauelement kann beispielsweise eine Diode, ein Transistor, ein IGBT, ein Thyristor oder dergleichen sein. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass mehrere der Halbleiterbauelemente zu einem Wechselrichter beziehungsweise Stromrichter verschaltet sind. Das Halbleiterbauelement ist auf einem Substrat angeordnet, das beispielsweise ein Trägerelement aus einer Keramik umfasst. Zum elektrischen Kontaktieren des Halbleiterbauelements wird ein Leitungsträger verwendet, der aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist. Der Leitungsträger kann insbesondere als sogenannter Leadframe ausgebildet sein. Ein Leadframe ist ein metallischer Leitungsträger in Form eines Rahmens oder Kamms. Der Leitungsträger ist aus einem Material hergestellt, welches ein erstes Metall umfasst. Dieses erste Metall weist einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten beziehungsweise Ausdehnungskoeffizienten auf. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist ein Kennwert, der das Verhalten eines Materials bezüglich Veränderungen seiner Abmessungen bei Temperaturveränderungen beschreibt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient kann beispielsweise ein Längenausdehnungskoeffizient sein.
  • Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass das Material, aus dem der Leitungsträger hergestellt ist, zusätzlich einen weiteren Werkstoff umfasst, welcher einen im Vergleich zum ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten geringeren, zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Ausfallwahrscheinlichkeit der Aufbau- und Verbindungstechnik dadurch reduziert werden kann, dass der gesamte Wärmeausdehnungskoeffizient des Leitungsträgers an den Wärmeausdehnungskoeffizienten der übrigen Komponenten des Leistungsmoduls angepasst wird. Das Halbleiterbauelement beziehungsweise der Chip kann insbesondere aus Silizium gefertigt sein und beispielsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 2 × 10–6 K-1 aufweisen. Das Substrat, das beispielsweise aus einer Keramik und zusätzlichen metallischen Beschichtungen gebildet sein kann, kann beispielsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 7 × 10–6 K-1 aufweisen. Üblicherweise verwendete Leitungsträger, die beispielsweise aus einem Metall wie Kupfer oder Aluminium gebildet sind, können einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen 17 und 24 × 10–6 K-1 aufweisen. Vorliegend ist es nun vorgesehen, dass die physikalischen Eigenschaften des Leitungsträgers gezielt an die Wärmeausdehnungskoeffizienten der übrigen Komponenten des Leistungsmoduls angepasst werden. Hierzu wird der Leitungsträger aus einem Material gefertigt, das neben dem ersten Metall ein weiteres Material umfasst, welches einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Somit kann beispielsweise die Ausdehnung des Leitungsträgers in Abhängigkeit von der Temperatur deutlich vermindert werden und somit die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert werden.
  • Bevorzugt umfasst das Material, aus dem der Leitungsträger hergestellt ist, als den weiteren Werkstoff ein zweites Metall. Ein derartiger Leitungsträger, der insbesondere als sogenannter Leadframe ausgebildet ist, kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Dadurch, dass der Leitungsträger aus zwei Metallen gebildet ist, weist dieser die nötige elektrische Leitfähigkeit auf. Ferner kann der Leitungsträger, der aus den zwei Metallen gefertigt ist zuverlässig mit dem Halbleiterbauelement und einem Kontaktelement des Substrats elektrisch verbunden werden. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass der Leitungsträger neben dem ersten Metall und dem zweiten Metall weitere Werkstoffe umfasst.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das erste Metall Kupfer umfasst und das zweite Metall Nickel und/oder Eisen umfasst. Das zweite Metall kann beispielsweise die Legierung Invar sein, welche aus 64 % Eisen und 36 % Nickel besteht. Die Verwendung von Kupfer bietet den Vorteil, dass dieses Material eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit aufweist. Um den gesamten Wärmeausdehnungskoeffizienten des Leitungsträgers zu reduzieren, wird in das Kupfer beispielsweise Eisen und/oder Nickel eingebracht. Diese Metalle weisen im Vergleich zu Kupfer einen signifikant geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Eisen und/oder Nickel können in einem bestimmten Verhältnis einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen und die Ausdehnung des Kupfers deutlich reduzieren.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Material, aus dem der Leitungsträger gebildet ist, eine Legierung, welche das erste und das zweite Metall umfasst. Der Leitungsträger kann also aus einer Legierung gebildet sein, die neben Kupfer Nickel und/oder Eisen umfassen kann. Ein derartiger Leitungsträger kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Aufgrund der angepassten Wärmeausdehnung des Leitungsträgers können Stress beziehungsweise mechanische Spannungen an der Verbindungsstelle zwischen dem Halbleiterbauelement und dem Leitungsträger bei Temperaturschwankungen deutlich reduziert werden. Somit kann die Ausfallwahrscheinlichkeit der Aufbau- und Verbindungstechnik ebenfalls signifikant gesenkt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Leitungsträger eine erste Schicht, die aus dem ersten Metall gebildet ist, eine zweite Schicht, die auf der ersten Schicht angeordnet ist und die aus dem zweiten Metall gebildet ist, und eine dritte Schicht, die auf der zweiten Schicht angeordnet ist und die aus dem ersten Metall gebildet ist, auf. Mit anderen Worten umfasst der Leitungsträger einen Schichtaufbau mit drei Schichten. Die beiden äußeren Schichten beziehungsweise die erste und die dritte Schicht sind aus dem ersten Metall beziehungsweise Kupfer gebildet. Die mittlere Schicht beziehungsweise die zweite Schicht ist aus dem zweiten Metall beziehungsweise aus Nickel und/oder Eisen gebildet. Durch einen derartigen Schichtaufbau kann im Vergleich zu einem Schichtaufbau, der nur zwei Schichten aus dem ersten und dem zweiten Metall umfasst, verhindert werden, dass sich der Leitungsträger bei einer Temperaturänderung senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung des Leitungsträgers verformt. Ein derartiger Leitungsträger bietet weiterhin den Vorteil, dass die Aufbau- und Verbindungstechnik nicht mehr flexibel gestaltet werden muss, da die mechanischen Spannungen, die ausgeglichen werden müssen, deutlich geringer sind. So kann der Leistungsträger beispielsweise nach Art eines Blechs ausgebildet sein. Dies stellt insbesondere eine deutliche Vereinfachung in der Fertigung dar, was wiederum zu einer Kosteneinsparung führt.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Substrat ein Trägerelement und ein erstes elektrisches Kontaktelement, das auf dem Trägerelement angeordnet ist, aufweist, wobei der Leitungsträger mit dem ersten elektrischen Kontaktelement und einer Oberseite des Halbleiterbauelements elektrisch verbunden ist. Durch den Leitungsträger, der im Vergleich zu bekannten Leitungsträgern einen angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, kann insbesondere eine zuverlässige elektrische Verbindung an der Verbindungsstelle zwischen dem Leitungsträger und der Oberseite des Halbleiterbauelements bereitgestellt werden. Damit kann insbesondere verhindert werden, dass sich bei Temperaturänderungen in diesem Bereich mechanische Spannungen ausbilden. Auf dem Trägerelement beziehungsweise auf der Keramik kann ein erstes elektrisches Kontaktelement beziehungsweise ein Anschlusselement vorgesehen sein. Dieses erste elektrische Kontaktelement kann als Beschichtung ausgebildet sein. Somit kann auch die elektrische Verbindung zwischen dem Leitungsträger und dem ersten elektrischen Kontaktelement zuverlässig ausgebildet werden.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Substrat ein zweites elektrisches Kontaktelement aufweist, welches zwischen dem Trägerelement und dem Halbleiterbauelement angeordnet ist und welches mit einer Rückseite des Halbleiterbauelements elektrisch verbunden ist. Mit dem zweiten elektrischen Kontaktelement, das beispielsweise als Beschichtung auf das Trägerelement aufgebracht ist, kann die Rückseitenkontaktierung des Halbleiterbauelements erfolgen. Zudem können auf dem Trägerelement entsprechende Leiterbahnen angeordnet sein. Somit kann eine entsprechende elektrische Verbindung beziehungsweise Verschaltung ermöglicht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist auf einer dem Halbleiterbauelement gegenüberliegenden Rückseite des Trägerelements eine Metallschicht angeordnet. Das Trägerelement kann insbesondere als sogenannte DBC-Substrat (DBC – Direct Bonded Copper) oder als IMS-Substrat (IMS – Insulated Metal Substrate) ausgebildet sein. Die Metallschicht auf der Rückseite des Trägerelements kann beispielsweise aus Kupfer oder aus Aluminium gebildet sein.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das erste elektrische Kontaktelement, das zweite elektrische Kontaktelement und/oder die Metallschicht aus dem Material des Leitungsträgers gebildet sind. Damit kann erreicht werden, dass sich zusätzlich zu dem Leitungsträger das erste elektrische Kontaktelement, das zweite elektrische Kontaktelement und/oder die Metallisierung einen angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Somit kann ein zuverlässiger Betrieb des Leistungsmoduls erreicht werden, da mechanische Spannungen weiter verringert werden.
  • Eine erfindungsgemäße Leistungszelle umfasst zumindest ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul und eine elektronische Komponente und/oder ein Anschlusselement, wobei der Leitungsträger elektrisch mit der elektronischen Komponente und/oder dem Anschlusselement verbunden ist. Der Leitungsträger kann also auch dazu dienen, eine elektrische Verbindung zwischen dem Leistungsmodul und einer zu dem Leistungsmodul externen Komponente herzustellen. Beispielsweise kann mittels des Leitungsträgers eine elektrische Verbindung zu einer elektronischen Komponente hergestellt werden. Die elektronische Komponente kann beispielsweise ein Kondensator sein. Die elektronische Komponente kann auch ein weiteres Halbleiterbauelement sein. Alternativ oder zusätzlich kann mit dem Leitungsträger eine elektrische Verbindung zu einen Anschlusselement hergestellt werden. Die elektronische Komponente und/oder das Anschlusselement können beispielsweise auf einem weiteren Träger oder auf weiteren Trägern angeordnet sein. Diese Träger können beispielsweise ein Substrat oder ein Gehäuse sein.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen eines Leistungsmoduls. Hierbei wird ein elektrisch isolierendes Trägerelement bereitgestellt. Zudem wird ein Halbleiterbauelement auf dem Trägerelement angeordnet. Des Weiteren wird ein elektrisch leitfähiger Leitungsträger hergestellt und das Halbleiterbauelement mit dem Leitungsträger kontaktiert, wobei der Leitungsträger aus einem Material hergestellt wird, welches ein erstes Metall mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten umfasst. Dabei ist es vorgesehen, dass das Material, aus dem der Leitungsträger hergestellt wird, zusätzlich einen weiteren Werkstoff umfasst, welcher einen im Vergleich zum ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten geringeren, zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
  • Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Leistungsmodul vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Leistungszelle sowie das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgen in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Leistungsmoduls in einer geschnittenen Seitenansicht;
  • 2 eine Detailansicht von 1, in der ein Aufbau eines Leitungsträgers zu erkennen ist; und
  • 3 eine schematische Darstellung einer Leistungszelle.
  • In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Leistungsmoduls 1 in einer geschnittenen Seitenansicht. Das Leistungsmodul 1 umfasst ein Halbleiterbauelement 2, das auch als Chip bezeichnet werden kann. Das Halbleiterbauelement 2 kann beispielsweise aus Silizium oder einem anderen Halbleiter gefertigt sein. Beispielsweise kann das Halbleiterbauelement 2 eine Diode, ein Transistor, ein IGBT, ein Thyristor oder der gleichen sein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Leistungsmodul 1 ein Halbleiterbauelement 2. Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Leistungsmodul 1 mehrere Halbleiterbauelement 2 umfasst, die elektrisch miteinander verschaltet sind.
  • Darüber hinaus umfasst das Leistungsmodul 1 ein Substrat 3. Das Substrat 3 umfasst ein Trägerelement 4, das beispielsweise aus einer Keramik gebildet sein kann. Auf einer Vorderseite 5 des Trägerelements 4 ist ein erstes elektrisches Kontaktelement 6 angeordnet, das beispielsweise aus einem Metall gebildet sein kann. Darüber hinaus ist auf der Vorderseite 5 des Trägerelements 4 ein zweites elektrisches Kontaktelement 7 angeordnet. Das zweite elektrische Kontaktelement 7 ist mit einer Rückseite 8 des Halbleiterbauelements 2 elektrisch verbunden. Ferner ist auf einer Rückseite 10 des Trägerelements 4 eine Metallschicht 11 angeordnet.
  • Das Leistungsmodul 1 umfasst ferner einen Leitungsträger 12, der einerseits mit dem ersten elektrischen Kontaktelement 6 und einer Vorderseite 9 des Halbleiterbauelements 2 elektrisch verbunden ist. Mit dem Leitungsträger 12 kann eine elektrische Verbindung zwischen der Vorderseite 9 des Halbleiterbauelements 2 und dem ersten elektrischen Kontaktelement 6 beziehungsweise einem Anschlusselement bereitgestellt werden.
  • Das Halbleiterbauelement 2, das aus einem Halbleiter gefertigt ist, kann einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 2 × 10–6 K-1 aufweisen. Das Substrat 3 kann einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 7 × 10–6 K-1 aufweisen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Leitungsträger 12, die beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sind, können einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich zwischen 17 × 10–6 K-1 und 24 × 10–6 K-1 aufweisen. Dadurch, dass der Leitungsträger 12 im Vergleich zu dem Halbleiterbauelement 2 und dem Substrat 3 einen deutlich höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, entstehen bei Temperaturänderungen üblicherweise mechanische Spannungen. Diese können einerseits an der Verbindungsstelle zwischen dem Halbleiterbauelement 2 und dem Leitungsträger 12 sowie zwischen dem ersten Kontaktelement 6 und dem Leitungsträger 12 auftreten.
  • Um eine zuverlässige Aufbau- und Verbindungstechnik bereitzustellen, ist es vorgesehen, dass der Leitungsträger 12 aus einem Material gefertigt ist, das ein erstes Metall aufweist. Dieses erste Metall kann beispielsweise Kupfer sein. Zudem weist das Material einen weiteren Werkstoff, insbesondere ein zweites Metall auf, das im Vergleich zum ersten Metall einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Dieses zweite Metall kann beispielsweise Nickel und/oder Eisen sein. Somit kann ein zuverlässiger Betrieb des Leistungsmoduls 1 ermöglicht werden.
  • 2 zeigt das Leistungsmodul 1 in einer Detailansicht. Hierbei ist zu erkennen, dass der Leitungsträger 12 drei Schichten, 13, 14, und 15 aufweist. Eine erste Schicht 13 beziehungsweise die unterste Schicht ist aus dem Metall beziehungsweise Kupfer gebildet. Eine zweite Schicht 14, die auf der ersten Schicht 13 angeordnet ist, ist aus dem zweiten Metall, beispielsweise Nickel und/oder Eisen, gebildet. Eine dritte Schicht 15 beziehungsweise die oberste Schicht, die auf der zweiten Schicht 14 angeordnet ist, ist aus dem ersten Metall gebildet. Durch diesen Schichtaufbau kann verhindert werden, dass sich der Leitungsträger 12 infolge von Temperaturänderungen senkrecht zu seiner Haupterstreckungsrichtung verbiegt. Ferner kann der Leitungsträger 12 nach Art eines Bands ausgebildet sein und somit kostengünstig hergestellt werden.
  • Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass das erste elektrische Kontaktelement 5, das zweite elektrische Kontaktelement 7 und/oder die Metallschicht 11 aus dem gleichen Material wie der Leitungsträger 12 hergestellt sind. Somit kann insgesamt ein zuverlässigerer Betrieb des Leistungsmoduls 1 erreicht werden.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Leistungszelle 16 in einer geschnittenen Seitenansicht. Die Leistungszelle 16 umfasst das Leistungsmodul 1. Zudem umfasst die Leistungszelle 16 eine elektronische Komponente 17, die auf einem Träger 19 angeordnet ist. Die elektronische Komponente 17 kann beispielsweise ein Kondensator oder dergleichen sein. Zudem umfasst die Leistungszelle 16 ein Anschlusselement 18, welches auf einem weiteren Träger 20 angeordnet ist. Die Träger 19, 20 können beispielsweise ein Substrat oder ein Gehäuse sein. Der Leitungsträger 12 ist vorliegen derart ausgebildet, dass der das Kontaktelement 6 des Leistungsmoduls 1 mit der elektronischen Komponente 17 verbindet. Ferner verbindet der Leitungsträger 12 das Halbleiterbauelement 2 mit dem Anschlusselement 18. Somit kann auch zwischen den einzelnen Komponenten der Leistungszelle 16 eine zuverlässige Aufbau- und Verbindungstechnik bereitgestellt werden.

Claims (11)

  1. Leistungsmodul (1) mit einem Substrat (3), mit einem Halbleiterbauelement (2), welches auf dem Substrat (3) angeordnet ist, und mit einem elektrisch leitfähigen Leitungsträger (12) zum elektrischen Kontaktieren des Halbleiterbauelements (2), wobei der Leitungsträger (12) aus einem Material hergestellt ist, welches ein erstes Metall mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem der Leitungsträger (12) hergestellt ist, zusätzlich einen weiteren Werkstoff umfasst, welcher einen im Vergleich zum ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten geringeren, zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
  2. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem der Leitungsträger (12) hergestellt ist, als den weiteren Werkstoff ein zweites Metall umfasst.
  3. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Metall Kupfer umfasst und das zweite Metall Nickel und/oder Eisen umfasst.
  4. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem der Leitungsträger (12) gebildet ist, eine Legierung ist, welche das erste und das zweite Metall umfasst.
  5. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsträger (12) eine erste Schicht (13), die aus dem ersten Metall gebildet ist, eine zweite Schicht (14), die auf der ersten Schicht (13) angeordnet ist und die auf aus dem zweiten Metall gebildet ist, und eine dritte Schicht (15), die auf der zweiten Schicht (14) angeordnet ist und die aus dem ersten Metall gebildet ist, aufweist.
  6. Leistungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) ein Trägerelement (4) und ein erstes elektrisches Kontaktelement (6), das auf dem Trägerelement (4) angeordnet ist, aufweist, wobei der Leitungsträger (12) mit dem ersten elektrischen Kontaktelement (6) und einer Oberseite (9) des Halbleiterbauelements (2) elektrisch verbunden ist.
  7. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) ein zweites elektrisches Kontaktelement (7) aufweist, welches zwischen dem Trägerelement (4) und dem Halbleiterbauelement (2) angeordnet ist und welches mit einer Rückseite (8) des Halbleiterbauelements (2) elektrisch verbunden ist.
  8. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) eine Metallschicht (11) aufweist, welches auf einer dem Halbleiterbauelement (2) gegenüberliegenden Rückseite (10) des Trägerelements (4) angeordnet ist.
  9. Leistungsmodul (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Kontaktelement (6), das zweite elektrische Kontaktelement (7) und/oder die Metallschicht (11) aus dem Material des Leitungsträgers (12) gebildet ist.
  10. Leistungszelle (16) mit zumindest einem Leistungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer elektronischen Komponente (17) und/oder einem Anschlusselement (18), wobei der Leitungsträger (12) elektrisch mit der elektronischen Komponente (17) und/oder dem Anschlusselement (18) verbunden ist.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls (1), bei welchem ein Substrat (3) bereitgestellt wird, ein Halbleiterbauelement (2) auf dem Substrat (3) angeordnet wird, ein elektrisch leitfähiger Leitungsträger (12) hergestellt und das Halbleiterbauelement (2) mit dem Leitungsträger (12) kontaktiert wird, wobei der Leitungsträger (12) aus einem Material hergestellt wird, welches ein erstes Metall mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus dem der Leitungsträger (12) hergestellt wird, zusätzlich einen weiteren Werkstoff umfasst, welcher einen im Vergleich zum ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten geringeren, zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
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