DE19960013A1 - Gehäuse für Hochstrom-Bauleiterteile - Google Patents
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Abstract
Ein Gehäuse für Halbleiterbauteile mit sehr hoher Leistung und sehr hohen Strömen weist einen massiven ebenen leitenden Anschluß 31 auf, der ein Halbleiterplättchen trägt. Eine dünne leitende Lasche 34 ist als Fortsetzung des Anschlusses, jedoch von diesem isoliert, vorgesehen, und liegt in einer Ebene oberhalb des massiven ebenen Anschlusses. Eine obere Elektrode des Halbleiterplättchens ist mit der Lasche 34 verbunden, und ein Isoliergehäuse 33 umschließt Teile der benachbarten Enden der Lasche 34 und des Anschlusses 31 sowie das Halbleiterplättchen und dessen Anschlußleitungen. Die freien Enden der Lasche 34 können mit Anschlußfingern 37a, 37b, 37c für eine gedruckte Leiterplatte versehen sein. Zwei Kerben 40, 41 sind in die Seiten der dünnen Lasche 34 an einer Stelle in geringem Abstand von der Oberfläche des Gehäuses eingeschnitten, durch die sich die Lasche 34 erstreckt, um eine Entlastung für mechanische Beanspruchungen für das Isoliergehäuse 33 zu schaffen, durch das sich die Lasche 34 hindurch erstreckt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse für Hochstrom-Halbleiterbauteile der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und insbesondere auf ein neuartiges
Gehäuse mit einem Kunststoffgehäuseteil und einer leitenden Lasche.
Diskrete Halbleiterbauteile, wie z. B. Dioden, sind für Hochstromanwendungen in einer
Vielzahl von Gehäusebauformen erhältlich. Beispielsweise ist ein Normgehäuse, das
als das TO-247-Gehäuse bekannt ist, mit niedrigen Kosten für Hochstrom
anwendungen verfügbar, während Bauteile für höhere Ströme allgemein in
aufwendigeren Metallgehäusen oder in Leistungsmoduleinheiten angeordnet sind. Es
besteht ein Bedarf an einem Gehäuse für Halbleiterbauteile für hohe Ströme, das
geringere Kosten als das Metallgehäuse oder die Moduleinheit aufweist, wobei ein
derartiges Gehäuse einen höheren Nennstrom als das TO-247-Gehäuse ermöglichen
sollte. Insbesondere besteht ein Bedarf an einem wenig aufwendigen Gehäuse für
Schottky-Dioden mit einer Nennspannung von ungefähr 45 V und einem Nennstrom
von 100-175 A. In gleicher Weise besteht ein Bedarf für derartige Gehäuse für Dioden
mit kurzer Erholzeit und übliche Gleichrichter, die Sperrspannungen von bis zu 1200
V oder mehr und Durchlaßströme von 70-85 A haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuse für Hochstrom-
Halbleiterbauteile zu schaffen, das bei niedrigeren Kosten Bauteile mit höheren
Strömen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiges Gehäuse für Halbleiterbauteile
geschaffen, bei dem ein Leiterrahmen einen Kühlkörperabschnitt zur Aufnahme eines
Halbleiterplättchens oder mehrerer Halbleiterplättchen sowie eine sich in
entgegengesetzter Richtung erstreckende dünne ebene Lasche in einer Ebene
aufweist, die gegenüber der Ebene des Kühlkörpers versetzt ist. Der
Kühlkörperabschnitt und das darauf befestigte Halbleiterplättchen sind in Kunststoff
eingekapselt, wobei der Kühlkörper eine sich durch eine Wand des
Kunststoffgehäuses hindurch erstreckende Verlängerung aufweist und die dünne
ebene Lasche sich von einer gegenüberliegenden Endwand des Gehäuses aus
erstreckt. Von wesentlicher Bedeutung ist, daß die dünne Lasche zwei Schlitze in
geringem Abstand von der Gehäusewand aufweist, um die Übertragung von
Kraftbeanspruchungen von der Lasche auf das Gehäuse zu begrenzen, die das
Gehäuse splittern oder aufbrechen lassen könnten.
Das neuartige Gehäuse ergibt ein robustes, geringe Kosten aufweisendes Hochstrom-
Halbleiterbauteil mit einer geringen Bauhöhe und einem ausgezeichneten Verhältnis
zwischen der Größe des Halbleiterplättchens und der Grundfläche des Gehäuses. Die
dünne freiliegende, sich von dem Gehäuse fort erstreckende Lasche ergibt eine
optimale Verbindung, die hohe Ströme sowie eine wirkungsvolle Wärmeabfuhr
ermöglicht. Die Lasche kann weiterhin mehrere Einsteckfinger für eine gedruckte
Leiterplatte (PCB) aufweisen, so daß die Leistungsdichte vorhandener Schaltungen
sehr einfach mit geringen oder keinen Änderungen der Leiterplatte vergrößert werden
kann. Das Gehäuse ergibt weiterhin eine große Kriechstrecke, einen niedrigen
Innenwiderstand und eine niedrige Streuinduktivität, wodurch sich ein optimales
Betriebsverhalten bei Anwendungen mit hohen und niedrigen Spannungen ergibt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen
noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Halbleiterbau
teils mit einem Gehäuse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse nach Fig. 1,
Fig. 3A-3D Draufsichten auf andere Gehäuse, die gemäß der Erfindung herstellbar
sind,
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Leiterrahmen der Ausführungsform nach Fig. 1, wobei
ein Schottky-Dioden-Halbleiterplättchen mit dem Leiterrahmen verbunden ist,
Fig. 5 eine Seitenansicht des Leiterrahmens und des Halbleiterplättchens nach Fig.
4,
Fig. 6, eine Seitenansicht des Leiterrahmens nach den Fig. 4 und 5 vor dem
Anschluß des Halbleiterplättchens und der Trennung der Leiterrahmenabschnitte,
Fig. 7, 8 und 9 eine Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. eine Unteransicht einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10-15 weitere Ausführungsformen der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des Gehäuses 30 mit einem massiven unteren
leitenden Anschluß 31 gezeigt, der sich über eine Seitenfläche 32 des durch Spritz
gußformung hergestellten Isoliergehäuses 33 hinaus erstreckt. Eine zweite Elektrode
34 in Form einer ebenen Lasche erstreckt sich von der Seitenfläche 35 des Gehäuses
33, die der Seitenfläche 32 gegenüberliegt und parallel zu dieser ist. Die Lasche 34
ist fast so breit wie die Seitenfläche 35 des Gehäuses, und sie weist eine darin
ausgebildete Befestigungsöffnung 36 und Einsteckfinger 37a, 37b, 37c an ihrem
äußeren freien Ende zum Einstecken in eine gedruckte Leiterplatte ein. Die Elektroden
31 und 34 sind mit der Oberseite bzw. der Unterseite eines noch zu beschreibenden
Halbleiterplättchens verbunden, das in dem Gehäuse 33 enthalten ist. Dieses
Halbleiterplättchen kann irgendein gewünschtes Halbleiterbauteil sein, beispielsweise
eine Schottky-Diode oder irgendein anderes Bauteil mit zwei Anschlüssen. Wie dies
weiter unten beschrieben wird, kann das Halbleiterplättchen jedoch auch eine Steuer
elektrode haben, wie beispielsweise ein Leistungs-MOSFET-Halbleiterplättchen, wobei
sich in diesem Fall außerdem eine Steuerelektrode von dem Gehäuse 33 aus
erstreckt. Der Anschluß 31 weist eine darin ausgebildete Befestigungsöffnung 39 auf.
Als ein wesentliches Merkmal der Lasche 34 sind zwei gegenüberliegende
Entlastungskerben 40 und 41 zur Entlastung von mechanischen Spannungen eng
benachbart zu dem Kunststoffgehäuse 33 angeordnet, wodurch die Übertragung von
mechanischen Kräften und Beanspruchungen von der Lasche 34 auf das Gehäuse 33
verringert wird.
Das Gehäuse nach den Fig. 1 und 2 kann hinsichtlich seiner Form modifiziert
werden, wie dies in den Fig. 3A, 3B und 3C gezeigt ist. Ähnliche Elemente wie
in den Fig. 1 und 2 sind in den Fig. 3A, 3B und 3C mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet. So ist bei dem Gehäuse nach Fig. 3A die Lasche 34 verkürzt und die
Lasche 34 nach Fig. 3B weist langgestreckte Einsteckfinger 37a, 37b und 37c auf.
Das Gehäuse nach Fig. 3C zeigt die Verwendung eines Steuerelektrodenfingers oder
eines Steueranschlusses 60, der intern mit einer Gate-Elektrode eines MOSFET-
Halbleiterplättchens im Inneren des Gehäuses 33 verbunden sein kann, während der
Laschenabschnitt 61 eine Source-Elektrode mit Einsteckfingern 62 und 63 ist. Die
Lasche 31 in Fig. 3c ist mit der unteren Drain-Elektrode des MOSFET-
Halbleiterplättchens im Inneren des Gehäuses 33 verbunden.
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Einzelheiten des Leiterrahmens und des
Halbleiterplättchens für die Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2. So ergibt der
Leiterrahmen 70 nach den Fig. 4 und 6 den Anschluß 31 und die Lasche 34. Der
massivere Abschnitt des Leiterrahmens 70 weist einen sich einstückig erstreckenden
Halbleiterplättchen-Aufnahmeabschnitt 71 auf, der in den Fig. 4 und 5 die untere
Elektrode eines Halbleiterplättchens 72, beispielsweise durch Verlöten oder durch
andere elektrische Verbindung, aufnimmt. Das Halbleiterplättchen 72 kann ein
Schottky-Dioden-Halbleiterplättchen sein. Seine obere Elektrode ist über sechs Stich
kontaktierungsdrähte 73 mit dem Laschenabschnitt 34 verbunden. Das
Kunststoffgehäuse 33 wird dann in der durch strichpunktierte Linien in Fig. 5
angedeuteten Weise ausgebildet, und der Leiterrahmen wird entlang der Linien 80-84
abgetrennt, um die dicken Abschnitte 31-71 und die Lasche 34 zu trennen.
Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen eine Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. eine
Unteransicht einer weiteren Ausführungsform des Halbleiterbauteils, bei der die Lasche
34 nicht mit Einsteckkontakten versehen ist, sondern über Schrauben durch eine
Öffnung 36 hindurch angeschlossen ist.
Wie dies weiter oben erwähnt wurde, besteht eine Anzahl von Möglichkeiten für das
endgültige Gehäuse, Einige Möglichkeiten sind in den Fig. 10-15 gezeigt. So
zeigen die Fig. 12-15 Bauteile mit in der Mitte liegenden Steuerelektroden 50, die
von der Lasche 37 getrennt sind. Die Fig. 15 zeigt eine optimale Struktur für die
Lasche 34, die einen Anschluß über eine Schraube 31 ermöglicht.
Obwohl die vorliegende Erfindung bezüglich spezieller Ausführungsformen beschrieben
wurde, sind für den Fachmann vielfältige Abänderungen und Modifikationen und
andere Anwendungen ohne weiteres ersichtlich.
Claims (7)
1. Gehäuse für ein Halbleiterbauteil für hohe Leistung und insbesondere für hohe
Ströme, mit einem relativ dicken, ebenen leitenden unteren Anschluß, der in einer
ersten Ebene angeordnet ist, mit zumindest einem Halbleiterplättchen, dessen untere
Oberfläche auf der oberen Oberfläche des unteren Anschlusses gehaltert und mit
diesem elektrisch verbunden ist, mit einer ebenen Lasche, die verglichen mit dem
unteren Anschluß relativ dünn ist, wobei die ebene Lasche in einer Ebene angeordnet
ist, die parallel zu der Ebene des unteren Anschlusses angeordnet ist und gegenüber
dieser versetzt ist, wobei die ebene Lasche von dem unteren Anschluß elektrisch
isoliert ist, wobei die Breite der Lasche im wesentlichen gleich der Breite des unteren
Anschlusses ist und die Lasche in Längsrichtung gegenüber zumindest einem Teil des
Hauptabschnittes des unteren Anschlusses versetzt ist, mit Verbindungseinrichtungen,
die die obere Oberfläche des Halbleiterplättchens mit der leitenden Lasche verbinden,
und mit einem Isoliergehäuse, das um das Halbleiterplättchen herum abgeformt ist und
die Oberseite des Halbleiterplättchens, die Verbindungseinrichtungen, lediglich einen
Teil der Lasche, der benachbart zu dem unteren leitenden Anschluß ist, und zumindest
einen Teil des unteren leitenden Anschlusses umschließt, wodurch der untere leitende
Anschluß und die Lasche äußere Anschlüsse für das Halbleiterplättchen bilden.
2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasche erste und
zweite Entlastungskerben zur Entlastung mechanischer Beanspruchungen in ihren
gegenüberliegenden Seiten an Stellen benachbart zur Seitenoberfläche des
Isoliergehäuses aufweist, das um den ersten Abschnitt der Lasche herum abgeformt
ist, um die Übertragung von mechanischen Beanspruchungen von der Lasche auf das
Gehäuse zu verringern.
3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein
Abschnitt des unteren Anschlusses über das Gehäuse hinaus erstreckt, und daß ein
Mittelteil dieses Abschnittes des unteren Anschlusses und ein Mittelteil der Lasche, der
sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt, jeweils eine sich durch diese erstreckende
Öffnung aufweisen.
4. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
freie Ende der Lasche eine Vielzahl von sich von dieser erstreckenden Einsteckfingern
aufweist.
5. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleiterplättchen ein Halbleiterbauteil bildet, das aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus Dioden, Bauteilen mit MOS-Gate-Steuerung und Thyristoren besteht.
6. Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lasche ein koplanarer, gegenüber dieser seitlich versetzter Kontaktfinger
zugeordnet ist, der sich entlang der Lasche erstreckt und von der Lasche und dem
unteren Anschluß isoliert ist, daß das Halbleiterplättchen ein Bauteil mit MOS-Gate-
Steuerung mit einer Gate-Elektrode auf seiner oberen Oberfläche bildet, und daß
zweite Verbindungseinrichtungen, die in dem Gehäuse angeordnet sind, die Gate-
Elektrode elektrisch mit dem Kontaktfinger verbinden.
7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Halbleiterplättchen eine Diode bildet.
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