DE2639979B2 - Halbleiterbaueinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterbaueinheit mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Halbleiterbaueinheiten sind aus dem deutschen Gebrauchsmuster 7512 573 bekannt Sie zeigen einen kompakten Aufbau, wobei das Gehäuseteil aus Kunststoff aus einem Bndteil und einem Deckelteil oder aber aus einem einstückigen Bauteil bestehen kann und mit der Grundplatte z.B. durch Kleben fest verbunden ist. Zu ihrer mechanisch festen Anordnung sind dann die gehäuseinneren Bauteile in (iine Gießmasse eingebettet.

Derartige Baueinheiten ermöglichen in vorteilhafter Weise eine Anordnung zu mehreren in gewünschter elektrischer Verschaltung.

Nachteilig ist jedoch bei diesen bekannten Baufor-

men, daß die Halterung der Isolierstoffscheibe und der mit Halbleiterplättchen versehenen Kontaktbauteile zu ihrer jeweiligen Befestigung durch Löten einen unerwünschten Verfahrensaufwand erfordert Nachtei-Hg ist ferner, daß die zur flächenhaften Auflage auf einem Kühlbauteil vorgesehene metallische Grundplatte im Verlauf der Herstellung der Baueinheiten nicht in gewünschtem Maße plan bleibt, auf Grund von fertigungsbedingt entstehenden mechanischen Spannungen, und daß beim Füllen des Gehäuses mit Gießmasse infolge unterschiedlicher Wärmedehnung aneinandergrezender Materialien die Wölbung der Grundplatte verstärkt und die Klebeverbindung zwischen Grundplatte und Kunststoffgehäuseteil unzulässig

π beansprucht wird. Außerdem wird durch die unerwünschte Formänderung der Grundplatte der Wärmeübergang zum Kühlbauteil beeinträchtigt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterbaueinheit der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren Bauteile einen gegenüber der bekannten Anordnung rationelleren Zusammenbau ermöglichen, und deren Gehäuseteüe eine einwandfreie gegenseitige Verbindung gewährleisten.

Die Lösung der Aufgabe besteht in den kennzeich-

nenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Ausgestaltung von Grundplatte und Kunststoffgehäuse gemäß der Erfindung hat die Vorteile, daß die Anzahl der Verfahrensschritte zur Herstellung der Baueinheiten reduziert wird, daß eine dauerhafte feste

Verbindung der beiden Gehäuseteile gewährleistet ist,

daß das thermische Betriebsverhalten der Baueinheiten verbessert wird und daß unerwünschte Nacharbeit entfällt

Anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten

Ausführungsbeispiele wird der Gegenstand der Erfindung aufgezeigt und erläutert In Fig. 1 ist eine Halbleiterbaueinheit im Schnitt dargestellt Fi g. 2 zeigt in Draufsicht die erfindungsgemäß besonders ausgebildete Grundplatte der Baueinheit und Fig.3 im

Ausschnitt einen Aufbau zur lagebestimmten Anordnung von Isolierstoffscheibe und Kontaktbauteil auf der Grundplatte.

Die Bauform /nach F i g. 1 ist auf einer wannenförmigen Grundplatte 1 aus einem zur Wärmeleitung

« besonders geeigneten Metall, beispeilsweise Kupfer oder Aluminium, oder aus einer Verbindung dieser Metalle oder aus einer Legierung aus diesen Metallen aufgebaut Die Kontaktbauteile 3 und 13 als Trägerkörper je eines Halbleiterbauelements sind in gegenseiti-

gern Abstand über eine gemeinsame, elektrisch isolierende, thermisch leitende Schicht 2, beispielsweise aus Oxidkeramik, auf der inneren Bodenfläche der G.endplatte 1 durch Löten fest aufgebracht Es kann auch für jedes Kontaktbauteil eine derartige Schicht

>""> vorgesehen sein. Zur rationellen, lagebestimmten Anordnung der Scheibe aus Oxidkeramik 2 auf einem vorbestimmten Flächenabschnitt ist die Bofenfläche der Gmndplatte mit Erhebungen 111 versehen, zwischen welchen die Scheibe 2 eingelegt ist Grundplatte 1,

Scheibe 2 und Kontaktbauteile 3, 13 sind in dieser Reihenfolge gestapelt und gegenseitig durch Löten fest

verbunden. Sie weisen zu diesem Zweck jeweils einen

lötfähigen, metallischen Überzug auf.

Die Seitenwand la der Grundplatte 1 ist an ihrem

w oberen Rand durch Bördeln mit der beispielsweise abgeschrägten oder in anderer Form ausgebildeten, zugeordneten Randzone des Isolierstoffgehäuseteils 12 fest verbunden. Dazu ist das als Hohlkörper ohne

Boden- und Deckplatte vorliegende Gehäuseteil 12 in seiner maximalen Ausdehnung der lichten Weite an der inneren Bodenfläche der Grundplatte 1 entsprechend angepaßt ausgebildet, so daß es, beim Zusammenbau, durch Einstecken innerhalb der Seitenwand la gehaltert ist. Die untere Randzone 12a des Gehäuseteils 12 kann zur Gewährleistung der mechanischen Stabilität bei der Herstellung der Bördelverbindung mit der Grundplatte 1 verstärkt oder beispielsweise als flanschformiger Ansatz ausgebildet sein.

Die Erhebungen Ul auf der Bodenfläche der Grundplatte können jeweils so weit verlaufen, daß sie gleichzeitig auch, zusammen mit der Seitenwand la der Grundplatte, zur Halterung des Gehäuseteils 12 dienen und damit zur festen Anordnung des letzteren bei der Verbindung mit der Grundplatte beitragen.

Die Kontaktbauteile 3, 13 können, gemäß der Darstellung in Fig. 1, aus einem plattenförmigen Abschnitt zur Auflage auf der Oxidkeramikscheibe 2, aus einem dazu im Winkel, beispielsweise senkrecht zur Grundplatte, verlaufenden Abschnitt 3b bzw. 13i>, jeweils an der Stirnseite der Baueinheit, und aus einem daran anschließenden weiteren, zur Mitte der Baueinheit hin abgewinkelten Abschnitt 3c bzw. 13c als Plattform für je einen Kontaktbolzen 7 bestehen. Beide Kontaktbauteile 3,13 weisen mit ihren vorbeschriebenen Abschnitten L-förmigen Querschnitt auf. Die Abschnitte 3b, 136 und 3c, 13c dienen jeweils als Stromleiterteile für die der Grundplatte zugewandte Kontaktelektrode der Halbleiterplättchen 4 zum als Stromanschlußteil vorgesehenen Kontaktbolzen 7.

Die Kontaktbolzen 7 sind jeweils mit einer Gewindebohrung 27 zum Schraubanschluß von Stromleiterteilen versehen. Die Abschnitte 3c, 13c der Kontaktbauteile liegen z.B. in der Ebene parallel zu derjenigen der Grundplatte 1 und bilden je eine Stützfläche für eine beide verbindende Anschlußplatte 8 aus Isoliermaterial. Diese weist Lot- und/oder Steckanschlußteile 31,33 auf, die zur Verbindung der Anschlußleitungen von Schalt- und Steuerbauteilen mit den Halbleiterbauelementen dienen, in ihrer Lage durch diejenige der Halbleiterbauelemente festgeigt sind und aus der fertigen Baueinheit entsprechend herausragen.

Schließlich ist auf der Anschlußplatte 8 auch der Kontaktbolzen 9 mit dem Kontaktbügel 10 für den oberen Stromleiter 6 des zweiten Halbleiterbauelements 13—4—6 befestigt

Die Kontaktbauteile und Anschlußteile können beliebige Form aufweisen und beliebig angeordnet sein, da ihre Ausbildung und Anordnung nicht Gegenstand so der Erfindung ist

Der aufgezeigte Aufbau ist in dem aus Gehäuseteil 12 und Grundplatte 1 bestehenden, oben offenen Gehäuse untergebracht und in Gießmasse 22 so weit eingebettet, daß die Anschlußteile der Baueinheit herausragen.

In Fig.2 ist die erfindungsgemäße Grundplatte in Draufsicht auf die innere Bodenfläche dargestellt Sie kann gemäß dem linken Teil der Figur streifenförmige Erhebungen Ul aufweisen, die jeweils parallel zur Längsachse angeordnet sind. Es können Erhebungen lila an den Längsseiten und solche {iiib) an den Schmalseiten vorgesehen sein. Sie dienen zur Verhinderung einer Seitenbewegung der Oxidkeramikscheibe 2 bei deren Lotkontaktierung mit der Grundplatte 1. An den Längsseiten der Grundplatte 1 sollen die Erhebungen geringstmögliche Breite aufweisen, die Breite der Erhebungen 11 Io ist unkritisch. Die Höhe dar Erhebungen 111 ist gleich der oder kleiner als die Dicke der Keramikscheibe. Um bei unterschiedlichem Potential der Grundplatte 1 und der Kontaktbauteile 3, 13 eine ausreichende Überschlagsfestigkeit zwischen beiden Bauteilen zu gewährleisten, ragt die Oxidkeramikscheibe 2 an allen Seiten Ober die Kontaktbauteile 3,13 hinaus. Die Länge aller Erhebungen 111 ist unkritisch, je eine Erhebung IUa und 11 Io können auch zu einer Erhebung IHc kombiniert sein, wie dies ebenfalls in F i g. 2 dargestellt ist

Anstelle der Erhebungen 111 können stift- oder höckerförmige Ansätze 112 vorgesehen sein (rechte Hälfte der Figur), gegen welche sich Oxidkeramikscheibe 2 und Gehäuseteil 12 beim Einbringen abstützen.

Eine andere Ausführungsform der Grundplatte 1 besteht darin, daß der zur Auflage der Oxidkeramikscheibe 2 vorgesehene Flächenabschnitt 113 vertieft ausgebildet ist Die dadurch erzielte Verringerung der Dicke der Grundplatte 1 ergibt eine zusätzliche Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen den Kontaktbauteilen 3, 13 und dem an der äußeren Bodenfläche anliegenden Kühlbauteil.

Die Grundplatte 1 kann beispielsweise durch Kaltfließpressen hergestellt und so ausgebildet sein, daß die an die innere Bodenfläche angrenzende Schicht aus Kupfer besteht und damit eine vorteilhafte Verbindung mit der Oxidkeramikscheibe 2 ermöglicht, und daß die an die äußere Bodenfläche angrenzende Schicht aus Aluminium besteht, und damit eine vorteilhafte Verbindung mit einem angrenzenden Kühlbauteil aus Aluminium ermöglicht Dabei ist die Dicke der Kupferteilschicht stets größer als die Tiefe der Vertiefung 113 zur Aufnahme der Oxidkeramikscheibe 2, und die Aluminiumteilschicht ist in einer nur durch die mechanische Festigkeit der Grundplatte 1 bestimmten, minimalen Dicke ausgebildet

Die Grundplatte kann auch aus einer an sich bekannten Aluminium-Magnesium-Legierung bestehen und ist dann auf ihrer inneren Bodenfläche mit einem Überzug aus Nickel zur Erzielung einer Lötverbindung mit der Oxidkeramikscheibe 2 versehen.

In F i g. 3 ist im Ausschnitt eine weitere Ausrührungsform des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Anstelle von Erhebungen weist die Grundplatte 1 Bohrungen 114 auf, durchgehend oder als Vertiefungen ausgebildet Diese dienen zur Aufnahme von bolzen förmigen Begrenzungsteilen 115, die aus elastischem Kunststoff bestehen und mit Haftsitz in den Bohrungen 114 angebracht sind. Die Begrenzungsteile 115 sind so bemessen, daß sie mit einem ersten herausragendtn Längpinabschnitt etwa entsprechend der Dicke der Oxidkeramikscheibe 2 diese haltern und mit einem anschließenden L^ngenabschnitt mit größerem Querschnitt das im Stapel folgende Kontaktbauteil justieren. Das Material der Begrenzungsteile 115 ist bei den angewandten Weichlöttemperaturen beständig und im übrigen von solch „τ Elastizität, daß Formänderungen beim Stapelaufbau der Bauteile unschädlich sind. Die Begrenzungsteiie 115 können nach Herstellung der Lötverbindungen im Aufbau verbleiben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbaueinheit, bei der zwei Halbleiterbauelemente auf einer gemeinsamen metallischen, an ihrer äußeren Bodenfläche planen Grundplatte elektrisch isoliert und thermisch leitend in elektrischer Reihenschaltung so angeordnet sind, daß je ein dem Eingang und dem Ausgang der Reihenschaltung zugeordneter sowie ein dritter, dem Verbindungsleüter zwischen den Halbleiterbauelementen zugeonlneter Stromleitungsanschluß in einer Reihe und der dritte an einem Ende der Reihe angeordnet und jeder der beiden äußeren Stromleitungsanschlüsüe zusammen mit dem zugeordneten Halbleiterbauelement jeweils auf einem gemeinsamen Kontaktbauteil fest aufgebracht und mit diesem Ober eine Isolierstoffscheibe auf der Grundplatte befestigt sind, und bei der die Halbleiterbauelemente mit ihren Kontakt- und Anschlußbauteilen in einem aus der Grundplatte und aus einem Kunststoffteil bestehenden Gehäuse untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) wannenförmig ausgebildet ist und mit ihrer Seitenwand {la) die Randzone (12aJ eines als Rohrstück ausgebildeten Gehäuseteils (12) umfaßt, daß das Gehäuseteil (12) eine zur Herstellung einer Bördelverbindung mit der Grundplatte (1) geeigneile Randzone (Ua) aufweist, und daß die innere Bodenfläche der Grundplatte (1) Erhebungen (1111, 112) oder Vertiefungen (113,114) zur lageorientierten Halterung der Isolierstoffscheibe (2) und der Kontaktbacke (3,13) aufweilst.

2. HalbleiterbaueinhVit nach- Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen streifenförmig (111) oder höckerförmig (412) abgebildet sind und eine Höhe gleich der oder kleiner als diejenige der Isolierstoffscheibe (2) aufweisen.

3. Halbleiterbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Vertiefungen (fl4) bolzenförmige Begrenzungsteile (115) aus einem elastischen Kunststoff angeordnet sind, die im Verlauf ihrer über die Grundplatte (1) herausragenden Längenabschnitte zuerst einen kleineren Querschnitt zur Halterung der Isolierstoffscheibe (2) und dann einen größeren Querschnitt zur Halterung der eine geringere Flächenausdehnung als die Isolierstoffscheibe (2) aufweisenden Kontaktbauteile (3,13) auf der Isolierstoffscheibe (2) aufweisen.