DE2639979C3 - Semiconductor module - Google Patents

Semiconductor module

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DE2639979C3 DE19762639979 DE2639979A DE2639979C3 DE 2639979 C3 DE2639979 C3 DE 2639979C3 DE 19762639979 DE19762639979 DE 19762639979 DE 2639979 A DE2639979 A DE 2639979A DE 2639979 C3 DE2639979 C3 DE 2639979C3
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Description

V)V)

Die Krfindung betrifft eine Halbleiterbaueinheit mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a semiconductor module the features according to the preamble of claim 1.

Derartige Halbleiierbaueinheiten sind aus dem deutschen Gebrauchsmuster 7512573 bekannt. Sie zeigen einen kompakten Aufbau, wobei das Gehäuseteil aus Kunststoff aus einem Endteil und einem Deckelteil oder aber aus einem einslückigen Bauteil bestehen kann ho und mit der Grundplatte /. B. durch Kleben fest verbunden ist. Zu ihrer mechanisch festen Anordnung sind dann die gehäuseinneren Bauteile in eine Gießmasse eingebettet.Such semiconductor modules are from the German utility model 7512573 known. she show a compact structure, the housing part made of plastic consisting of an end part and a cover part or it can consist of a one-piece component ho and with the base plate /. B. is firmly connected by gluing. To their mechanically fixed arrangement are then the components inside the housing in one Casting compound embedded.

Derartige Baueinheiten ermöglichen in vorteilhafter Weise eine Anordnung zu mehreren in gewünschter elektrischer Verschaltung.Structural units of this type advantageously enable multiple arrangements to be made as desired electrical interconnection.

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. Nachteilig 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 Soannungen, 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 beansprucht wird. Außerdem wird durch die unerwü .sehte Formänderung der Grundplatte der Wärmeübergang zum Kühlbauteil beeinträchtigt.However, it is a disadvantage of these known designs that the mounting of the insulating disk and the with semiconductor wafers provided contact components for their respective attachment by soldering a requires undesirable procedural effort. It is also disadvantageous that the areal support on A metal base plate provided for a cooling component is not included in the course of the manufacture of the structural units the desired dimensions remain flat due to manufacturing-related mechanical tension, and that when filling the housing with casting compound as a result of different thermal expansion Contiguous materials reinforce the curvature of the base plate and the adhesive bond between Base plate and plastic housing part is inadmissibly stressed. In addition, the undesirable . see shape change of the base plate the heat transfer to the cooling component impaired.

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 Gehäuseteile eine einwandfreie gegenseitige Verbindung gewährleisten.The invention is based on the object of providing a semiconductor module of the type mentioned at the beginning create, the components of which allow a more rational assembly compared to the known arrangement, and their housing parts a perfect mutual Ensure connection.

Die Lösung der Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs I.The solution to the problem consists in the characteristic Features of claim I.

Die Ausgestaltung von Grundplatte und Kunststoffgehäuse gemäß der Erfindung hat die Vorteile, daß die Anzahl der Verfahrenischritte 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.The design of the base plate and plastic housing according to the invention has the advantages that the Number of process steps for manufacturing the structural units is reduced, so that a permanent solid Connection of the two housing parts ensures that the thermal performance of the structural units is improved and that unwanted rework is omitted.

Anhand der in den Fig. I bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele wird der Gegenstand der Erfindung aufgezeigt und erläutert. In Fig. 1 ist eine Halbleiterbaueinheit im Schnitt dargestellt. F i g. 2 zeigt in Draufsicht die erfindungsgemäß besonders ausgebildete Grundplatte der Baueinhei» und Fig. 3 im Ausschnitt einen Aufbau zur lagebesi nmten Anordnung von Isolierstoffscheibc und Koniaktbauteil auf der Grundplatte.The subject matter of the invention is based on the exemplary embodiments shown in FIGS shown and explained. In Fig. 1, a semiconductor unit is shown in section. F i g. 2 shows in plan view the base plate of the structural unit specially designed according to the invention and FIG. 3 in Detail of a structure for the location-specific arrangement of Isolierstoffscheibc and Koniaktbauteil on the base plate.

Die Bauform /nach Fig. I ist auf einer wannenförmigen Grundplatte 1 aus einem zur Wärmeleitung besonders geeigneten Metall, beispeilsweise Kupfer oder Aluminium, oil r aus einer Verbindung dieser Metalle oder aus einer Legierung aus diesen Metallen aufgebaut Die Kontaktbauteile 3 und Π als Trägerkörper je eines Halbleiterbauelements sind in gegenseitigem Abstand über eine gemeinsame, elektrisch isolierende, thermisch leitende Schicht 2, beispielsweise aus Oxidkeramik, auf der inneren Bodenfläche der Grundplatte I durch Loten fest aufgebracht. F.s 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 Grundplatte mit Erhebungen 111 versehen, zwischen welchen die Scheibe 2 eingelegt (St. 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 lölfähigen( metallischen Überzug auf.The design / according to Fig. I is built on a trough-shaped base plate 1 made of a metal particularly suitable for heat conduction, for example copper or aluminum, oil r made of a compound of these metals or an alloy of these metals Semiconductor components are fixedly applied at a mutual distance via a common, electrically insulating, thermally conductive layer 2, for example made of oxide ceramic, on the inner bottom surface of the base plate I by soldering. Such a layer can also be provided for each contact component. For the rational, positional arrangement of the disc made of oxide ceramic 2 on a predetermined surface section, the furnace surface of the base plate is provided with elevations 111, between which the disc 2 is inserted (St. base plate 1. Disc 2 and contact components 3, 13 are stacked in this order and are mutually exclusive Firmly connected by soldering. For this purpose, they each have an oilable ( metallic coating.

Die Seitenwand la der Grundplatte 1 ist an ihrem oberen Rand durch Bördeln mit der beispielsweise abgeschrägten oder in anderer Form ausgebildeten, zugeordneten Randzohe des Isolierstoffgehäuseteils 12 fest verbunden. Dazu ist das als Hohlkörper ohneThe side wall la of the base plate 1 is on her upper edge by beading with, for example, beveled or formed in another shape, associated Randzohe of the insulating housing part 12 firmly connected. This is as a hollow body without

Boden- und Deckplatte vorliegende Gehäuseteil 12 in seiner maximalen Ausdehnung eier lichten Weite an der inneren Bodenfläche der Grundplatte 1 entsprechend angepaßt ausgebildet, so daß es, beim Zusammenbau, durch Einstecken innerhalb der Seitenwand 1 a 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 flanschförmiger Ansatz ausgebildei sein.Bottom and cover plate present housing part 12 in its maximum extent egg clear width on the inner bottom surface of the base plate 1 appropriately adapted so that it is supported by insertion within the side wall 1 a during assembly. The lower edge zone 12a of the housing part 12 can be reinforced to ensure mechanical stability during the production of the flanged connection with the base plate 1 or, for example, be designed as a flange-shaped extension.

Die Erhebungen 111 auf der Bodenfläche der Grundplatte können jeweils so weit verlaufen, daß sie gleichzeitig auch, zusamme» 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.The elevations 111 on the bottom surface of the base plate can each extend so far that they at the same time, together with the side wall 1 a of the base plate, serve to hold the housing part 12 and thus contribute to the fixed arrangement of the latter when it is connected to the base plate.

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 Zb bzw. 13Z>, jeweils an der Stirnseite der Baueinheit, und aus einem daran anschließenden weiteren, zur Mitte der Baueinheit hin abgewinkelten Abschnitt 3c bzw. Oc als Plattform für je einen Kontaktbolzen 7 bestehen. Beide Kontaktbauteile 3, 13 weisen mit ihren vorbeschriebenen Abschnitten L-förmigen Querschnitt auf. Die Abschnitte 36, 13b und 3c, 13c dienen jeweils als Stromleiterteile für die der Grundplatte zugewandte Kontaktelektrode der Halbleiterplättchen 4 zuri als Stromanschlußteil vorgesehenen Kontaktbolzen 7.The contact components 3, 13 can, as shown in Fig. 1, from a plate-shaped section for resting on the oxide ceramic disk 2, from a section Zb or 13Z> extending at an angle thereto, for example perpendicular to the base plate, in each case on the end face of the Assembly unit, and an adjoining further section 3c or Oc angled towards the center of the assembly unit as a platform for one contact pin 7 each. Both contact components 3, 13 have an L-shaped cross section with their sections described above. The sections 36, 13b and 3c, 13c each serve as current conductor parts for the contact electrode of the semiconductor wafer 4 facing the base plate for the contact bolt 7 provided as a current connection part.

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 Ansrhlußleitungen von Schalt- und Steuerbauteilen mit den Halbleiterbauelementen dienen, in ihrei Lage durch diejenige der Halbleiterbauelemente festgeigt sind und aus der fertigen Baueinheit entsprechend herausragen.The contact bolts 7 are each provided with a threaded hole 27 for screw connection of current conductor parts Mistake. The sections 3c, 13c of the contact components are z. B. in the plane parallel to that of the Base plate 1 and each form a support surface for a connecting plate 8, which connects the two, made of insulating material. This has solder and / or plug connection parts 31, 33. which are used to connect the connection lines of switching and control components with the semiconductor components are used in their position by that of the semiconductor components are fixed and protrude accordingly from the finished unit.

Schließlich ist auf der Anschlußplatte 8 auch der Kontaktbolzen 9 mit dem Kontaktbügel 10 für den oberen Stromleiter 6 des /weiten Halbleiterbauelements 13—4—«befestigt.Finally, on the connection plate 8, the contact pin 9 with the contact clip 10 for the upper conductor 6 of the / wide semiconductor component 13-4- "attached.

Die Kontaktbauteile und Anschlußteile können beliebige Form aufweisen und beliebig angeordnet seil, da ihre Ausbildung und Anordnung nicht Gegenstand der Frfindung ist.The contact components and connection parts can have any shape and can be arranged in any way. since their training and arrangement is not the subject of the invention.

Der aufgezeigte Aufbau ist in dem aus Gehäuseteil 12 und Grundplai.e 1 bestehenden, oben offenen Gehäuse untergebracht und in Gießmasse 22 so weit eingebeitet. daß die Anschlußteile der Baueinheit herausragenThe structure shown is in that of housing part 12 and Grundplai.e 1 existing, open-top housing housed and incorporated in casting compound 22 so far. that the connecting parts of the assembly protrude

In Fig. 2 ist die erlindungsgemäße Grundplatte in Draufsicht auf die innere Bodenflache dargestellt. Sie kann gemäß dem linken Teil der Figur streifenförmige Erhebungen Ul aufweisen, die jeweils parallel zur Längsachse angeordnet sind. Es können Erhebungen bo 111,) an den Längsseiten und solche {W\b) an den Schmalseiten vorgesehen sein. Sie dienen zur Verhinderung einer Seitenbewegüng clef Oxidkeramikscheibe 2 bei deren Lötkontaklicfühg mit der Grundplatte 1. An den Längsseiten der Grundplatte 1 sollen die Erhebungen geringstmögliche Breite aufweisen, die Breite der Erhebungen 1116 ist unkritisch. Die Höhe der 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 bei den Bauteilen zu gewährleisten, ragt die Oxidkeramikscheibe 2 an allen Seiten über die Kontaktbauteile 3, 13 hinaus. Die Länge aller Erhebungen 111 ist unkritisch. Je eine Erhebung lila und 1116 können auch zu einer Erhebung 111c kombiniert sein, wie dies ebenfalls in F i g. 2 dargestellt istIn Fig. 2 the base plate according to the invention is shown in plan view of the inner bottom surface. According to the left part of the figure, it can have strip-shaped elevations U1, which are each arranged parallel to the longitudinal axis. Elevations bo 111,) can be provided on the long sides and such {W \ b) on the narrow sides. They serve to prevent lateral movement of the oxide ceramic disk 2 when it is soldered to the base plate 1. On the longitudinal sides of the base plate 1, the elevations should have the smallest possible width; the width of the elevations 1116 is not critical. The height of the elevations 111 is equal to or less than the thickness of the ceramic disk. In order to ensure sufficient flashover strength between the components when the potential of the base plate 1 and the contact components 3, 13 is different, the oxide ceramic disk 2 protrudes beyond the contact components 3, 13 on all sides. The length of all elevations 111 is not critical. One elevation purple and one elevation 1116 each can also be combined into one elevation 111c, as is also shown in FIG. 2 is shown

Anstelle der Erhebungen 111 können stift- oder höckerförmige Ansätze 112 vorgesehen sein (rechte Hälfte der Figur), gegen weiche sich Oxidkeramikscheibe 2 und Gehäuseteil 12 beim Einbringen abstützen.Instead of the elevations 111, pin-shaped or hump-shaped extensions 112 can be provided (right Half of the figure), against which oxide ceramic disk 2 and housing part 12 are supported when they are inserted.

Eine andere Ausführungsform der Grundplatte 1 besteht Jarin, daß der zur Auflage der Oxidkeramikscheibe 2 vorgesehene Flächenabschnitt 113 vertieft ausgebildet ist. Die dadurch erzielte Vr . ingerung der Dicke der Grundplatte 1 ergibt ein«.' zusätzliche Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen den Kontaktbauteilen 3, 13 und dem an der äußeren Bodenfläche anliegenden Kühlbauteil.Another embodiment of the base plate 1 consists of Jarin that is used to support the oxide ceramic disc 2 provided surface section 113 is formed deepened. The Vr. ingering the The thickness of the base plate 1 results in a "." additional Improvement of the heat transfer between the contact components 3, 13 and that on the outer Cooling component adjacent to the floor surface.

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, and 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.The base plate 1 can be produced, for example, by cold extrusion and designed so that the layer adjoining the inner bottom surface consists of copper and thus an advantageous connection with the oxide ceramic disc 2 allows, and that the layer adjoining the outer bottom surface There is aluminum, and thus an advantageous connection with an adjacent cooling component Aluminum enables. The thickness of the partial copper layer is always greater than the depth of the Recess 113 for receiving the oxide ceramic disc 2. and the aluminum partial layer is in one only through the mechanical strength of the base plate 1 specific, minimum thickness formed.

Die Grundplatte kann auch aus einer an sich bekannten Aluminium-Magnesium-Legierung bestehen und isi dann auf ihrer inneren Bodenfläche mit einem Überzug aus Nickel zur Erzielung einer Lötverbindung mit der Oxidkeramikscheibe 2 versehen.The base plate can also consist of a per se known aluminum-magnesium alloy and is then on its inner bottom surface with a Plating made of nickel with the oxide ceramic disk 2 to achieve a soldered connection.

In Fig. 3 ist im Ausschnitt eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung dargestePt. Anstelle von Erhebungen weist die Grundplatte 1 Bohrungen 114 auf. durchgehend oder als Vertiefungen ausgebildet. Diese dienen zur Aufnahme von bolzenförmigen 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 herausragenden LängenaH'.chnitt etwa entsprechend der Dicke der Oxidkeramikscheibe 2 diese haltern und mit einem anschließenden Längenabschnitt mit größerem Querschnitt das im Stapel folgende Kontaktbüuteil justieren. Das Material der Pegrenzungsteile 115 ist bei den angewandten Weich'öttemperatuien beständig und im übrigen von solcher ..lastizität. daß Formänderungen beim Stapelaufbau der Bauteile unschädlich sind. D;e Begrenzungsteile 115 können nach Herstellung der Lötverbindungen im Aufbau verbleiben.In Fig. 3, a further embodiment of the subject matter of the invention is shown in detail. Instead of elevations, the base plate 1 has bores 114. continuously or as recesses educated. These are used to accommodate bolt-shaped Limiting parts 115. made of elastic Are made of plastic and are attached with an adhesive fit in the bores 114. The restriction parts 115 are like this dimensioned that they with a first protruding length aH'.chnitt approximately corresponding to the thickness of the Oxide ceramic disc 2 hold this and with a subsequent length section with a larger cross section adjust the following contact office part in the stack. The material of the limit parts 115 is in the applied soft temperature constant and in the rest of such ... elasticity. that shape changes are harmless when the components are stacked. The delimitation parts 115 can be used after the manufacture of the Solder connections remain in the structure.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 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 Verbindungsleiter zwischen den Halbleiterbauelementen zugeordneter Stromleitungsanschluß in einer Reihe und der dritte an einem Ende der Reihe angeordnet und jeder der beiden äußeren Stromleilungsanschlüsse zusammen mit dem zugeordneten Halbleiterbauelement jeweils auf einem gemeinsamen Kontaktbauteil fest aufgebracht und mit diesem über 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 Oehäuse untergebracht sind, d a durch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (1) wannenförmig ausgebildet ist und mit ihrer Seitenwand {la) die Randzone (12a,; eines als Rohrstück ausgebildeten Gehäuseteils (12) umfaßt, daß das Gehäuseteil (12) eine zur Herstellung einer Bördelverbindung mit der Grundplatte (1) geeignete Randzone (12a^ aufweist, und daß die innere Bodenfläche der Grundplatte (1) Erhebungen (111, 112) oder Vertiefungen (113, 114) zur lageorientierten Halterung der Isolierstoffscheibe (2) und der Kontaktbauteilf '3,13) aufweist.1. Semiconductor component, in which two semiconductor components are arranged on a common metallic base plate, planar on their outer bottom surface, electrically insulated and thermally conductive in an electrical series circuit so that one is assigned to the input and the output of the series circuit and a third, the connecting conductor between the Semiconductor components assigned power line connection arranged in a row and the third at one end of the row and each of the two outer power line connections together with the assigned semiconductor component in each case firmly applied to a common contact component and attached to this via an insulating washer on the base plate, and in which the semiconductor components with their contact and connection components are housed in a housing consisting of the base plate and a plastic part, characterized in that the base plate (1) is trough-shaped and with it he side wall {la) the edge zone (12a ,; a housing part (12) designed as a pipe section comprises that the housing part (12) has an edge zone (12a ^ suitable for producing a flanged connection with the base plate (1), and that the inner bottom surface of the base plate (1) has elevations (111, 112) or depressions (113, 114) for holding the insulating disk (2) and the contact component (3, 13) in a position-oriented manner. 2. Halbleiterbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen streifenförmig (111) oder höckerfönriig (112) ausgebildet sind und eine Höhe gleich der oder kleiner „Is diejenige der Isolierstoffscheibe (2) aufweisen.2. Semiconductor module according to claim 1, characterized characterized in that the elevations are strip-shaped (111) or hump-shaped (112) and have a height equal to or less than that of the insulating disk (2). 3. Halbleiterbaueinheit nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß in den Vertiefungen (114) bolzenförmige Begrenzungsteile (115) aus einem ·κ> elastischen Kunststoff angeordnet sind, die im Verlauf ihrer über die Grundplatte (1) herausragenden Längenabschnitte zuerst einen kleineren Querschnitt zur Halterung der !solierstoffscheibe (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.3. Semiconductor module according to claim 1, characterized in that in the depressions (114) Bolt-shaped delimitation parts (115) from a · κ> elastic plastic are arranged, which protrude in the course of their over the base plate (1) Length sections first a smaller cross-section to hold the insulating material disk (2) and then a larger cross-section to hold a smaller surface area than the insulating disk (2) having contact components (3, 13) on the insulating disk (2).
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