DE2819327C2 - Halbleiterbaueinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterbaueinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Derartige Baueinheiten sind aus dem Deutschen Gebrauchsmuster 75 12 573 und aus der Deutschen Offenlegungsschrift 26 39 979 bekannt. Bei diesen bekannten Halbleiterbaueinheiten ist jedoch nachteilig, daß zur Herstellung und Anordnung der Stromleitungsanschlüsse eine beträchtliche Anzahl von Bauteilen notwendig ist, daß der für den Zusammenbau dieser Bauteile erforderliche, verfahrenstechnische Aufwand insgesamt keine rationelle Fertigung der Halbleiterbaueinheiten ermöglicht, und daß teilweise die Ausbildung und räumliche Anordnung dieser Bauteile nicht immer ein optimales thermisches Betriebsverhaltcn der Baueinheiten gewährleistet.

Weiter ist aus der DE-OS 19 61 042 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Kontaktierung eines Halbleiterkörpers bekannt, der auf eine mit isoliert durchgeführten Anschlußstiften versehene Grundplatte aufgelötet und an Kontaktstellen seiner freien Oberfläche über federnde Kontaktbügel leitend mit den Anschlußstiften verbunden wird. Über diese federnden Kontaktbügel und übe." die Anschlußstifte wird offenbar ein Teil der in dem kontaktieren Halbleiterplättchen entstehenden Verlustwärme zur Grundplatte hin abgeführt; jedoch ist dieser Anteil wegen des thermischen Übergangswiderstandes zwischen den Kontaktbügeln und aen Anschlußstiften einerseits und den Anschlußstiften und der Grundplatte andererseits im Vergleich zu dem Anteil der Verlustwärme, welcher von dem Halbleiterplättchen direkt in die Grundplatte übergeht, gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stromleiterteile der aus der DE-OS 26 39 979 bekannten Halbleiterbaueinheit so auszubilden, daß die Wärmeableitung der einen der zwei Halbleitertabletten gegenüber der bekannten Baueinheit verbessert ist und daß sich die Stromleiterteiie wie auch die gesamte Baueinheit mit möglichst geringem Zeit- und Materialaufwand herstellen lassen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den IJnteransprüchcn angegeben.

Anhand der in den Γ i g. I bis 4 dargestellten Ausführungsbcispielc wird der Gegenstand der Erfindung auf-

gezeigt und erläutert. F i g. 1 zeigt perspektivisch die Anordnung der Halbleitertabletten mit ihren Kontakt- und Stromleiterteilen und in den F i g. 2 bis 4 sind unterschiedliche Ausführungsformen von Halbleiterbaueinheiten nach der Erfindung mit spezieller Ausgestaltung des mittleren Stromleiterteils, ebenfalls perspektivisch, dargestellt Für gleiche Teile sind in allen Figuren gleiche Bezeichnungen gewählt.

Gemäß der Darstellung in F i g. 1 ist auf einer metallischen Grundplatte 1 zur elektrisch isolierten Anordnung der Schaltung gegenüber einem Kühlbauteil oder einem Geräteteil eine durchgehende Isolierstoffzwischenscheibe 2 aus Oxidkeramik befestigt Auf dieser Isolierstoffzwischenscheibe 2 sind in an sich bekannter Reihenfolge und gegenseitiger Zuordnung die Stromleiterteile 3,6 und 13, die aus bandförmigem Leitermaterial bestehen, fest aufgebracht Die beiden äußeren dieser in Reihe liegenden Bauteile (3,13) sind U-förmig ausgebildet, wobei die Schenkel 3a bzw. 13a je eine Halblettertablette 4' bzw. 4 tragen und mit dieser auf der isolierstoffzwischenscheibe 2 befestigt sind. Der .Steg 36 bzw. 136 verläuft jeweils beispielsweise senkrecht zur Grundplatte 1 durch das Gehäuse, und der weitere Schenkel 3c bzw. 13c bildet jeweils einen gehäuseäußeren Abschnitt zur Befestigung von Stromleitern und ist zu diesem Zweck jeweils mit einer Aussparung, z. B. einer Durchbohrung 35, versehen.

Das mittlere Stromleiterteil 6 ist an einem Ende in Längsrichtung geteilt. Ein Abschnitt des geschlitzten Endes (6d) dient wie der eine Schenkel der beiden äuße:- ren Stromleiterteile zur Befestigung auf der Isolierstoffzwischenscheibe 2, der andere Abschnitt (6a) ist entsprechend ausgebildet auf der oberen Kontaktfläche der Halblekertablette 4' befestigt. Das nicht geschlitzte Ende 6c dient zum Anschluß eines gehäuseäußeren Stromleiters.

Die Bemessung des mittleren Stromleiterteils 6 im Bereich seiner Anordnung auf der Isolierstoffzwischenscheibe 2 und im Bereich seiner Längsteilung, insbesondere Länge und Breite des Abschnitts 6a sind durch die Forderungen nach hinreichendem Isolationsabstand zu den benachbarten Bauteilen und nach einwandfreier fläichenhafter Kontaktierung der Halbleitertablette 4 bestimmt.

Die zur Befestigung der Bauteile 3, 6 und 13 auf der Isolierstoffzwischenscheibe erforderlichen Metallbeläge sind nicht dargestellt.

Zur Herstellung der Reihenschaltung ist die weitere Halbleitertablette 4' an ihrer oberen Kontaktelektrode mit dem die Halbleitertablet'e 4 tragenden Kontaktabschnitt 13a des äußeren Stromleiterteils 13 durch den Verbindungsleiter 33 verbunden, der an einem Ende beispielsweise in eine Aussparung des Abschnitts 13a eingefügt oder aber auf diesen aufgesetzt und an seinem anderen Ende flächenhaft auf der Tablette 4' befestigt ist. Zum Ausgleich von Wärmedehnungen ist das der Tablette 4' zugeordnete Ende des Verbindungsleiters 33 gekrümmt ausgebildet. Der Querschnitt des Verbindungsleiters 33 ist durch die Strombelastbarkeit der Halbleiterbaueinheit bestimmt.

Die wesentlichen Vorteile des beschriebenen AuI-baus bestehen darin, daß durch die Anordnung der Bauteile 6 und 33 die Ableitung der Verlustleitungswärme aus den Halbleitertaoletten auch über ihre oberen Stromleiterteile optimal auf die Grundplatte 1 und damit zum Kühlbauteil erfolgt, daß die Anordnung und Ausbildung des mittleren Stromleiterteils 6 in überraschend einfacher Weise dir Kontaktierung der zugeordneten Halbleitertablette, die zusätzliche Ableitung von Verlustleitungswärme und gleichzeitig die Möglichkeit des elektrischen Anschlusses von gehäuseäußeren Stromleitern an ein und demselben Bauteil sowie seine mechanisch stabile Befestigung ohne weitere Bauteile ermöglicht.

Gemäß der Erfindung weisen weiterhin die gehäuseinneren Stege der Stromleiterteile (3b, 6b, \3b) an ihrer Randzone wenigstens eine Aussparung 3/bzw. 6/bzw.

13/zur Aufnahme wenigstens einer Steuerleitung 30 für den Fall der Verwendung von steuerbaren Halbleiterbauelementen auf. Diese Steuerleitungen 30 sind isoliert in den Aussparungen befestigt bzw. geführt und mit dem jeweiligen Gate-Anschluß des Halbleiterkörpers sowie mit Anschlußbolzen 31 verbunden, die auf Metallisierungen der Isolierstoffzwischenscheibe 2 fest aufgebracht sind und mit ihrem freien Ende über den Gehäusedeckel hinai-sragen oder aber im Gehäusedeckel versenkt für einen Steckanschluß geeignet usgeordnet sein können. Die Aussparungen 3/~6Ä 13/sine vrrzugsweise als Einbuchtungen derart ausgebildet, daß die Steuerleitungen nach dem Einführen fixiert sind.

Die Grundplatte 1 ist zur Befestigung auf einem Kühlbaute'¹, oder auf einem Geräteteil mit Durchbohrungen 21 versehen.

Die Abmessungen der Stromleiterteile, insbesondere ihrer gehäuseäußeren Abschnitte 3c, 6c und 13c sowie ihr gegenseitiger Abstand sind durch die entsprechend ihrem Einsatz notwendigen elektrischen und räumlichen Anforderungen bestimmt.

In F i g. 2 ist eine andere Ausführungsform des mittleren Stromleiterteils dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Aussparungen für äußere Stromleiterteile und für Steuerleitungen nicht mehr dargestellt und die äußeren Stromleiterteile nur mit den zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Abschnitten aufgezeigt. Anordnung und Ausbildung der äußeren Stromleiterteile 3 und 13 entsprechen der Bauform gemäß der Darstellung in Fig. 1. Der mittlere Stromleiterteil 16 ist an einem Ende in Längsrichtung unterteilt und mit dem nicht geschlitzten Ende I6d, das dieselben Abmessungen wie die benachbarten Kontaktabschnitte der äußeren Stromleiterteile 3 und 13 aufweisen kinn, auf der Isoliersloffzwischenscheibe 2 befestigt. Das freie, obere

4Z Ende des Stromleiterteils 16 ist in drei Abschnitte unterteilt, wovon der mittlere Abschnitt 16c zur gehäuseäußeren elektrischen Verbindung mit Stromleitern dient und die beiden äußeren Abschnitte 161 gemeinsam zur Kontaktierung der Halbleitertablette 4 vorgesehen sind.

Die Breite der kontaktierenden Abschnitte 161 richtet sich unter Berücksichtigung der optimalen beiderseitigen Küiilungsmöglichkeit der Halbleitertabletten nach der Strombelastbarkeit der Halbleitertablette. Dps Stromleiterteil 16 kann auch in der Weise unterteilt sein, daß der gehäuseäußere Abschnitt 16cdieselben Abmessungen, wie die benachbarten Abschnitte (3c, t3c) der äußeren Stromleiterfalle 3,13 aufweist, und daß die Unterteilung in mehrere Abschnitte in der Kante zwischen den Abschnitten 16b und 16c bis zu einer vorbestimm· ten Tiefe und anschließend dazu senkrecht in Richtung der Grundplatte 1 erfolgt. Die Geometrie der Unterteilung des Stromleiterteils 16 ist insoweit beliebig, als eine den Anforderungen ai die elektrische und thermische Kontaktierung der Halbleitertablette 4 entsprechende

b5 Ausgestaltung der Kontaktabschnitte 161 gewährleistet ist.

Weiterhin ist der Verbindungsleiter 34 beispielsweise als Stanzteil ausgebildet mit einer entsprechenden

Formgebung zur Kontaktierung der Halbleitertablette 4' und des Kontaktabschnittes 13a außerhalb der Anordnung der drei Stromleiterteile 3, 16, 13 seitlich im Abstand zum Stromleiterteil 16 geführt.

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform mit ungeteiltem, mittleren Stromleiterteil (26).

Dieser ist exzentrisch auf der Isolierstoffzwischenscheibe 2 angebracht, mit seinem Mittelabschnitt 26c/ auf der Isolierstoffzwischenscheibe 2 und mit seinem wegen der exzentrischen Befestigung entsprechend gekrümmten Ende 26a auf der oberen Kontaktfläche der Halbleitertablette 4 befestigt und dient mit dem großflächigen abgewinkelten Ende 26c zum gehäuseäußeren Anschluß von Stromleitern. Im erforderlichen Abstand zum Stromleiterteil 26 ist, z. B. entsprechend der Darstellung in Fig. 1, ein Verbindungsleiter 33 zwischen der Halbleitertablette 4' und dem Kontaktabschniti 13,? des Stromleiterteils 13 befestigt.

Schließlich zeigt Fig.4 eine vorteilhafte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung. Das mittlere Stromleiterteil 36 ist am unteren Ende zweifach geschlitzt ausgebildet. Die beiden äußeren Abschnitte 36c/ dieses Endes bilden Stützteile zur Befestigung des Stromleiterteils auf der Isolierstoffzwischenscheibe 2. Der mittlere der drei durch Schlitzen erzielten Abschnitte mit vorzugsweise größerer, durch die Kontaktierung der Halbleitertablette 4 bestimmter Flächenausdehnung (36a^ ist bedarfsweise zur Sicherstellung einer auch im Betrieb n;echanisch stabilen Kontaktierung entsprechend gekrümmt ausgebildet. Im Durchlaß zwischen den beiden Stützteilen 36c/ und in entsprechendem Abstand zu diesen und zu dem Kontaktabschnitt 36a verläuft der Verbindungsleiter 35 zwischen dem Kontaktabschnitt 13a und der Halbleitertablette 4'.

Der Verbindungsleiter zur Kontaktierung der HaIbieitertabieiie 4" kann bedarfsweise, soweit er auf der Isolierstoffzwischenscheibe 2 aufliegt, auch mit dieser fest verbunden sein.

Anstelle von Einbuchtungen können die Stromleiterteile Durchbohrungen zum Durchstecken von Sleuerleitungen aufweisen, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist (3^, 36g. 13£j

Zur Herstellung von Anordnungen nach der Erfindung wird zunächst auf der metallischen Grundplatte 1 beispielsweise eine durchgehende Isolierstoffzwischenscheibe 2 befestigt. Dann werden auf den entsprechenden Metallisierungen der freien Oberseite dieser Scheibe 2 die Stromieiterteile 3 und 13 aufgebracht, jeweils eine Halbleitertablette 4 bzw. 4' auf dem entsprechenden Schenkel der Stromleiterteile aufgelegt, z. B. unter Zwischenlage von Lötfolien, und weiter werden der Verbindungsleiter 33 und das mittlere Stromleiterteil eetsprechend der jeweils gewünschten Ausführungsform angebracht Zur gegenseitigen Befestigung der zunächst vorzugsweise mithilfe eines Lehrenkörpers in gegenseitiger räumlicher Zuordnung auf der Grundplatte aufgebrachten Bauteile wird der in dieser Weise hergestellte Aufbau einer Wärmebehandlung unterworfen, bei welcher gleichzeitig sämtliche Bauteile gegenseitig durch Löten kontaktiert werden. Die Steuerleitungen 30 und die Kontaktbolzen 31 können im Anschluß daran befestigt werden. Es können Halbleitertableiten vorgesehen sein, bei welchen der Halbleiterkörper bereits mit entsprechenden zur Weiterverarbeitung der Tabletten geeigneten Kontaktronden versehen ist. Es ist jedoch auch möglich. Scheiben aus Halbleitermaterial zusammen mit ihren Kontaktronden im Rahmen des Zusammenbaus der Halbleiterbaueinheit nach der Erfindung anzuordnen.

Der in dieser Weise hergestellte Aufbau wird in ein Gehäuseoberteil aus Kunststoff eingebracht, welches z. B. auf die Grundplatte aufsteckbar angeordnet und

5 mit dieser durch Kleben fest verbunden ist. Durch Ausgießen des aus der Grundplatte und dem Kunststoffoberteil bestehenden Gehäuses mit Kunststoff werden sämtliche Bauteile soweit eingebettet, daß die gehäuseäußeren Abschnitte der Stromleiterteile (3c, 6c, 16c, 26c,

lo 36c, \3c) und bedarfsweise auch die freien Enden der Kontaktbolzen 31 aus dem Gehäuse herausragen.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbaueinheit mit einem Gehäuse aus einer metallischen Grundpiatte und einem Kunststoffoberteil, bei der zwei Halbleitertabletten über eine Isolierstoff-Zwischenscheibe elektrisch isoliert und thermisch leitend auf der gemeinsamen Grundplatte elektrisch in Reihe geschaltet sind und die Verbindungs- und Anschlußleiter dieser Reihenschaltung drei jeweils einstückig ausgebildete Stromleiterteile, drei zugehörige an der Oberseite des Gehäuseoberteils gelegene, jeweils zum Teil gehäuseäußere Haaptstrom-Anschlußteile sowie bei Halbleitertabletten mit Steuerelektroden Steuerleitungen und zugehörige, jeweils zum Teil gehäuseäußere Steueranschlußteile, wobei die Steuerleitungen mit den Steuerelektroden der Halbleitertabletten verbunden sind, umfassen, und dabei die Stromleiterteiie sowie die Hauptstrom-Anschlußteüe in einer Reihe liegen und einer der äußeren Stromleiterteile dieser Reihe die elektrische Verbindung zwischen den Halbleitertabletten einerseits und dem zugehörigen, als Mittelabgriff der Reihenschaltung dienenden Hauptstrom-Anschlußteil andererseits bildet, bei der weiter die beiden äußeren Stromleiterteile der Reihe jeweils aus einem plattenförmigen, ersten Abschnitt, der an einer Seite an der Isolierstoffzwischenscheibe befestigt ist und mit der anderen Seite die der Grundplatte zugewanci.e Unterseite der jeweiligen Halbleitertablette kontaktiert, einem ar-chließenden, von der Grundplatte abgewinke't, zur Oberseite des Gehäuseoberteils verlaufenden, iweif τ Abschnitt und aus einem zum zweiten wiederum abgewinkelten, eine Plattform bildenden dritten Abschnitt bestehen, und bei der schließlich das äußere, mit dem Mittelabgriff der Reihenschaltung verbundene Stromleiterteil einen an den ersten anschließenden, vierten Abschnitt aufweist, der die Oberseite der einen nicht auf diesem Stromleiterteil liegenden Halbleitertablette kontaktiert, dadurch gekennzeichnet,

a) daß der mittlere (6,16,26,36) der drei Stromleiterteile mindestens einen plattenförmigen, auf der Isolierstoffzwischenscheibe (2) befestigten, ersten Abschnitt, (6c/, 16c/, 26c/, 36c/), einen daran anschließenden, abgewinkelt zur Grundplatte verlaufenden, zweiten Abschnitt (6b, 16b, 266, 36b) und einen zum zweiten abgewinkelten, eine Plattform bildenden, dritten Abschnitt (6c, 16c, 26c, 36c) sowie wenigstens einen vierten Abschnitt (6a, 161, 26a, 36a) zur Kontaktierung der Oberseite der anderen Halbleitertablette aufweist,

b) daß die Stromleiterteile (3,6,13) aus bandförmigen Leitermaterial sind und die Plattformen bildenden dritten Abschnitte der Stromleiterteile die gehäuseäußeren Hauptstrom-Anschlußteile sind und

c) daß die Stromleiterteile in der Randzone, welehe an die Innenwand des Gehäuscobcricils grenzt, wenigstens je eine durchgehende öffnung (3f 6f, 13/])zur Aufnahme und Führung der Stcucrlcitungcn (.30) aufweisen.

2. Halbleiterbaueinhcit nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (36<l) und der angrenzende Bereich des /weiten Abschnitts (36b) des mittleren Stromleiterteils (36) in Längsrichtung in drei streifenförmige Teile unterteilt sind, daß die beiden äußeren der drei streifenförmigen Teile als Stützen zur Befestigung des Stromleiterteils auf der Isolierstoffzwischenscheibe (2) vorgesehen sind, daß der mittlere (36a)der drei streifenförmigen Teile zur Bildung einer öffnung ausgeschwenkt ist, und die Oberseite der anderen Halbleitertablette kontaktiert, und daß der zur Kontaktierung der einen Halbleitertablette dienende vierte Abschnitt (35) des dritten Stromleiterteils der zwischen den Stützen verlaufend angeordnet ist

3. Halbleiterbaueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Halbleitertabletten mit Steuerelektrode die Steuerleitungen (30) mit wenigstens einem Kontaktbolzen (31) fest verbunden sind, der auf der Isolierstoff-Zwischenscheibe (2) befestigt und mit seinem gehäuseäußeren Ende als Steueranschluß ausgebildet ist.