DE3028178A1 - Leistungshalbleiter-modul - Google Patents

Leistungshalbleiter-modul

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DE3028178A1 DE19803028178 DE3028178A DE3028178A1 DE 3028178 A1 DE3028178 A1 DE 3028178A1 DE 19803028178 DE19803028178 DE 19803028178 DE 3028178 A DE3028178 A DE 3028178A DE 3028178 A1 DE3028178 A1 DE 3028178A1
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Description

3 028"! 7
BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 23. Juli 1980
Mp.-Nr. 577/80 ZFE/P3-Bi/Bt
Leistungshalbleiter-Modul
Die Erfindung betrifft einen Leistungshalbleiter-Modul mit einem etwa quacterförmigen Kunststoffgehäuse, mit einer Ausnehmung in der Bodenfläche des Gehäuses, mit einer Keramikplatte, die in einen schuLterförmigen Absatz am Umfang der Ausnehmung so eingesetzt ist, daß die eine ihrer ebenen Flächen geringfügig über die Bodenfläche des Gehäuses übersteht, mit Metallisierungen, Halbleiterbauelementen und Lötbrücken auf der anderen, dem Inneren des Gehäuses zugewandten Fläche der Keramikplatte, mit Anschlußelementen, die auf der Oberseite des Gehäuses frei zugänglich sind, mit Einrichtungen zur Befestigung des Moduls an einem Kühlkörper und.mit einer ausgehärteten Isolierstoffmasse im Inneren des Gehäuses.
Ein d'erartiger Modul ist aus der DE-OS 28 40 514 bekannt. Der bekannte Modul besitzt ein etwa quaderförmiges Gehäuse
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U-
ohne Boden. In der Decke des Gehäuses befinden sich eine Reihe von Öffnungen, die so bemessen und angeordnet sind, daß die äußeren Anschlußelemente - Drähte oder Flachstecker - die die elektrische Verbindung zu den im Gehäuseinneren angebrachten Halbleiterbauelementen herzustellen gestatten, hindurchtreten können und so auf der Oberseite des Moduls zugänglich sind. Durch eine weitere Öffnung im Isolierstoffgehäuse kann eine aushärtbare Kunststoffmasse eingespritzt werden. Die Befestigung des Moduls an einem Kühlkörper erfolgt mit Hilfe von seitlich am Gehäuse einstückig vorgesehenen Flanschen mit je einer Bohrung. Die Keramikplatte, die die Halbleiterbauelemente, Metallisierungen und die äußeren Anschlußelemente trägt, ist so in die bodenseitge Öffnung des Gehäuses eingesetzt, daß sie geringfügig, d.h. 0,025 mm über die Bodenfläche des Gehäuses übersteht. Dadurch soll ein besonders enger Kontakt zwischen der Keramikplatte und dem Kühlkörper bewirkt werden.
Die Erfahrung mit diesem auch im Handel erhältlichen Modul hat jedoch gezeigt, daß eine ganze Reihe von Mangeln auftreten. So ist insbesondere der Kontaktdruck zwischen Keramikplatte und Kühlkörper nicht ausreichend hoch, da der Überstand der Keramikplatte über die Bodenfläche des Gehäuses zu gering ist und die aus Kunststoff bestehenden Montageflansche nur wenig Anpreßkraft übertragen können.
Die in der obengenannten Offenlegungsschrift zur Beseitigung dieses bereits erkannten Nachteils vorgeschlagene Verwendung einer Spezialfolie zwischen Keramikplatte und Kühlkörper macht jedoch die angestrebte Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Halbleiter und Kühlkörper sowie die angestrebte Verringerung des Montageaufwands wieder zunichte. Auch ist es relativ schwierig, das nach Einsetzen der Keramikplatte allseitig geschlossene Innere des Gehäuses mit der aushärtbaren Kunststoffmasse zu füllen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungshalbleiter-Modul der eingangs genannten Art dahin-
-> ο ι 7
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gehend zu verbessern, daß die Herstellung vereinfacht und die Montage insbesondere im Hinblick auf einen geringen Wärmewiderstand verbessert ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gehäuse aus einem oben und unten offenen Rahmen, einem zentralen Befestigungsteil mit durchgehender Bohrung und radialen Speichen zwischen Rahmen und Befestigungsteil besteht, daß die Keramikplatte sich zusätzlich an der Unterseite des zentralen Befestigungsteils abstützt und eine mit der Bohrung fluchtende Durchbrechung besitzt, daß zwischen den Speichen und der Keramikplatte ein Abstand besteht, daß die äußeren Anschlußelemente durch wenigstens je eine Speiche gegeneinander abgetrennt sind, und daß das Innere des Gehäuses etwa zur Hälfte mit einer Vergußmasse ausgegossen ist.
Damit ergeben sich die Vorteile, daß zur Montage des Moduls an einem Kühlkörper nur eine einzige zentrale Befestigungsschraube nötig ist, daß die Vergußmasse auf einfachste Art und Weise in das oben offene Gehäuse eingegossen werden kann, daß die Vex-gußmässe sich im Gehäuseinneren aufgrund des Abstandes zwischen Keramikplatte und Speichen frei verteilt, daß der von der Befestigungsschraube erzeugte Druck nicht nur über das zentrale Befestigungsteil, sondern auch über die Speichen und die ausgehärtete Vergußmasse gleichmäßig auf die Keramikplatte verteilt wird, daß durch die Abtrennung je zweier äußerer Anschlußelemente durch eine der Speichen der Kriechweg zwischen den beiden Anschlußelementen verlängert wird und daß aufgrund aller dieser Maßnahmen ein sehr guter Wärmeübergang von den Halbleitern zu den Kühlkörpern erreicht wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind Gehäuse und Keramikplatte miteinander dicht' verklebt. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, auch extrem dünnflüssige Vergußmassen zu verwenden, ohne daß an einem etwaigen Spalt zwischen Gehäuse und Keramikplatte Vergußmasse verloren geht.
ORIGINAL INSPECTED
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Vorteilhafterweise besitzt nicht nur der Rahmen in an sich bekannter Weise einen schulterförmigen Absatz, in den die Keramikplatte eingesetzt wird, sondern auch das zentrale Befestigungsteil. Dieser schulterförmige Absatz zentriert die Keramikplatte und vergrößert die Klebefläche.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung besitzt die Bohrung im zentralen Befestigungsteil an der Gehäuseoberseite einen größeren Durchmesser. Dadurch wird bewirkt, daß die zentrale Befestigungsschraube versenkt ist und dadurch die Kriechwege zwischen den äußeren Anschlußelementen und der zentralen Befestigungsschraube verlängert werden.
Die Kriechwege lassen sich auch noch dadurch zusätzlich verlängern, daß die Speichen und das zentrale Befestigungsteil an der Gehäuseoberseite über die Höhe des Rahmens hochgezogen werden.
Vorzugsweise steht die äußere Fläche der Keramikplatte ca. 250μ über die Bodenflache des Gehäuses über. Dieser große Überstand erlaubt es, den schulterförmigen Absatz, in den die Keramikplatte eingesetzt wird, mit größerer Toleranz herzustellen, ohne daß der direkte Kontakt zwischen Keramik und Kühlkörper behindert und dadurch der gute Wärmeübergang verschlechtert würde.
Vorteilhafterweise besitzt das Gehäuse eine Markierung. Solche Markierungen dienen üblicherweise dazu, die Polarität der Anschlußelemente zu kennzeichnen und später die lagerichtige Montage des Moduls am Kühlkörper sicherzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung sind die äußeren Anschlußelemente als Flachstecker ausgebildet. Dabei können die Flachstecker mit unterschiedlicher Breite ausgeführt sein. So ist es beispielsweise möglich, die Flachstecker,
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über die das Steuersignal für ein steuerbares Halbleiterbauelement zugeführt wird, schmaler auszubilden als die Starkstrom führenden Anschlüsse.
Die Anschlußdrähte können jedoch auch als flexible oder starre Drähte ausgebildet sein, insbesonder dann, wenn der Modul für eine Montage in Gedruckten Schaltungen vorgesehen ist.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Leistungshalbleiter-Modul entsprechend der Linie I - I der
Figur 2,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Oberseite eines Moduls.
Man erkennt ein Gehäuse 1 aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise einem faserverstärkten Epoxidharz. Es besteht aus einem oben und unten offenen Rahmen 11, einem zentralen Befestigungsteil 13 sowie radialen Rippen 12 zwischen Rahmen 11 und zentralem Befestigungsteil 13. In die Bodenfläche 8 von Rahmen 11 und zentralem Befestigungsteil ist je ein schulterförmiger Absatz 9 eingearbeitet. In diesen Absatz 9 ist eine Keramikplatte 2 eingesetzt und mit dem Gehäuse dicht verklebt. Die nach außen gerichtete Fläche 2.1 der Keramikplatte 2 steht etwa 250μ über die Bodenfläche 8 des Gehäuses 1 über. Auf der zum Gehäuseinneren gerichteten Fläche 2.2 der Keramikplatte 2 sind mit Hilfe von (nicht dargestellten) Metallisierung äußere Anschlußelemente 3, 3.1, die hier als Flachstecker ausgeführt sind, Halbleiterbauelemente 4 und Verbindungsbügel 5 befestigt. Die Anschlußelemente 3, 3.1 sind von der Oberseite des Gehäuses 1 her frei zugänglich. Die Rippen 12
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fefe
sind so angeordnet, daß sie die Änschlußelemente 3, 3.1 gegeneinander trennen. Sie erhöhen die Kriechwege. Zu diesem Zweck sind die Rippen 12 sowie das obere Ende des zentralen Befestigungsteils 13 über die Höhe des Rahmens 11 hochgezogen.
In Fig. 1 erkennt man, daß zwischen Keramikplatte 2 und unterem Ende der Rippen 12 ein Abstand verbleibt, so daß eine Vergußmasse 6 sich gleichmäßig im Inneren des Gehaus es 1 verteilen kann. Nachdem die Vergußmasse 6 aus-gehärtet ist, bilden Rahmen 11, Rippen 12, zentrales Befestigungsteil 13, Vergußmasse 6 und Keramikplatte 2 eine starre mechanische Einheit. Dadurch wird der von einer zentralen Befestigungsschraube, die durch die Bohrung 7 gesteckt und mit einem (nicht dargestellten) Kühlkörper verschraubt wird, erzeugte Druck gleichmäßig auf die gesamte Fläche 2.1 des Keramikplättchens 2 verteilt, so daß sich über die gesamte Fläche ein gleichmäßiger Anpreßdruck ergibt.
In Fig. 2 erkennt man zusätzlich eine seitliche Markierung 10 am Gehäuse 1, mit deren Hilfe die Lage des Moduls eindeutig bestimmt wird. Man erkennt weiterhin, daß das Anschlußelement 3.1 eine geringere Breite besitzt als die übrigen drei Anschlußelemente 3. Auf diese Weise können beispielsweise die Anschlußelemente, an die die Steuersignale für steuerbare Halbleiterbauelemente angelegt werden, eindeutig gekennzeichnet werden.
Es ist leicht einzusehen, daß das erfindungsgemäße Prinzip nicht nur auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel einer Graetz-Brücke mit vier ungesteuerten Dioden angewendet werden kann, sondern auch bei Drehstrombrücken mit sechs Dioden oder bei sogenannten Gleichrichter-Zweigpaaren mit zwei Thyristoren oder mit einem Thy-
577/80 - ψ - 23. 07. 1980
ristor und einer Diode usw. In allen Fällen bietet die Tatsache, daß auch nach Einsetzen der Keramikplatte das Gehäuseinnere und die dort liegenden elektrischen Bauteile frei zugänglich sind, ohne daß darunter die mechanische Steifigkeit oder die elektrische Zuverlässigkeit leiden, und daß ein guter, gleichmäßiger Kontaktdurck zwischen Keramik und Kühlkörper erzielbar ist, erhebliche technische Vorteile.
AO
Leerseite

Claims (10)

  1. 3G28178
    Κ?ο-Nr. 577/SII 23. Juli 19aO
    SFE/P3~Bi/3t
    Ansprüche
    L^istungshalbleiter-Modul mit einem etwa quaderförmigen Kunststoffgehäuse (1), mit einer Ausnehmung in der Bodenfläche (8) des Gehäuses (1), mit einer Keramik-IC platte (2), die in einem schulterförmigen Absatz (9) am
    Umfang der Ausnehmung so eingesetzt ist, daß die eine ihrer ebenen Flächen (2.1) geringfügig über die Bodenfläche (8) das Gehäuses (1) übersteht, mit Metallisierungen, Halbleiterbauelementen (4) und Lötbrücken (5) auf der anderen, '.'C cam Inneren des Gehäuses (1) zugewandten Fläche (2-2), mit i-Vnschluße lernen ten (3, 3.1), die auf der Oberseite des Gehäuses (1) frei zugänglich sind, mit Einrichtungen (7) zur Befestigung des Moduls an einem Kühlkörper und mit einer ausgeharteten Isolierstoffmasse (6) im Inneren des Gehäu- *.j sas (1), dadurch gekennnzelehnet, daß das Gehäuse (1) aus a ir. am oben und unten of fenen. Rahmen (11), einem zentralen Z£festigur.gsteil (13) mit durchgehender Bohrung [I) und radialen Speichen (12) zwischen Rahmen (11) und Befestir-engsteil (13) besteht,, daß die Keramikplatte (2) sich zu- Z.Z sätzlich an der Unterseite des zentralen Befestigungsteils (13) abstützt und eine mit der Bohrung (7) fluchtende Durchbrechung besitzt, daß zwischen den Speichen (12) und der .' Keramikplatte (2) ein Abstand besteht, daß die äußeren Anschlußelemente (3) durch wenigstens je eine Speiche (12) SO gegeneinander abgetrennt sind und daß das Innere des Gehäuses (1) etwa^zur Hälfte mit einer Vergußmasse (6) ausgegossen, ist.
  2. 2. Leistungshalbleiter-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse (1) und Keramikplatte (2) miteinander dicht verklebt sind.
    . 577/80 - 2 - ■ . ... 23. 07. 19B0
  3. 3. LeistutigshaibleLter-Modul -nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch das zentrale Befestigungs- ^fceil (13) einen schulterförmigen Absatz {9) besitzt.
  4. 4. Leistungshalbleiter-Modul nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (7):im zentralen Befestigungsteil (13) an der Gehäuse—Oberseite einen -größeren Durchmesser besitzt. ,
  5. 5. Leistungshalbleitex-Modul nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen (12) und das zentrale Befestigungsteil (13) an der Gehäuseoberseite über die Höhe des Rahmens (11) hochgezogen sind.
  6. 6. Leistungshalbleiter -Modul nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Fläche (2.1) der Keramikplatte (2) ca. 250μ über die Bodenfläche (8) des Gehäuses ill übersteht.
  7. 7. Leistungshalbleiter-Modul nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) eine Markierung (10) besitzt.
  8. 8. Leistungshalbleiter-Modul nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Anschlußelemente als Flachstecker (3, 3.1) ausgebildet, sind.
  9. 9. Leistungshalbleiter-Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstecker (3, 3.1) mit unterschiedlicher Breite ausgeführt sind.
  10. 10. Leistungshalbleiter-Modul nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Anschlußelemente (3) als Drähte ausgebildet sind.
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