DE4305793A1

DE4305793A1 - Leistungsmodul

Info

Publication number: DE4305793A1
Application number: DE4305793A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Leicht; Reinhard Dipl Ing Rueckert
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1993-02-25
Publication date: 1994-09-01

Description

Leistungsmodule werden beispielsweise für Motorsteue rungen, Frequenzumrichter oder in Schaltnetzteilen eingesetzt. Die Schaltung derartiger Leistungsmodule umfaßt einen Leistungsteil und einen Steuerelektronikteil, deren Bauelemente in sogenannter "chip-on-board"-Technik als ungehäuste Halbleiterchips auf einen Wärmespreizer gelötet und gebondet werden; die gesamte Schaltung wird zur Wärmeabfuhr auf einen Kühlkörper montiert (geklebt).

Nachteilig hierbei ist jedoch zum einen die kosten intensive Herstellungsweise (es sind viele Arbeitsgänge notwendig), zum anderen ist die Handhabung ungehäuster Halbleiterbauelemente mit Problemen verbunden (Gefahr der Beschädigung, Erfordernis von Reinräumen, schwierige Testbarkeit etc.).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Leistungs modul anzugeben, das die vorgenannten Nachteile ver meidet und demgegenüber vorteilhafte Eigenschaften auf weist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Leistungsmoduls er geben sich aus den Unteransprüchen.

Beim vorgestellten Leistungsmodul werden Steuerteil und Leistungsteil in zwei getrennten Ebenen und separaten Prozessen gefertigt: beim Leistungsteil werden aus schließlich gehäuste Halbleiterbauelemente einseitig auf einen gut wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Trägerkörper aufgebrächt (aufgelötet oder aufgeklebt) und vorzugsweise der Trägerkörper zur Wärmeabfuhr auf einen Kühlkörper aufgebracht (beispielsweise geklebt); beim Steuerteil werden u. a. SMD-Bauelemente einseitig oder beidseitig auf einen zweiten Trägerkörper (beispielsweise eine Leiterplatte) aufgebracht. Die beiden Trägerkörper und damit die Schaltungsteile werden auf einfache Weise über die Anschlußpins der gehäusten Leistungs-Halbleiterbauelemente miteinander verbunden, indem diese gebogen, durch Öffnungen der Leiterplatte des Steuerteils gesteckt und mit dieser fest verbunden (beispielsweise verlötet) werden.

Das Leistungsmodul vereinigt mehrere Vorteile in sich:

- Leistungsteil und Steuerteil können in getrennten Prozessen unabhängig voneinander bestückt werden,
- durch die Verwendung von gehäusten Leistungs-Halb leiterbauelementen sind keine Maßnahmen zur Isolierung oder Versiegelung dieser Bauelemente erforderlich,
- das einfache Herstellungsverfahren benötigt nur eine geringe Zahl an Arbeitsgängen und ist somit kostengünstig,
- trotz der Verwendung von gehäusten Leistungs- Halbleiterbauelementen und von zwei separaten Trägerkörpern kann durch deren kurze Verbindung (gebogene Anschlußpins, direktes Aufsetzen) eine geringe Bauhöhe erreicht werden,
- da nur der Leistungsteil auf einen Keramik-Träger körper oder eine Metallkern-Leiterplatte aufge bracht wird, ist der Bedarf an (teurem) Keramikma terial oder Metallkern-Leiterplattenmaterial ge ring,
- wird der Keramik-Trägerkörper beidseitig gelötet (Leistungs-Halbleiterbauelemente auf Trägerkörper, Trägerkörper auf Kühlkörper), ist ein guter Wärme übergang und damit eine gute Wärmeabfuhr gegeben.

Anhand der Fig. 1 und 2 soll das vorgestellte Leistungsmodul, wie es beispielsweise für Motorsteue rungen eingesetzt wird, näher erläutert werden. In der Fig. 1 sind dabei die getrennten Komponenten des Leistungsmoduls dargestellt, die Fig. 2 zeigt das zusammengebaute Leistungsmodul.

Die gehäusten Halbleiterbauelemente 7 des Leistungs teils 1 werden mit ihrer Gehäuse-Unterseite mittels der Lotpaste 11 einseitig auf den ersten Trägerkörper 5 aufgebracht; der Trägerkörper 5 besteht beispielsweise aus einer Al₂O₃-Keramik mit den Abmessungen 50 × 60 mm und einer Dicke von 0,65 mm. Die SMD-Bauelemente 9 des Steuerteils 2 werden beidseitig auf den zweiten Träger körper 6 aufgebracht; der Trägerkörper 6 ist beispiels weise als gedruckte Schaltungsplatine ("PCB-Board") mit einer Dicke von 1 mm und den Abmessungen 55 × 65 mm ausgebildet. Der erste Trägerkörper 5 wird mittels einer gut wärmeleitenden Schicht 12 (beispielsweise eine Kleberschicht oder eine Lotpaste mit einer Schichtdicke von 20 um) auf eine Substrat-Trägerplatte 3 aufgebracht (beispielsweise aufgeklebt oder aufgelö tet); die Trägerplatte 3 besteht beispielsweise aus Aluminium und besitzt eine Dicke von beispielsweise 2 mm. Die beiden Trägerkörper 5, 6 werden miteinander verbunden, indem die Anschlußpins 8 der gehäusten Leistungs-Halbleiterbauelemente 7 nach oben umgebogen werden, der zweite Trägerkörper 6 mittels der Öffnungen 10 über die hochstehenden Anschlußpins 8 der Halblei terbauelemente 7 gefädelt wird und die Anschlußpins 8 mit dem zweiten Trägerkörper 6 (beispielsweise durch Verlöten mittels eines Schwall-Lötverfahrens) verbunden werden. Anschließend wird die gesamte Baugruppe aus Leistungsteil 1, Steuerteil 2 und Substrat-Trägerplatte 3 durch eine Abdeckhaube 4 (beispielsweise eine Plastikhaube) gesteckt, die mit der Substrat-Träger platte 3 vernietet werden kann.

Claims

1. Leistungsmodul mit einem Leistungsteil (1) und einem Steuerteil (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Halb leiterbauelemente (7, 9) des Leistungsteils (1) und des Steuerteils (2) auf getrennten, übereinander angeordne ten Trägerkörpern (5, 6) aufgebracht sind, daß der Leistungsteil (1) ausschließlich gehäuste Halbleiter bauelemente (7) aufweist, die mit ihrer Gehäuse-Unter seite auf einem ersten Trägerkörper (5) einseitig ange ordnet sind, daß der Steuerteil (2) auf einem zweiten Trägerkörper (6) einseitig oder beidseitig angeordnete Bauelemente (9) aufweist, und daß die beiden Trägerkörper (5, 6) über die Anschlußpins (8) der gehäusten Halbleiterbauelemente (7) des Leistungsteils (1) miteinander verbunden sind.

2. Leistungsmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich net, daß die Anschlußpins (8) der gehäusten Halbleiter bauelemente (7) des Leistungsteils (1) umgebogen sind und vom ersten Trägerkörper (5) wegweisen, und daß der zweite Trägerkörper (6) Öffnungen (10) aufweist, durch die die Anschlußpins (8) durchgeführt und fest mit dem zweiten Trägerkörper (6) verbunden sind.

3. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Trägerkörper (5) des Leistungs teils (1) aus einem elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Material besteht.

4. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (6) des Steuerteils (2) als gedruckte Schaltungsplatine ausge bildet ist.

5. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (5) des Leistungsteils (1) auf einer Trägerplatte (3) aufge bracht ist.

6. Leistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (3) aus einem gut wärmeleitenden Metall besteht.

7. Leistungsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Trägerplatte (3) aus Aluminium besteht.

8. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (5) und die Trägerplatte (3) als Metallkern-Leiterplatte ausgebildet sind.

9. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsteil (1), der Steuerteil (2) und die Trägerplatte (3) in eine Abdeck haube (4) eingebracht sind.