DE2639979C3

DE2639979C3 - Halbleiterbaueinheit

Info

Publication number: DE2639979C3
Application number: DE19762639979
Authority: DE
Inventors: Winfried Ing.(Grad.) 8542 Roth Schierz
Original assignee: Semikron GmbH and Co KG
Current assignee: Semikron GmbH and Co KG
Priority date: 1976-09-04
Filing date: 1976-09-04
Publication date: 1980-05-14
Also published as: AT377386B; ATA617777A; FR2363893A1; CH621435A5; DE2639979B2; JPS5332673A; GB1584783A; DE2639979A1

Description

V)

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

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. 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.

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.

Die Lösung der Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 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.

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.

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.

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 ohne

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.

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.

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.

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.

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.

Die Kontaktbauteile und Anschlußteile können beliebige Form aufweisen und beliebig angeordnet seil, da ihre Ausbildung und Anordnung nicht Gegenstand der Frfindung ist.

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 herausragen

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 ist

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.

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.

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.

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.

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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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 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.

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.

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.