DE9017042U1 - Halbleitermodul - Google Patents

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Halbleitermodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Module, die in einem Gehäuse eine Mehrzahl von Leistungsha IbLeitern vereinigen, werden seit Jahrzehnten in sehr großen Stückzahlen hergestellt und eingesetzt. In einer Vielzahl dieser Module sind die Halbleiterchips entweder direkt oder über eine zwischengelegte Molybdän-Ronde auf ein Kupfer-Kontaktblech gelötet. Das Kontaktblech kann mit Hilfe des sogenannten Direct-Bonding-Verf ahrens auf einer Oxidkeramik, meist AI2O3, befestigt sein, wobei die gegenüberliegende Oberfläche der Keramikplatte ebenfalls mit Kupferblech belegt ist, um ein Verbiegen aufgrund der ungleichen Ausdehnungskoeffizienten von Kupfer und Keramik zu ve rh i nde rn.

Aufgrund langjähriger Erfahrungen ist es bekannt, daß die Verwendung von Kupfer-Kontaktblechen einer Stärke von 0,3 mm, welches nach dem Direct-Bonding-Verfahren mit der Oxidkeramik verbunden ist, einen optimalen Kompromiß darstellt. Einerseits ist die Materialstärke dünn genug, um übermäßige Wärmedehnungen des Kupferblechs wirksam zu bremsen, so daß die aufgelöteten SiIicium-HaIbIeiterchips, deren Ausdehnungskoeffizient erheblich kleiner a.Is der von Kupfer ist, nicht beschädigt werden, andererseits können Ströme bis zu etwa 100 Ampere ohne weiteres verkraftet werden. Für die äußeren AnschLußkontakte werden jedoch von den internationalen Normen Materialstärken von 1 mm verlangt.

In der Praxis sind nun zwei Lösungsvarianten bekannt geworden. Die eine Lösungsvariante besteht darin,

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AnschLußkontakte und Kontaktbleche einheitLich und einstückig aus 1 mm starkem KupferbLech herzustellen. Die Folge davon ist, daß zusätzliche Maßnahmen, beispielsweise die schon erwähnte Verwendung von Mo I ybdän-Ronden, erforderlich sind, um die Ausdehnungsdifferenzen zwischen Kupfer und Silicium so aufzufangen, daß weder die Si Iiciumchips noch die Lotschicht durch die Ausdehnungsdifferenzen zerstört werden. Die andere Lösungsvariante besteht darin, auf die 0,3 mm starken Kontaktb leche 1 mm starke Ansch lußcLipse aufzulöten. Hierzu sind besondere Lötformen erforderlich, ebenso zusätzliche Arbeitsgänge. Außerdem stellt jede Lötstelle eine mögliche Fehle rque lie dar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiter-Modul der eingangs genannten Art anzugeben, der die Vorteile beider Varianten in überzeugender Weise miteinander verbindet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen gattungsgemäßen Halbleiter-Modul mit den Merkmalen gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1.

Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, daß es in einfacher Weise möglich ist, Kupfer-FormteiIe mit unterschiedlich starken Materialdicken herzustellen. Beispielsweise kann man 1 mm dickes Kupferblech durch Fräsen oder Walzea bereichsweise auf 0,3 mm reduzieren. Auch die umgekehrte Vorgehensweise ist denkbar, indem auf ein einheitlich 0,3 mm starkes Material bereichsweise 0,7 mm starkes Material aufgesetzt wird. Auf jeden Fall entfällt das Auflöten entweder der Mo lybdänronden oder der Ansch lußc I ipse , so daß der fertige Modul erheblich einfacher, preiswerter und vor allem betriebssicherer wird als es bisher bekannt ist. Dies ist besonders von Bedeutung, da diese

Leistungs-HaLbLeitermoduLe in großen StückzahLen hergesteLLt und eingesetzt werden.

Gemäß einer bevorzugten WeiterbiLdung kann an dem KontaktbLech eine Verbindungsbrücke zu einem weiteren Leistungs-HaLbLeiterchi&rgr; einstückig angeformt sein.

Anhand der Zeichnung soLL die Erfindung in Form eines Ausführungs beispieLs näher erLäutert werden.

Die Figur zeigt eine Seitenansicht eines Leistungs-HaLbLeitermoduLs. Dies besteht aus einem Kupfer-BasisbLech 1, zwei GrundpLatten 2, 2' aus ALumi&eegr;iumoxidkeramik und zwei Kupfer-KontaktbLechen 3, 3'. ALLe KupferbLeche 1, 3, 3' sind mit HiLfe des sogenannten Direct-Bonding-Verf ahrens mit den KeramikgrundpL atten 2, 2'

ve rbunden.

Auf die KontaktbLeche 3, 3' ist je ein

LeistungshaLbLeiter-Chi&rgr; 4, 4' aufgeLötet. An dem einen KontaktbLech 3 ist eine Verbindungsbrücke 6 einstückig angeformt zur HersteLLung einer eLektrischen Verbindung zu dem zweiten HaLbLeiterchip 4 ' . Dank der geringen Dicke der Brücke 6 wird die LötsteLLe 6' während Last- und TemperaturwechseLn nicht überbeansprucht. Auf MoLybdän-Ronden kann verzichtet werden.

Bei den HaLb Leiterchips 4, 4' handeLt es sich im vorliegenden FaLL um Leistungsdioden, die dank der dargesteLLten VerschaLtung eine sogenannte HaLbbrücke biLden. Eine Bestückung mit Thyristorchips, Transistorchips oder auch eine gemischte Bestückung ist ohne weiteres mögLich. Dank der Verwendung von KontaktbLechen 3, 3' aus 0,3 mm starkem Kupfer entspricht der resuLtierende Ausdehnungskoeffizient der KupferbLeche 3, 3' in etwa dem

der SiLicium-HaLbLeiterchips 4, 4¹, so daß eine Lötverbindung ohne ZwischeneLemente wie MoLybdänronden mög Lieh ist.

Äußere AnschLußkontakte 5, 5' sind einstückig an den KontaktbLechen 3, 3¹ angeformt. Durch geeignete VorbehandLung wird erreicht, daß die Kupferkontakte 5, 5'

sich während des Direct-Bonding-Verf ahrens nicht mit der

KeramikgrundpLatte 2, 2 ' verbinden. Sie werden nach HersteLLung der Kupfer-Keramik-Verbindung nach oben gebogen,

wie in der Zeichnung dargesteLLt ist.

Ein dritter AnschLußkontakt 5'', ebenfaLLs mit einem dünnen KontaktbLech 3' ' , wird in an sich bekannter Weise mit dem freien PoL des HaLbLeiterchips 4 verLötet.

Das fertige ModuL benötigt nur noch eine minimaLe AnzahL von LötsteLLen, ist aLso optimaL betriebssicher bei minimaLen He rs te L Lungskost en, und erfüLLt aLLe von der Norm geforderten Werte.

Claims (2)

Schutzansprüche:

1. HaLbLeiter-ModuL, wenigstens bestehend aus einer Grundplatte (2, 2') aus A luminiumoxid-Keramik, einem Kontaktblech (3, 3') und einem Basisblech (1), beide aus Kupfer bestehend und an einander gegenüberliegenden Flächen der Grundplatte (2, 2¹) mittels Direct-Bonding-Verf ahren befestigt, auf das Kontaktblech (3, 3') gelöteten

Leistungsha IbIeiterchips (4, 4') und äußeren

Anschlußkontakten (5, 5', 5'') zu den Chips (4, 4'), dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktblech (3, 3') mit dem zugehörigen Anschlußkontakt (5, 5') einstückig ausgebildet ist und daß das Kontaktblech (3, 3') eine Stärke (d) von 0,3 ± 0,1 mm, der Anschlußkontakt (5, 5') eine Stärke (D) von 1,0 ± 0,1 mm besitzt.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kontaktblech (3) eine Verbindungsbrücke (6) einstückig angeformt ist, deren Stärke der des Kontaktb lechs (3, 3') entspricht.