DE3412651A1 - Method for producing a power semiconductor module - Google Patents

Method for producing a power semiconductor module

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Abstract

In order to produce power semiconductor modules having a ceramic substrate, in the case of known production methods fitment with a multiplicity of different connecting parts is necessary, for which purpose a complicated and expensive soldering mould is required. The invention proposes that the fitment be carried out in two steps, supporting points (4) being applied onto metallised surfaces (3) of a substrate (2) and onto electrodes (6, 7, 8) of power semiconductor components (5, 5.1) in a first step. In a second step, electrical connections between the supporting points (4) are produced by means of connecting parts (1) which are designed as simple wire bent parts. In order to make contact with distributed electrodes (6), for example on a gate turn-off thyristor, connecting parts (1.1) are provided having one end (1.12) like a comb. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiter-Process for the production of a power semiconductor

moduls Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Leistungshalbleitermodule und Verfahren zu ihrer Herstellung sind allgemein bekannt und sind z.B. in den BBC Nachrichten 65, 1983, Heft 6, Seite 208 bis 212 beschrieben. Dort sind insbesondere in Bild 2 einige Module dargestellt und Bild 3 zeigt wie speziell geformte Teile in eine komplizierte Lötform eingesetzt werden.module The invention relates to a method of manufacture a power semiconductor module according to the preamble of claim 1. Such power semiconductor modules and methods of making them are well known and are for example in the BBC Nachrichten 65, 1983, No. 6, pages 208 to 212 described. There are in particular Figure 2 shows some modules and Figure 3 shows how specially shaped parts be used in a complicated solder form.

Die Leistungshalbleitermodule, auf die sich das Herstellverfahren bezieht, bestehen aus einer Grundplatte, auf der alle aktiven und passiven Bauteile montiert sind, und aus einem Gehäuse. Die Grundplatte besteht aus einem keramischen Substrat, das zumindest auf der Oberseite metallisiert ist. Die metallisierte Fläche auf dem Substrat ist in der Regel entsprechend der zu realisierenden Schaltung strukturiert. Es ist jedoch auch möglich, eine durchgehende Metallisierungsfläche vorzusehen und die Bauteile oder einen Teil der Bauteile durch Zwischenlage von Isolierkörper potentialfrei zu montieren.The power semiconductor modules on which the manufacturing process is based consist of a base plate on which all active and passive components are mounted, and from a housing. The base plate consists of a ceramic Substrate which is metallized at least on the upper side. The metallized surface the substrate is usually structured in accordance with the circuit to be implemented. However, it is also possible to provide a continuous metallization area and the components or a part of the components potential-free by interposing an insulating body to assemble.

Zu den Bauteilen, die auf das metallisierte Substrat zu montieren sind, gehört bei bekannten Modulen eine Vielzahl von unterschiedlich geformten Teilen, z.B. Verbindungsfähnchen, die hohe Werkzeugkosten verursachen. Da die Teile in der Regel durch Lötung mit der Metallisierung des Substrats und mit anderen Bauteilen stoffschlüssig verbunden werden, ist eine teuere und komplizierte Lötform erforderlich, die an das jeweilige Produkt (Leistungshalbleitermodul) angepaßt ist. Diese bekannte Lösung mit speziellen Formteilen zur Herstellung von Verbindungen innerhalb des Moduls stößt insbesondere bei sehr feinen Halbleiterstrukturen auf Schwierigkeiten. Häufig steht nicht ausreichen#d Platz zur Anordnung der Formteile zur Verfügung und die Montage ist umständlich und aufwendig. Trotz hoher Präzision ist mit hoher Fehlerhäufigkeit bei der Modulfertigung zu rechnen.About the components that are to be mounted on the metallized substrate are, known modules include a large number of differently shaped parts, E.g. connecting flags that cause high tool costs. Since the parts in the Usually by soldering with the metallization of the substrate and with other components are firmly connected, an expensive and complicated form of soldering is required, which is adapted to the respective product (power semiconductor module). This well-known Solution with special molded parts for the production of connections within the Moduls encounters difficulties especially with very fine semiconductor structures. Often there is not enough space to arrange the molded parts and the assembly is cumbersome and time-consuming. Despite high precision is with high Frequency of errors in module production is to be expected.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Leistungshalbleitermodulen anzugeben, das zu einer Vereinfachung bei der Herstellung von elektrischen Verbindungen innerhalb des Moduls führt.The invention is therefore based on the object of providing a method for Specify the manufacture of power semiconductor modules, which leads to a simplification in making electrical connections within the module.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous refinements are given in the subclaims.

Wesentliche Vorteile des Verfahrens bestehen darin, daß nur wenige unterschiedliche Teile benötigt werden und daß es sich dabei um einfache Teile handelt. Außerdem wird nur eine stark vereinfachte Lötform benötigt. Die vorgesehenen Stützpunkte erlauben auf einfache Weise eine Vormessung in noch wenig veredeltem Zustand des Moduls. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.The main advantages of the process are that only a few different parts are required and that these are simple parts. In addition, only a greatly simplified form of soldering is required. The intended bases allow a simple pre-measurement in the still little refined condition of the Module. Further advantages emerge from the following description of exemplary embodiments based on the drawing.

Es zeigen: Fig. 1 Keramiksubstrat mit Stützpunkten und Verbindungsteilen, die als Drahtbiegeteile ausgeführt sind, Fig. 2 Keramiksubstrat mit einem Leistungshalbleiterbauelement, dessen verteilte Elektrodenstruktur mit kammförmigen Verbindungsteilen kontaktiert ist.They show: FIG. 1 ceramic substrate with support points and connecting parts, which are designed as bent wire parts, Fig. 2 ceramic substrate with a power semiconductor component, its distributed electrode structure contacted with comb-shaped connecting parts is.

Fig. 1 zeigt ein keramisches Substrat 2, das metallisierte Flächen 3 aufweist. Auf mindestens einer dieser Fläche 3 ist ein Leistungshalbleiterbauelement 5 aufgelötet, wobei es sich im dargestellten Beispiel um einen Thyristor handelt. Auf den metallisierten Flächen 3 sowie auf einer Gate-Elektrode 8 und einer Kathoden-Elektrode 7 des Leistungshalbleiterelements 5 sind Stützpunkte 4 aufgelötet, die als Hohlniete ausgeführt sind.Fig. 1 shows a ceramic substrate 2, the metallized surfaces 3 has. A power semiconductor component is located on at least one of these surfaces 3 5 soldered on, which is a thyristor in the example shown. On the metallized surfaces 3 and on a gate electrode 8 and a cathode electrode 7 of the power semiconductor element 5, support points 4 are soldered on, as hollow rivets are executed.

Die Stützpunkte 4 können jedoch z.B. auch als Stifte oder Rundsteckhülsen ausgeführt sein und auf andere Weise als durch Löten stoffschlüssig mit metallisierten Flächen 3 oder Elektroden 7,8 verbunden sein. Elektrische Verbindungen zwischen den Stützpunkten 4 sind durch Verbindungsteile 1, z.B. durch Drahtbiegeteile hergestellt.However, the support points 4 can also be used, for example, as pins or round receptacles be executed and in a way other than by soldering cohesively with metallized Areas 3 or electrodes 7, 8 be connected. Electrical connections between the support points 4 are made by connecting parts 1, e.g. by bent wire parts.

Ausgehend von einem keramischen Substrat 2 mit metallisierten Flächen 3 wird der Leistungshalbleitermodul in zwei Verfahrensschritten hergestellt. In einem ersten Schritt wird das Substrat 2 in eine einfache Lötform eingesetzt. Darin wird ein als Sandwich vorgelötetes Leistungshalbleiterbauelement 5 eingesetzt und durch Bohrungen in der Lötform werden vorbelotete Hohlnieten als Stützpunkte 4 gesteckt. Dabei können z.B. drei oder vier weitere Stützpunkte 4 vorgesehen werden, die nicht für Verbindungen benötigt werden. Solche zusätzlichen Stützpunkte 4 können im zweiten Verfahrensschritt vorteilhaft als Lötlehre benutzt werden. Die Anordnung wird auf eine erste Löttemperatur erhitzt und damit eine Lötung durchgeführt.Starting from a ceramic substrate 2 with metallized surfaces 3, the power semiconductor module is manufactured in two process steps. In In a first step, the substrate 2 is used in a simple solder form. In this a power semiconductor component 5 pre-soldered as a sandwich is used and pre-soldered hollow rivets are created through holes in the soldering mold as Support points 4 inserted. For example, three or four further support points 4 can be provided that are not required for connections. Such additional bases 4 can advantageously be used as a soldering gauge in the second process step. the The arrangement is heated to a first soldering temperature and soldering is carried out with it.

Nach dem Abkühlen wird die Lötform entfernt und es erfolgt in einem zweiten Verfahrensschritt eine Bestückung mit Verbindungsteilen 1 und ein zweiter Lötvorgang. Die Verbindungsteile 1 sind einfache vorbelotete Drahtbiegeteile, die in die als Hohlniete ausgeführten Stützpunkte 4 gesteckt werden. Diese Bestückung kann durch eine Lötlehre erleichtert werden oder eine automatisierte Bestückung kann damit ermöglicht werden. Die Lötlehre ist tischförmig ausgeführt, wobei die Beine in die zusätzlichen Stützpunkte 4 gesteckt werden. Die Tischplatte hat schlitzförmige Öffnungen, durch die Verbindungsteile 1 gesteckt werden und damit genau positioniert werden.After cooling, the soldering mold is removed and it is done in one second process step an assembly with connecting parts 1 and a second Soldering process. The connecting parts 1 are simple pre-soldered wire bending parts that are inserted into the support points 4 designed as hollow rivets. This assembly can be made easier with a soldering gauge or automated assembly can thus be made possible. The soldering gauge is table-shaped, with the Legs can be inserted into the additional support points 4. The table top has slot-shaped Openings through which the connecting parts 1 are inserted and thus precisely positioned will.

Die zweite Lötung erfolgt nun zweckmäßig bei einer geringeren Löttemperatur, damit die zuerst gelöteten Teile an ihrem ursprünglichen Ort fixiert bleiben. Zur Durchführung der Lötung kann ein Flußmittel verwendet werden oder es kann eine Lötung unter Inertgas bzw. Schutzgas oder einer Inertflüssigkeit vorgesehen werden. Um eine Beeinträchtigung durch Flußmittelspritzer auszuschließen, kann eine Abdeckung des Substrats 2 mit entsprechend gestanztem Papier vorgesehen werden, das nach der Lötung leicht entfernt werden kann.The second soldering is now expediently carried out at a lower soldering temperature, so that the parts soldered first remain fixed in their original location. To the A flux can be used to carry out the soldering, or soldering can be used be provided under inert gas or protective gas or an inert liquid. Around A cover can prevent interference from flux splashes of the substrate 2 are provided with appropriately punched paper, which after the Soldering can be easily removed.

Fig. 2 zeigt ein keramisches Substrat 2 mit metallisierten Flächen 3, das mit einem Leistungshalbleiterbauelement 5.1 (z.B. GTO-Thyristor) bestückt ist, das verteilte Elektroden 6 aufweist. Zur Kontaktierung einer über eine größere Fläche verteilten Elektrode 6 können ein oder mehrere Verbindungsteile 1.1 vorgesehen werden, die auf einer Seite ein kammartiges Ende 1.12 und auf der anderen Seite ein drahtähnliches Ende 1.11 aufweisen.Fig. 2 shows a ceramic substrate 2 with metallized surfaces 3, which is equipped with a power semiconductor component 5.1 (e.g. GTO thyristor) having electrodes 6 distributed. For contacting an over one Electrode 6 distributed over a larger area can have one or more connecting parts 1.1 be provided, which has a comb-like end 1.12 on one side and on the other Side have a wire-like end 1.11.

Das drahtähnliche Ende 1.11 ist rechtwinklig abgebogen und in einen hülsenförmigen Stützpunkt 4 gesteckt. Das kammartige Ende 1.12 des Verbindungsteils 1.1 liegt mit seinen Spitzen 1.13 an mehreren Stellen einer Elektrode 6 auf.The wire-like end 1.11 is bent at right angles and into a sleeve-shaped support point 4 inserted. The comb-like end 1.12 of the connecting part 1.1 rests with its tips 1.13 at several points on an electrode 6.

Das Verfahren zur Herstellung des in Fig. 2 gestellten Leistungshalbleitermoduls ist gleich wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Verfahrensschritt werden vorbelotete Verbindungsteile 1.1 jeweils in einen Stützpunkt 4 eingesteckt und mit dem kammartigen Ende 1.12 bzw. den Spitzen 1.13 auf einer Elektrode 6 positioniert. Bei dem zweiten Lötvorgang werden die Spitzen 1.13 mit einer Elektrode 6 und das drahtähnliche Ende 1.11 mit dem Stützpunkt 4 verlötet. Wenn das Verbindungsteil 1.1 aus federndem Material hergestellt ist, können die Spitzen 1.13 die Elektrode 6 durch Druckkontakt kontaktieren, werden also nicht verlötet. Auch das drahtähnliche Ende 1.11 muß in diesem Fall nicht verlötet werden, sondern kann in einen als Steckhülse ausgebildeten Stützpunkt 4 gesteckt werden.The method for producing the power semiconductor module shown in FIG. 2 is the same as in the embodiment shown in FIG. In the second process step Pre-soldered connection parts 1.1 are each inserted into a support point 4 and positioned with the comb-like end 1.12 or the tips 1.13 on an electrode 6. In the second soldering process, the tips 1.13 are connected to an electrode 6 and the wire-like end 1.11 soldered to support point 4. When the connecting part 1.1 is made of resilient material, the tips 1.13 the electrode 6 contact by pressure contact, so they are not soldered. Even the wire-like one In this case, end 1.11 does not have to be soldered, but can be used as a socket trained support point 4 are plugged.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (10)

Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls mit mindestens einem Leistungshalbleiterbauelement auf einem metallisierten keramischen Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung elektrischer Verbindungen innerhalb des Substrats (2) und von nach außen gehenden Anschlüssen in einem ersten Schritt zumindest auf metallisierten Flächen (3) des Substrats (2) Stützpunkte (4) befestigt werden und in einem zweiten Schritt Verbindungsteile (# (; an mindestens einem der Stützpunkte (4) befestigt werden. Claims 1. A method for producing a power semiconductor module with at least one power semiconductor component on a metallized ceramic Substrate, characterized in that for making electrical connections inside the substrate (2) and from outgoing connections in a first Step at least on metallized surfaces (3) of the substrate (2) support points (4) be attached and in a second step connecting parts (# (; to at least be attached to one of the support points (4). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützpunkte (4) im ersten Schritt durch eine Lötung befestigt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the support points (4) be attached by soldering in the first step. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Schritt eine Verbindung von Verbindungsteilen (1,1.1) mit Stützpunkten (4) durch Lötung erfolgt, wobei, wenn die Stützpunkte (4) im ersten Schritt durch Lötung befestigt wurden, im zweiten Schritt vorzugsweise eine niedrigere Löttemperatur gewählt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the second step a connection of connecting parts (1,1.1) with support points (4) is done by soldering, if the support points (4) in the first step through Solder were attached, in the second step preferably a lower soldering temperature is chosen. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Stützpunkte (4) Hohlnieten verwendet werden. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that hollow rivets are used as support points (4). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungsteile (1) Drahtstücke verwendet werden. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that pieces of wire are used as connecting parts (1). 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch oben liegende Elektroden (7,8) von Leistungshalbleiterbauelementen (5) mit Stützpunkten (4) versehen werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that electrodes (7, 8) on top of power semiconductor components (5) be provided with support points (4). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Stützpunkt (4) und einer verteilten Elektrode (6) eines Leistungshalbleiterbauelements (5.1) z.B. eines GT0-Thyristors, ein Verbindungsteil (1.1) verwendet wird, das mit einem drahtähnlichen Ende (1.11) mit dem Stützpunkt (4) verbunden wird und das mit einem kammartigen Ende (1.12) die verteilte Elektrode (6) kontaktiert. 7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that to produce a connection between a support point (4) and a distributed Electrode (6) of a power semiconductor component (5.1) e.g. a GT0 thyristor, a connecting part (1.1) is used, which with a wire-like end (1.11) is connected to the support point (4) and that with a comb-like end (1.12) the distributed electrode (6) contacted. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (1.1) mit dem kammartigen Ende (1.12) aus federndem Material hergestellt ist und die Kontaktierung mit der verteilten Elektrode (6) als Druckkontakt erfolgt. 8. The method according to claim 7, characterized in that the connecting part (1.1) with the comb-like end (1.12) is made of resilient material and the contact with the distributed electrode (6) takes place as a pressure contact. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (1.13) des kammartigen Endes (1.12) des Verbindungsteils (1.1) mit der verteilten Elektrode (6) verlötet werden. 9. The method according to claim 7, characterized in that the tips (1.13) of the comb-like end (1.12) of the connecting part (1.1) with the distributed Electrode (6) are soldered. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt zusätzliche nicht für Verbindungen benötigte Stützpunkte (4) auf dem Substrat (2) als Justiermittel für den zweiten Schritt aufgebracht werden. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in, that in the first step additional support points not required for connections (4) be applied to the substrate (2) as an adjustment means for the second step.
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