DE19849919A1

DE19849919A1 - Active semiconductor module

Info

Publication number: DE19849919A1
Application number: DE19849919A
Authority: DE
Inventors: Heiko Dr Deumer
Original assignee: Duewag AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 1999-05-12
Also published as: DE29719778U1

Abstract

The module has at least one semiconductor module (1). This is fastened to a metallised, electrically insulating ceramic substrate (2). The module also has a base plate (3) which has at least one heat pipe (4). The ceramic substrate is soldered directly onto the base plate.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungshalbleiter modul mit mindestens einem Halbleiterbauelement, das auf einem metallisierten, elektrisch isolierenden Keramik substrat befestigt ist, und mit einer Basisplatte, die zumindest ein Wärmerohr aufweist.The invention relates to a power semiconductor module with at least one semiconductor component based on a metallized, electrically insulating ceramic substrate is attached, and with a base plate, the has at least one heat pipe.

Die im Halbleiterbauelement entstehende Verlustwärme begrenzt in der Regel die elektrischen Parameter, insbe sondere die Schaltfrequenz. Vor allem in Anbetracht der mit modernen Halbleiterbauelementen erreichbaren Lei stungsdichten werden Technologien zur Kühlung realisiert, die insbesondere auf dem Einsatz von Wärmerohren (heat pipes) beruhen.The heat loss generated in the semiconductor component usually limits the electrical parameters, esp special the switching frequency. Especially considering the Lei achievable with modern semiconductor components technologies for cooling are realized, which are particularly based on the use of heat pipes (heat pipes).

Bei einem zum Stand der Technik gehörenden Leistungs halbleitermodul mit den eingangs genannten Gattungsmerk malen ist das mit dem Halbleiterbauelement versehene Keramiksubstrat durch Löten mit einer Trägerplatte (Zwischen-Basisplatte) verbunden, die ihrerseits über Schrauben an der das Wärmerohr aufweisenden Basisplatte des gesamten Kühlkörpers befestigt ist. Bei dieser Bauweise wird als nachteilig angesehen, daß die Träger platte und die Basisplatte zum Erzeugen der erforder lichen ebenen Kontaktflächen mechanisch bearbeitet werden müssen; zusätzlich ist es notwendig, zwischen den Kon taktflächen der beiden vorgenannten Platten Wärmeleitpa ste einzusetzen. With a performance belonging to the state of the art semiconductor module with the generic type mentioned painting is that provided with the semiconductor component Ceramic substrate by soldering with a carrier plate (Intermediate base plate) connected, which in turn via Screws on the base plate containing the heat pipe of the entire heat sink is attached. At this Construction is considered disadvantageous that the carrier plate and the base plate to produce the required planar contact surfaces are machined mechanically have to; in addition, it is necessary to distinguish between the con tact surfaces of the two aforementioned plates ste use.

Durch die DE-OS 35 04 992 ist ein Leistungshalbleitermo dul mit zumindest einem Wärmerohr bekannt, das auf der dem Halbleiterbauelement zugewandten Seite im Substrat integriert ist. Die Nachteile eines solchen Moduls liegen in dem erheblichen Fertigungsaufwand und der begrenzten Wärmeabfuhr.DE-OS 35 04 992 is a power semiconductor mo dul with at least one heat pipe known on the the side facing the semiconductor component in the substrate is integrated. The disadvantages of such a module lie in the considerable manufacturing effort and the limited Heat dissipation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leistungs halbleitermodul im Hinblick auf eine möglichst hohe Verlustleistungsabfuhr und eine einfache, kostengünstige Fertigung auszubilden.The invention has for its object a performance semiconductor module with a view to the highest possible Power dissipation and a simple, inexpensive Train manufacturing.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Keramiksubstrat direkt auf die Basisplatte gelötet ist.This object is achieved in that the ceramic substrate is soldered directly onto the base plate is.

Das direkte Auflöten des Keramiksubstrats auf die Basis platte ermöglicht vorteilhaft die Anwendung von Stan dardbauteilen und damit eine besonders kostengünstige Fertigung des Leistungshalbleitermoduls. Durch das besagte direkte Auflöten, bei dem eine früher übliche Trägerplatte (Zwischen-Basisplatte) entfällt, verringert sich außerdem günstig der thermische Übergangswiderstand innerhalb des Moduls, so daß eine höhere, forcierte Abfuhr von Verlustleistung erreicht wird.The direct soldering of the ceramic substrate onto the base plate advantageously allows the use of Stan standard components and thus a particularly cost-effective one Production of the power semiconductor module. By the said direct soldering, in which a previously common Carrier plate (intermediate base plate) omitted, reduced the thermal contact resistance is also favorable inside the module so that a higher, forced Power dissipation is achieved.

Gemäß dem in der Zeichnung schematisch und als Ausschnitt dargestellten Ausführungsbeispiel eines Leistungshalb leitermoduls nach der Erfindung ist ein Leistungshalb leiter-Bauelement 1 durch Löten (Lotschicht 5) mit einem elektrisch isolierenden Keramiksubstrat 2 verbunden, das auf jeder Seite eine Kupferschicht 6 aufweist. Die Kupferschichten 6 können zum besseren Löten vernickelt sein. Um die thermische Ausdehnung zu begrenzen, besteht die Möglichkeit, hier nicht gezeigte Molybdänzwischen scheiben einzusetzen, die allerdings nicht zwingend sind. Die Dicke des Keramiksubstrats 2 kann den geforderten elektrischen Parametern frei angepaßt werden, beispiels weise zum Erzielen sehr hoher Isolationswerte des Halb leiterbauelements 1 gegenüber dem Bezugspotential einer Basisplatte 3.According to the embodiment of a power semiconductor module according to the invention, shown schematically and as a detail in the drawing, a power semiconductor component 1 is connected by soldering (solder layer 5 ) to an electrically insulating ceramic substrate 2 which has a copper layer 6 on each side. The copper layers 6 can be nickel-plated for better soldering. In order to limit the thermal expansion, it is possible to use molybdenum washers, not shown here, but these are not mandatory. The thickness of the ceramic substrate 2 can be freely adapted to the required electrical parameters, for example to achieve very high insulation values of the semiconductor component 1 with respect to the reference potential of a base plate 3 .

Das Keramiksubstrat 2 ist über seine untere Kupferschicht 6 direkt auf die Basisplatte 3 gelötet (Lotschicht 7), in die ein Wärmerohr 4 eingelassen ist. Es können Wärmerohre 4 mit oder ohne Kapillarstruktur verwendet werden. Die Anzahl der Wärmerohre 4 sowie deren Größe und die Anzahl der Kühlrippen sind dem jeweiligen Anwendungsfall ent sprechend auszuwählen. Nach dem Auflöten des Keramiksub strats 2 werden die Wärmerohre 4 mit einer für den Anwendungsfall geeigneten Flüssigkeit gefüllt und mittels üblicher Technologien verschlossen.The ceramic substrate 2 is soldered directly via its lower copper layer 6 onto the base plate 3 (solder layer 7 ), into which a heat pipe 4 is embedded. Heat pipes 4 with or without a capillary structure can be used. The number of heat pipes 4 , their size and the number of cooling fins are to be selected accordingly for the respective application. After soldering the ceramic substrate 2 , the heat pipes 4 are filled with a liquid suitable for the application and sealed using conventional technologies.

Reference list

11

Leistungshalbleiter-Bauelement
Power semiconductor component

22nd

Keramiksubstrat
Ceramic substrate

33rd

Basisplatte
Base plate

44th

Wärmerohr
Heat pipe

55

Lotschicht
Solder layer

66

Kupferschicht
Copper layer

77

Lotschicht
Solder layer

Claims

Power semiconductor module with at least one semiconductor component ( 1 ) which is fastened on a metallized, electrically insulating ceramic substrate ( 2 ), and with a base plate ( 3 ) which has at least one heat pipe ( 4 ), characterized in that the ceramic substrate ( 2 ) is soldered directly onto the base plate ( 3 ).