Kuehlkoerpermontage von Leistungshalbleitern auf DCB ohne Verschraubung oder Klebung

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Siemens

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Abstract

Leistungshalbleiter werden oftmals auf Keramiksubstraten (DCB - Direkt Copper Bonding) montiert, um eine hohe elektrische Isolation bei guter thermischer Leitfaehigkeit zu erreichen. Die Schwierigkeit besteht darin, diese Substrate mit dem Kuehlkoerper derart zu verbinden, dass eine gute Entwaermung gewaehrleistet ist. Dies erhoeht die Ausnutzung der Leistungshalbleiter und verringert damit die Kosten pro Geraet. Die Befestigung des Substrats soll dabei jedoch mit moeglichst wenig Arbeitsaufwand und geringen Materialkosten durchgefuehrt werden. Ausserdem ist es guenstig, ueber eine verteilte Plazierung einen Waermespreizeffekt zu erzeugen. Die kupferkaschierten Keramiksubstrate werden bei der Umrichterherstellung zumeist als Module vorkonfiguriert von Bauelementeherstellern geliefert und auf einen Kuehlkoerper geschraubt oder geklebt. Beide Verfahren erzeugen jedoch einen Aufwand pro Keramiksubstrat, der somit Kosten verursacht. Eine Aufteilung auf mehrere Substrate ist oftmals nicht rentabel.

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Kuehlkoerpermontage von Leistungshalbleitern auf DCB ohne Verschraubung oder Klebung

Idee: Bernd Herrmann, DE-Erlangen; Matthias Kunick, DE-Erlangen

Leistungshalbleiter werden oftmals auf Keramiksubstraten (DCB - Direkt Copper Bonding) montiert, um eine hohe elektrische Isolation bei guter thermischer Leitfaehigkeit zu erreichen. Die Schwierigkeit besteht darin, diese Substrate mit dem Kuehlkoerper derart zu verbinden, dass eine gute Entwaermung gewaehrleistet ist. Dies erhoeht die Ausnutzung der Leistungshalbleiter und verringert damit die Kosten pro Geraet. Die Befestigung des Substrats soll dabei jedoch mit moeglichst wenig Arbeitsaufwand und geringen Materialkosten durchgefuehrt werden. Ausserdem ist es guenstig, ueber eine verteilte Plazierung einen Waermespreizeffekt zu erzeugen. Die kupferkaschierten Keramiksubstrate werden bei der Umrichterherstellung zumeist als Module vorkonfiguriert von Bauelementeherstellern geliefert und auf einen Kuehlkoerper geschraubt oder geklebt. Beide Verfahren erzeugen jedoch einen Aufwand pro Keramiksubstrat, der somit Kosten verursacht. Eine Aufteilung auf mehrere Substrate ist oftmals nicht rentabel.

Die Idee besteht nun darin, dass eine Befestigung erzeugt wird, indem die kupferkaschierten Keramiksubstrate direkt (unloesbar) mit dem Kuehlkoerper verbunden werden. Dies kann durch eine Verloetung des Moduls erfolgen oder indem im Spritzgussverfahren Keramiksubstrate an der Umrandung fest umschlossen werden. Die Verloetung...