Beschreibung Leistungsmodul Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul mit einem Träger ^¬ element, welches unterseitig auf einer Metallschicht angeord ^¬ net ist und oberseitig ein Kontaktelement aufweist, wobei auf dem Kontaktelement ein Halbleiterbauelement positioniert ist. Das Interesse gilt vorliegend insbesondere Leistungsmodulen, die im Bereich der Leistungselektronik eingesetzt werden. Der Bereich der Leistungselektronik beschäftigt sich üblicherweise mit der Umformung elektrischer Energie mit schaltenden Halbleiterbauelementen. Diese Halbleiterbauelemente, die auch als leistungselektronische Bauelemente bezeichnet werden kön ^¬ nen, können beispielsweise als Leistungsdioden, Leistungs- MUSFETs oder IGBTs ausgebildet sein. Dabei können ein oder mehrere Halbleiterbauelemente, welche auch als Chips bezeich ^¬ net werden, auf einem Substrat angeordnet sein und somit ein sogenanntes Leistungsmodul bilden. Das Substrat auf dem das oder die Halbleiterbauelemente mittels einer Aufbau und Ver ^¬ bindungstechnik mechanisch befestigt sind, kann auch zur elektrischen Verbindung der Halbleiterbauelemente dienen. Solche Substrate können beispielsweise ein Trägerelement aus einer Keramik umfassen, welches zur elektrischen Kontaktie- rung und mechanischen Befestigung der Halbleiterbauelemente mit Leiterbahnen und elektrischen Kontaktelementen, die beispielsweise aus Kupfer gebildet sind, beschichtet ist. Diese zu Leistungsmodulen verschalteten Halbleiterbauelemente können beispielweise Stromrichterfunktionen erfüllen und im Bereich der Elektromobilität, beispielsweise in der Antriebs ^¬ technik von Elektrofahrzeugen, eingesetzt werden. Besonders im Bereich der Elektromobilität existieren hohe Anforderungen an die Betriebsdauer und die Lebensdauer der Leistungsmodule. Dabei erreichen vor Allem Leistungsmodule mit der bisher verwendeten Aufbau- und Verbindungstechnik nicht die geforderte Betriebs- sowie Lebensdauer. Insbesondere bei der elektrischen Kontaktierung der Halbleiterbauelemente auf der Oberseite ist es erforderlich, eine zuverlässige elektrische Verbindung und damit einen Strom- fluss zu den Anschlüssen beziehungsweise Kontaktelementen herzustellen. Die Eigenschaften der elektrischen Verbindungen zwischen der Oberseite des Halbleiterbauelements beziehungs ^¬ weise des Chips und einem Kontaktelement des Substrats be ^¬ grenzen häufig die Haltbarkeit des Leistungsmoduls. Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, für diese elektrischen Verbindungen entsprechende Aluminium-Dickdrähte zu verwenden, welche auf das Halbleiterbauelement und das Kontaktelement gebondelt werden. Neuere Technologien sehen beispielsweise das Kupfer-Dickdraht-Bonden oder das sogenann- te „Bändchenbonden" vor. Andere Lösungen bestehen aus gesinterten, metallisierten Kunststofffolien . Weiterhin sind gelötete Stromschienen aus dickem Kupfer bekannt. Außerdem ist die sogenannte SiPLIT-Technologie (Siemens Planar Intercon- nect Technology) bekannt.

Alle diese Lösungen haben den Nachteil, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendeten Materialien stark von den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Substrats und des Halbleiterbauelements abweichen. Somit entstehen während des Betriebs starke mechanische Spannungen zwischen den Grenzschichten, welche wiederum zu einem Ausfall des Leistungsmoduls führen können .

Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung da- rin, ein Leistungsmodul zu schaffen mit einer verbesserten elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Leistungsmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Leistungsmodul mit einem Trägerelement gelöst, welches unterseitig auf einer Metallschicht angeordnet ist und oberseitig ein Kontaktele ^¬ ment aufweist, wobei auf dem Kontaktelement ein Halbleiter- bauelement positioniert ist. Die Erfindung zeichnet sich da ^¬ bei dadurch aus, dass das Halbleiterbauelement oberseitig durch eine Leadframe-Matrix mittels Anpressdruck elektrisch zu kontaktieren ist. Um die Verbindungsstelle zwischen Chipoberseite und Leadframe zu entlasten, soll der Leadframe nur auf die Chipoberseite drücken und nicht fest verbunden, also zum Beispiel gesintert werden. In der aktuellen Praxis besteht der Leadframe aus mehreren, voneinander getrennten Kupferleiterbahn. Erfin- dungsgemäß ist vorgesehen, dass die Leadframelei- terbahnen in einem Matrixmaterial wie zum Beispiel auf einem Epoxidharz vor der Montage vergossen werden. Das Matrixmaterial hat sowohl die Eigenschaft die Kupferleiterbahnen des Leadframes an Ort und Stelle zu halten um genaue Kontaktposi- tionen zu definieren sowie in die elektrische Isolation zwischen den Leiterbahnen zu gewährleisten. Aus dem Matrixmaterial ragt teilweise der unisolierte Leadframe zur Kontaktie- rung nach oben und unten heraus. In diese Kontaktierung auf der Unterseite werden mit einer definierten Kraft auf die Chipoberseite gedrückt. Das heißt, es wird eine definierte

Kraft auf das Matrixmaterial gebracht, welche eine dauerhafte Kontaktierung zwischen Leadframe und Chip sicherstellen soll. Es ist auch möglich, dass der Leadframe zunächst in ein

Kunststoffgehäuse gelegt und anschließend mit einer Matrix vergossen wird. Diese Kombination aus Kunststoffgehäuse und Leadframe wird später auf die DCB gedrückt, elastisch ver ^¬ klebt und mit elektrisch isolierendem Weichverguß gefüllt.

Der vergossene Leadframe ermöglicht ein einfaches Handling, da die voneinander getrennten Leadframeleiterbahnen in einem Matrixmaterial liegen. Außerdem ist der Leadframe durch das Matrixmaterial geschützt und kann geringen bis mittleren Kräften von außen widerstehen. Die Montage wird somit robus- ter. Darüber hinaus muss der Leadframe nicht direkt auf jeden einzelnen Chip gedrückt werden. Ein definierter Druck auf das Matrixmaterial verteilt gleichmäßig die Kraft auf die Kon ^¬ taktstellen. Ein Vorteil gegenüber dem Löten oder Sintern von Verbindungselementen liegt in der Verwendung von Standard- Chipoberflächen. Dadurch können kostengünstige Halbleiter zum Einsatz kommen. Außerdem wird der Leadframe nicht fest mit dem Chip verbunden, wodurch diese thermischen Spannungen ausbleiben .

Eine Fortführung des erfindungsgemäßen Konzepts kann vorsehen, dass die Leadframe-Matrix aus einer Mehrzahl von voneinander getrennten Leiterbahnen ausgebildet ist. Eine spezielle Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Konzepts kann darin bestehen, dass die Leiterbahnen Kupferleiterbahnen sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kon- zepts kann darin bestehen, dass die Leiterbahnen durch Vergießen vor der Montage in einem Matrixmaterial herzustellen sind .

Eine Fortführung dieses erfindungsgemäßen Konzepts kann darin bestehen, dass das Matrixmaterial ein Epoxidharz ist.

Eine spezielle Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Konzepts kann vorsehen, dass die unisolierten Leiterbahnen aus der Leadframe-Matrix herausragend ausgebildet sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Konzepts kann darin bestehen, dass die Leiterbahnen in einem Gehäuse ablegbar sind, um sie mit einer Matrix zu vergießen, so dass die Kombination aus Gehäuse und Leadframe-Matrix auf ei- ne DCP aufzubringen ist.

Eine Fortführung des erfindungsgemäßen Konzepts kann darin bestehen, dass die Kombination aus Gehäuse und Leadframe- Matrix elastisch zu verkleben ist und mit einem elektrisch isolierenden Weichverguß gefüllt ist.

Das erfindungsgemäße Leistungsmodul kann ein Trägerelement aufweisen, welches unterseitig auf einer Metallschicht ange ^¬ ordnet ist und welches oberseitig mit einem Kontaktelement bestückt ist, wobei auf dem Kontaktelement ein Halbleiterbau ^¬ element positioniert ist. Das Halbleiterbauelement kann vor ^¬ zugsweise als Plättchen ausgebildet sein mit integrierten Kontaktstellen. Die Kontaktstellen des Halbleiterbauelements werden oberseitig durch eine Leadframe-Matrix mittels Anpressdruck kontaktiert, ohne dass ein Sinterungsprozess oder ein ähnlicher Kontaktierungsprozess durchgeführt werden muss. Die Leadframe-Matrix ist aus einer Mehrzahl von voneinander getrennten Leiterbahnen, vorzugsweise Kupferleiterbahnen, ausgebildet, die mit einem Matrixmaterial, insbesondere einem Epoxidharz, vergossen werden. Die unisolierten Leiterbahnen ragen aus dieser Leadframe-Matrix heraus. Weitere Ausführungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung erläutert.

Dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung ein Halbleiterbauelement mit Kontaktstelle;

Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung eine elektrische Kontaktierung zwischen einer erfindungsgemäßen Leadframe und den Kontaktstellen des Halbleiterbauelements;

Fig. 3 in einer Schnittdarstellung eine elektrische Kontaktierung zwischen einer Leadframe und den Kontaktstellen des Halbleiterbauelements;

Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäße Leadframe-Matrix mit Halbleiterbauelement. In Figur 1 ist ein Halbleiterbauelement 1 in Form eines

Plättchens mit Kontaktstellen 2 dargestellt. Figur 2 zeigt eine elektrische Kontaktierung zwischen einer erfindungsgemäßen Leadframe 3 und den Kontaktstellen 2 des Halbleiterbauelements 1. Die Leadframe 3 ist aus einer Mehr ^¬ zahl von Leiterbahnen 4, vorzugsweise Kupferleiterbahnen, ausgebildet. Die Leiterbahnen 4 sind nicht planar in einer Ebene ausgebildet, sondern weisen Fortsätze 5 auf, die über eine Schräge 6 vorzugsweise zwei Leiterbahnen 4 in unter ^¬ schiedlichen Ebenen miteinander verbinden. Die Schrägen 6 können auch direkt auf die Kontaktstellen 2 führen. Figur 3 zeigt die Darstellung nach Figur 2. Aus dieser Figur 3 ist zu entnehmen, dass die Schräge 6 entweder zwei Fortsät ^¬ ze 5 der Leiterbahnen 4 auf unterschiedlichen Ebenen miteinander verbindet oder aber, dass die Schräge 6 auf der Kon ^¬ taktstelle 2 des Halbleiterbauelements 1 zugeführt ist.

In Figur 4 ist die erfindungsgemäße Leadframe-Matrix 7 mit einem Halbleiterbauelement 1 dargestellt. Die Leiterbahnen 4 können auch in einem Gehäuse abgelegt werden und mit einer Matrix beispielsweies aus einem Epoxidharz vergossen werden, so dass die Kombination aus Gehäuse und Leadframe-Matrix 7 auf einen DCB des Halbleiterbauelements 1 aufzubringen ist. Die Leadframe-Matrix 7 weist oberseitig Kontaktstellen 8 auf. Unterseitig in Richtung zum Halbleiterbauelement 1 ragen die federnden Kontakte in Form der unisolierten Leiterbahnen 4 aus dem Matrixmaterial heraus, um die Kontaktstellen 2 des

Halbleiterbauelements 1 zu kontaktieren. Die Kontaktstellen 2 des Halbleiterbauelements 1 werden demgemäß oberseitig durch eine Leadframe-Matrix 7 lediglich durch Anpressdruck kontaktiert .

Das erfindungsgemäße Leistungsmodul mit einem Halbleiterbau ^¬ element, welches oberseitig durch eine Leadframe-Matrix kon ^¬ taktiert wird zeichnet sich dadurch aus, dass die vergossene Leadframe-Matrix ein einfaches Handlmg ermöglicht, da die voneinander getrennte Leadframeleiterbahnen in einem Matrixmaterial liegen. Außerdem ist der Leadframe durch das Matrixmaterial geschützt und kann geringen bis mittleren Kräften von außen widerstehen. Die Montage wird dadurch robuster. Darüber hinaus muss der Leadframe nicht direkt auf jeden ein ^¬ zelnen Chip gedrückt werden. Ein definierter Druck auf das Matrixmaterial verteilt gleichmäßig die Kraft auf die Kon ^¬ taktstellen. Ein Vorteil gegenüber dem bisherigen Löten oder Sintern von Verbindungselementen besteht in der Verwendung von Standard-Chipoberflächen. Dadurch können kostengünstige Halbleiter zum Einsatz kommen. Zudem wird der Leadframe nicht fest mit dem Chip verbunden, wodurch thermische Spannungen ausbleiben .

Bezugs zeichenliste

1 Halbleiterbauelement

2 Kontaktstelle

3 Leadframe

4 Leiterbahnen

5 Fortsatz

6 Schräge

7 Leadform-Matrix

8 Kontaktstelle