Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
SEMICONDUCTOR MODULE COMPRISING A HOUSING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/209186
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a semiconductor module (2) comprising a housing (4), at least one semiconductor component (10), a first substrate (18) and a second substrate (30). In order to provide a semiconductor module (2), which is more compact in comparison to the prior art, it is proposed that at least the semiconductor component (10) and the first substrate (18) are arranged in the housing (4), wherein the semiconductor component (10) is electrically conductively connected to at least one pin (14), wherein the at least one pin (14) is in contact with the second substrate (18) and is non-detachably connected within the housing (4), wherein the first substrate (18) is force-lockingly connected in the housing (4) via the at least one pin (14).

Inventors:
NÄHRIG MATTHIAS (DE)
SCHMENGER JENS (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/054833
Publication Date:
October 21, 2021
Filing Date:
February 26, 2021
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01L23/049; H02M7/00; H05K3/36; H01L23/24
Foreign References:
US20180241319A12018-08-23
EP1032042A22000-08-30
EP1624531A12006-02-08
CN106611758A2017-05-03
US10581426B12020-03-03
US20120320545A12012-12-20
DE102017207382B42020-01-02
EP2086064A12009-08-05
US20180241319A12018-08-23
EP1032042A22000-08-30
EP1624531A12006-02-08
CN106611758A2017-05-03
US10581426B12020-03-03
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Halbleitermodul (2) mit einem Gehäuse (4), mindestens einem Halbleiterbauelement (10), einem ersten Substrat (18) und einem zweiten Substrat (30), wobei zumindest das Halbleiterbauelement (10) und das erste Substrat (18) in dem Gehäuse (4) angeordnet sind, wobei das Halbleiterbauelement (10) elektrisch leitend mit mindestens einem Pin (14) verbunden ist, wobei der mindestens eine Pin (14) mit dem zweiten Sub strat (18) kontaktiert und innerhalb des Gehäuses (4) unlös bar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Substrat (18) über den mindestens einen Pin (14) kraftschlüssig im Gehäuse (4) verbunden ist, wobei die kraftschlüssige Verbindung durch Verklemmen herge stellt ist.

2. Halbleitermodul (2) nach Anspruch 1, wobei der Pin (14) in einem ersten Kontaktbereich (16) mit dem ersten Substrat (18) ein Übermaß mit einem elastisch und/oder plastisch nachgebenden Bereich zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung aufweist.

3. Halbleitermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das erste Substrat (18) eine erste Ausnehmung (20) aufweist, die den Pin (14) zumindest teilweise umschließt.

4. Halbleitermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Substrat (18) zumindest im Bereich der ersten Ausnehmung (20) eine metallische Beschichtung (22) aufweist, sodass das erste Substrat (18) elektrisch leitend mit dem Halbleiterbauelement (10) verbunden ist.

5. Halbleitermodul (2) nach Anspruch 4, wobei die metallisch beschichtete erste Ausnehmung (20) als offene Ausnehmung ausgeführt ist, die den Pin (14) im ersten Kontaktbereich (16) teilweise, insbesondere maximal zur Hälf te, umschließt.

6. Halbleitermodul (2) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die metallisch beschichtete erste Ausnehmung (20) als Bohrungssegment ausgeführt ist.

7. Halbleitermodul (2) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Pin (14) derartig in der metallisch beschichteten ersten Ausnehmung (20) angeordnet ist, dass eine im Wesent lichen linienförmige Pressungsverteilung (P) ausgebildet ist.

8. Halbleitermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Substrat (30) eine metallisch beschichtete zweite Ausnehmung (34) aufweist, über welche der Pin (14) kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem zweiten Sub strat (30) elektrisch leitend verbunden ist.

9. Halbleitermodul (2) nach Anspruch 8, wobei ein Durchmesser (d2) der zweiten Ausnehmung (34) klei ner als ein Durchmesser (dl) der ersten Ausnehmung (20) ist.

10. Halbleitermodul (2) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das zweite Substrat (30) über den mindestens einen

Pin (14) elektrisch leitend mit dem Halbleiterbauelement (10) verbunden ist.

11. Halbleitermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Pin (14) als freistehender Pin ausgeführt ist und einen elastischen Abschnitt (36) aufweist.

12. Halbleitermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Pin (14) zumindest teilweise im Gehäuse (4) ver laufend angeordnet ist.

13. Halbleitermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, welches einen Sensor (42) umfasst, welcher zumindest einen Sensoranschluss (44, 46) aufweist, wobei das Halbleiterbauelement (41) zumindest einen Treiber anschluss (48, 50) umfasst und wobei zumindest ein Sensoranschluss (44, 46) und zumindest ein Treiberanschluss (48, 50) über einen gemeinsamen Pin (52) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

14. Umrichter (54) mit mindestens einem Halbleitermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13. 15. Verfahren zu Herstellung eines Halbleitermoduls (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das erste Substrat (18) durch Verklemmen mit dem Pin (14) verbunden wird und daraufhin das zweite Sub strat (30) mit demselben Pin (14) verbunden wird.

Description:
Beschreibung

Halbleitermodul mit einem Gehäuse

Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul mit einem Gehäuse, mindestens einem Halbleiterbauelement, einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat.

Ferner betrifft die Erfindung einen Umrichter mit mindestens einem derartigen Halbleitermodul.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zu Her stellung eines derartigen Halbleitermoduls, wobei das erste Substrat mit dem Pin verbunden wird und daraufhin das zweite Substrat mit demselben Pin verbunden wird.

Halbleitermodule, insbesondere Leistungsmodule, umfassen in der Regel Halbleiterbauelemente, insbesondere Leistungshalb leiter, beispielsweise IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transis toren), welche in einem Gehäuse aufgenommen und mit einem Keramiksubstrat verbunden sind. Das Halbleitermodul umfasst ferner zumindest zwei weitere Substrate, beispielsweise eine Hauptplatine mit einem Interface und eine Treiberplatine, welche mit dem Keramiksubstrat kontaktiert sind. Zur Kontak tierung werden separate Kontakte, Pins genannt, verwendet, die im Gehäuse oder auf dem Keramiksubstrat befestigt sind. Diese Kontakte benötigen Bauraum, wodurch die Größe des Leis tungsmoduls beeinflusst wird.

Die Patentschrift DE 102017 207 382 B4 beschreibt eine Halb leitervorrichtung aufweisend eine Leistungsvorrichtung, einen Sensor, welcher einen physikalischen Zustand der Leistungs vorrichtung misst, um ein Signal gemäß dem physikalischen Zustand zu übertragen, einen Hauptelektrodenanschluss, durch welchen ein Hauptstrom der Leistungsvorrichtung fließt, einen Sensorsignalanschluss, der mit dem Sensor verbunden ist, um ein Signal von dem Sensor zu empfangen, einen Treiberan schluss, welcher eine Treiberleistung empfängt, um die Leis- tungsvorrichtung zu treiben und ein Gehäuse mit offener Un terseite, welches die Leistungsvorrichtung, den Sensor, den Hauptelektrodenanschluss, den Sensorsignalanschluss und den Treiberanschluss aufnimmt, wobei der Sensorsignalanschluss und der Treiberanschluss beide einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisen, welche von einer inneren Seitenwandoberfläche des Gehäuses entfernt vorgesehen sind, wobei der erste und zweite Anschluss elektrisch miteinander verbunden sind, um eine Doppelstruktur zu bilden. Der erste Anschluss weist eine Länge auf, die ermöglicht, dass ein vor deres Endteil davon von einer oberen Oberfläche des Gehäuses außen vorsteht und das Signal und die Treiberleistung von/nach außen eingibt/ausgibt. Der zweite Anschluss weist eine Länge auf, die nicht zulässt, dass ein vorderes Endteil davon von der oberen Oberfläche des Gehäuses außen vorsteht.

Die Offenlegungsschrift EP 2 086 064 Al beschreibt einen elektrischen Einpresskontakt, insbesondere einen Einpress- stiftkontakt, zur Übertragung von elektrischem Strom und/oder elektrischen Signalen, mit einem Einpressabschnitt und einem Montageabschnitt, die über einen Entlastungsabschnitt mitei nander mechanisch gekoppelt sind. Der Entlastungsabschnitt weist einen Ausgleichsbereich und einen Anschlagbereich auf, wobei der Ausgleichsbereich eine gekoppelte Relativbewegung des Einpressabschnitts und des Montageabschnitts zulässt, und der Anschlagbereich eine Aufeinanderzubewegung von Einpress abschnitt und Montageabschnitt blockiert.

Die Offenlegungsschrift US 2018/0241319 Al beschreibt eine elektronische Vorrichtung aufweisend ein erstes Substrat, ein Verdrahtungssubstrat (zweites Substrat), das über dem ersten Substrat angeordnet ist, und ein Gehäuse, in dem das erste Substrat und das Verdrahtungssubstrat untergebracht sind und das eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist.

Die Offenlegungsschrift EP 1032 042 A2 beschreibt einen Stromrichter umfassend ein Halbleitermodul, das eine Leis tungseinheit enthält, die aus einem Leistungshalbleiter und einer Steuereinheit zum Steuern des Leistungshalbleiters be steht, wobei die Leistungseinheit Leistungshalbleiterelemente enthält, die jeweils auf einem Lead-Frame aufgeklebt sind.

Die Offenlegungsschrift EP 1 624 531 Al beschreibt einen Ein pressverbinder zum elektrisch leitfähigen Verbinden von Lei terplatten mit voneinander beabstandeten Einsteckzonen, die mit voneinander abweichenden Querschnitten und Durchmessern ausgebildet sind.

Die Offenlegungsschrift CN 106 611 758 A beschreibt eine in tegrierte Gehäusestruktur für ein Leistungsmodul, die ein Ge häuse, ein erstes Schaltungssubstrat, ein zweites Schaltungs substrat, einen ersten Pin, einen zweiten Pin und einen drit ten Pin umfasst, wobei das Gehäuse mit einem Hohlraum verse hen ist; das zweite Schaltungssubstrat relativ oberhalb des ersten Schaltungssubstrats angeordnet ist und beide Schal tungssubstrate in dem Hohlraum untergebracht sind.3

Die Offenlegungsschrift US 10,581,426 Bl beschreibt ein elektronisches Bauelement enthaltend einen ersten Halbleiter chip mit einem ersten FET, dessen Drain mit einem Schaltkno ten verbunden ist, dessen Source mit einem Referenzknoten verbunden ist und dessen Gate mit einem ersten Schaltsteuer- knoten verbunden ist. Der erste Chip enthält auch einen als Diode geschalteten Bipolartransistor, der eine Temperaturdio de neben dem ersten FET ausbildet. Die Temperaturdiode ent hält eine Kathode, die mit dem Referenzknoten verbunden ist, und eine Anode, die mit einem Vorspannungsknoten verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleitermodul anzugeben, welches, im Vergleich zum Stand der Technik, kom pakter ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Halbleiter modul mit einem Gehäuse, mindestens einem Halbleiterbauele ment, einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat, wobei zumindest das Halbleiterbauelement und das erste Substrat in dem Gehäuse angeordnet sind, wobei das Halbleiterbauelement elektrisch leitend mit mindestens einem Pin verbunden ist, wobei der mindestens eine Pin mit dem zweiten Substrat kon taktiert und innerhalb des Gehäuses unlösbar verbunden ist, wobei das erste Substrat über den mindestens einen Pin kraft schlüssig im Gehäuse verbunden ist, wobei die kraftschlüssige Verbindung durch Verklemmen hergestellt ist.

Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Umrichter mit mindestens einem derartigen Halbleitermodul gelöst.

Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zu Herstellung eines derartigen Halbleitermoduls gelöst, wobei das erste Substrat durch Verklemmen mit dem Pin verbunden wird und daraufhin das zweite Substrat mit demsel ben Pin verbunden wird.

Die in Bezug auf das Halbleitermodul nachstehend angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinnge mäß auf den Umrichter und das Herstellungsverfahren übertra gen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, in einem Halb leitermodul, welches ein Gehäuse aufweist und in welchem ein erstes Substrat und ein zweites Substrat zu kontaktieren sind, Bauraum einzusparen, indem mindestens ein Pin dazu ver wendet wird ein zweites Substrat elektrisch leitend zu kon taktieren und, in einer zusätzlichen Funktion, ein erstes Substrat über den mindestens einen Pin kraftschlüssig im Ge häuse zu verbinden. Unter einer kraftschlüssigen Verbindung über den mindestens einen Pin des ersten Substrats im Gehäuse ist zu verstehen, dass das erste Substrat über mindestens einen Pin mit dem Gehäuse oder mit mindestens einer weiteren Komponente, welche mit dem Gehäuse in einer, insbesondere mechanischen, Verbindung steht, kraftschlüssig verbunden ist. Der Pin stellt eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Halbleiterbauelement her und ist innerhalb des Gehäuses un- lösbar verbunden. Eine unlösbare Verbindung wird beispiels weise durch Vergießen, Löten oder Sintern hergestellt. Auf grund der unlösbaren Verbindung des Pins im Gehäuse wird das erste Substrat über den Pin im Gehäuse kraftschlüssig verbun den. Die kraftschlüssige Verbindung wird beispielsweise durch Verklemmen hergestellt. Durch eine derartige Anordnung werden Verbindungsmittel, beispielsweise Schrauben und/oder weitere Pins, sowie Bauraum eingespart. Das erste und das zweite Sub strat sind beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Epo xidharz, insbesondere FR4, hergestellt und weisen beispiels weise eine beidseitige zumindest teilweise strukturierte Metallisierung, insbesondere eine Oberflächenmetallisierung, auf. Zumindest das erste Substrat ist zusammen mit dem Halb leiterbauelement in dem Gehäuse angeordnet, was zusätzlich Bauraum einspart. Bei der Montage wird zunächst das erste Substrat über den Pin kraftschlüssig verbunden, woraufhin das zweite Substrat mit demselben Pin verbunden wird. Ein derar tiges Herstellungsverfahren ist leicht und kostengünstig zu realisieren .

Besonders vorteilhaft weist der Pin in einem ersten Kontakt bereich mit dem ersten Substrat ein Übermaß mit einem elas tisch und/oder plastisch nachgebenden Bereich zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung auf. Ein Übermaß ist bei spielsweise eine Verdickung, insbesondere eine Stanzung. Ist der Bereich vorwiegend elastisch nachgebend ausgeführt, ist die kraftschlüssige Verbindung reversibel. Durch einen derar tig ausgestalteten ersten Kontaktbereich ist das Substrat einfach im Gehäuse verbindbar.

Bei einer weiteren Ausgestaltung weist das erste Substrat eine erste Ausnehmung auf, die den Pin zumindest teilweise umschließt. Die Ausnehmung ist als geschlossene Ausnehmung, die den Pin vollständig umschließt, oder als offene bezie hungsweise geöffnete Ausnehmung, die den Pin teilweise um schließt, ausgeführt. Eine Kontur der Ausnehmung ist abgerun det oder weist zumindest eine Ecke auf. Durch eine derartige Ausnehmung wird zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung ein Formschluss erreicht, was zu einer mechanisch stabileren Verbindung führt.

Besonders vorteilhaft weist das erste Substrat zumindest im Bereich der ersten Ausnehmung eine metallische Beschichtung auf, sodass das erste Substrat elektrisch leitend mit dem Halbleiterbauelement verbunden ist. Insbesondere im Vergleich zum Löten ist bei einer derartigen Verbindung kein zusätzli cher Arbeitsschritt erforderlich.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die metallisch beschichtete erste Ausnehmung als offene Ausnehmung ausge führt ist, die den Pin im ersten Kontaktbereich teilweise, insbesondere maximal zur Hälfte, umschließt. Eine derartige Ausnehmung ist insbesondere am Rand des ersten Substrats oder am Rand einer Aussparung des ersten Substrats angeordnet, wo beispielsweise keine zu bestückenden Komponenten, insbesonde re SMD-Komponenten, angeordnet sind, sodass kein zusätzlicher Platz für die erste Ausnehmung erforderlich ist. Eine derar tige offene Ausnehmung ist daher platzsparend.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist die metallisch beschich tete erste Ausnehmung als Bohrungssegment ausgeführt. Derar tige Bohrungssegmente sind einfach und kostengünstig her stellbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Pin derartig in der metallisch beschichteten ersten Ausnehmung angeordnet ist, dass eine im Wesentlichen linienförmige Pressungsvertei lung ausgebildet ist. Eine derartige Pressungsverteilung ist für die kraftschlüssige Verbindung, insbesondere Klemmung, des ersten Substrats ausreichend und ist einfach und kosten günstig herstellbar.

Bei einer weiteren Ausgestaltung weist das zweite Substrat eine metallisch beschichtete zweite Ausnehmung auf, über welche der Pin kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem zweiten Substrat elektrisch leitend verbunden ist. Eine kraftschlüssige Verbindung ist beispielsweise durch Einpres sen und eine stoffschlüssige Verbindung ist beispielsweise durch Löten herstellbar. Erfahrungsgemäß haben sich derartige Verbindungen als vorteilhaft erwiesen.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass ein Durchmesser der zweiten Ausnehmung kleiner als ein Durchmesser der ersten Ausnehmung ist. Beispielsweise wird bei einer Fertigung des Halbleitermoduls zuerst das erste Substrat mit der größeren ersten Ausnehmung über den zweiten Kontaktbereich des Pins bewegt, ohne diesen zu berühren und wird im Bereich des ers ten Kontaktbereichs kraftschlüssig verbunden. Daraufhin wird das zweite Substrat mit der kleineren zweiten Ausnehmung im zweiten Kontaktbereich desselben Pins verbunden. Durch die unterschiedlichen Durchmesser sind zwei Substrate einfach und kostengünstig mit demselben Pin verbindbar.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist das zweite Substrat über den mindestens einen Pin elektrisch leitend mit dem Halblei terbauelement verbunden ist. Auf diese Weise ist das Halblei terbauelement platzsparend mit zwei Substraten verbindbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Pin als freistehender Pin ausgeführt ist und einen elastischen Ab schnitt aufweist. Ein derartiger freistehender Pin ist außer halb des Gehäuses, welches beispielsweise ein Keramiksubstrat umschließt, angeordnet und frei auf dem Keramiksubstrat posi tionierbar. Der elastische Abschnitt gleicht thermische Be lastungen, insbesondere thermische Längendehnungen, aus und trägt so zur mechanischen Stabilität bei.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist der Pin zumindest teil weise im Gehäuse verlaufend angeordnet. Beispielsweise ist der Pin zumindest teilweise in das Gehäuse eingegossen. Er fahrungsgemäß hat sich eine derartige Anordnung als vorteil haft erwiesen. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Halbleiter modul einen Sensor umfasst, welcher zumindest einen Sensoran schluss aufweist, wobei das Halbleiterbauelement zumindest einen Treiberanschluss umfasst und wobei zumindest ein Senso ranschluss und zumindest ein Treiberanschluss über einen ge meinsamen Pin elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Der Sensor ist beispielsweise als Temperatursensor ausge führt, welcher thermisch mit dem Halbleiterbauelementverbun den ist. Beispielsweise sind ein Treiberanschluss, insbeson dere ein Emitteranschluss, und ein Sensoranschluss mit einem gemeinsamen Bezugspotential, insbesondere mit einer negati ven, Versorgungsspannung des Halbleiterbauelements verbunden. Alternativ wird ein gemeinsamer Pin über ein Frequenzmulti plexverfahren verwendet, wobei der Treiberanschluss in einem ersten Frequenzbereich und der Sensoranschluss in einem zwei ten Frequenzbereich betrieben werden. Ein derartiger gemein samer Pin spart Bauraum im Halbleitermodul ein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

FIG 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines

Ausschnitts einer ersten Ausgestaltung eines Halb leitermoduls,

FIG 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines

Ausschnitts einer zweiten Ausgestaltung eines Halb leitermoduls,

FIG 3 eine vergrößerte Längsschnittdarstellung der ersten Ausgestaltung eines Halbleitermoduls im ersten Kon taktbereich, FIG 4 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung der ersten Ausgestaltung eines Halbleitermoduls im ersten Kon taktbereich,

FIG 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines

Ausschnitts einer dritten Ausgestaltung eines Halb leitermoduls,

FIG 6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines

Ausschnitts einer vierten Ausgestaltung eines Halb leitermoduls,

FIG 7 eine schematische Darstellung eines Teils einer Schaltung des Halbleitermoduls und

FIG 8 eine schematische Darstellung eines Umrichters mit einem Halbleitermodul.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen han delt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Kom ponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, wel che die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiter bilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.

FIG 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer ersten Ausgestaltung eines Halbleitermo duls 2, welches ein Gehäuse 4 aufweist, das aus einem Kunst stoff gefertigt ist. Das Gehäuse 4 weist eine offene Unter seite auf und umschließt ein DCB-Keramiksubstrat 6, welches beispielsweise Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid enthält und eine beidseitige zumindest teilweise strukturierte Metal lisierung, welche beispielsweise Kupfer enthält, aufweist.

Das Gehäuse 4 und das DCB-Keramiksubstrat 6 liegen auf einer metallischen Bodenplatte 8 auf und sind mit dieser, insbeson dere stoffschlüssig, verbunden. Die Bodenplatte 8 ist insbe sondere als Kühlkörper, welcher beispielsweise Aluminium und/oder Kupfer enthält, ausgeführt, wobei die der Bodenplat te 8 zugewandte Metallisierung des DCB-Keramiksubstrats 6 elektrisch und thermisch leitend mit der Bodenplatte 8 ver bunden ist. Auf der Bodenplatte 8 abgewandten Metallisierung des DCB-Keramiksubstrats 6 ist ein Halbleiterbauelement 10 stoffschlüssig mit der Metallisierung des DCB- Keramiksubstrats 6 verbunden. Das Halbleiterbauelement 10 ist über einen Bonddraht 12 elektrisch leitend mit einem Pin 14 verbunden, welcher in das Gehäuse 4 eingebettet ist. Der Pin 14 weist in einem ersten Kontaktbereich 16 ein Übermaß mit einem elastisch und/oder plastisch nachgebenden Bereich auf, wobei der erste Kontaktbereich 16 aus dem Gehäuse 4 her vorsteht. Der Pin 14 weist beispielsweise im ersten Kontakt bereich 16 einen Presspass-Anschluss auf. Ein erstes Sub strat 18, welches beispielsweise zumindest eine Treiberschal tung, Signalverarbeitung und/oder eine Snubber-Schaltung um fasst, ist über den Pin 14 im Gehäuse durch Einklemmen kraft schlüssig verbunden, wobei der Pin 14 im ersten Kontaktbe reich 16 elastisch und/oder plastisch verformt wird. Das ers te Substrat 18 weist eine erste Ausnehmung 20 auf, in welche der Pin 14 teilweise aufgenommen ist. Darüber hinaus weist das erste Substrat 18 eine beidseitige zumindest teilweise strukturierte Metallisierung, insbesondere eine Oberflächen metallisierung, auf und ist aus einem glasfaserverstärkten Epoxidharz, insbesondere FR4, hergestellt. Im Bereich der ersten Ausnehmung 20 weist das erste Substrat 18 eine verti kale Metallisierung 22 auf, welche mit der Oberflächenmetal lisierung elektrisch leitend verbunden ist, sodass das erste Substrat 18 über den Pin 14 elektrisch leitend mit dem Halb leiterbauelement 12 verbunden ist. Insbesondere umschließt die metallisch beschichtete erste Ausnehmung 20 den Pin 14 im ersten Kontaktbereich 16 maximal zur Hälfte, wobei die erste Ausnehmung 20 beispielsweise als Bohrungssegment ausgeführt ist. Alternativ ist die erste Ausnehmung 20 gefräst ausge führt und/oder weist mindestens eine Ecke auf. Auf mindestens einer gegenüberliegenden Seite des Halbleitermoduls 2, wel ches aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist, ist das erste Substrat 18 über mindestens einen weiteren Pin 14 oder über das Gehäuse 4 selbst zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung kontaktiert.

Darüber hinaus weist das Gehäuse 4 im Wesentlichen unmittel bar unterhalb des ersten Kontaktbereichs 16 eine Auflageflä che 24 auf, sodass das erste Substrat 18 im Wesentlichen ho rizontal auf dem Gehäuse 4 aufliegt. Unterhalb der Auflage fläche 24 umfasst das Halbleitermodul 2 eine Vergussmasse 26, welche das Halbleiterbauelement 10 und den Bonddraht 12 um schließt. Ein Deckel 28, welcher beispielsweise aus einem Kunststoff hergestellt ist, ist auf dem ersten Substrat 18 angeordnet, wobei das erste Substrat 18 optional durch den Deckel 28 auf das Gehäuse 4 gepresst wird. Der Pin 14 ver läuft außerhalb des Gehäuses 4 durch den Deckel 28 und ein zweites Substrat 30, wobei das zweite Substrat 30 eine beid seitige zumindest teilweise strukturierte Metallisierung, insbesondere Oberflächenmetallisierung, aufweist und aus ei nem glasfaserverstärkten Epoxidharz, insbesondere FR4, herge stellt ist. Der Pin 14 ist in einem zweiten Kontaktbereich 32 in einer, insbesondere zylinderförmigen, zweiten Ausneh mung 34 aufgenommen, welche den Pin 14 vollständig umgibt.

Im Bereich der zweiten Ausnehmung 34 weist das zweite Sub strat 30 eine vertikale Metallisierung 22 auf, welche mit der Oberflächenmetallisierung elektrisch leitend verbunden ist. Insbesondere bedeckt die vertikale Metallisierung 22 die zy linderförmige erste Ausnehmung 20 vollständig. Alternativ weist die Ausnehmung 20 eine eckige oder andersartige Form auf.

Der Pin 14 ist exemplarisch stoffschlüssig über eine Lötver bindung, mit der Metallisierung des zweiten Substrats 30 elektrisch und mechanisch verbunden, sodass das zweite Sub strat 30 über den Pin 14 elektrisch leitend mit dem Halblei terbauelement 10 verbunden ist. Das zweite Substrat 30, wel ches beispielsweise ein Interface und/oder eine Regelung auf weist, ist über die Verbindung mit dem Pin 14 im Halbleiter modul 2 fixiert. Optional ist das zweite Substrat 30 über weitere Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind, mit dem Gehäuse 4 verbunden.

FIG 2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer zweiten Ausgestaltung eines Halbleitermo duls 2. Das erste Substrat 18 weist eine beidseitige zumin dest teilweise strukturierte Metallisierung, insbesondere ei ne Oberflächenmetallisierung, sowie eine, insbesondere zylin derförmige, erste Ausnehmung 20 auf, welche den Pin 14 in ei nem ersten Kontaktbereich 16 vollständig umgibt. Im Bereich der ersten Ausnehmung 20 weist das erste Substrat 18 eine vertikale Metallisierung 22 auf, welche mit der Oberflächen metallisierung elektrisch leitend verbunden ist. Insbesondere bedeckt die vertikale Metallisierung 22 die zylinderförmige erste Ausnehmung 20 vollständig. Der Pin 14 weist im ersten Kontaktbereich 16 ein Übermaß mit einem elastisch und/oder plastisch nachgebenden Bereich auf, welcher beispielhaft als Presspass-Anschluss ausgeführt ist. Durch das Einpressen des ersten Substrats 18 wird der Pin 14 im ersten Kontaktbe reich 16 elastisch und/oder plastisch verformt.

Ein erster Durchmesser dl der ersten Ausnehmung 20 ist größer als ein zweiter Durchmesser d2 der zweiten Ausnehmung 34, so dass bei einer Fertigung des Halbleitermoduls 2 zuerst das erste Substrat 18 mit der ersten Ausnehmung 20 über den zwei ten Kontaktbereich 32 des Pins 14 bewegt und im Bereich des ersten Kontaktbereichs 16 kraftschlüssig verbunden wird. Da raufhin wird der Deckel 28 aufgesteckt und das zweite Sub strat 30 mit dem Pin 14 verbunden. Die weitere Ausführung des Halbleitermoduls 2 in FIG 2 entspricht der Ausführung in FIG 1. FIG 3 zeigt eine vergrößerte Längsschnittdarstellung der ers ten Ausgestaltung eines Halbleitermoduls 2 im ersten Kontakt bereich 16. Der Pin 14 ist derartig in der metallisch be schichteten ersten Ausnehmung 20 angeordnet und kraftschlüs sig mit dem ersten Substrat 18 verbunden, dass eine im We sentlichen linienförmige Pressungsverteilung P ausgebildet ist. Optional berührt der Pin 14 das Gehäuse 4 zur Ausbildung der kraftschlüssigen Verbindung. Die weitere Ausführung des Halbleitermoduls 2 in FIG 3 entspricht der Ausführung in FIG 1.

FIG 4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsdarstellung der ers ten Ausgestaltung eines Halbleitermoduls 2 im ersten Kontakt bereich 16, wobei der Pin 14 einen Presspass-Anschluss auf weist, welcher bei der Ausbildung der kraftschlüssigen Ver bindung mit dem ersten Substrat 18 elastisch und/oder plas tisch verformt wird. Die weitere Ausführung des Halbleitermo duls 2 in FIG 4 entspricht der Ausführung in FIG 1.

FIG 5 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer dritten Ausgestaltung eines Halbleitermo duls 2, wobei der Pin 14 als freistehender Einpresskontakt mit einem ersten Kontaktbereich 16 und einem zweiten Kontakt bereich 32 ausgeführt ist und wobei der Pin 14 im zweiten Kontaktbereich 32 einen Presspass-Anschluss aufweist, welcher mit der zweiten Ausnehmung 34 des zweiten Substrats 30 kraft schlüssig verbunden ist. Der freistehende Pin 14 ist außer halb des Gehäuses 4, welches das DCB-Keramiksubstrat 6 um schließt, angeordnet und frei auf dem DCB-Keramiksubstrat 6 positionierbar. Darüber hinaus weist der Pin 14 einen elasti schen Abschnitt 36 auf und ist mit der der Bodenplatte 8 ab gewandten Metallisierung des DCB-Keramiksubstrats 6 stoff schlüssig, insbesondere durch Löten oder Sintern, verbunden.

Das erste Substrat 18 weist eine, insbesondere rechteckförmi ge Aussparung 38 mit einer zumindest teilweise umlaufenden vertikalen Metallisierung 22 auf. Der Pin 14 weist im ersten Kontaktbereich 16 ein Übermaß mit einem elastisch und/oder plastisch nachgebenden Bereich auf, der exemplarisch als Presspass-Anschluss ausgeführt ist. Das erste Substrat 18 weist in der Aussparung 38 zumindest eine erste Ausnehmung 20 auf, in welcher die vertikale Metallisierung 22 ausgebildet und mit der Oberflächenmetallisierung elektrisch leitend ver bunden ist. Über die Aussparung 38 ist beispielsweise das zweite Substrat 30 unmittelbar mit dem DCB-Keramiksubstrat 6 verbindbar. Der Pin 14 ist in der ersten Ausnehmung 20 teil weise aufgenommen und mit dieser kraftschlüssig verbunden, sodass das erste Substrat 18 über den Pin 14 elektrisch lei tend mit dem Halbleiterbauelement 12 verbunden ist. Insbeson dere umschließt die metallisch beschichtete erste Ausneh mung 20 den Pin 14 im ersten Kontaktbereich 16 maximal zur Hälfte, wobei die erste Ausnehmung 20 exemplarisch als Boh rungssegment ausgeführt ist. Alternativ ist die erste Ausneh mung 20 gefräst mit mindestens einer Ecke ausgeführt. Der Pin 14 ist derartig in der metallisch beschichteten ersten Ausnehmung 20 angeordnet und kraftschlüssig mit dem ersten Substrat 18 verbunden, dass eine im Wesentlichen linienförmi ge Pressungsverteilung P ausgebildet ist. Die weitere Ausfüh rung des Halbleitermoduls 2 in FIG 5 entspricht der Ausfüh rung in FIG 1.

FIG 6 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer vierten Ausgestaltung eines Halbleitermo duls 2. Das erste Substrat 18 weist eine beidseitige zumin dest teilweise strukturierte Metallisierung, insbesondere eine Oberflächenmetallisierung, sowie eine, insbesondere zy linderförmige, erste Ausnehmung 20 auf, welche den Pin 14 in einem ersten Kontaktbereich 16 vollständig umgibt. Der Pin 14 ist mit dem ersten Substrat 18 kraftschlüssig verbunden, wodurch der Pin 14 im ersten Kontaktbereich 16 elastisch und/oder plastisch verformt wird. Ein erster Durchmesser dl der ersten Ausnehmung 20 ist größer als ein zweiter Durchmes ser d2 der zweiten Ausnehmung 34, sodass bei einer Fertigung des Halbleitermoduls 2 zuerst das erste Substrat 18 mit der größeren ersten Ausnehmung 20 über den zweiten Kontaktbe- reich 32 des Pins 14 bewegt und im Bereich des ersten Kon taktbereichs 16 kraftschlüssig verbunden wird. Daraufhin wird das zweite Substrat 30 mit der kleineren zweiten Ausneh mung 34 im zweiten Kontaktbereich 32 desselben Pins 14 ver bunden. Die weitere Ausführung des Halbleitermoduls 2 in FIG 6 entspricht der Ausführung in FIG 5.

FIG 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Schaltung 40 des Halbleitermoduls 2, welche ein Halbleiter bauelement 10, das als IGBT ausgeführt ist, mit einem Sen sor 42 aufweist. Alternativ ist der Sensor 42 außerhalb des Halbleiterbauelements 10 angeordnet und mit dem Halbleiter bauelement 10 verbunden. Beispielsweise ist der Sensor 42 als Temperatursensor ausgeführt, welcher thermisch mit dem Halb leiterbauelement 10 verbunden ist. Der Sensor weist einen ersten Sensoranschluss 44 und einen zweiten Sensoran schluss 46 auf. Das Halbleiterbauelement 10 weist einen ers ten Treiberanschluss 48 und einen zweiten Treiberanschluss 50 auf, wobei der zweite Sensoranschluss 46 und der zweite Trei beranschluss 50 kurzgeschlossen und mit einer, insbesondere negativen, Versorgungsspannung Vn des Halbleiterbauele ments 10 verbunden sind. Dem ersten Sensoranschluss 44 und dem ersten Treiberanschluss 48 ist jeweils ein Pin 14 zuge wiesen, wobei beispielsweise der Pin 14 des ersten Treiberan schlusses 48 kürzer als der Pin 14 des ersten Sensoranschlus ses 44 ausgestaltet ist, sodass der erste Treiberanschluss 48 mit dem ersten Substrat 18 und der erste Sensoranschluss 44 mit dem zweiten Substrat 30 verbindbar sind. Die kurzge schlossenen Anschlüsse 46, 50 sind mit einem gemeinsamen Pin 52, welcher einen erster Kontaktbereich 16 zur Verbindung mit dem ersten Substrat 18 oder einen zweiten Kontaktbe reich 32 zur Verbindung mit dem zweiten Substrat 30 aufweist, verbunden. Die Pins 14, 52 sind in FIG 7 symbolisch abstra hiert dargestellt, wobei der gemeinsame Pin 52, wie in den Figuren 1 bis 4 dargestellt, als ein in das Gehäuse 4 zumin dest teilweise integrierter Pin 14 oder, wie in den Figuren 5 bis 6 dargestellt, als freistehender Pin 14 ausführbar ist. FIG 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Umrichters 54 mit einem Halbleitermodul 2. Je nach Architektur weist der Umrichter 54 zumindest ein weiteres Halbleitermodul 2 auf. Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Halbleitermodul 2 mit einem Gehäuse 4, mindestens einem Halbleiterbauele ment 10, einem ersten Substrat 18 und einem zweiten Sub strat 30. Um ein Halbleitermodul 2 anzugeben, welches, im Vergleich zum Stand der Technik, kompakter ist, wird vorge- schlagen, dass zumindest das Halbleiterbauelement 10 und das erste Substrat 18 in dem Gehäuse 4 angeordnet sind, wobei das Halbleiterbauelement 10 elektrisch leitend mit mindestens ei nem Pin 14 verbunden ist, wobei der mindestens eine Pin 14 mit dem zweiten Substrat 18 kontaktiert und innerhalb des Ge- häuses 4 unlösbar verbunden ist, wobei das erste Substrat 18 über den mindestens einen Pin 14 kraftschlüssig im Gehäuse 4 verbunden ist.