TO-247-Gehäuse für Leistungshalbleiter: Komplettlösung für Hochleistungsanwendungen

Der globale Markt für diskrete TO-Gehäuse erreichte 4,83 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025, Wachstum 8,1 % Der Bedarf an Leistungshalbleitern für Elektrofahrzeuge, Photovoltaik-Wechselrichter und Energiespeichersysteme steigt jährlich, angetrieben durch die stark wachsende Nachfrage. Unter den TO-Gehäusefamilien hat sich TO-247 als erste Wahl für Hochleistungs- und Hochstromanwendungen etabliert. Mit 3 bis 5 Pins ist es für Ströme von 30–80 A geeignet und somit das Standardgehäuse für IGBTs, SiC-MOSFETs und Superjunction-MOSFETs in Industrieantrieben, Traktionswechselrichtern für Elektrofahrzeuge, On-Board-Ladegeräten und DC/DC-Wandlern.

Da SiC-MOSFET-Bauelemente aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeableitungseigenschaften zunehmend im TO-247-Gehäuse eingesetzt werden – was eine schnelle Wärmeableitung und einen stabilen Betrieb in Umgebungen mit hohen Temperaturen ermöglicht –, ist die Nachfrage nach zuverlässigen, qualitativ hochwertigen TO-247-Gehäuselösungen so groß wie nie zuvor.

Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die vollständiger TO-247-Verpackungsprozess, wobei jeder Schritt von der Wafervorbereitung bis zum Endtest abgedeckt wird, mit empfohlenen Gerätelösungen für jede Phase.

Überblick

TO-247 ist ein bedrahtetes Stromversorgungsgehäuse, das sich durch folgende Merkmale auszeichnet:

Großes Stanzwerkzeug: Bietet Platz für die größten Leistungschips der TO-Familie
3–5 Pins: Standard 3-polig (TO-247-3L), 4-polig mit Kelvin-Emitter (TO-247-4L) und 5-polige Varianten
Integrierte Kühlkörperlasche: Die rückseitige Metalllasche dient sowohl als thermische als auch als elektrische Verbindung.
Aktuelle Kapazität: 30–80 A, wobei einige Varianten bis zu 200 A unterstützen.
Ultradicke Aluminiumdrahtbondierung: 300–500 μm Aluminiumdrähte, oft in Mehrdraht-Parallelschaltung zur Reduzierung des Widerstands und zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit

Vollständiger TO-247-Verpackungsprozessablauf

Der TO-247-Gehäuseprozess folgt dem Standard-TO-Serien-Workflow mit spezifischen Anpassungen für hohe Leistungsanforderungen:

Wafer-Rückseitenschleifen → Wafer-Vereinzeln → Plasmareinigung → Chipmontage → Drahtbonden → Formgebung → Beschneiden und Formen → Testen und Sortieren → Inspektion

Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Aufschlüsselung jedes einzelnen Schrittes mit den empfohlenen Ausrüstungsgegenständen.

Schritt 1: Wafer-Rückseitenschleifen (Wafer-Dünnung)

Leistungshalbleiterchips für TO-247 sind typischerweise 200–350 µm dick und verfügen über eine rückseitige Metallisierung zur optimalen Wärmeableitung. Der Wafer muss auf die Zieldicke geschliffen werden, wobei die Oberflächenqualität für die nachfolgende Chipmontage erhalten bleiben muss.

Empfohlene Ausrüstung	Artikel	Zweck
Vollautomatische Schleif-/Poliermaschine	HY-TP9730	Rückseitenverdünnung und Polieren des Leistungschips, Reduzierung des Wärmewiderstands

Schritt 2: Wafer zerkleinern

Das TO-247-Gehäuse zeichnet sich durch große Chipgrößen mit breiten Ritzlinien aus. Beim Vereinzeln muss auf Absplitterungen und Risse geachtet werden, da Leistungschips anfälliger für mechanische Beschädigungen sind.

Empfohlene Ausrüstung	Artikel	Zweck
Vollautomatische Doppelspindel-Säge + Sortierer	HY-WD1202	Verhinderung von Spanvereinzelung, Rissen und Absplitterungen bei großen Leistungsdichten

Schritt 3: Plasmareinigung

Der Kupfer- oder Eisen-Nickel-Leadframe sowie die Chipoberfläche müssen gründlich von Ölen, Oxiden und Partikeln gereinigt werden. Dieser Schritt ist entscheidend, um Delaminationen beim Spritzgießen zu verhindern und eine starke Haftung der Chipbefestigung und der Drahtbondierung zu gewährleisten.

Empfohlene Ausrüstung	Artikel	Zweck
Vakuum-Plasmareiniger	HY-EI160	Großflächige Leadframe-Chargenreinigung, Delaminierungsvermeidung

Schritt 4: Die Matrize anbringen

Das TO-247-Gehäuse erfordert eine Hochleistungs-Die-Attach-Verbindung mit Silber-Epoxidharz oder eutektischer Bondierung. Die große Inselfläche verlangt hohe Platzierungskräfte und Präzision mit einer Scherfestigkeit des Chips von ≥ 5 kg. Für SiC/GaN-Bauelemente wird die eutektische Die-Attach-Verbindung aufgrund ihrer überlegenen Wärmeleitfähigkeit und Hochtemperaturzuverlässigkeit bevorzugt.

Empfohlene Ausrüstung	Artikel	Zweck
Hochleistungs-Die-Bonder	HY-DB812	TO-247-Gehäuse für Hochleistungs-Die-Attach, hohe Scherfestigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit
Eutektischer Die Bonder	HY-GD4000	Eutektische Verbindung für Hochleistungs-SiC/GaN-Bauelemente.

Schritt 5: Drahtbonden (Wichtig für Leistungshalbleiter)

Das Drahtbonden ist wohl der kritischste Schritt bei der TO-247-Gehäusefertigung. Im Gegensatz zu Kleinsignalbauteilen erfordert TO-247 extrem dicke Aluminiumdrähte (300–500 µm) mit mehreren parallelen Drähten, um hohe Ströme zu bewältigen und gleichzeitig Widerstand und Induktivität zu minimieren. Die großen Chips und die dicken Drähte benötigen spezielle Tiefenbondgeräte mit hoher Ultraschallleistung.

Empfohlene Ausrüstung	Artikel	Zweck
Doppelkopf-Drahtbonder für schwere Aluminiumdrähte	HY-HW3850	TO-247 Hochstrom-Dickdrahtbonden aus Aluminium, Widerstandsreduzierung, Erhöhung der Strombelastbarkeit

Schritt 6: Formen (Transferformverfahren)

TO-247 erfordert aufgrund der großen Gehäusegröße und der dicken Epoxidharz-Verkapselung große Formen mit hohem Schließdruck (bis zu 180 Tonnen). Der Formprozess muss Lufteinschlüsse minimieren und eine vollständige Füllung um dicke Bonddrähte und große Chips gewährleisten.

Empfohlene Ausrüstung	Artikel	Zweck
Vollautomatisches Formgebungssystem (180T)	HY-PS8180	TO-247 Hochdruck-Großformspritzguss, Reduzierung von Lufteinschlüssen, Optimierung der Wärmeableitung

Schritt 7: Zuschneiden und Formen

Nach dem Spritzgießen muss der Leadframe beschnitten und geformt werden. Das TO-247-Gehäuse zeichnet sich durch einen langen Rahmen mit 3–5 dicken Pins aus, was präzises Beschneiden und Formen erfordert. Die Koplanarität muss auf ≤ 0,1 mm begrenzt sein.

Empfohlene Ausrüstung	Artikel	Zweck
Vollautomatisches Trim- und Formsystem	HY-TF221	TO-247-spezifische Schneid-, Biege- und Vereinzelungsanlagen

Schritt 8: Testen & Sortieren

TO-247 erfordert Hochspannungs- und Hochstromprüfungen mit Temperaturregelung und Zwangsluftkühlung. Die Prüfbuchse muss schwere Bauteile aufnehmen können und ein Durchbrennen der Pins während der Hochstromprüfung verhindern.

Empfohlene Ausrüstung	Artikel	Zweck
Schwerlast-Turmhandhabungsgerät	HY-TS936H	TO-247 Hochspannungs- und Hochstromprüfung, Durchbrennschutz, Serienfertigung

Schritt 9: AOI- und Röntgeninspektion

Bei TO-247-Gehäusen ist eine Röntgenprüfung obligatorisch, um interne Lufteinschlüsse, Leiterbahnverläufe und Chipverschiebungen zu überprüfen. Die AOI-Prüfung verifiziert die Qualität des Gehäuses und die Integrität der Pins.

Empfohlene Ausrüstung	Artikel	Zweck
Röntgeninspektionssystem	HY-XR5010	Fehlererkennung, Prüfung auf Drahtbrüche, Erkennung von Chipverschiebungen
AOI-System	HY-BI300	Aussehen der Verpackung, Überprüfung der Stiftverformung

Zusammenfassung

Das TO-247-Gehäuse stellt die Spitze der bedrahteten Leistungshalbleitergehäuse dar und bietet unübertroffene Strombelastbarkeit, exzellente Wärmeleistung und bewährte Zuverlässigkeit für anspruchsvollste Hochleistungsanwendungen. Der gesamte Gehäuseprozess – vom Wafer-Rückseitenschleifen bis zur Endkontrolle – erfordert in jeder Phase Spezialausrüstung, insbesondere für:

Ultradickes Aluminiumdrahtbonden (300–500 μm) mit parallelen Mehrdrahtkonfigurationen
Hochdruckformung (180T) mit großen, speziell angefertigten Formen