CN108352367A

CN108352367A - 用于制造具有包封外壳的电设备的方法

Info

Publication number: CN108352367A
Application number: CN201680069318.2A
Authority: CN
Inventors: T.皮尔克; H.施密特; P.施特迪勒
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-07-31
Anticipated expiration: 2036-11-17
Also published as: DE102015223415A1; WO2017089211A1; CN108352367B; KR102577381B1; MY193405A; KR20180087258A; JP6629447B2; JP2018536997A

Abstract

提出了一种用于制造具有电构件（12）的电设备（10）的方法，所述电构件由具有粘合剂外壳（22）的包封外壳（20）至少部分地包封。该方法包括如下步骤：‑提供粘合剂外壳（22）；‑将添加物（28）混合到粘合剂外壳（22）中；‑将具有带添加物（28）的粘合剂外壳（22）的包封外壳（20）涂覆到电构件（12）上；而且‑对包封外壳（20）进行处理，其中通过所述处理，添加物（28）从粘合剂外壳（22）到达包封外壳（20）与电构件（12）之间的接触面（24），而且在该接触面（24）上构造功能层（26）和/或使被包封外壳（20）润湿的接触面（24）增大。

Description

用于制造具有包封外壳的电设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有电构件的电设备的方法，所述电构件由包封外壳至少部分地包封，以及本发明涉及一种这样的电设备。

背景技术

如今，最重要的是功率电子模块和鲁棒的传感器系统的可靠性和效率的提高以及成本的降低。当前的包封材料（环氧化合物、硅树脂化合物）被限制到低于200℃的温度范围。通过使包封材料的温度范围开拓直至300℃或350℃，可以使现代功率半导体（例如SiC）的工作范围扩展得超过200℃，而不必放弃包封材料的附加功能（例如保护以防周围环境影响、经改善的热流）。

从DE102013112267A1公知一种半导体模块，其具有由不同的粘合剂类型构成的覆盖半导体模块的包封外壳。在这种情况下，包封外壳具有增附层，所述增附层在单独的制造步骤中通过喷射来涂覆到半导体模块上。

发明内容

本发明的主题是一种用于制造具有电构件的电设备的方法，所述电构件由具有粘合剂外壳的包封外壳至少部分地包封，该方法具有如下步骤：

- 提供粘合剂外壳；

- 将添加物混合到粘合剂外壳中；

- 将具有带添加物的粘合剂外壳的包封外壳涂覆到电构件上，使得电构件至少部分地由包封外壳包封；而且

- 对包封外壳进行处理，其中通过所述处理，添加物从粘合剂外壳到达包封外壳与电构件之间的接触面，而且在该接触面上构造功能层和/或使被包封外壳润湿的接触面增大。

本发明的主题还是一种具有电构件的电设备，所述电构件由具有粘合剂外壳的包封外壳至少部分地包封，其中添加物布置在包封外壳与电构件之间的接触面上，所述添加物从粘合剂外壳的内部到达包封外壳与电构件之间的接触面，由此在该接触面上构造了具有添加物的功能层和/或由此增大了被包封外壳润湿的接触面。

本发明的主题还是添加物的用于在电设备的电构件的具有粘合剂外壳的包封外壳上构造功能层的应用，其中添加物通过对包封外壳的处理而到达包封外壳与电构件之间的接触面并且在该接触面上构造功能层和/或使被包封外壳润湿的接触面增大。

电构件例如可以是半导体器件、传感器元件、电感、电容、电池组电池、电池组模块或整个电路。然而，在本发明的范围内，电构件可以被理解为任何有源的和无源的器件或高功率器件。在这种情况下，该电设备可具有载体衬底，电构件布置在所述载体衬底上。

在本发明的范围内，粘合剂可以被理解为无机的无金属的水合粘结剂。在这种情况下，粘合剂水合地硬化，也就是说与水在形成稳定的不能溶解的化合物的情况下进行化学反应。在这种情况下，粘合剂可以在该方法开始时或在水合作用之前被构造为细磨的粉末，所述细磨的粉末与水或添加物水在形成水合物的情况下发生反应、凝固和硬化。在此，水合物可构造针状物和/或薄板，所述针状物和/或薄板交织在一起并且因此导致粘合剂的强度高。与此相反，磷酸盐粘合剂不是水合地硬化。在形成盐凝胶的情况下进行酸-碱反应，所述盐凝胶稍后凝固成大多无定形的外壳。在酸-碱反应的情况下交换H⁺（氢离子）。

粘合剂主要可以由铝酸钙组成并且在水合作用期间构造铝酸钙水合物。有利的是，粘合剂外壳具有高铝水泥、尤其是由高铝水泥组成。高铝水泥（简称CAC）在欧洲根据DINEN 14647来调节。高铝水泥主要由铝酸一钙（CaO * Al203）组成。

高铝水泥例如可具有如下成分：

- Al203：大于或等于67.8重量百分比；

- CaO：小于或等于31.0重量百分比；

- Si02：小于或等于0.8重量百分比；

- Fe203：小于或等于0.4重量百分比。

在本发明的范围内，添加物可以被理解为添加剂或层形成剂。可替换地或附加地，添加物也可具有促进润湿的特性。添加物可以在混合到粘合剂外壳中的步骤之前粉末状地来构造。然而，添加物也可以具有液态成分。因此，添加物可以作为溶液或弥散物或悬浮物、例如具有水成分的溶液或弥散物或悬浮物而存在。理想地，添加物混合或溶解在混合水中。添加物可以被混合到干燥的粘合剂外壳或粘合剂粉末混合物中，也就是说在必要时混入添加物水之前被混合到干燥的粘合剂外壳或粘合剂粉末混合物中。但是，添加物也可以被混合到湿的粘合剂外壳或粘合剂粉末混合物中，也就是说在必要时已经混入添加物水之后被混合到湿的粘合剂外壳或粘合剂粉末混合物中。

在本发明的范围内，包封外壳可以被理解为任何类型的封装（Packaging）。包封外壳可以被构造为粘合剂复合材料。也就是说，换言之，包封外壳可具有带填充物的粘合剂基质以及添加物。包封外壳可以在处理的步骤之前和/或期间具有如下成分：

- 粘结剂高铝水泥：大于或等于8重量百分比至小于或等于47重量百分比（例如SECAR71）；

- 反应试剂水：大于或等于10重量百分比至小于或等于28重量百分比；

- 添加物：大于或等于1重量百分比至小于或等于25重量百分比；

- 填充物：大于或等于25重量百分比至小于或等于82重量百分比。

填充物可以从由如此材料组成的组中选择：

- Al2O3：细的d50大约1μm至粗的d50大约150-200μm；

- Alpha-Si3N4：细的大约1μm至粗的大约100μm；

- Hex. BN：细的大约15μm至粗的大约250μm；

- SiC：细的大约10-50μm至粗的大约600μm；

- AlN：细的大约1μm至粗的大约100μm。

通过处理的步骤，还可以激发添加物。处理的步骤可包括多个子步骤。处理的步骤可包括水合步骤和/或凝固步骤和/或干燥步骤和/或时效硬化步骤。处理的步骤也可以包括等待步骤，以便例如使“突发的”过程等待或进行。通过处理的步骤，添加物可以从粘合剂外壳的内部被“驱赶”到包封外壳与电构件之间的接触面上。然而，通过处理的步骤，也可以等待，直至添加物在没有协助的情况下继续从粘合剂外壳的内部到达包封外壳与电构件之间的接触面。也就是说，换言之，在处理的步骤中可以等待，直至添加物例如由于重力而到达包封外壳与电构件之间的接触面。通过处理的步骤，还可以激发添加物，以便在该接触面上构造功能层和/或使被包封外壳润湿的接触面增大。在这种情况下，接触面优选地也包括包封外壳与载体衬底之间的接触面，必要时在载体衬底上布置有电器件。

现在，通过按照本发明的方法可能的是：通过将适当的添加物添加到粘合剂外壳中，有利地在对包封外壳的处理时或在对包封外壳的处理期间，也就是在同一制造步骤中，同时附加地在包封外壳与电构件之间的接触面上产生功能层和/或使被包封外壳润湿的接触面增大。也就是说，换言之，例如在包封外壳凝固或干燥时，在接触面上引起分界层，所述分界层沉淀或沉积在电构件上，在那里变硬并且由此已经在该阶段期间提供对于电构件以及必要时其它组件的保护。可替换地或附加地，例如在包封外壳凝固或干燥时，添加物沉积在接触面上，而且由于所述添加物的特性而使被包封外壳润湿的接触面增大。因此，一方面取消了在将粘合剂外壳涂覆到电构件上之前对电构件的涂层的附加处理步骤。另一方面，功能层的（保护）功能已经在对包封外壳的处理期间被提供并且不是在制造完成之后才被提供。

还有利的是，功能层被构造为电和/或化学绝缘层和/或被构造为增附层。因此，功能层可具有电绝缘和/或化学绝缘的和/或增附的特性。通过在接触面上的电绝缘功能层或电绝缘层，可以在对包封外壳的处理的步骤期间、也就是说在水合过程和/或凝固过程和/或干燥过程和/或时效硬化过程期间通过还湿的包封外壳防止电短路。通过在接触面上的化学绝缘功能层或化学绝缘层，可以在对包封外壳的处理的步骤期间、也就是说在水合过程和/或凝固过程和/或干燥过程和/或时效硬化过程期间保护（敏感的）金属或组件以防强碱性的粘合剂外壳。此外，这样的功能层在电设备制造完成之后或在电设备运行期间也提供对电构件的附加的保护以防侵入到包封外壳中的异物。可替换地或附加地，功能层也可具有增附的特性或改善附着的特性，以便确保包封外壳在电构件以及必要时载体衬底上的最优的附着并且借此也确保经改善的密封特性。

还有利的是，对包封外壳的处理的步骤包括如下处理中的至少一个：

- 给包封外壳加载振动、摇动和/或离心运动；

- 对包封外壳进行热处理；

- 将包封外壳暴露在限定的气体环境下；

- 给包封外壳加载限定的压力；

- 给包封外壳加载限定的波长和强度的电磁辐射，例如UV辐射、红外辐射、可见光。

通过给包封外壳加载振动、摇动和/或离心运动，可以非常简单地使添加物离解，以便这样到达接触面。

热处理可包括在退火炉中的退火步骤。热处理可以在大于或等于40°C至小于或等于95°C的范围内进行。

气体环境例如可以被构造为具有被提高的直至100%的空气湿度的大气或空气。该气体环境也可具有催化剂或促进剂分子。

通过该措施，可以以简单的方式和方法来适配用于激活添加物的功能性的参数，使得添加物可以可靠地并且高效地到达包封外壳与电构件之间的接触面而且在该接触面上构造功能层或使被包封外壳润湿的接触面增大。

还有利的是：通过对包封外壳的处理的步骤，添加物沉降或悬浮到包封外壳与电构件之间的接触面上。在这种情况下，添加物可以在包封外壳与电构件之间的接触面上变浓和/或在包封外壳与电构件之间的接触面上发生反应，以便构造功能层和/或使被润湿的接触面增大。因此，添加物可以被构造为使得所述添加物在确定的框架条件（温度、UV辐射、pH值）下发生反应。特别优选的是如下材料或颗粒，所述材料或颗粒在粘合剂沉积物中例如由于重力而良好地下降或沉降到包封外壳与电器件之间的接触面并且在那里变浓。在这种情况下，接触面必须位于包封外壳之下，以便添加物可以由于密度差而下降。通过使该装置旋转180°、也就是说通过将包封外壳布置得使得接触面位于包封外壳之上，也可以使用如下材料或颗粒，所述材料或颗粒在粘合剂沉积物中悬浮并且快速地组合成一个层。也可设想的是，添加物具有两种反应物，所述反应物在将包封外壳涂覆到电构件上时亚临界地稠密地溶解在粘合剂外壳中并且在处理时变浓。通过该措施，添加物可以简单地到达接触面，以便在那里构造功能层和/或使被润湿的接触面增大。

还有利的是，执行如下附加的步骤：将反应层布置在包封外壳与电构件之间的接触面上，使得添加物可以在接触面上与反应层发生反应生成功能层。也就是说，换言之，在将包封外壳涂覆到电构件上之前，将反应层涂覆到电构件上。反应层例如可以被构造为单分子聚合物层。反应层可具有六甲基二硅氮烷（HMDS）。因为现在在包封外壳与电构件之间的接触面上布置有反应层，所以添加物可以在接触面上与反应面发生反应生成功能层，使得可以优化层形成并且进一步改善绝缘和附着特性。

也有利的是，添加物从由如下材料构成的组中选择：单体、聚合物、尤其是硅树脂、和无机材料、尤其是氧化物、氮化物、硅烷、陶瓷。在这种情况下，所选择的材料必须被构造为在处理时或在退火时以及必要时在运行时稳定地经受住要求温度。添加物尤其可具有乙烯醇或乙烯醇的混合物或者由乙烯醇或乙烯醇的混合物组成。这些材料或材料组具有很好的电绝缘特性和化学绝缘特性，而且因此特别良好地适合于对电构件以及敏感的金属和其它组件的保护以防短路和有腐蚀性的强碱性的粘合剂外壳。

还有利的是，功能层和添加物被构造为在处理的步骤之后分解或溶解。这一点例如可以由于在运行时形成的例如超过250℃的热而实现。也就是说，换言之，功能层仅仅被设置用于“关键阶段”、即干燥和时效硬化过程，以便防止在湿的粘合剂外壳中的电短路以及提供化学保护以防腐蚀性的强碱性的粘合剂外壳，而且该功能层紧接着溶解。这提供了如下优点：很薄的功能层就足够，所述很薄的功能层不必提供长期的绝缘效果。因为干燥的粘合剂良好地绝缘，所以在这种情况下功能层仅须相对于微小的电流绝缘，直至粘合剂外壳干燥。

也有利的是，添加物还布置在粘合剂外壳的内部中。在这种情况下，也可以只有微量的添加物存在于粘合剂外壳中。由于在粘合剂外壳中的添加物“过剩”，在形成层之后有一定的残留部分在粘合剂外壳中剩下，由此确保了添加物的最初的量对于构造优选地完整地构造的功能层来说是足够的。

还有利的是，添加物是润湿助剂。在这种情况下，润湿助剂或者增附剂或底漆优选地可以是硅烷增附剂。通过该措施，由于被润湿的接触面的增大而可以进一步改善粘合剂的附着。

附图说明

在下文，本发明依据随附的附图示例性地进一步予以阐述。其中：

图1示出了按照本发明的一个实施例的电设备的图示。

具体实施方式

在图1中示出了按照本发明的电设备，所述电设备以其整体地配备有附图标记10。

电设备10具有电构件12。电构件12被构造为半导体器件12。电构件12布置在载体衬底14上。在电构件12与载体衬底14之间布置有铜层16。在这种情况下，铜层16具有多个功能，即改善吸热和放热，针对电构件12提供电接触可能性以及必要时作为在涂覆时包封外壳的流动停止。

电构件12通过接合线18与载体衬底14的对置于接合线的侧面连接，由此能够实现电构件12与外部的电接触。在这种情况下，载体衬底14例如可以被构造为平板，用于接触电构件12的印制导线或电触点还可以集成到所述平板中。印制导线也可以布置在载体衬底14的表面上。载体衬底14可以被构造成芯片。

电设备10还具有包封外壳20，所述包封外壳具有粘合剂外壳22。包封外壳20或粘合剂外壳22被构造为圆顶封装体（Glob-Top）。包封外壳20或粘合剂外壳22布置在载体衬底14上。在这种情况下，粘合剂外壳22在未被载体衬底14覆盖的表面上包封电构件12。因此，电构件12被载体衬底14和包封外壳20完全包封。此外，粘合剂外壳22也覆盖载体衬底14的一部分，粘合剂外壳通过所述部分与载体衬底14固定连接。

电设备在包封外壳20或粘合剂外壳22与电构件之间具有接触面24。在这种情况下，接触面24也包括在包封外壳20与载体衬底14之间的接触面。在接触面24上布置有功能层26。按照本发明，功能层26具有添加物28。在这种情况下，添加物28通过对包封外壳24的处理或在对包封外壳24的处理期间、尤其是在粘合剂外壳22凝固时从粘合剂外壳22的内部到达包封外壳20与电构件12之间的接触面24。这例如可以通过使添加物28沉降和/或悬浮到包封外壳20与电构件12之间的接触面24上来实现。接着，按照本发明，通过添加物28在接触面24上的积聚和变硬以及必要时在接触面24上的化学反应，已经形成功能层26。在这种情况下，功能层26优选地电绝缘并且化学绝缘地以及增附地来构造，以便在时效硬化过程期间通过还湿的包封外壳20来防止电短路并且提供对构件的保护以防碱性的粘合剂外壳22以及改善包封外壳20在电构件12以及必要时载体衬底14上的附着。

然而，一定也可设想的是：添加物28在接触面24上没有构造功能层，而是使被包封外壳20润湿的接触面24增大，由此同样可以实现包封外壳20在电构件12以及必要时载体衬底14上的附着改善。紧接于此，添加物28可以溶解在包封外壳22的碱性的凝胶相中。

在制造电设备10时，首先提供例如粉末状的粘合剂外壳22。紧接着将添加物28混合到粘合剂外壳22中，所述添加物例如也可以粉末状地存在。紧接着，使液态的组分、例如水与必要时助熔剂Melflux混合。接着，具有粘合剂外壳22、添加物28和水的湿的包封外壳20被抽气，被涂覆到电构件12上并且被成形、例如借助于注塑或浇注来成形。在这之后，例如在60℃和相对空气湿度为90%的情况下，对包封外壳20进行处理、尤其是热处理或退火，由此实现包封外壳22的凝胶化、结晶、缝合以及时效硬化。在这种情况下，该空气湿度预防了水损失（水-粘合剂值）而且该温度造成对所希望的结构的构造。按照本发明，在处理时或在处理期间、也就是说从形成凝胶直至时效硬化，添加物28从所涂覆的包封外壳20的内部到达包封外壳20与电构件12之间的接触面24，例如通过沉降或悬浮到达包封外壳20与电构件12之间的接触面24，而且在该接触面24上构造功能层26，例如其方式是所述添加物在接触面24上发生反应并且变硬。可替换地或附加地，添加物28也可以使被包封外壳20润湿的接触面24增大。最后，例如在300℃的情况下，具有保护层26的包封外壳20可选地被处理，接着脱模并且进行时效处理。

Claims

1.用于制造具有电构件（12）的电设备（10）的方法，所述电构件由具有粘合剂外壳的包封外壳（20）至少部分地包封，所述方法具有如下步骤：

- 提供所述粘合剂外壳（22）；

- 将添加物（28）混合到所述粘合剂外壳（22）中；

- 将具有带所述添加物（28）的粘合剂外壳（22）的包封外壳（20）涂覆到所述电构件（12）上；而且

- 对所述包封外壳（20）进行处理，其中通过所述处理，所述添加物（28）从所述粘合剂外壳（22）到达所述包封外壳（20）与所述电构件（12）之间的接触面（24），而且在所述接触面（24）上构造功能层（26）和/或使被所述包封外壳（20）润湿的接触面（24）增大。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘合剂外壳（22）具有高铝水泥，尤其是由高铝水泥组成。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述功能层（26）被构造为绝缘层（26）和/或被构造为增附层（26）。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，对所述包封外壳（20）的处理的步骤包括如下处理中的至少一个：

- 给所述包封外壳（20）加载振动、摇动和/或离心运动；

- 对所述包封外壳（20）进行热处理；

- 将所述包封外壳（20）暴露在限定的气体环境下；

- 给所述包封外壳（20）加载限定的压力；

- 给所述包封外壳（20）加载电磁辐射。

5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过对所述包封外壳（20）的处理的步骤，所述添加物（28）沉降或悬浮到所述包封外壳（20）与所述电构件（12）之间的接触面（24）上。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述添加物（28）在所述包封外壳（20）与所述电构件（12）之间的接触面（24）上变浓和/或在所述包封外壳（20）与所述电构件（12）之间的接触面（24）上发生反应，以便构造所述功能层（26）和/或以便使被润湿的接触面（24）增大。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于如下附加步骤：

- 将反应层布置在所述包封外壳（20）与所述电构件（12）之间的接触面（28）上，使得所述添加物（28）能够在所述接触面上与所述反应层发生反应生成所述功能层（26）。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述添加物（28）从由如此材料组成的组中选择：单体、聚合物、尤其是硅树脂、和无机材料、尤其是氧化物、氮化物、硅烷、陶瓷。

9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述添加物（28）是润湿助剂。

10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述功能层（26）和/或所述添加物（28）被构造为在所述处理的步骤之后被分解。

11.具有电构件（12）的电设备（10），尤其是根据权利要求1至10之一来制造的具有电构件（12）的电设备（10），所述电构件由具有粘合剂外壳（22）的包封外壳（20）至少部分地包封，其特征在于，添加物（28）布置在所述包封外壳（20）与所述电构件（12）之间的接触面（24）上，所述添加物从所述粘合剂外壳（22）的内部到达所述包封外壳（20）与所述电构件（12）之间的接触面（24），由此在所述接触面（24）上构造了具有所述添加物（28）的功能层（26）和/或增大了被所述包封外壳（20）润湿的接触面（24）。

12.根据权利要求11所述的电设备（10），其特征在于，所述添加物（28）已经混合在所述粘合剂外壳（22）中，而且从所述粘合剂外壳（22）的内部沉降和/或悬浮到所述包封外壳（20）与所述电构件（12）之间的接触面（24）上，由此在所述接触面（24）上构造了所述功能层（26）。

13.根据权利要求11或12所述的电设备（10），其特征在于，所述添加物（28）还布置在所述粘合剂外壳（22）的内部中。

14.根据权利要求11至13之一所述的电设备（10），其特征在于，所述电构件（12）是半导体器件（12）、传感器元件、电感、电容、电池组电池、电池组模块或电路。

15.添加物（28）的应用，所述添加物用于将功能层（26）构造在电设备（10）、尤其是根据权利要求1至10之一制造的或者根据权利要求11至14之一所述的电设备（10）的电构件（12）的具有粘合剂外壳（22）的包封外壳（20）上，其中通过对所述包封外壳（20）的处理，所述添加物（28）到达所述包封外壳（20）与所述电构件（12）之间的接触面（24），而且在所述接触面（24）上构造所述功能层（26）和/或使被所述包封外壳（20）润湿的接触面（24）增大。