DE10142472A1

DE10142472A1 - Elektronisches Hochleistung- und Leistungsbauteil mit Ausgangskontaktstiften

Info

Publication number: DE10142472A1
Application number: DE10142472A
Authority: DE
Inventors: Gottfried Beer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2002-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Hochspannungs- und Leistungsbauteil (1) mit Außenkontaktstiften (2) und/oder Außenkontaktfahne (3), die aus einem Gehäuse (4) herausragen, wobei das Gehäuse (4), die Außenkontaktstifte (2) und/oder die Außenkontaktfahne (3) teilweise von einer wärmeleitenden Hochspannungsisolations- und Kriechstromschutzschicht (5) auf organokeramischer Basis umgeben sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen elektronischen Bauteils.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronische Hochspannungs- und Leistungsbauteil mit Außenkontaktstiften und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der Gattung der unabhängigen Ansprü che.

Elektronische bzw. elektrische Bauteile, die zur Verarbeitung von Hochspannung und/oder Leistung eingesetzt werden, stellen immer höhere Anforderungen an ihre Zuverlässigkeit und Be triebssicherheit. Bei Bauteilen, die beispielsweise in Netz teilen eingesetzt werden, treten Spannungsspitzen auf, die bis in Bereiche von ca. 2,4 kV reichen. Dadurch können Luft strecken und Gehäuseoberflächen von Stromflüssen beaufschlagt werden, die zu Kurzschlüssen oder Leckströmen bzw. Kriech strömen führen, was bei kleineren Signalgrößen nicht auf tritt, jedoch bei hohen Potentialdifferenzen auftreten kann. Deshalb werden im Stand der Technik sogenannte "Mindestluft strecken" bzw. "Mindestkriechstromstrecken" gefordert, die das Durchschlagen verhindern.

Zum Vorsehen von solchen Mindestluftstrecken bzw. Mindest kriechstromstrecken wird ein erheblicher Aufwand beim Design von solchen elektronischen Bauteilen getrieben. Trotzdem kommt es immer noch zu unerwünschten Durchschlägen aufgrund zu hoher Potentialdifferenzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektri sches Bauteil bereitzustellen, das eine erhöhte Festigkeit für relativ hohe Spannungen bietet.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen An sprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Gemäß einem der Grundgedanken der Erfindung wird das elektro nische Hochspannungs- und Leistungsbauteil mit einer isolie renden Beschichtung versehen, insbesondere in denjenigen Be reichen, wo Luft- und Kriechstromstrecken nicht den Span nungsklassen einschlägiger Richtlinien entsprechen, und die somit von häufig auftretenden Spannungsdurchschlägen betrof fen wären. Eine solche Beschichtung kann insbesondere orga nokeramische Substanzen, wie Ormocere, aufweisen. Daneben sind auch noch andere isolierende Stoffe möglich, wie bei spielsweise Polymerüberzüge aus isolierendem Kunststoff. Hier ist beispielsweise ein Überzug aus PVC (Polyvinylchlorid) denkbar.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein elektronisches Hoch spannungs- und Leistungsbauteil mit Außenkontaktstiften und/oder Außenkontaktfahnen geschaffen. Diese Außenkontakt stifte oder Außenkontaktfahnen ragen aus einem Gehäuse her aus. Dabei sind das Gehäuse, die Außenkontaktstifte und/oder die Außenkontaktfahnen teilweise von einer wärmeleitenden Hochspannungsisolations- und Kriechstrom-Schutzschicht auf organokeramischer Basis umgeben.

Ein derartiges Bauteil hat den Vorteil, daß insbesondere die hochspannungsgefährdeten und kriechstromgefährdeten Übergänge von dem Gehäuse zu den Außenkontaktstiften durch die Schicht auf organokeramischer Basis geschützt sind. Deshalb sind in einer Ausführungsform der Erfindung die Stifte in dem Be reich, in dem sie aus dem Gehäuse herausragen, mit der Schicht auf organokeramischer Basis beschichtet.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Außenkontaktfahne einen Wärmeleitungsblock auf. Dieser Wärme leitungsblock trägt innerhalb des Gehäuses einen Halbleiter chip und außerhalb des Gehäuses weist er die Schicht auf or ganokeramischer Basis auf. Solche Montagen werden häufig vor gesehen, um einen Bauteilkühlkörper direkt auf z. B. Gehäu sechassis der Schaltung oder direkt auf ein Metallgehäuse ei nes zu steuernden Equipments wie Motor eines Kühlschranks oder einer Waschmaschine unabhängig von einem am Wärmelei tungsblock anliegenden Potential zur besseren Wärmeabgabe montieren zu können.

Dazu weist die Schicht auf organokeramischer Basis in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Dicke von wenigen Mikrometern auf. Die Schicht auf organokeramischer Basis hat den Vorteil einer hohen Spannungsfestigkeit, so daß Feldstär ken von 100 V/µm bis 400 V/µm keinen Kurzschluß verursachen. Somit kann mit Hilfe der Schicht auf organokeramischer Basis von wenigen Mikrometern eine Hochspannung von mehreren Kilo volt von einem Bauteil wie einer Werkbank oder einer Bohrma schine abgeschirmt werden.

Die hohe Durchschlagfeldstärke von mehr als 400 V/µm ermög licht es, bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Luftisolationsabstände zwischen Komponenten mit der Schicht auf organokeramischer Basis gegenüber den Luftisola tionsabständen zwischen unbeschichteten Komponenten zu ver mindern oder bei gleichem Gehäuse eine größere Anzahl von An schlüssen vorzusehen. Da die Schicht nach Abschluß der Her stellung eines elektronischen Bauteils mit Gehäuse und Außen kontaktstiften aufgebracht wird, können die Kriechstromstrecken beliebig verlängert und angepaßt werden. Somit sind trotz Miniaturisierung alle relevanten Sicherheitsabstände hin sichtlich Spannungsklassen einhaltbar.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die or ganokeramische Schicht als keramische Komponenten mindestens eines der folgenden Oxide des Siliziums, des Aluminiums, des Titans oder des Zirkoniums auf. Diese keramischen Komponenten bzw. Oxide haben den Vorteil einer höheren Wärmeleitfähigkeit gegenüber einer Kunststoffmasse oder einer Isolationsplatte, wie sie manchmal verwendet wird, um zu verhindern, daß Hoch spannungen unbeabsichtigt auf Anlagengehäuse gelegt werden. Neben der höheren Wärmeleitfähigkeit weisen die Oxide eine höhere Spannungsfestigkeit gegenüber reinem Kunststoff auf.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgese hen, daß die organokeramische Schicht als organische Kompo nente mindestens ein Polyethylen oder Polymethylmethacrylat aufweist. Diese organischen Komponenten in Form von Polymeren haben den Vorteil, daß sie keramische Komponenten in Form von Oxiden bei der Polymerisation bzw. bei der Aushärtung und der Vernetzung einbauen können, so daß ein organokeramisches Ma terial eine hohe Festigkeit besitzt. Darüber hinaus kann das organokeramische Material aufgrund dieser Kunststoffkomponen ten auch als Klebstoff für schwierig zu verbindende Oberflä chen eingesetzt werden, zumal die Polymere mit vernetzten an organischen Oxiden ausgezeichnete Haftvermittlungseigenschaf ten für unterschiedliche Materialkombinationen bei gleichzei tig guten Sperreigenschaften aufweisen.

Ferner widersteht die Schicht auf organokeramischer Basis den thermischen Bedingungen von Verlötungen. Die elastischen Ei genschaften der ausgehärteten Schicht auf organokeramischer Basis sind genauso wie die rheologischen Eigenschaften der unvernetzten Ausgangslacke der organokeramischen Substanz an die jeweiligen Anwendungsbedingungen anpaßbar. Der Volumenwi derstand der Schicht auf organokeramischer Basis ist größer als 10¹⁶ cm und die relative Dielektrizitätskonstante ist kleiner als 3,2.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß elektronische Hoch spannungs- und Leistungsbauteile mit Außenkontaktstiften und/oder Außenkontaktfahne, die im Bereich des Gehäuses und insbesondere im Bereich des Übergangs von Gehäuse zu den Au ßenkontaktstiften bzw. zu der Außenkontaktfahne mit einer Schicht auf organokeramischer Basis beschichtet sind, eine konstruktive Verlängerung der Kriechstromstrecke bzw. Luft strecke durch die organokeramische Schicht aufweisen und eine Erhöhung der Zahl der Außenkontaktstifte bzw. geringere Ab stände der Außenkontaktstifte am Gehäuseaustritt ermöglichen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Hochspan nungs- und Leistungsbauteils mit einer äußeren Schutzschicht auf organokeramischer Basis weist folgende Verfahrensschritte auf:

- Herstellen eines elektronischen Hochspannungs- und Lei stungsbauteils mit Außenkontaktstiften und/oder Außen kontaktfahne, die aus einem Gehäuse herausragen,
- Bereitstellen eines Tauchbades mit einer Lösung auf or ganokeramischer Basis,
- Tauchbeschichten des Bauteils in dem Tauchbad mit einer Schicht auf organokeramischer Basis,
- Vorhärten der Schicht auf organokeramischer Basis,
- Aushärten der Schicht auf organokeramischer Basis.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß zunächst ein elektroni sches Hochspannungs- und Leistungsbauteil unverändert herge stellt werden kann und erst nach Abschluß der Herstellung des elektronischen Hochspannungs- und Leistungsbauteils eine se lektive Beschichtung mit einer Schicht auf organokeramischer Basis vorgenommen wird. Da sich die rheologischen Eigenschaf ten der unvernetzten Schicht auf organokeramischer Basis durch Zugabe oder Entzug von alkoholischen Lösungsmitteln oder durch Austausch von Lösungsmitteln an das Verfahren zur selektiven Beschichtung eines elektronischen Hochspannungs- und Leistungsbauteils anpassen lassen, können zum Aufbringen der Schicht auf organokeramischer Basis sowohl Schleuderver fahren als auch Sprühverfahren, Schablonenverfahren oder Siebdruckverfahren neben dem obigen Eintauchen in ein ent sprechendes Tauchbad vorgesehen werden.

Ein Vorhärten der Schicht auf organokeramischer Basis wird bei einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens durch Belichten mit ultraviolettem Licht für wenige Sekunden einge leitet, so daß eine Vorvernetzung der Schicht auf organokera mischer Basis entsteht. Danach können durch eine Laserablati on die von einer Schicht auf organokeramischer Basis bzw. ei ner Schutzschicht freizuhaltenden Oberflächen des elektroni schen Bauteils freigelegt werden. Anstelle einer Belichtung mit ultraviolettem Licht kann eine Vorvernetzung auch durch eine Vorheizung bei Temperaturen zwischen 80 und 100°C für wenige Minuten und unter einer halben Stunde erfolgen. In diesem vorvernetzten Zustand kann die Schicht auf organokera mischer Basis noch strukturiert werden und anschließend wird die verbleibende Beschichtung der Oberflächen bei 120 bis 180°C für eine Zeit von 0,5 bis 6 Stunden ausgehärtet.

Ein weiteres Durchführungsbeispiel des Verfahrens sieht fol gende Verfahrensschritte zusätzlich vor:

- selektives Aufbringen einer maskierenden Schutzschicht auf das Bauteil unter Freilassung zu beschichtender Be reiche vor dem Eintauchen in das Tauchbad,
- Entfernen der maskierenden Schutzschicht nach dem Vor härten der Schicht (5) auf organokeramischer Basis.

Als maskierende Schutzschicht wird auf die Oberflächen des elektronischen Hochspannungs- und Leistungsbauteils, die nicht mit einer Schicht auf organokeramischer Basis beschich tet werden sollen, eine Wachsschicht aufgebracht. Dies hat den Vorteil, dass die elektrischen Bauteile ohne Rücksicht auf nicht zu beschichtende Flächen in das Tauchbad einge bracht werden können. Ferner hat das Durchführungsbeispiel den weiteren Vorteil, dass Wachsschichten nach dem Aufbringen der Schicht auf organokeramischer Basis durch Erwärmen und Ablösen ohne Rückstände entfernt werden können.

Bei einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens ist es vorgesehen, als maskierende Schutzschicht der Oberflächen des elektronischen Hochspannungs- und Leistungsbauteils eine Lackschicht oder eine Photolackschicht aufzubringen. Lack schichten haben gegenüber der Wachsschicht den Vorteil, daß sie bei wesentlich geringerem Auftrag und geringerer Dicke bereits wirkungsvoll die nicht zu beschichtenden Oberflächen des elektronischen Hochspannungs- und Leistungsbauteils schützen können.

Ein weiteres Durchführungsbeispiel des Verfahrens sieht vor, daß die maskierende Schutzschicht durch Auflösen in einem Lö sungsbad entfernt wird. Dieses gilt insbesondere bei Wachs schichten, bei Lackschichten und bei Photolackschichten, wo bei eine thermische Aufheizung das Auflösen in dem Lösungsbad beschleunigen kann.

Ein weiteres Durchführungsbeispiel des Verfahrens sieht vor, daß die maskierende Schutzschicht durch Veraschung in einem Plasmaofen entfernt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß das Plasma des Ofens nicht nur eine Veraschung der mas kierenden Schutzschicht bewirken kann, sondern bei geeigneter Abstimmung gleichzeitig die Vernetzung der Schicht auf orga nokeramischer Basis einleiten und erhöhen kann.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht von unten auf ein elektronisches Hochspannungs- und Leistungsbauteil mit Außenkontaktstiften und Außenkontaktfahne einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Ausgangskontaktstift im Fußbereich des Ausgangskon taktstiftes entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 1,

Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Ausgangskontaktstift im Mittenbereich des Ausgangs kontaktstiftes entlang der Schnittlinie B-B der Fig. 1,

Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Ausgangskontaktstift im Spitzenbereich des Aus gangskontaktstifts entlang der Schnittlinie C-C der Fig. 1,

Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein elektro nisches Hochspannungs- und Leistungsbauteil mit Au ßenkontaktstiften und Außenkontaktfahne gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf das elektro nische Hochspannungs- und Leistungsbauteil nach Fig. 5,

Fig. 7 zeigt eine schematische Seitenansicht des elektro nischen Hochspannungs- und Leistungsbauteils nach Fig. 5,

Fig. 8 zeigt eine schematische teilweise quergeschnittene Ansicht einer Montage eines elektronischen Hoch spannungs- und Leistungsbauteils an ein zu steuern des Gerät,

Fig. 9 zeigt eine schematische teilweise quergeschnittene Ansicht einer weiteren Montage eines elektronischen Hochspannungs- und Leistungsbauteils an ein zu steuerndes Gerät,

Fig. 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch ein elektronisches Hochspannungs- und Leistungsbau teil mit Außenkontaktstiften und Außenkontaktfahne gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein elektronisches Hochspannungs- und. Leistungsbauteil mit Außenkontaktstiften und Außenkontaktfahne gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht von unten auf ein elektronisches Hochspannungs- und Leistungsbauteil 1 mit Au ßenkontaktstiften 2 und Außenkontaktfahne 3 einer ersten Aus führungsform der Erfindung. Das Bezugszeichen 4 kennzeichnet ein Gehäuse aus Kunststoff, wobei auf der Unterseite des Ge häuses 4 eine Außenkontaktfläche 15 eines Wärmeleitungsblocks 6 aus dem Gehäuse 4 herausragt. Der Wärmeleitungsblock 6 geht über in die Außenkontaktfahne 3, die auf einer Wärmesenke be festigt werden kann.

Mit einer strichpunktierten Linie 18 wird die Lage eines Halbleiterchips 7 innerhalb des Gehäuses 4 auf dem Wärmelei tungsblock 6 markiert. Nicht gezeigte Kontaktflächen auf der Oberseite des Halbleiterchips 7 sind über Bondverbindungen mit den Außenkontaktstiften 8, 9, 10 verbunden. In dieser er sten Ausführungsform der Erfindung ist das gesamte Gehäuse 4 bis auf die Außenkontaktfläche 15 des Wärmeleitungsblocks 6 von einer wärmeleitenden Hochspannungs- und Kriechstrom schutzschicht auf organokeramischer Basis umgeben. Auch die Außenkontaktstifte 8, 9, 10 sind bis zu einer Länge m von ei ner derartigen Schicht auf organokeramischer Basis umhüllt. Durch diese Umhüllung mit der Schicht 5 auf organokeramischer Basis verlängert sich die Kriechstromstrecke an den Stellen, an denen die Außenkontaktstifte 8, 9, 10 aus dem Gehäuse 4 herausragen, um die Länge 2 m. Der relativ große Luftisolati onsabstand L zwischen den Außenkontaktstiften 8, 9, 10 in ih rem unbeschichteten Bereich kann aufgrund der Isolationswir kung der Schicht 5 auf organokeramischer Basis auf die Luft isolationslänge l reduziert werden. Diese Länge l entspricht dem Abstand der mit einer Schicht 5 auf organokeramischer Ba sis umhüllten Fußbereiche der Außenkontaktstifte 8, 9, 10.

Demnach ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Kriechstromstrecke auf dem elektronischen Bauteil insgesamt 1 + 2 m. Von der Gesamtlänge o der Außenkontaktstifte 8, 9, 10 ist etwa die Hälfte in einer Länge m mit der Schicht 5 auf organokeramischer Basis beschichtet, während der Rest in ei ner Länge von n = o - m frei von der Beschichtung ist, so daß die Außenkontaktstifte einen Kontakt mit entsprechenden Kon taktaugen auf einer Leiterplatte oder einem. Keramiksubstrat aufnehmen können.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Hochspannungs- und Leistungsbauteils 1 werden folgende Ver fahrensschritte durchgeführt:

- Herstellen eines elektronischen Hochspannungs-und Lei stungsbauteils 1 mit Außenkontaktstiften 2 und/oder Au ßenkontaktfahne 3, die aus einem Gehäuse 4 herausragen,
- Bereitstellen eines Tauchbades mit einer Lösung auf or ganokeramischer Basis,
- Tauchbeschichten des Bauteils 1 in dem. Tauchbad mit ei ner Schicht 5 auf organokeramischer Basis auf zu be schichtenden Bereichen des Bauteils 1,
- Vorhärten der Schicht 5 auf organokeramischer Basis,
- Aushärten der Schicht 5 auf organokeramischer Basis.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es kostengünstig ein setzbar ist, zumal die elektronischen Bauteile ohne jede Vor bereitung an ihren nicht zu beschichtenden Kontaktstiften ge halten und in das Tauchbad eingehängt oder eingetaucht werden können. Das zweistufige Härten hat den Vorteil, daß nach dem Vorhärten bereits eine Handhabung und Lagerung des elektroni schen Bauteils 1 möglich ist, ohne die vorgehärtete organoke ramische Schicht 5 zu beschädigen.

Bei einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens wer den zur Herstellung der Schicht 5 auf organokeramischer Basis zunächst die Außenkontaktstifte 8, 9, 10 auf einer Längen in ein Wachsbad getaucht, um eine isolierende Beschichtung an den mit Wachs bedeckten Schichten zu verhindern. Anschließend wird die Außenkontaktfläche 15 des Wärmeleitungsblocks 6 mit einer schützenden Lackschicht versehen. Schließlich kann dann das gesamte elektronische Hochspannungs- und Leistungsbauteil von einer Schicht 5 auf organokeramischer Basis umhüllt wer den. Dieses Umhüllen kann mittels einer Tauchtechnik, einer Sprühtechnik oder einer Schleudertechnik erfolgen. In allen drei Fällen kann nach einem Vorhärten der Schicht auf orga nokeramischer Basis die Wachsschicht mit der darauf befindli chen vorgehärteten Schicht 5 auf organokeramischer Basis ent fernt werden. Bei dem Entfernen der Wachsschicht werden die freizuhaltenden Kontaktflächen von der Schicht 5 auf orga nokeramischer Basis und von der Wachsschicht befreit. Bei komplexeren Gehäusestrukturen kann auch die Schicht 5 auf or ganokeramischer Basis durch Laserablation oder Drucktechniken wie Siebdrucktechnik oder Schablonendruck selektiv aufge bracht werden, so daß die freizuhaltenden Kontaktflächen ent weder bei der Laserablation freigelegt werden oder bei der Siebdrucktechnik durch die Maske bzw. durch die Schablonen maske beim Aufbringen der Schicht 5 auf organokeramischer Ba sis geschützt werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen elektronischen Hochspan nungs- und Leistungsbauteils 1 ist es, daß eine nur wenige 100 Mikrometer dicke Schicht 5 auf organokeramischer Basis eine Verlängerung der Kriechstromstrecke um 2 m ermöglicht und eine Verringerung des Luftisolationsabstands L auf l ermög licht.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Ausgangskontaktstift 2 im Fußbereichs 11 des Ausgangskontakt stifts 2 entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 1. Komponen ten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert.

Der Fußbereich 11 des Ausgangskontaktstiftes 2 ist in dieser ersten Ausführungsform rechteckförmig und weist ein Kernmate rial 19 auf, das aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und/oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht. Das Kernmaterial 19 ist von einem Mantel 20 aus einem Material mit lötbarer Oberfläche umhüllt. Bei hohen Anforderungen an Korrosionsfestigkeit oder Oxidationsbeständigkeit weist der Mantel 20 ein Edelmetall wie Silber, Gold oder Legierungen derselben auf. Im Fußbereich 11, der einen Übergang zwischen dem Gehäuse 4 und dem Ausgangskontaktstift 2 darstellt, ist zur Verbesserung der Kriechstromfestigkeit und zur Verringe rung des Luftisolationsabstandes auf l der Mantel 20 aus Edelmetall oder einer lötbaren Schicht von einer Schicht 5 auf organokeramischer Basis von wenigen Mikrometern umgeben. Die Spannungsfestigkeit einer derartigen Schicht 5 auf orga nokeramischer Basis liegt zwischen 100 und 400 V/µm. Für Lei stungsbauteile, die eine übliche Drehstromspannung von 380 V schalten müssen, wird eine Durchschlagfertigkeit von 2,4 kV vorgeschrieben, folglich reicht eine Schichtdicke der Schicht 5 auf organokeramischer Basis zwischen 6 und 24 µm aus, um diese Hochspannungsfestigkeit zu gewährleisten.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Ausgangskontaktstift 2 im Mittenbereich 12 des Ausgangskon taktstiftes 2 entlang der Schnittlinie B-B der Fig. 1. Kom ponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert.

Das Kernmaterial 19 des Ausgangskontaktstiftes 2 ist nun pro filiert und weist eine V-Nut 21, so daß einerseits mit gerin gem Materialaufwand ein normierter Lochdurchmesser einer Lei terplatte beibehalten werden kann oder andererseits die Ein steckrichtung des Hochspannungs- und Leistungsbauteils co diert werden kann. Auch noch im Mittenbereich 12 des Aus gangskontaktstiftes 2 ist dieser von einer lötbaren Beschich tung umgeben und weist auf seiner äußeren Kontur eine Schicht 5 auf organokeramischer Basis auf.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Ausgangskontaktstift 2 im Spitzenbereich 13 des Ausgangskon taktstiftes 2 entlang der Schnittlinie C-C der Fig. 1. Kom ponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert. Der Spitzenbereich 13 weist auf seiner Oberfläche lediglich den Mantel 20 aus einem Edelmetall oder einer lötbaren Schicht auf. Ferner weist der Spitzenbereich 13 die V-Nut auf, die auch im Mittenbereich, wie in Fig. 3 gezeigt, vorhanden ist und einer Steckcodierung dient.

Fig. 5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein elektroni sches Hochspannungs- und Leistungsbauteil mit Außenkontakt stiften 2 und Außenkontaktfahne 3 gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert.

Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 5 ist das gesamte Gehäuse 4 von einer Schicht 5 auf organoke ramischer Basis umgeben bis auf Spitzenbereiche 13 der Außen kontaktstifte 2. In diesem Fall dient die Außenkontaktfahne 3 nicht der elektrischen Kontaktierung, da sie vollständig von einer Schicht 5 auf organokeramischer Basis umgeben ist, so dern sie dient lediglich der Wärmeabgabe an eine Wärmesenke. Innerhalb des Gehäuses 4 geht die Außenkontaktfahne über in einen Wärmeleitungsblock 6, dessen Umrisse im Gehäuse 4 mit einer gestrichelten Linie 22 markiert ist. Auf dem Wärmelei tungsblock 6, der gleichzeitig als Chipinsel dient, ist ein Halbleiterchip 7 für das elektronische Hochspannungs- und Leistungsbauteil angeordnet, dessen Umriß mit einer strich punktierten Linie 18 dargestellt ist.

Mindestens eine Randseite des Halbleiterchips 7 weist Kon taktflächen 23 auf, die über Bondverbindungen 24 mit den Fu ßenden der Außenkontaktstifte verbunden sind, soweit die Fu ßenden im Gehäuse 4 eingebettet sind. Die Außenkontaktfahne 3 außerhalb des Gehäuses 4 weist eine Bohrung 16 auf, die auf ihrer Innenwand 25 ebenfalls mit der Schicht 5 auf organoke ramischer Basis beschichtet ist. Während der Luftisolations abstand im beschichteten Fußbereich 11 der Außenkontaktstifte 2 äußerst niedrig gehalten werden kann aufgrund der Isolati onseigenschaften der Schicht 5 auf organokeramischer Basis, wird ein wesentlich größerer Luftisolationsabstand im unge schützten Bereich der Außenkontaktstifte 2 durch Spreizen der Außenkontaktstifte 2 erreicht.

Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf das elektroni sche Hochspannungs- und Leistungsbauteil 1 nach Fig. 5. Kom ponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert.

Während die Außenkontaktstifte 26, 27, 28, 29 nur geringfügig gespreizt bzw. gekröpft sind, sind die Außenkontakte 30, 31 und 32 erheblich von dem Gehäuse 4 abgespreizt. Somit besteht bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung ein stark verminderter Luftisolationsabstand l an den Stellen, an denen die Außenkontaktstifte 26, 27, 28, 29 aus dem Gehäuse 4 her ausragen. Der Luftisolationsabstand L für den Bereich der Au ßenkontaktstifte, die nicht durch eine Schicht 5 auf orga nokeramischer Basis geschützt sind, ist demnach ein Vielfa ches des Luftisolationsabstandes l, wie es die Fig. 6 zeigt. Die Position und Kontur des Halbleiterchips 7 auf dem Wärme leitungsblock 6 ist in der Ansicht der Fig. 6 mit einer strichpunktierte Linie 18 gekennzeichnet, während die Lage der Bonddrähte 24 in dem Kunststoffgehäuse 4 mit gestrichel ten Linien gezeigt wird.

Fig. 7 zeigt eine schematische Seitenansicht des elektroni schen Hochspannungs- und Leistungsbauteils 1 nach Fig. 5. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert.

Diese Seitenansicht zeigt, daß die Außenkontaktstifte 30, 31, 32 wesentlich stärker gekröpft sind als die Außenkontaktstif te 26, 27, 28, 29. Ferner zeigt die Fig. 7, daß der Fußbe reich der Außenkontaktstifte 30, 31, 32, mit dem die Außen kontaktstifte teilweise im Gehäuse 4 und teilweise außerhalb des Gehäuses 4 herausragen, außerhalb des Gehäuses mit der Schicht 5 auf organokeramischer Basis, solange sie nicht aus reichend gespreizt und dann abgebogen sind, beschichtet sind. Ein Vorteil der zweiten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 7 ist, daß dieses elektronische Hochspannungs- und Lei stungsbauteil einerseits eine intensive Kühlung durch ein Aufbringen auf eine Wärmesenke unter Verwendung der Befesti gungsöffnung 16 zuläßt und andererseits die Wärmesenke vor unerwarteten Hochspannungen bei eventuellen Defekten des elektronisches Bauteils durch die Schicht 5 auf organokerami scher Basis schützt. Die Wärmeableitung bei der zweiten Aus führungsform der Erfindung nach Fig. 7 ist wesentlich inten siver als bei herkömmlichen durch eine Isolationsplatte von der Wärmesenke elektrisch isolierten Ausführungsformen.

Fig. 8 zeigt eine schematische teilweise quergeschnittene Ansicht einer Montage eines elektronischen Hochspannungs- und Leistungsbauteils 1 an ein zu steuerndes Gerät 14. Komponen ten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläutert.

Derartige zu steuernde Geräte 14 können Bohrmaschinen, Sägen oder andere Bearbeitungsanlagen wie Drehbänke sein, an deren Gehäusemasse aus Metall, das zur Kühlung oder als Wärmesenke dient, ein elektronisches Hochspannungs- und Leistungsbauteil angeflanscht ist. In der Ausführungsform nach Fig. 8 wird das elektronische Hochspannungs- und Leistungsbauteil 1 mit Hilfe einer Befestigungsschraube mit dem Gehäuse 14 verbun den. Zwischen dem Wärmeleitungsblock 6 bzw. der Außenkontakt fahne 3 und dem Gehäuse des Gerätes 14 ist lediglich eine we nige Mikrometer dicke, die Hochspannung isolierende Schicht 5 auf organokeramischer Basis, die noch vor der Montage auf das elektronische Bauteil aufgebracht wurde, angeordnet.

Fig. 9 zeigt eine schematische teilweise quergeschnittene Ansicht einer weiteren Montage eines elektronischen Hochspan nungs- und Leistungsbauteils 1 an einem zu steuernden Gerät 14 oder an einem Chassis eines Steuerschrankes oder an einem Motorgehäuse. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen ge kennzeichnet und nicht extra erläutert.

Die Ausführungsform dieser Montage unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 8 dadurch, daß keine Öffnung 16 zur Montage auf der Außenkontaktfahne 3 erforderlich ist. Vielmehr reicht eine Montageklammer 34 aus, um das mit einer organokeramischen Schicht angelieferte Bauteil zu fixieren. Das elektronische Hochspannungs- und Leistungsbauteil 1 weist bereits auf der Rückseite des Wärmeleitungsblocks 6 bzw. der Außenkontaktfahne 3 eine ausgehärtete Schicht auf organokera mischer Basis auf.

Fig. 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch ein elektronisches Hochspannungs- und Leistungsbauteil 1 mit Außenkontaktstiften 2 und Außenkontaktfahne 3 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit glei chen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläu tert.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung beschränkt sich die Schicht 5 lediglich auf eine Umhüllung des Wärmeleitungs blocks 6 und der Außenkontaktfahne 3 sowie der Durchgangsboh rung 16. Das Kunststoffgehäuse 4 selbst hüllt einen Halblei terchip 7 mit Kontaktflächen 23 auf der Oberseite des Halb leiterchips 7 ein. In dem Kunststoffgehäuse 4 ist ein innerer Flachleiter 36 angeordnet, der einen der Außenkontaktstifte 2 mit dem Wärmeleitungsblock 6, der gleichzeitig als Chipinsel dient, verbunden ist. Da gegenüber dieser schematischen Quer schnittsansicht die Bondverbindungen versetzt angeordnet sind, wurde eine der Bondverbindungen 24 durch eine gestri chelte Linie angedeutet. Bei dem Kunststoffgehäuse 4 ist dar auf zu achten, daß im Fußbereich 11 der Außenkontaktstifte 2 ein ausreichender Luftisolationsabstand für die zu erwartende Spannungsdifferenz zwischen einem Außenkontaktstift 2, der mit der Chipinsel korrespondiert, und Außenkontaktstiften 2, die mit Bondverbindungen korrespondieren, eingehalten wird.

Fig. 11 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein elektrisches Hochspannungs- und Leistungsbauteil gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit glei chen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erläu tert.

Im Unterschied zur Fig. 10 ist bei Fig. 11 das gesamte elektronische Hochspannungs- und Leistungsbauteil 1 von einer Schicht 5 auf organokeramischer Basis umhüllt bis auf einen Spitzenbereich 13 der Außenkontaktstifte 2. Durch diese voll ständige Umhüllung wird erreicht, daß die Außenkontaktstifte 2 im Fußbereich 11 wesentlich näher aneinanderrücken können als es mit der dritten Ausführungsform nach Fig. 10 möglich ist.

Bezugszeichenliste

1

elektronisches Bauteil

2

Außenkontaktstifte

3

Außenkontaktfahne

4

Gehäuse

5

Schicht auf organokeramischer Basis gegen Hochspannung und Kriechströme

6

Wärmeleitungsblock

7

Halbleiterchip

8

,

9

,

10

Außenkontaktstifte

11

Fußbereich eines Ausgangskontaktstiftes

12

Mittenbereich eines Ausgangskontaktstiftes

13

Spitzenbereich eines Ausgangskontaktstiftes

14

zu steuerndes Gerät

15

Außenkontaktfläche

16

,

17

Bohrungen

18

strichpunktierte Linie

19

Kernmaterial

20

Mantel

21

V-Nut

22

gestrichelte Linie

23

Kontaktflächen

24

Bondverbindungen

25

Innenwand

26

,

27

,

28

,

29

,

30

,

31

,

32

Außenkontaktstifte

33

Befestigungsschraube

34

Montageklammer

35

Oberseite des Halbleiterchips

36

innerer Flachleiter

37

Chipinsel
l Luftisolationsabstand mit Schicht
L Luftisolationsabstand ohne Schicht
o Länge des Ausgangskontaktes
m Länge des Ausgangskontaktes mit Beschichtung
n Länge des Außenkontaktes ohne Schicht

Claims

1. Elektronisches Hochspannungs- und Leistungsbauteil mit Außenkontaktstiften (2) und/oder Außenkontaktfahne (3), die aus einem Gehäuse (4) herausragen, wobei das Gehäuse (4), die Außenkontaktstifte (2) und/oder die Außenkon taktfahne (3) teilweise von einer wärmeleitenden Hoch spannungsisolations- und Kriechstromschutzschicht auf organokeramischer Basis umgeben sind.

2. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Gehäuses (4) und der Außenkontaktstifte (2), in dem die Außenkontaktstifte (2) aus dem Gehäuse (4) herausragen mit der Schicht (5) auf organokerami scher Basis beschichtet sind.

3. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontaktfahne (3) einen Wärmeleitungsblock (6) aufweist, der innerhalb des Gehäuses (4) einen Halblei terchips trägt und außerhalb des Gehäuses (4) die Schicht (5) auf organokeramischer Basis aufweist.

4. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht (5) auf organokeramischer Basis wenige Mikrometer aufweist.

5. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Luftisolationsabstände (l) zwischen Komponenten mit der Schicht (5) auf organokeramischer Basis gegenüber den Luftisolationsabständen (L) zwischen unbeschichteten Komponenten vermindert sind und Kriechstromstrecken mit Hilfe der Schicht (5) beliebig erweiterbar sind.

6. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (5) auf organokeramische Basis als kerami sche Komponenten mindestens eines der folgenden Oxide des Siliciums, des Aluminiums, des Titans oder des Zir koniums aufweist.

7. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (5) auf organokeramischer Basis als organi sche Komponenten mindestens ein Polyethylen oder ein Po lymethylmethacrylat oder ein Polyethylenoxid aufweist.

8. Elektronisches Bauteil nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (5) auf organokeramischer Basis ein Ormocer aufweist.

9. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Hochspan nungs-und Leistungsbauteils (1) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 8, das folgende Verfahrensschritte aufweist:

- Herstellen eines elektronischen Hochspannungs- und Leistungsbauteils (1) mit Außenkontaktstiften (2) und/oder Außenkontaktfahne (3), die aus einem Ge häuse (4) herausragen,
- Bereitstellen eines Tauchbades mit einer Lösung auf organokeramischer Basis,
- Tauchbeschichten des Bauteils (1) in dem Tauchbad mit einer Schicht (5) auf organokeramischer Basis auf zu beschichtenden Bereichen des Bauteils,
- Vorhärten der Schicht (5) auf organokeramischer Ba sis,
- Aushärten der Schicht (5) auf organokeramischer Ba sis.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhärten der Schicht (5) auf organokeramischer Ba sis durch Belichten mit ultraviolettem Licht für wenige Sekunden durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorhärten der Schicht (5) auf organokeramischer Ba sis durch Erwärmen auf 80°C bis 100°C für wenige Minuten und unter einer halben Stunde durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermisches Aushärten der Schicht (5) auf organoke ramischer Basis bei Temperaturen zwischen 120 Grad Cel sius und 180 Grad Celsius für 0,5 bis 6 Stunden durchge führt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende zusätzliche Verfahrensschritte aufweist:

- selektives Aufbringen einer maskierenden Schutz- Schicht auf das Bauteil (1) unter Freilassung zu beschichtender Bereiche vor dem Eintauchen in das Tauchbad,
- Entfernen der maskierenden Schutzschicht nach dem Vorhärten der Schicht (5) auf organokeramischer Ba sis.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als maskierende Schutzschicht eine Wachschicht (5) auf gebracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als maskierende Schutzschicht eine Lackschicht oder Pho tolackschicht aufgebracht wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die maskierende Schutzschicht durch Auflösen in einem Lösungsbad entfernt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die maskierenden Schutzschicht durch Veraschung in einem Plasmaofen entfernt wird.