DE10157362B4 - Leistungsmodul und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
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Abstract
Leistungsmodul
mit einer beidseitig metallbeschichteten Isolationsplatte (2) als
Schaltungsträger
(3), der auf seiner Oberseite (5) eine strukturierte Metallschicht
(6) aufweist und mit Leistungsbauelementen (7) bestückt ist,
wobei das Leistungsmodul (1) Flachleiter (8) aufweist, deren innere
Flachleiterenden (9) mit Kontaktanschlussflächen (11) der strukturierten
Metallschicht (6) verbunden sind und deren äußere Flachleiterenden (12)
aus einem Gehäuse
(13) des Leistungsmoduls (1) herausragen, dadurch gekennzeichnet,
dass die inneren Flachleiterenden (9) mit den Kontaktanschlussflächen (11)
der strukturierten Metallschicht (6) über Thermokompressionsköpfe (10)
elektrisch und mechanisch verbunden sind, wobei die Anzahl der Thermokompressionsköpfe (10)
pro Verbindung zwischen den inneren Flachleiterenden (9) und den
Kontaktanschlussflächen
(11) einerseits mechanisch an die Festigkeit der Verbindung und
andererseits elektrisch an die für
das Leistungsmodul (1) erforderliche Stromdichte angepasst ist,
und dass die Leistungsbauelemente (7) über Leiterbahnen (14) der strukturierten
Metallschicht (6) untereinander und/oder mit den Kontaktanschlussflächen (11)
verbunden sind.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul mit einer beidseitig metallbeschichteten Isolationsplatte als Schaltungsträger und ein Verfahren zur Herstellung derselben gemäß der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
- Leistungsmodule weisen eine Mehrzahl von Leistungsbauelementen auf einem Schaltungsträger auf. Der Schaltungsträger ist über Klebe- oder Lotverbindungen auf entsprechenden Kontaktanschlußflächen des Schaltungsträgers mit äußeren Flachleitern verbunden, die aus einem Gehäuse des Leistungsmoduls herausragen. Derartige Leistungsmodule verursachen bei ihrer Herstellung hohe Kosten, zumal für Klebeverbindungen in dem Leistungsmodul hochwertige kostenintensive Materialien erforderlich sind. Weisen die Leistungsmodule Lötverbindungen auf, so ist für deren Herstellung ein hoher kostenintensiver Energieverbrauch erforderlich und die Leistungselemente des Leistungsmoduls sind hohen thermischen Belastungen ausgesetzt.
- Aus der
DE 41 30 160 A1 ist ein Leistungsmodul mit einer beidseitig metallbeschichteten Isolationsplatte als Schaltungsträger bekannt, der auf seiner Oberseite eine strukturierte Metallschicht aufweist und mit Leistungsbauelementen bestückt ist, wobei das Leistungsmodul, Flachleiter aufweist, deren innere Flachleiterenden mit Kontaktanschlussflächen der strukturierten Metallschicht verbunden sind und deren äußere Flachleiterenden aus einem Gehäuse des Leistungsmoduls herausragen. Gemäß diesem Stand der Technik erfolgt die Verbindung der Flachleiter mit den Kontaktanschlussflächen der strukturierten Metallschicht über Löt-Schweißverbindungen oder Druckkontakte. Der Stand der Technik gemäßDE 37 87 772 T2 offenbart Thermokompressionsbonden im allgemeinen. Hinsichtlich weiteren Standes der Technik wird verwiesen auf Schulz-Harder, J.; DBC Substrats as a Base for Power MCM's; Electronics Packaging Technology Conference; Proceedings of 3rd, 2000; IEEE; S. 315-320. - Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leistungsmodul, das kostengünstig und bei niedrigen Temperaturen herstellbar ist und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben.
- Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Erfindungsgemäß wird ein Leistungsmodul bereitgestellt mit einer beidseitig metallbeschichteten Isolationsplatte als Schaltungsträger. Der Schaltungsträger weist auf seiner Ober seite eine strukturierte Metallschicht auf und ist mit Leistungsbauelementen bestückt. Ferner weist das Leistungsmodul Flachleiter auf, deren innere Flachleiterenden über Thermokompressionsköpfe mit Kontaktanschlußflächen der strukturierten Metallschicht elektrisch verbunden sind und deren äußere Flachleiterenden aus dem Gehäuse des Leistungsmoduls herausragen.
- Dieses Leistungsmodul hat den Vorteil, dass aufgrund der elektrischen und mechanischen Verbindung der inneren Flachleiterenden mit den Kontaktanschlußflächen über Thermokompressionsköpfe sämtliche bekannten Temperaturbereiche von Back-End-Prozessen mechanisch stabil und zuverlässig überstanden werden, so dass die Produktivität der Fertigung derartiger Leistungsmodule verbessert ist. Dabei kann die mechanische Festigkeit einer derartigen Fügeverbindung beliebig erhöht werden, indem die Anzahl der Thermokompressionsköpfe pro Verbindung angemessen an die Festigkeit der Fügeverbindung angepaßt wird. Darüber hinaus kann die für die Leistungsmodule erforderliche Stromdichte durch Anpassung der Anzahl der Thermokompressionsköpfe pro Fügeverbindung zwischen inneren Flachleiterenden und Kontaktanschlußflächen des Schaltungsträgers erreicht werden.
- Ein Fügeprozeß über Thermokompressionsköpfe hat darüber hinaus den Vorteil, dass er zu einem beliebigen Zeitpunkt der Back-End-Prozesse eingesetzt werden kann, das heißt er kann am Beginn eines Montageprozesses stehen oder während eines späteren Zeitpunkts des Zusammenbaus erfolgen. Dieser Vorteil wird anhand von Durchführungsbeispielen nachfolgend näher erläutert.
- In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Leistungsbauelemente auf dem Schaltungsträger über Leiterbahnen der strukturierten Metallschicht untereinander und/oder mit den Kontaktanschlußflächen verbunden. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass der Querschnitt der Leiterbahnen den erforderlichen Stromdichten durch die Dicke der strukturierten Metallschicht und durch die Breite der Leiterbahnen in der strukturierten Metallschicht angepaßt werden kann. Die Leistungsbauelemente können aktive Leistungshalbleiterchips sein oder auch passive Bauelemente, wie Widerstände, Kondensatoren und Spulen umfassen. Für aktive Leistungsbauelemente werden vorzugsweise MOS-Leistungstransistoren, IGBT-Transistoren (insulated gate bipolar transistor), Leistungsdioden und/oder Tyristoren eingesetzt.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroden auf aktiven Oberseiten der Leistungsbauelemente mit den Leiterbahnen und/oder den Kontaktanschlußflächen der strukturierten Metallschicht des Schaltungsträgers über Bondverbindungen verbunden. Dazu sind auf der aktiven Oberseite der Leistungsbauelemente Kontaktflächen vorgesehen, die mit den Elektroden der Leistungsbauelemente verbunden sind. Auf diesen Kontaktflächen werden mit Hilfe von Schall- und/oder Wärmeenergie Bonddrähte angebracht, die von der aktiven Oberseite der Leistungsbauelemente zu den Leiterbahnen geführt werden. Diese Bonddrahttechnologie wird auch verwendet, um Elektroden der Leistungsbauelemente miteinander zu verbinden und/oder die Elektroden direkt mit den Kontaktanschlußflächen des Schaltungsträgers zu verbinden. Damit ergibt sich durch die Bondverbindungen die Möglichkeit, trotz vorgefertigter strukturierter Metallschicht eine Flexibilität in der Verschaltung der Leistungsbauelemente auf dem Schaltungsträger beizubehalten.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schaltungsträger als Isolationsplatte eine Keramikplatte auf, die aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid oder Siliciumcarbid oder Mischungen derselben bestehen kann. Derartige Keramikplatten werden insbesondere für hohe Leistungen bei gleichzeitig hohen Frequenzen als Isolationsplatte für den Schaltungsträger eingesetzt, da ihre relative Dielektrizitätskonstante gering ist.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schaltungsträger als Isolationsplatte ein glasfaserverstärktes Kunstharz auf. Derartige glasfaserverstärkte Kunstharzplatten sind auch als Leiterplatten bekannt, wobei ihre Festigkeit und ihre Dielektrizitätskonstante durch den Anteil der Glasfaser an die Erfordernisse des Leistungsmoduls angepaßt werden kann. Derartige Isolationsplatten können für niederfrequente Leistungsmodule, die der Motorsteuerung dienen oder für am Netz betriebene Haushaltsgeräte erforderlich sind, eingesetzt werden, da glasfaserverstärkte Kunstharzplatten erhebliche Preisvorteile gegenüber Keramikplatten aufweisen.
- Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Schaltungsträger auf seiner Unterseite eine geschlossene Metallschicht aufweist. Diese geschlossene Metallschicht des Schaltungsträgers kann gleichzeitig eine Außenseite des Leistungsmoduls bilden, an die eine Wärmesenke angekoppelt werden kann. Da die Wärmeleitfähigkeit insbesondere von glasfaserverstärkten Kunstharzplatten nicht besonders groß ist, kann durch eine derartige geschlossene Metallschicht einerseits die Wärmeverteilung über die Gesamtfläche der Kunstharzplatte verteilt werden und zum anderen eine ver besserte Wärmeableitung über die geschlossene Metallschicht auf der Unterseite und damit auf der Außenseite des Leistungsbauteils erreicht werden.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Metallschichten des Schaltungsträgers Kupfer oder eine Kupferlegierung auf. Kupfer hat den Vorteil, dass es eine hohe elektrische und ebenso eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die hohe elektrische Leitfähigkeit wird insbesondere für die strukturierte Metallschicht auf der Oberseite des Schaltungsträgers benötigt, während die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupfers insbesondere für die geschlossene Metallschicht auf der Unterseite des Schaltungsträgers von Vorteil ist.
- Um die Bondbarkeit des Kupfers, insbesondere der strukturierten Kupferschicht, im Bereich der Kontaktanschlußflächen zu verbessern, können diese in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine bondbare Beschichtung aufweisen, die sich aus zwei Lagen zusammensetzt, nämlich einer unteren Lage aus einer kupferdiffusionshemmenden Schicht und einer oberen Lage aus einer Edelmetallschicht. Dabei sorgt die untere Lage dafür, dass Kupferionen nicht zu der oberen Edelmetallschicht diffundieren können und daß nicht durch diesen Diffusionsvorgang die Bondverbindung auf der Oberseite der Kontaktanschlußfläche versprödet. Die kupferdiffusionshemmende Schicht weist dafür Nickel oder eine Nickellegierung auf, insbesondere kann die Kontaktanschlußfläche von einer phosphordotierten Nickelbeschichtung bedeckt sein. Eine derartige phosphordotierte Nickelbeschichtung hat darüber hinaus den Vorteil, dass auch unmittelbar auf dieser Nickelbeschichtung ohne Aufbringen einer Edelmetall-Legierung eine Bondverbindung hergestellt werden kann.
- Wenn eine Edelmetallbeschichtung auf den Kontaktanschlußflächen aufgrund der Materialien der Bonddrähte erforderlich wird, so weist diese Schicht Gold, Silber oder Legierungen derselben auf. Diese Edelmetallschichten haben gegenüber einer reinen Kupferoberfläche den Vorteil, dass sie gegenüber der umgebenden Luft unempfindlich sind und ein Oxidieren der Kupferschicht verhindern. Dazu reicht bereits eine Gold- oder Goldlegierungsbeschichtung aus wenigen zehn Nanometer Dicke aus. Somit ist der reine Edelmetallverbrauch zur Veredelung der Kontaktanschlußflächen äußerst gering und bewirkt eine stabile Bondverbindung. Ferner hat dieses Verfahren der mehrlagigen Beschichtung der Kontaktanschlußflächen den Vorteil, dass der Schaltungsträger zwischengelagert werden kann, ohne dass die Kontaktanschlußflächen korrodieren oder oxidieren.
- Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die beidseitigen Metallschichten des Schaltungsträgers identische kupferdiffusionshemmende und/oder Edelmetallbeschichtungen aufweisen. Derartige identische Beschichtungen, sowohl für die strukturierte Metallschicht auf der Oberseite des Schaltungsträgers als auch für die geschlossene Metallschicht auf der Unterseite des Systemträgers hat den Vorteil, dass damit eine Verfahrensvereinfachung verbunden sein kann, indem noch vor der Strukturierung der Metallschicht auf der Oberseite des Schaltungsträgers auf beiden Seiten einer Isolationsplatte eine geschlossene Metallschicht aus einer ersten Lage aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, einer zweiten Lage aus seiner kupferdiffusionshemmenden Schicht und schließlich einer dritten Lage aus einer Edelmetallschicht galvanisch oder chemisch aufgebracht werden kann. Derartige doppelseitig beschichtete und veredelte Isolationsplatten für Schaltungsträger von Leistungsmodulen kön nen preiswerter hergestellt werden, als wenn selektiv bestimmte Bereiche auf der strukturierten Metallschicht mit einer bondbaren Beschichtung zu belegen sind.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Thermokompressionsköpfe Gold, Aluminium, Kupfer und/oder Legierungen derselben auf. Derartige Thermokompressionsköpfe können relativ preiswert durch Thermokompressionsbonden auf den Kontaktanschlußflächen oder auf den inneren Flachleiterenden hergestellt werden, indem mit einem entsprechenden Werkzeug ein Gold- oder Aluminiumdraht auf die zu kontaktierenden Oberflächen abgesenkt wird und mit Hilfe von Druck und Temperatur auf die Kontaktanschlußfläche oder auf die Oberfläche von inneren Flachleitern aufgebonded werden und der Bonddraht nach dem Herstellen der Bondköpfe ohne Ausbildung einer Bonddrahtverbindung durchtrennt wird. Die Anzahl der Thermokompressionsköpfe auf den Kontaktanschlußflächen beziehungsweise auf den Oberseiten der inneren Flachleiterenden kann dabei den Erfordernissen der Stromdichte und der mechanischen Festigkeit angepaßt werden.
- Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Flachleiter Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen. Die Flachleiter selbst sind Teile eines Systemträgers, der einen Systemträgerrahmen aufweist mit mehreren Modulbaupositionen aufweist. In jeder Modulbauposition erstrecken sich Flachleiter vom Systemträgerrahmen aus zu der Position des Schaltungsträgers eines Leistungsmoduls. Derartige Systemträger sind relativ preiswert aus Kupferplatten oder Kupferfolien herstellbar, so dass damit auch das Material der Flachleiter vorgegeben ist.
- An den inneren Flachleiterenden können die Oberflächen veredelt sein, um einerseits eine Kupferdiffusion zu verhindern und andererseits ein Verbindung mit den Thermokompressionsköpfen zu erleichtern. Somit können die inneren Flachleiterenden in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine kupferdiffusionshemmende und/oder Edelmetallbeschichtung aufweisen, deren Zusammensetzung der bondbaren Beschichtung auf den Kontaktanschlußflächen entspricht.
- Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Leistungsmodul ein Multichipmodul mit auf dem Schaltungsträger angeordneten Leistungshalbleiterchips ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Leistungsbauelemente, soweit es Leistungshalbleiterchips betrifft, nicht in einem Gehäuse untergebracht und dann auf den Schaltungsträger montiert, sondern sie sind als Halbleiterchips ohne Verpackung unmittelbar auf dem Schaltungsträger angeordnet, was den Gesamtaufbau des Leistungsmoduls erheblich verbilligt.
- Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Leistungsmodul eine Steuerung für einen Elektromotor auf. Derartige Motorsteuerungen können einen Drehstrommotor über das Leistungsmodul steuern und versorgen. Dabei ist das Leistungsmodul selbst an einen einphasigen oder dreiphasigen Netzanschluß angeschlossen. Derartige Leistungsmodule zum Steuern von Elektromotoren können auch zur Drehzahlregelung eingesetzt werden. Schließlich kann mit derartigen Leistungsmodulen auch die Leistungsaufnahme eines Drehstrommotors durch Variation der Leistungsbegrenzung angepaßt werden. Dazu weist das Leistungsmodul in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Eingangsstufe zum Anschluß an eine einpha sige oder dreiphasige Netzleitung und eine dreiphasige Ausgangsstufe zur Steuerung eines Drehstrommotors auf.
- Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls wird zunächst eine Schaltungsträgerplatte mit Kontaktinseln, Leiterbahnen und Kontaktanschlußflächen einer strukturierten Metallschicht mit mehreren Modulbaupositionen bereitgestellt. Danach werden mindestens die Kontaktanschlußflächen mit einer bondbaren Beschichtung versehen. Anschließend können auf die Kontaktanschlußflächen Thermokompressionsköpfe aufgebracht werden. Nachdem eine Schaltungsträgerplatte auf diese Weise hergestellt ist, wird sie in einzelne Schaltungsträger für jede Modulbauposition getrennt.
- Für den weiteren Zusammenbau eines Leistungsmoduls wird ein Systemträger mit einem Systemträgerrahmen, von dem aus sich in jeder Modulbauposition Flachleiter mit inneren Flachleiterenden in Richtung auf den anzubringenden Schaltungsträger erstrecken, bereitgestellt. Danach erfolgt ein Ausrichten und ein Verbinden der Thermokompressionsköpfe auf den Kontaktanschlußflächen jedes Schaltungsträgers mit den inneren Flachleiterenden von jedem Flachleiter in den Modulbaupositionen des Systemträgers. Schließlich werden mehrere Leistungsbauelemente in jeder Modulbauposition aufgebracht. Die Leistungsbauelemente einer jeden Modulbauposition des Systemträgers mit auf Schaltungsträgern angeordneten Leistungsbauelementen in einem Gehäuse verpackt und abschließend wird der Systemträger in einzelne Mulichip-Leistungsmodule getrennt.
- Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass in dem Verfahrensablauf die hochtemperaturfesten Verbindungen über Thermokompressionsköpfe eingebracht werden, so dass die Hochtemperaturprozesse zum Einbauen der Leistungsbauelemente, sowie die beim Test erforderlichen Temperaturwechselzyklen erfolgreich überstanden werden.
- Bei einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens ist die Abfolge der Herstellungsschritte geändert, indem die Verbindung über Thermokompressionsköpfe erst nach dem Aufbringen der Leistungsbauelemente auf den Schaltungsträger erfolgt. Bei dieser Verfahrensvariante ist der Schaltungsträger bereits mit Leistungsbauelementen bestückt, wenn das Herstellen von Thermokompressionsköpfen und das Aufbringen und Verbinden dieser Thermokompressionsköpfe mit den Kontaktanschlußflächen erfolgt. Der Vorteil dieser Verfahrensabfolge ist, dass eine Schaltungsträgerplatte für viele Leistungsmodule zunächst in einem Parallelverfahren mit den Leistungsbauelementen bestückt werden kann und erst nach dieser Bestückung die Schaltungsträgerplatte in einzelne Schaltungsträger getrennt wird.
- In einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens wird als Schaltungsträger eine doppelseitig kupferkaschierte Isolationsplatte bereitgestellt. Diese doppelseitig kupferkaschierte Isolationsplatte kann bereits eine weitere Metall-Lage einer kupferdiffusionshemmenden Schicht und eine Edelmetallschicht aufweisen. Die doppelseitig kupferkaschierte Isolationsplatte wird dann einseitig mit Kontaktinseln zum Fixieren von Leistungshalbleiterchips mit Leiterbahnen und mit Kontaktanschlußflächen strukturiert. Die gegenüberliegende Kupferschicht bleibt als geschlossene Metallschicht erhalten.
- Das Strukturieren der Metallschicht kann in einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens mittels Ätzen durch eine Ätzmaske erfolgen. Ein derartiges Ätzen kann eine Naßätzung oder eine Trockenätzung durch eine Ätzmaske hindurch umfassen. Eine weitere Möglichkeit der Strukturierung der einen Metall schicht auf der Oberseite des Schaltungsträgers besteht in der Möglichkeit einer Laserablation, die selektiv durch Laserscannen ohne eine vorbereitende Maske durchgeführt werden kann. Wird eine bondbare Beschichtung in Form einer kupferdiffusionshemmenden Schicht und anschließend eine Edelmetallschicht aus Gold, Silber oder Legierungen derselben aufgebracht, so hat sich für dieses Aufbringen eine elektrolytische Abscheidung bewährt, da sie großflächig für eine Schaltungsträgerplatte, die beidseitig kupferkaschiert ist, durchgeführt werden kann.
- Eine weitere Möglichkeit besteht darin, als kupferdiffusionshemmende Schicht eine Schicht aus phosphordotiertem Nickel mittels Schablonendruck aufzubringen, die gleichzeitig auch als bondbare Beschichtung dienen kann. Der Schablonendruck hat den Vorteil, dass diese kupferdiffusionshemmende Schicht auch nach der Strukturierung der Metallschicht auf der Oberseite des Schaltungsträgers selektiv auf die Kontaktanschlußflächen aufgebracht werden kann.
- Bei einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Thermokompressionsköpfe mittels Thermokompressionsbonden oder Thermokompressions-Ultraschallbonden auf die inneren Flachleiterenden und/oder auf die beschichteten Kontaktanschlußflächen aufgebracht werden. Sowohl die Aufbringung auf den Kontaktanschlußflächen einer Schaltungsträgerplatte als auch das Aufbringen der Thermokompressionsköpfe auf die inneren Flachleiter vor dem Zusammenbau von inneren Flachleiterenden mit den Schaltungsträgern hat jeweils Vorteile. In beiden Fällen kann für eine Vielzahl von Leistungsmodulen die erforderliche Anzahl von Thermokompressionsköpfen parallel aufgebracht werden.
- In einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens werden die Leistungshalbleiterchips auf den Kontaktinseln des Schaltungsträgers in jeder Modulbauposition des Systemträgers mittels Löttechnik elektrisch verbunden und mechanisch fixiert. Eine derartige Löttechnik hat den Vorteil einer hohen Zuverlässigkeit und damit einer hohen Lebensdauer für das Leistungsbauteil und kann sowohl vor dem Anbringen der Thermokompressionsköpfe als nach dem Anbringen der Thermokompressionsköpfe eingesetzt werden. Demgegenüber gibt es eine Möglichkeit, die Leistungshalbleiterchips auf den Kontaktinseln des Schaltungsträgers mit Hilfe eines leitfähigen Klebstoffs elektrisch zu verbinden und mechanisch zu fixieren. Bei dieser Verfahrensvariante sind äußerst geringe Temperaturen vorgesehen, weil lediglich zum Aushärten des Klebstoffs eine geringe Temperaturerhöhung zur Vernetzung des Klebstoffs zu einem Duroplast erforderlich ist. Da das Klebeverfahren mit geringeren Kosten verbunden ist als das Lötverfahren, wird das Klebeverfahren dann angewandt, wenn preiswerte Leistungsmodule herzustellen sind, die geringeren betrieblichen Belastungen ausgesetzt sind.
- Bei einem weiteren Durchführungsbeispiel des Verfahrens können die Elektroden auf den aktiven Oberseiten des Leistungshalbleiterchips untereinander und/oder mit den Leiterbahnen der strukturierten Metallschicht des Schaltungsträgers über Bondverbindungen elektrisch verbunden werden. Die Vorteile dieses Verfahrens sind die hohe Flexibilität der Schaltungsstrukturierung, die noch nach dem Bestücken des Schaltungsträgers mit Leistungshalbleiterchips erfolgen kann.
- Prinzipiell kann jedes Leistungsmodul in einem Gehäuse aus einem Kunststoff gefüllt mit Silikongel, jedoch in vielen Fällen ist es vorteilhaft, die Umhüllung durch einen Kunst stoffspritzguß-Prozess, dem sogenannten Transfermolding herzustellen, da damit gleichzeitig die Bonddrähte, die Halbleiterchips und auch Thermokompressionsköpfe der Verbindung von inneren Flachleiterenden und Kontaktanschlußflächen durch dieses Kunststoffgehäuse geschützt und mechanisch stabilisiert werden.
- Das Trennen des Systemträgers, der mehrere Modulbaupositionen aufweist, in einzelne Multichip-Leistungsmodule kann am Ende des Verpackens der Leistungsmodule in ein Kunststoffgehäuse durch Stanztechnik erfolgen. Das Stanzverfahren hat nämlich den Vorteil, dass gleichzeitig mit dem Trennen der aus dem Gehäuse herausragenden äußeren Flachleiter von dem Systemträgerrahmen die äußeren Flachleiterenden gekröpft und in ihrer räumlichen Gestaltung der geplanten Anwendung angepaßt werden können.
- Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung auf einem "stud bump"-Verfahren beruht. Dieses "stud bump"-Verfahren ist ein Thermokompressionsverfahren, bei dem ein angeschmolzener Bonddrahttropfen auf eine Metallfläche gepreßt wird und anschließend abgerissen wird. Die Thermokompressionsköpfe werden auch "nail heads" genannt. Bei diesem "nail head"-Verfahren oder auch Thermokompressionsverfahren entstehen Kontaktierungshöcker, sogenannte "bumps", beispielsweise aus einer Goldlegierung. Anschließend kann die Schaltungsträgerplatte "geflippt" bzw. gewendet werden und mittels Temperatur, Ultraschall und Druck mit entsprechenden Flachleitern eines Flachleiterrahmens bzw. "lead frame" elektrisch verbunden werden. Eine gewisse Anzahl dieser "bumps" wird an der Unterseite des "lead frame" oder an der Oberseite des Schaltungsträgers jeweils an den dafür vorgesehenen Kontaktanschlußflächen aufgebracht. Der "lead frame" und der Schaltungsträger werden zusammen justiert und mittels Temperatur, Ultraschall und Druck dauerhaft miteinander verbunden. Diese Verbindung ist in dem für alle bekannten "back-end"-Prozesse relevanten Temperaturbereich mechanisch stabil. Die Anzahl der "bumps" pro Kontaktanschlußfläche wird definiert durch die geforderte mechanische Festigkeit der Fügeverbindung beziehungsweise durch die geforderte Stromdichte in der Fügeverbindung. Der Fügeprozeß selbst kann entweder ganz zu Beginn des Montageprozesses oder zu einem späteren Zeitpunkt innerhalb des Assembly-Prozesses erfolgen.
- Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
-
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Leistungsmodul gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, -
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaltungsträger für ein Leistungsmodul mit Thermokompressionsköpfen auf Kontaktanschlußflächen vor dem Aufbringen von inneren Flachleiterenden, -
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaltungsträger eines Leistungsmoduls vor dem Aufbringen von mit Thermokompressionsköpfen bestückten inneren Flachleiterenden, -
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen mit Leistungsbauelementen bestücken Schaltungsträger für ein Leistungsmodul vor dem Aufbringen von mit Thermokompressionsköpfen bestückten inneren Flachleiterenden, -
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen mit Leistungsbauelementen bestückten Schaltungsträger für ein Leistungsmodul mit Thermokompressionsköpfen auf Kontaktanschlußflächen vor dem Aufbringen von inneren Flachleiterenden, -
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Leistungsmodul nach dem elektrischen und mechanischen Verbinden von Kontaktanschlußflächen des Schaltungsträgers mit inneren Flachleiterenden vor einem Verpacken in einem Gehäuse, -
7 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Modulbauteilposition eines Systemträgers mit Flachleitern und auf einen in der Modulbauposition über Thermokompressionsköpfe elektrisch und mechanisch mit inneren Flachleiterenden verbundenen und mit Leistungsbauteilen bestückten Schaltungsträger vor einem Verpacken in einem Gehäuse. -
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Leistungsmodul1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Bezugszeichen2 kennzeichnet eine Isolationsplatte, welche die mechanische Grundplatte eines Schaltungsträgers3 bildet. Dieser Schaltungsträger3 kann aus einer mehrere Schaltungsträger3 aufweisenden Schaltungsträgerplatte4 herausgetrennt worden sein. Das Bezugszeichen5 kennzeichnet die Oberseite des Schaltungsträgers3 beziehungsweise der Schaltungsträgerplatte4 , wobei auf dieser Oberseite5 eine strukturierte Metallschicht6 angeordnet ist. Das Bezugszeichen7 kennzeichnet Leistungsbauelemente, die in dieser Ausführungsform Leistungshalbleiterchips23 sind, wobei die Leistungs bauelemente7 auf den Kontaktinseln24 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist in diesem Querschnitt ein Leistungstransistor29 und eine Leistungsdiode30 auf einer gemeinsamen Kontaktinsel24 angeordnet, die über eine Leiterbahn14 mit einer Kontaktanschlußfläche11 auf dem Schaltungsträger3 in Verbindung steht. Somit sind die Kathode der Leistungsdiode30 und der Kollektor des Leistungstransistors29 elektrisch miteinander verbunden, ferner sind über Bondverbindungen17 der Emitter des Leistungstransistors29 und die Anode der Leistungsdiode30 verbunden. - Das Bezugszeichen
8 kennzeichnet einen Flachleiter, der mit seinem äußeren Flachleiterende12 aus dem Gehäuse13 des Leistungsmoduls1 herausragt und mit seinem inneren Flachleiterende9 über Thermokompressionsköpfe10 mit der Kontaktanschlußfläche11 verbunden ist. - In dieser Ausführungsform der Erfindung sind drei Thermokompressionsköpfe zwischen dem inneren Flachleiterende und der Kontaktfläche
11 angeordnet, wobei diese Anzahl von drei Thermokompressionsköpfen ausreicht, um sowohl die Forderungen an die Stromdichte als auch an die mechanische Festigkeit für dieses Leistungsmodul zu erfüllen. Die aus dem Gehäuse herausragenden äußeren Flachleiterenden sind leicht gekröpft, um das Befestigen an einer übergeordneten Schaltungsplatine zu erleichtern. - Das Bezugszeichen
15 kennzeichnet die Elektroden der Leistungshalbleiterchips23 , wobei der Transistor mindestens zwei Elektroden15 auf seiner aktiven Oberseite aufweist, nämlich eine Emitterelektrode und eine Basiselektrode eines dipolaren Leistungstransistors und die Leistungsdiode30 min destens eine Elektrode, nämlich die Anode auf der aktiven Oberseite aufweist. - Das äußere Flachleiterende dieses Querschnitts auf der rechten Seite der Abbildung ist über die inneren Flachleiterenden
9 , die Thermokompressionsköpfe10 , die Kontaktanschlußflächen11 , die Leiterbahnen14 und die Kontaktinseln24 mit der Kathode der Leistungsdiode30 und dem Kollektor des Leistungstransistors29 elektrisch verbunden. Der Flachleiter8 auf der linken Seite dieser Querschnittsabbildung ist über das innere Flachleiterende9 und die Thermokompressionsköpfe10 , die Kontaktanschlußfläche11 und die Leiterbahn14 sowie die Bondverbindung17 mit dem Emitter des Leistungstransistors29 verbunden. Die Flachleiter8 sind Teile eines Systemträgers26 , der mehrere Modulbaupositionen25 aufweist, aus denen das Leistungsmodul1 , wie es in1 gezeigt wird, herausgestanzt wurde. Bei diesem Herausstanzen des Leistungsmoduls1 wurden gleichzeitig die äußeren Flachleiterenden12 gekröpft. - Das Bezugszeichen
20 kennzeichnet die Unterseite des Schaltungsträgers3 , die von einer geschlossenen Metallschicht21 bedeckt ist. Diese geschlossene Metallschicht21 auf der Unterseite20 des Schaltungsträgers3 bildet gleichzeitig die Unterseite des Leistungsmoduls. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass die Wärme, die in den Leistungsbauelementen7 entsteht, über diese Metallschicht abgeführt werden kann. Zur Verstärkung der Wärmeableitung und damit der Kühlung kann diese Metallschicht mit einem Kühlkörper oder Wärmeleitungsblock verbunden werden. Ein derartiges Leistungsmodul1 ist äußerst zuverlässig, da durch die Verbindung zwischen inneren Flachleitern9 und Kontaktanschlußflächen11 über Thermokompressionsköpfe10 eine mechanisch stabile und elektrisch zu verlässige Anbindung der in der Kunststoffgehäusemasse verpackten Leistungshalbleiterchips23 mit den Flachleitern8 gewährleistet ist. -
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaltungsträger3 für ein Leistungsmodul mit Thermokompressionsköpfen10 auf Kontaktanschlußflächen11 vor dem Aufbringen von inneren Flachleiterenden9 . Komponenten mit gleichen Funktionen wie in1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. - Der Schaltungsträger
3 , der ein Teil einer Schaltungsträgerplatte4 ist und aus dieser herausgetrennt ist, besteht im wesentlichen aus einer Keramikplatte18 , die aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid oder Siliciumcarbid oder Mischungen derselben aufgebaut ist. Diese Keramikplatte weist auf ihrer Unterseite eine geschlossene Metallschicht21 auf, die gleichzeitig die Unterseite des künftigen Leistungsmoduls bildet. Auf der Oberseite5 der Schaltungsträgerplatte4 ist eine strukturierte Metallschicht6 aufgebracht, die im wesentlichen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und mit einer bondbaren Beschichtung22 beschichtet ist. Diese bondbare Beschichtung22 kann einlagig aus phosphordotiertem Nickel bestehen, wobei der Phosphoranteil zwischen 5 und 10 Gew.% beträgt. - Diese kupferdiffusionshemmende Schicht verhindert, dass Kupferionen zu den Thermokompressionsköpfen
10 diffundieren können, und die Bondverbindung verspröden könnte. Der Schaltungsträger3 weist auf seiner Oberfläche5 noch keine Leistungshalbleiterchips auf, hat jedoch bereits Thermokompressionsköpfe10 auf seiner Kontaktanschlußfläche11 angeordnet. Auf diese Thermokompressionsköpfe10 wird in Pfeilrichtung A das innere Flachleiterende9 bei erhöhter Temperatur, Druck und Ultraschall im Thermokompressionsverfahren aufgebracht. Dazu kann das innere Flachleiterende9 ebenfalls mit einer bondbaren Beschichtung22 ausgestattet sein. Diese bondbare Beschichtung22 aus einer kupferdiffusionshemmenden und einer Edelmetall-Lage erleichtert das Bonden der Flachleiterenden auf den Thermokompressionsköpfen10 des Schaltungsträgers3 . -
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Schaltungsträger3 eines Leistungsmoduls vor dem Aufbringen von mit Thermokompressionsköpfen10 bestückten inneren Flachleiterenden9 . Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. - Auch in der Ausführungsform der
3 ist der Schaltungsträger3 noch nicht mit Leistungshalbleiterchips bestückt und weist auf seiner Oberfläche lediglich eine strukturierte Metallschicht22 auf, die im wesentlichen aus Chipinseln24 , Leiterbahnen14 und Kontaktanschlußflächen11 besteht. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach3 sind in dieser Ausführungsform die Thermokompressionsköpfe10 zunächst auf die inneren Flachleiterenden9 gebonded und damit auf dem Systemträger26 , der mehrere Modulbaupositionen25 aufweist und folglich eine Vielzahl von Flachleitern und inneren Flachleiterenden9 besitzt, die parallel mit Thermokompressionsköpfen10 bestückt werden können. In jeder der Modulbaupositionen25 kann dann ein entsprechend präparierter Schaltungsträger3 , der auf seinen Kontaktanschlußflächen11 keine Thermokompressionsköpfe aufweist, mit dem Thermokompressionsköpfe10 aufweisenden inneren Flachleiterenden9 mechanisch und elektrisch verbunden werden, indem in Pfeilrichtung A die inneren Flachleiterenden9 auf die Kontaktanschlußflächen11 gebondet werden. -
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen mit Leistungsbauelementen7 bestückten Schaltungsträger3 für ein Leistungsmodul vor dem Aufbringen von mit Thermokompressionsköpfen10 bestückten inneren Flachleiterenden9 . Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. - Bei dieser Ausführungsform der Erfindung gemäß
4 wird zunächst eine Schaltungsträgerplatte4 in voller Größe für mehrere Schaltungsträger3 vollständig hergestellt, das heißt, sie wird in jeder einzelnen Position der Schaltungsträger3 mit Leistungshalbleiterchips23 bestückt und die Elektroden der Leistungshalbleiterchips werden entweder untereinander oder mit den Leiterbahnen14 über Bondverbindungen elektrisch verbunden. Erst danach wird die Schaltungsträgerplatte4 , die mehrere Schaltungsträger3 umfaßt, in eine Modulbauposition25 eines Systemträgers24 verbracht und dort auf die vorbereiteten inneren Flachleiter9 , die bereits mit Thermokompressionsköpfen10 bestückt sind, gebonded. Dazu kann wiederum der Systemträger mit seinen Flachleiterenden in Pfeilrichtung A abgesenkt werden oder umgekehrt der Schaltungsträger mit den Halbleiterchips und den Bondverbindungen in Richtung auf den Systemträger verbracht werden. - Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen nach den
1 und2 weist diese Ausführungsform der Erfindung fünf Thermokompressionsköpfe pro Fügeverbindung auf, um eine höhere Stromdichte und eine größere mechanische Festigkeit zu gewährleisten. -
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen mit Leistungsbauelementen7 bestückten Schaltungsträger3 für ein Leistungsmodul mit Thermokompressionsköpfen10 auf Kontaktanschlußflächen11 vor dem Aufbringen von inneren Flachleiterenden9 . Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. - In dieser Ausführungsform nach
5 ist im Gegensatz zur Ausführungsform nach4 der Schaltungsträger3 mit Thermokompressionsköpfen10 auf den Kontaktanschlußflächen11 bestückt, so dass der Schaltungsträger3 in Richtung auf die inneren Flachleiterenden9 bewegt werden kann, um eine Bondverbindung über die Thermokompressionsköpfe10 zu den inneren Flachleitern9 herzustellen. Im Gegensatz zu den Ausführungsformen nach2 und3 weist diese Ausführungsform der5 bereits auf dem Systemträger3 die Komponenten des Leistungsmoduls auf, die auch bereits durch Bondverbindungen vollständig verdrahtet sind, so dass das Aufbringen der inneren Flachleiterenden auf den Kontaktanschlußflächen unmittelbar vor dem Verpacken des Leistungsmoduls in einem Gehäuse stattfindet. -
6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Leistungsmodul1 nach dem elektrischen und mechanischen Verbinden von Kontaktanschlußflächen11 des Schaltungsträgers3 mit inneren Flachleiterenden9 vor einem Verpacken in einem Gehäuse. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. - Im Prinzip zeigt die
6 das Ergebnis der Verfahrensschritte der2 ,3 ,4 und5 , jedoch ist dieses Ergebnis hier beschränkt auf drei Thermokompressionsköpfe10 und zeigt nicht, wie in den3 und4 , fünf Thermokompressionsköpfe. Daraus wird deutlich, dass mit Hilfe der Anzahl der Thermokompressionsköpfe das Leistungsmodul den Anforderungen an mechanischer Festigkeit und elektrischer Stromdichte in dem Bereich der Verbindung zwischen inneren Flachleitern9 und Kontaktanschlußflächen11 angepaßt werden kann. Der Unterschied zu dem in1 dargestellten Querschnitt eines Leistungsmoduls besteht darin, dass die Flachleiter im Fall der1 zu beiden Seiten aus dem Gehäuse herausragen, während sie in6 nur zu einer Seite aus dem Gehäuse herausragen können. -
7 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Modulbauposition eines Systemträgers26 mit Flachleitern8 und auf einen in der Modulbauposition25 über Thermokompressionsköpfe10 elektrisch und mechanisch mit inneren Flachleiterenden9 verbundenen und mit Leistungsbauelementen23 bestückten Schaltungsträger3 vor einem Verpacken in einem Gehäuse. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. - In dieser Darstellungsweise der
7 ist der Schaltungsträger mit den Leistungsbauelementen7 unterhalb des Systemträgers26 angeordnet. In7 wird lediglich eine der Modulbaupositionen25 eines Systemträgers26 dargestellt, wobei jede Modulbauposition25 von einem Systemträgerrahmen27 umgeben ist, von dem aus sich Flachleiter8 in Richtung auf das Zentrum des Schaltungsträgerrahmen27 erstrecken. Die Flachleiter8 sind mit ihrem äußeren Ende12 an dem Systemträger rahmen befestigt und mit ihren inneren Flachleiterenden9 überragen sie den Schaltungsträger3 . - Mit gestrichelter Linie
28 ist die Stanzspur gekennzeichnet, in der ein Stanzwerkzeug das Leistungsmodul aus dem Systemträgerrahmen stanzt, sobald dieses Leistungsmodul in der Modulbauposition25 in einem Gehäuse verpackt ist. Die Thermokompressionsköpfe10 , die zwischen dem Schaltungsträger3 mit seinen Kontaktanschlußflächen11 und den inneren Flachleiterenden9 angeordnet sind, sind in der Darstellung der7 gestrichelt. Diese Ausführungsform der7 umfaßt ein "six-pack"-Bauteil, das aus sechs Leistungstransistoren29 besteht, die über sechs äußere Flachleiter101 ,102 ,103 ,104 ,105 und106 angesteuert werden und mit sechs Leistungsdioden30 zusammenwirken. -
- 1
- Leistungsmodul
- 2
- Isolationsplatte
- 3
- Schaltungsträger
- 4
- Schaltungsträgerplatte
- 5
- Oberseite des Schaltungsträgers beziehungsweise der
- Schaltungsträgerplatte
- 6
- strukturierte Metallschicht
- 7
- Leistungsbauelement
- 8
- Flachleiter
- 9
- innere Flachleiterenden
- 10
- Thermokompressionsköpfe
- 11
- Kontaktanschlußfläche
- 12
- äußere Flachleiterenden
- 13
- Gehäuse des Leistungsmoduls
- 14
- Leiterbahnen
- 15
- Elektroden
- 16
- aktive Oberseite der Leistungshalbleiterchips
- 17
- Bondverbindungen
- 18
- Keramikplatte
- 19
- glasfaserverstärktes Kunstharz
- 20
- Unterseite des Schaltungsträger
- 21
- geschlossene Metallschicht
- 22
- bondbare Beschichtung
- 23
- Leistungshalbleiterchips
- 24
- Kontaktinseln
- 25
- Modulbauposition
- 26
- Systemträger
- 27
- Systemträgerrahmen
- 28
- gestrichelte Linie der Stanzspuren
- 29
- Leistungstransistoren
- 30
- Leistungsdiode
Claims (32)
- Leistungsmodul mit einer beidseitig metallbeschichteten Isolationsplatte (
2 ) als Schaltungsträger (3 ), der auf seiner Oberseite (5 ) eine strukturierte Metallschicht (6 ) aufweist und mit Leistungsbauelementen (7 ) bestückt ist, wobei das Leistungsmodul (1 ) Flachleiter (8 ) aufweist, deren innere Flachleiterenden (9 ) mit Kontaktanschlussflächen (11 ) der strukturierten Metallschicht (6 ) verbunden sind und deren äußere Flachleiterenden (12 ) aus einem Gehäuse (13 ) des Leistungsmoduls (1 ) herausragen, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Flachleiterenden (9 ) mit den Kontaktanschlussflächen (11 ) der strukturierten Metallschicht (6 ) über Thermokompressionsköpfe (10 ) elektrisch und mechanisch verbunden sind, wobei die Anzahl der Thermokompressionsköpfe (10 ) pro Verbindung zwischen den inneren Flachleiterenden (9 ) und den Kontaktanschlussflächen (11 ) einerseits mechanisch an die Festigkeit der Verbindung und andererseits elektrisch an die für das Leistungsmodul (1 ) erforderliche Stromdichte angepasst ist, und dass die Leistungsbauelemente (7 ) über Leiterbahnen (14 ) der strukturierten Metallschicht (6 ) untereinander und/oder mit den Kontaktanschlussflächen (11 ) verbunden sind. - Leistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden (
15 ) auf aktiven Oberseiten (16 ) der Leistungsbauelemente (7 ) mit den Leiterbahnen (14 ) und/oder den Kontaktanschlussflächen (11 ) der strukturierten Metallschicht (6 ) über Bondverbindungen (17 ) verbunden sind. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (
3 ) als Isolationsplatte (2 ) eine Keramikplatte (18 ) aufweist, die SiO2, Al2O3, Si3N4, ZrO2, MgO oder SiC oder Mischungen derselben aufweist. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (
3 ) als Isolationsplatte (2 ) ein glasfaserverstärktes Kunstharz (19 ) aufweist. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (
3 ) auf seiner Unterseite (20 ) eine geschlossene Metallschicht (21 ) aufweist. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten (
6 ,21 ) des Schaltungsträgers (3 ) Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kontaktanschlussflächen (
11 ) eine bondbare Beschichtung (22 ) und auf der bondbaren Beschichtung (22 ) die Thermokompressionsköpfe (10 ) angeordnet sind. - Leistungsmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bondbare Beschichtung (
22 ) eine kupferdiffusionshemmende Schicht und/oder eine Edelmetallschicht aufweist. - Leistungsmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kupferdiffusionshemmende Schicht Nickel oder eine Nickellegierung aufweist.
- Leistungsmodul nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallschicht Gold, Silber, Aluminium oder Legierungen derselben aufweist.
- Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanschlußflächen (
11 ) eine phosphordotierte Nickelbeschichtung aufweisen. - Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanschlußflächen (
11 ) auf ihrer kupferdiffusionshemmenden Schicht eine wenige zehn Nanometer dicke Beschichtung aus Gold oder einer Goldlegierung aufweisen. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beidseitigen Metallschichten (
6 ,21 ) des Schaltungsträgers (3 ) identische kupferdiffusionshemmende und/oder Edelmetallbeschichtungen aufweisen. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermokompressionsköpfe (
10 ) Gold, Aluminium, Kupfer und/oder Legierungen derselben aufweisen. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachleiter (
8 ) Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Flachleiterenden (
9 ) eine kupferdiffusionshemmende und/oder Edelmetallbeschichtung aufweisen, deren Zusammensetzung der bondbaren Beschichtung (22 ) auf den Kontaktanschlußflächen (11 ) entspricht. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul (
1 ) ein Multichipmodul mit auf dem Schaltungsträger (3 ) angeordneten Leistungshalbleiterchips (23 ) ist. - Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul (
1 ) eine Steuerung für einen Elektromotor aufweist. - Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls, das folgende Verfahrenschritte aufweist: – Bereitstellen einer Schaltungsträgerplatte (
4 ) mit Kontaktinseln (24 ), Leiterbahnen (14 ) und Kontaktanschlussflächen (11 ) einer strukturierten Metallschicht (6 ) in mehreren Modulbaupositionen (25 ), – Beschichten mindestens einer der Kontaktanschlussflächen (11 ) mit einer bondbaren Beschichtung (22 ), – Aufbringen von Thermokompressionsköpfen (10 ) auf die Kontaktanschlussflächen (11 ), – Trennen der Schaltungsträgerplatte (4 ) in einzelne Schaltungsträger (3 ) für jede Modulbauposition (25 ), – Bereitstellen eines Systemträgers (26 ) mit einem Systemträgerrahmen, von dem aus sich Flachleiter (8 ) mit inneren Flachleiterenden (9 ) in Richtung auf mehrere Modulbaupositionen (25 ) erstrecken, – Ausrichten und Verbinden der Thermokompressionsköpfe (10 ) auf den Kontaktanschlussflächen (11 ) jedes Schaltungsträgers (3 ) mit den inneren Flachleiterenden (9 ) von jedem Flachleiterrahmen in den Modulbaupositionen (25 ) des Systemträgers (26 ), wobei die Anzahl der Thermokompressionsköpfe (10 ) pro Verbindung zwischen den inneren Flachleiterenden (9 ) und den Kontaktanschlussflächen (11 ) einerseits mechanisch an die Festigkeit der Verbindung und andererseits elektrisch an die für das Leistungsmodul (1 ) erforderliche Stromdichte angepasst wird, – Aufbringen mehrerer Leistungsbauelemente (7 ) in jeder Modulposition (25 ), – Aufbringen von Bondverbindungen (17 ), – Verpacken jeder Modulbauposition (25 ) des Systemträgers (26 ) mit auf Schaltungsträgern angeordneten Leistungsbauelementen (7 ) in einem Gehäuse (13 ), – Trennen des Systemträgers (26 ) in einzelne Multichip-Leistungsmodule (1 ). - Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls (
1 ), das folgende Verfahrenschritte aufweist: – Bereitstellen einer Schaltungsträgerplatte (4 ) mit mehreren Modulbaupositionen (25 ), die Kontaktinseln (24 ), Leitungsbahnen (14 ) und Kontaktanschlussflächen (11 ) einer strukturierten Metallschicht (6 ) aufweisen, – selektives Beschichten der Kontaktanschlussflächen (11 ) mit einer bondbaren Beschichtung (22 ), – Bestücken der Schaltungsträgerplatte (4 ) mit mehreren Leistungsbauelementen (7 ) in jeder Modulposition (25 ), – Aufbringen von Bondverbindungen (17 ) in jeder Modulbaupositionen (25 ), – Aufbringen von Thermokompressionsköpfen (10 ) auf die Kontaktanschlussflächen (11 ), – Trennen der Schaltungsträgerplatte (4 ) in einzelne Schaltungsträger (3 ) für jede Modulbauposition (25 ), – Bereitstellen eines Systemträgers (26 ) mit einem Systemträgerrahmen von dem aus sich Flachleiter (8 ) mit inneren Flachleiterenden (9 ) in Richtung auf mehrere Modulbaupositionen (25 ) erstrecken, – Ausrichten und Verbinden der Thermokompressionsköpfe (10 ) auf den Kontaktanschlussflächen (11 ) jedes Schaltungsträgers (3 ) mit den inneren Flachleiterenden (9 ) von jedem Flachleiterrahmen in den Modulbaupositionen (25 ) des Systemträgers (26 ), wobei die Anzahl der Thermokompressionsköpfe (10 ) pro Verbindung zwischen den inneren Flachleiterenden (9 ) und den Kontaktanschlussflächen (11 ) einerseits mechanisch an die Festigkeit der Verbindung und andererseits elektrisch an die für das Leistungsmodul (1 ) erforderliche Stromdichte angepasst wird, – Verpacken jeder Modulbauposition (25 ) des Systemträgers (26 ) mit auf Schaltungsträgern (3 ) angeordneten Leistungsbauelementen (7 ) in einem Gehäuse (13 ), – Trennen des Systemträgers (26 ) in einzelne Multichip-Leistungsmodule (1 ). - Verfahren nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das als Schaltungsträger (
3 ) eine doppelseitig kupferkaschierte Isolationsplatte (2 ) bereitgestellt wird, deren eine Kupferschicht mit Kontaktinseln (24 ) zum Fixieren der Leistungshalbleiterchips (23 ), Leiterbahnen (13 ) und Kontaktanschlußflächen (11 ) strukturiert wird, während die gegenüberliegende Kupferschicht als geschlossene Metallschicht beibehalten wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturieren der Metallschicht (
6 ) mittels Ätzen durch eine Ätzmaske erfolgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturieren der Metallschicht (
6 ) mittels Naßätzung oder Trockenätzung durch eine Ätzmaske hindurch erfolgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturieren der Metallschicht (
6 ) mittels Laserablation durchgeführt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass als bondbare Beschichtung (
22 ) zunächst eine kupferdiffusionshemmende und anschließend eine Metallschicht aus Gold, Silber oder Legierung derselben mittels elektrolytische Abscheidung aufgebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass als eine kupferdiffusionshemmende Schicht eine Schicht aus phosphordotiertem Nickel mittels Schablonendruck aufgebracht wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermokompressionsköpfe (
10 ) mittels Thermokompressionsbonden oder Thermokompressionssonicbonden auf die inneren Flachleiterenden (9 ) und/oder auf die beschichteten Kontaktanschlußflächen (11 ) aufgebracht werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass Leistungshalbleiterchips (
23 ) auf den Kontaktinseln (24 ) des Schaltungsträgers (3 ) in jeder Modulbauposition (25 ) des Systemträgers (26 ) mittels Löttechnik elektrisch verbunden und mechanisch fixiert werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass Leistungshalbleiterchips (
23 ) auf den Kontaktinseln (24 ) des Schaltungsträgers (3 ) in jeder Modulbauposition (25 ) des Systemträgers (26 ) mittels Klebetechnik mechanisch fixiert und/oder mittels eines leitfähigen Klebstoffes elektrisch verbunden werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden (
15 ) auf den aktiven Oberseiten (16 ) der Leistungshalbleiterchips (23 ) untereinander und/oder mit den Leiterbahnen (14 ) der strukturierten Metallschicht (6 ) über Bondverbindungen (17 ) elektrisch verbunden werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpacken jeder Modulbauposition (
25 ) in einem Gehäuse (13 ) mittels Hochdruckspritzgußtechnik für ein Kunststoffgehäuse durchgeführt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen des Systemträgers (
26 ) in einzelne Multi chip-Leistungsmodule (1 ) mittels Stanztechnik durchgeführt wird.
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