DE102007032074A1 - Elektronische Komponenten darin verkapselndes elektronisches Gehäuse - Google Patents

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Abstract

Eine elektronische Komponenteneinheit, die ein Metallelement und eine elektronische Komponente, wie zum Beispiel ein Halbleiterelement, beinhaltet, das auf das Metallelement montiert ist, ist mit einem Gussharz, wie zum Beispiel einem Epoxidharz, verkapselt, um dadurch ein elektronisches Gehäuse auszubilden. Die elektronische Komponenteneinheit ist mit einer Grundbeschichtung bedeckt, die aus einem Material, wie zum Beispiel Harz, besteht, um eine Haftkraft des Grussharzes an der elektronischen Komponenteneinheit zu erhöhen. Eine Glasübergangstemperatur vo sowohl dem Gussharz als auch der Grundbeschichtung ist auf eine Temperatur von mehr als 200°C festgelegt, um die Haftkraft mindestens bis zu der Umgebungstemperatur von 200°C unverändert zu halten und eine Zuverlässigkeit des elektronischen Gehäuses sicherzustellen. Ein Metallleiterdraht, der mit der elektronischen Komponente verbunden ist, kann zusammen mit der elektronischen Komponenteneinheit verkapselt sein. Eine gesamte Oberfläche der elektronischen Komponenteneinheit kann mit der Grundbeschichtung bedeckt sein, um die Haftkraft weiter zu verbessern.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein vergossenes Gehäuse zum Verkapseln von elektronischen Komponenten darin.
  • Ein Gehäuse, das eine elektronische Komponenteneinheit verkapselt, die eine elektronische Komponente aufweist, die mit einem Gussharz auf ein Metallelement montiert ist, ist bisher bekannt gewesen. Ein Beispiel dieser Art eines Gehäuses ist in der JP-A-2006-299246 offenbart. Eine elektronische Komponente ist mit einem Epoxidharz verkapselt, das ein elektronisches Gehäuse ausbildet. Im Allgemeinen ist die elektronische Komponenteneinheit mit einer Grundbeschichtung bedeckt und wird dann mit Harz, wie zum Beispiel einem Epoxid, derart vergossen, dass das Gussharz ausreichend an der elektronischen Komponenteneinheit haftet.
  • Das elektronische Gehäuse dieser Art weist eine kleine Abmessung auf, um einfach in zum Beispiel ein Kraftfahrzeug montiert zu werden, und eine Wärmemenge, die in der elektronischen Komponenteneinheit erzeugt wird, wird hoch. Dies führt zu einer Erhöhung der Temperatur des elektronischen Gehäuses. Wenn die Temperatur des Gehäuses höher wird, wird eine Haftkraft des Gussharzes an der elektronischen Komponenteneinheit niedriger und kann eine Zuverlässigkeit des Gehäuses nicht aufrechterhalten werden. Gemäß Testergebnissen wird die Zuverlässigkeit eines herkömmlichen Gehäuses lediglich bis zu einer Temperatur von ungefähr 150°C aufrechterhalten.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf das zuvor erwähnte Problem geschaffen worden und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes elektronisches Gehäuse zu schaffen, das eine elektronische Komponenteneinheit darin verkapselt aufweist, wobei eine Zuverlässigkeit des elektronischen Gehäuses bis zu einer Temperatur von 200°C sichergestellt ist.
  • Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Eine elektronische Komponenteneinheit, die ein Metallelement und eine elektronische Komponente, wie zum Beispiel ein Halbleiterelement, aufweist, das auf das Metallelement montiert ist, ist mit einem Gussharz verkapselt, um dadurch ein elektronisches Gehäuse auszubilden. Um eine Haftkraft des Gussharzes an der elektronischen Komponenteneinheit zu verbessern, ist eine Oberfläche der elektronischen Komponenteneinheit mit einer Grundbeschichtung bedeckt, die aus einem Material, wie zum Beispiel Harz, besteht.
  • Um eine Zuverlässigkeit des elektronischen Gehäuses bis zu der Umgebungstemperatur von 200°C sicherzustellen, werden das Gussharz und die Grundbeschichtung verwendet, die beide eine Glasübergangstemperatur bzw. einen Glaspunkt von höher als 200°C aufweisen. Auf diese Weise werden sowohl das Gussharz als auch die Grundbeschichtung mindestens bis zu 200°C unverändert gehalten und wird die Haftkraft des Gussharzes aufrechterhalten. Daher wird eine Zuverlässigkeit des elektronischen Gehäuses mindestens bis zu der Umgebungstemperatur von 200°C sichergestellt.
  • Ein Metallleiterdraht, der mit der elektronischen Komponente, die auf das Metallelement montiert ist, über einen Kontaktierungsdraht verbunden ist, kann ebenso mit dem Gussharz verkapselt sein. Eine gesamte Oberfläche der elektronischen Komponenteneinheit kann mit der Grundbeschichtung bedeckt sein, um die Verbindungskraft zwischen dem Gussharz und der elektronischen Komponenteneinheit weiter zu verbessern.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines elektronischen Gehäuses, das darin eine elektronische Komponenteneinheit verkapselt, gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 einen Graph einer Haftkraft eines Gussharzes bezüglich der Umgebungstemperatur in einem Vergleichsbeispiel; und
  • 3 einen Graph einer Haftkraft eines Gussharzes bezüglich der Umgebungstemperatur, in welchem ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und ein Vergleichsbeispiel verglichen werden.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Wie es in 1 gezeigt ist, ist eine elektronische Komponenteneinheit 50 mit einem Gussharz 60, wie zum Beispiel einem Epoxidharz, verkapselt, um dadurch ein elektronisches Gehäuse 100 auszubilden. Die elektronische Komponenteneinheit 50 beinhaltet eine elektronische Komponente, wie zum Beispiel ein Halbleiterelement, das mit einem Verbindungsmaterial 30, wie zum Beispiel Lot oder ein Epoxidharz, auf ein Metallelement 50 montiert ist, und einen Leiterdraht 11, der über einen Kontaktierungsdraht 40 mit der elektronischen Komponente 20 elektrisch verbunden ist. Eine gesamte Oberfläche der elektronischen Komponenteneinheit 50 ist mit einer Grundbeschichtung 70 bedeckt, die aus einem Harzmaterial, wie zum Beispiel Polyamid oder Polyimid, besteht, so dass das Gussharz 60 fest an der elektronischen Komponenteneinheit 50 haftet.
  • Das Metallelement 10 ist in diesem besonderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer rechteckigen Form ausgebildet und besteht aus einem Metallmaterial, wie zum Beispiel Kupfer, Nickel oder Eisen. Die elektronische Komponente 20 kann ein Halbleiterelement sein, das aus einem Material, wie zum Beispiel Silizium bzw. Si, Siliziumkarbid bzw. SiC oder Galliumnitrid bzw. GaN, besteht. Das elektronische Element wird in bekannten Halbleiterverfahren verarbeitet. Die elektronische Komponente 20 ist über den Kontaktierungsdraht 40, der aus Gold, Aluminium oder dergleichen besteht, elektrisch mit dem Leiterdraht 11 verbunden, der aus Kupfer, Nickel oder dergleichen besteht. Ein gesamte Oberfläche der elektronischen Komponenteneinheit 50 (die aus dem Metallelement 10, der elektronischen Komponente 20 und einem Leiterdraht 11 und dem Kontaktierungsdraht 40 besteht) ist mit der Grundbeschichtung 70 bedeckt. Ein Teil des Leiterdrahts 11 dehnt sich nach außerhalb des Gehäuses 100 aus, um elektrisch mit anderen elektronischen Schaltungen verbunden zu sein.
  • Das elektronische Gehäuse 100 wird in einem bekannten Verfahren hergestellt. Das heisst, die elektronische Komponenteneinheit 50 ist durch Eintauchen der Einheit 50 in die Grundbeschichtung 70 oder durch Bedecken der Oberfläche der Einheit 50 mit der Grundbeschichtung 70 bedeckt. Dann wird die Einheit 50 in eine Gussform gelegt und mit dem Gussharz 60 vergossen.
  • Das Gussharz 60, das in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein Epoxidharz, das eine Glasübergangstemperatur von mehr als 200°C aufweist. Die Grundbeschichtung 70 weist ebenso eine Glasübergangstemperatur von mehr als 200°C auf. Dies bedeutet, dass, wenn die Temperatur des elektronischen Gehäuses 100 aufgrund von Wärme, die innerhalb erzeugt wird, oder der Umgebungstemperatur 200°C erreicht, wird die Haftkraft des Gussharzes 60 aufrechterhalten und wird die Zuverlässigkeit des elektronischen Gehäuses 100 sichergestellt.
  • In einem herkömmlichen elektronischen Gehäuse sind das Gussharz und die Grundbeschichtung, die beide die Glasübergangstemperatur von mehr als 200°C aufweisen, nicht verwendet worden. Wenn die Temperatur des Gehäuses 100 höher als die Glasübergangstemperatur des Gussharzes wird, verschlechtert sich eine Verkapselungsfähigkeit des Gussharzes. Ähnlich kann, wenn die Gehäusetemperatur höher als die Glasübergangstemperatur der Grundbeschichtung wird, ein Haften der Grundbeschichtung nicht aufrechterhalten werden.
  • Die Glasübergangstemperatur des Gussharzes 60 und der Grundbeschichtung 70 kann durch verschiedene bekannte Verfahren auf eine Temperatur von höher als 200°C angehoben werden. Bezüglich des Gussharzes 60 sind einige beispielhafte Wege wie folgt: Ein Epoxidharz, das mehrere funktionale Gruppen (mehr als drei funktionale Gruppen) aufweist, wird verwendet; eine Brückenstruktur wird in ein Härtemittel eingebracht, das Brückenstrukturen in dem Harz ausbildet, um dadurch eine Dichte von Brückenstrukturen in dem Harz zu erhöhen; Hybridepoxid, welches durch Einbringen von anorganischen Strukturen, wie zum Beispiel Si-O, in Epoxidharz erzeugt wird, wird verwendet; oder ein A-denaturisiertes Amid/Imidmaterial wird verwendet. Bezüglich der Grundbeschichtung 70 kann ein Material, das eine aromatische Amidstruktur oder eine aromatische Imidstruktur beinhaltet, verwendet werden.
  • Es ist durch die Tests bestätigt worden, dass die Zuverlässigkeit des elektronischen Gehäuses 100 durch Festlegen der Glasübergangstemperatur von sowohl dem Gussharz 60 als auch der Grundbeschichtung 70 auf eine Temperatur von höher als 200°C bis zu einer Temperatur von 200°C sichergestellt wird. Es ist wichtig, die Glasübergangstemperatur auf eine Temperatur von höher als 200°C sowohl für das Gussharz 60 als auch die Grundbeschichtung 70 anzuheben. Wenn die Glasübergangstemperatur lediglich für entweder das Gussharz 60 oder die Grundbeschichtung 70 angehoben wird, kann die Zuverlässigkeit des elektronischen Gehäuses 100 nicht bis zu 200°C sichergestellt werden. Einige der Testergebnisse sind in den 2 und 3 gezeigt.
  • Als ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die folgende Probe hergestellt: Das Metallelement 10 besteht aus Nickel bzw. Ni und das Metallelement 10 wird mit dem Gussharz 60 verkapselt, nachdem das Metallelement 10 mit der Grundbeschichtung 70 bedeckt worden ist. Die Glasübergangstemperatur ist für das Gussharz 60 auf 280°C und für die Grundbeschichtung 70 auf 290°C festgelegt. Als ein Vergleichsbeispiel wird das elektronische Gehäuse 100 unter Verwendung eines herkömmlichen Gussharzes 60, das eine Glasübergangstemperatur von 170°C aufweist, und einer herkömmlichen Grundbeschichtung hergestellt, die die Glasübergangstemperatur von 230°C aufweist.
  • 2 zeigt die Testergebnisse für das Vergleichsbeispiel. Eine Haftkraft (in MPa) des Gussharzes wird unter verschiedenen Umgebungstemperaturen gemessen. Es ist aus dem Graph, der in 2 gezeigt ist, zu sehen, dass die Haftkraft an einem ausreichenden Pegel bis zu der Umgebungstemperatur von 150°C aufrechterhalten wird, aber sich schnell verringert, wenn die Umgebungstemperatur höher als 150°C wird. 3 zeigt die Testergebnisse für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (die Testergebnisse für das Vergleichsbeispiel sind ebenso mit einer gestrichelten Linie zum Vergleichszweck gezeigt). Es ist aus dem Graph zu sehen, dass die Haftkraft des Gussharzes gut bis zu der Umgebungstemperatur von 200°C aufrechterhalten wird.
  • Die Glasübergangstemperatur, die in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung festgelegt wird, das zuvor beschrieben worden ist, ist lediglich ein Beispiel. Die Glasübergangstemperatur für sowohl das Gussharz 60 als auch die Grundbeschichtung 70 kann verschieden geändert werden, solange sie höher als 200°C ist. Es ist jedoch bevorzugt, die Glasübergangstemperatur von sowohl dem Gussharz 60 als auch der Grundbeschichtung 70 auf 250°C oder höher festzulegen, um eine bestimmte Grenze aufzuweisen.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann verschieden ausgestaltet werden. Zum Beispiel kann das Halbleiterelement 20, das auf das Metallelement 10 montiert ist, durch andere elektronische Komponenten, wie zum Beispiel einen Kondensator oder ein Widerstandselement, ersetzt werden. Weiterhin können mehrere elektronische Komponenten auf das Metallelement 10 montiert sein. Der Leiterdraht 11 muss nicht verwendet werden. In diesem Fall kann ein Teil des Metallelements 10 nach außerhalb des Gussharzes 60 ausgedehnt sein, um eine elektrische Verbindung zu bilden. Es ist ebenso möglich, einen Teil der elektronischen Komponenteneinheit 50 mit der Grundbeschichtung 70 zu bedecken, anstatt seine gesamte Oberfläche zu bedecken.
  • Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf das vorhergehende bevorzugte Ausführungsbeispiel gezeigt und beschrieben worden ist, versteht es sich für Fachleute, dass Änderungen in Form und Detail darin durchgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.
  • Eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße elektronische Komponenteneinheit, die ein Metallelement und eine elektronische Komponente, wie zum Beispiel ein Halbleiterelement, beinhaltet, das auf das Metallelement montiert ist, ist mit einem Gussharz, wie zum Beispiel einem Epoxidharz, verkapselt, um dadurch ein elektronisches Gehäuse auszubilden. Die elektronische Komponenteneinheit ist mit einer Grundbeschichtung bedeckt, die aus einem Material, wie zum Beispiel Harz, besteht, um eine Haftkraft des Gussharzes an der elektronischen Komponenteneinheit zu erhöhen. Eine Glasübergangstemperatur von sowohl dem Gussharz als auch der Grundbschichtung ist auf eine Temperatur von mehr als 200°C festgelegt, um die Haftkraft mindestens bis zu der Umgebungstemperatur von 200°C unverändert zu halten und eine Zuverlässigkeit des elektronischen Gehäuses sicherzustellen. Ein Metallleiterdraht, der mit der elektronischen Komponente verbunden ist, kann zusammen mit der elektronischen Komponenteneinheit verkapselt sein. Eine gesamte Oberfläche der elektronischen Komponenteneinheit kann mit der Grundbschichtung bedeckt sein, um die Haftkraft weiter zu verbessern.

Claims (3)

  1. Elektronisches Gehäuse (100), das aufweist: eine elektronische Komponenteneinheit (50), die ein Metallelement (10) und eine elektronische Komponente (20) aufweist, die auf das Metallelement (10) montiert ist; ein aus Epoxidharz bestehendes Gussharz (60) zum Verkapseln der elektronischen Komponenteneinheit (50), und eine eine Oberfläche der elektronischen Komponentenenheit (50) bedeckende Grundbeschichtung (70) zum Sicherstellen eines Haftens des Gussharzes (60) an der elektronischen Komponenteneinheit (50), wobei eine Glasübergangstemperatur des Gussharzes (60) und der Grundbeschichtung (70) höher als 200°C ist.
  2. Elektronisches Gehäuse nach Anspruch 1, wobei die elektronische Komponenteneinheit (50) weiterhin einen Leiterdraht (11) beinhaltet, der über einen Kontaktierungsdraht (40) elektrisch mit der elektronischen Komponente (20) verbunden ist.
  3. Elektronisches Gehäuse nach Anspruch 1, wobei eine gesamte Oberfläche der elektronischen Komponenteneinheit (50) mit der Grundbeschichtung (70) bedeckt ist.
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