DE102013211405A1 - Verfahren zur herstellung eines halbleitermoduls - Google Patents

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Abstract

Die vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung eines Halbleitermoduls. Gemäß einem Aspekt werden ein Schaltungsträger (2) mit einer Metallisierung (21) bereitgestellt, sowie ein elektrisch leitender Draht (4) und eine Bondvorrichtung (5). Mit Hilfe der Bondvorrichtung (5) wird zwischen der Metallisierung (21) und einem ersten Abschnitt (41, 41') des Drahtes (4) eine Bondverbindung hergestellt. Auf dem Draht (4) werden eine Trennstelle (45) festgelegt, sowie ein von der Trennstelle (45) beabstandeter zweiter Abschnitt (42) des Drahtes (4). In diesem zweiten Abschnitt (42) wird der Draht (4) umgeformt. Vor oder nach dem Umformen wird der Draht (4) an der Trennstelle (45) durchtrennt, so dass aus einem Teil des Drahtes (4) ein Anschlussleiter (49) des Halbleitermoduls gebildet wird, der an die Metallisierung (21) gebondet ist und der an der Trennstelle (45) ein freies Ende aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitermodule. In derartigen Module werden elektrische Anschlussleiter eingesetzt, die dazu dienen, einen oder mehrere Halbleiterchips des Halbleitermoduls elektrisch zu kontaktieren. Die elektrischen Anschlussleiter können dabei aus einem Gehäuse des Halbleitermoduls herausgeführt sein. In der Regel ist ein solcher Anschlussleiter mechanisch und elektrisch leitend mit einer Leiterbahn verbunden, an die auch der elektrisch zu kontaktierende Halbleiterchip angeschlossen ist. Ein derartiger herkömmlicher Anschlussleiter kann hierzu stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, Sintern, Laserschweißen oder Ultraschallbonden, mit der Leiterbahn verbunden sein. Ebenso ist es bekannt, einen Anschlussleiter in eine Federhülse einzustecken, die auf die Leiterbahn gelötet ist. Eine weitere bekannte Variante besteht darin, einen Anschlussleiter, der einen umgebogenen Fußbereich aufweist, in eine Seitenwand eines Modulgehäuses einzusetzen und den Fußbereich mittels einer Bonddrahtverbindung an die Leiterbahn anzuschließen. Auf der Außenseite des Modulgehäuses kann der Anschlussleiter einen Löt, Press-, Feder- oder Schraubanschluss aufweisen.
  • Bei den Varianten, in denen der Anschlussleiter in eine Federhülse eingesteckt wird, ist der Anschlussleiter als gerader Pin ausgebildet, so dass die Position des durch den Pin gebildeten Außenanschlusses durch die Position der Federhülse vorgegeben ist. Damit verbunden ist eine geringe Flexibilität bei der Auswahl geeigneter Positionen. Außerdem ist das Verfahren aufwändig, da eine Federhülse durch Stanzen und Biegen vorgefertigt, mit der Leiterbahn verbunden und dann mit einem ebenfalls vorgefertigten Anschlusspin bestückt werden muss.
  • Bei anderen Varianten ist der Anschlussleiter als gestanzte und gebogene Stromschiene ausgebildet, die während der Modulherstellung an einem Fußpunkt der Stromschiene mit der Leiterbahn verbunden werden. Die Position des Fußpunktes ist durch die beim Stanzen und Biegen gebildete dreidimensionale Form festgelegt. Entsprechendes gilt für die äußere Position der Anschlusskontakte. Bei derartigen Stromschienen liegen die Fußpunkte in der Regel nicht oberhalb der äußeren Anschlusspunkte sondern seitlich versetzt. Der Nachteil dieser Variante besteht darin, dass unterschiedliche Anschlussleiter des Halbleitermoduls im Allgemeinen unterschiedliche Formen aufweisen und dann auch in unterschiedlichen Stanz- und Biegeprozessen vorgefertigt werden müssen, was mit großem Aufwand verbunden ist.
  • Bei der Variante, bei der der Anschlussleiter in eine Gehäuseseitenwand eingesetzt und durch Bonddrahtverbindungen angeschlossen ist, muss die betreffende Leiterbahn nahe an Gehäuseseitenwand und damit nahe an den Rand des Schaltungsträgers herangeführt werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch viele unterschiedliche Prozessschritte wie zum Beispiel das Herstellen eines Anschlussleiters durch Stanzen und Biegen, das Einsetzen des auf diese Weise vorgefertigten Anschlussleiters in die Gehäuseseitenwand, und das Anschließen des eingesetzten Anschlussleiters durch Drahtbonden.
  • Ein weiterer Nachteil, der allen Varianten gemein ist, dass durch die jeweils erforderlichen Stanzprozesse Materialabfall entsteht.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise ein Anschlussleiter des Halbleitermoduls mit einer Metallisierung eines Schaltungsträgers verbunden werden kann und bei dem kein oder nur ein geringer Materialabfall entsteht.
  • Diese Aufgabe wird durch Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls gemäß den Patentansprüchen 1, 16 und 24 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Bei einem ersten Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls werden ein Schaltungsträger mit einer Metallisierungsschicht bereitgestellt, sowie ein elektrisch leitender Draht und eine Bondvorrichtung. Mit Hilfe der Bondvorrichtung wird zwischen der Metallisierung und einem ersten Abschnitt des Drahtes eine Bondverbindung hergestellt. Auf dem Draht werden eine Trennstelle festgelegt, sowie ein von der Trennstelle beabstandeter zweiter Abschnitt des Drahtes. In diesem zweiten Abschnitt wird der Draht umgeformt. Vor oder nach dem Umformen wird der Draht an der Trennstelle durchtrennt, so dass aus einem Teil des Drahtes ein Anschlussleiter des Halbleitermoduls gebildet wird, der an die Metallisierung gebondet ist und der an der Trennstelle ein freies Ende aufweist.
  • Bei einem zweiten Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls werden ein Schaltungsträger mit einer Metallisierungsschicht bereitgestellt, sowie ein Anschlussleiter und eine Bondvorrichtung. Das bereitgestellte Anschlussleiter weist einen ersten Endabschnitt und einen dem ersten Endabschnitt entgegengesetzten zweiten Endabschnitt auf. Mit Hilfe der Bondvorrichtung wird zwischen der Metallisierungsschicht und dem ersten Endabschnitt eine Bondverbindung hergestellt. Nach dem Herstellen der Bondverbindung wird der zweite Endabschnitt um einen Biegewinkel, der größer oder gleich 20° und kleiner oder gleich 80° ist, relativ zum Schaltungsträger umgebo gen.
  • Bei einem dritten Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls werden ein Schaltungsträger mit einer Metallisierungsschicht bereitgestellt, sowie ein Anschlussleiter, eine Bondvorrichtung und ein Modulgehäuse. Der Anschlussleiter weist einen ersten Abschnitt aus einem elektrisch leitenden ersten Material auf, einen zweiten Abschnitt aus einem von dem ersten Material verschiedenen, elektrisch leitenden zweiten Material, der mit dem ersten Abschnitt mittelbar oder unmittelbar stoffschlüssig verbunden ist, einen ersten Endabschnitt, sowie einen dem ersten Endabschnitt entgegengesetzten zweiten Endabschnitt, wobei der erste Endabschnitt durch einen Teil des ersten Abschnitts und der zweite Endabschnitt durch einen Teil des zweiten Abschnitts gebildet ist. Mit Hilfe der Bondvorrichtung wird zwischen der Metallisierungsschicht und dem ersten Abschnitt eine Bondverbindung derart hergestellt, dass der erste Endabschnitt unmittelbar mit der Metallisierungsschicht verbunden wird. Nach dem Herstellen der Bondverbindung wird der Schaltungsträger derart in dem Modulgehäuse angeordnet, dass der zweite Endabschnitt aus dem Modulgehäuse herausragt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Soweit nicht anders angegeben bezeichnen gleiche Bezugszeihen gleiche oder gleich wirkende Elemente. Es zeigen:
  • 1A–1J verschiedene Schritte eines Verfahrens, bei dem ein Anschlussleiter aus einem Draht gebildet wird, indem der Draht in einem ersten Abschnitt an eine Leiterbahn gebondet, in einem zweiten Abschnitt umgeformt und schließlich abgetrennt wird.
  • 2A–2D verschiedene Schritte eines alternativen Verfahrens, das sich von dem anhand der 1A bis 1J erläuterten Verfahren dadurch unterscheidet, dass das Umformen des Drahtes in dem zweiten Abschnitt nach dem Abtrennen erfolgt.
  • 3A–3D verschiedene Schritte eines weiteren alternativen Verfahrens, das sich von dem anhand der 1A bis 2D erläuterten Verfahren dadurch unterscheidet, dass das Umformen und das Trennen des Drahtes mit einem gemeinsamen Werkzeug erfolgt.
  • 4A–4D verschiedene Schritte eines Verfahrens, bei dem ein Quasi-Endlosdraht sowohl zur Herstellung einer modulinternen elektrischen Verbindung zwischen zwei Bondstellen als auch zur Herstellung eines Anschlussleiters verwendet wird, das ein freies Ende aufweist.
  • 9 eine Schnittansicht eines Halbleitermoduls mit mehreren Anschlussleitern, die aus einem Modulgehäuse herausgeführt sind, und die jeweils einen durch Prägen erzeugten Einpresskontakt aufweisen.
  • 10 eine Schnittansicht eines Halbleitermoduls, das sich von dem Halbleitermodul gemäß 9 dadurch unterscheidet, dass die Einpresskontakte Durchgangsöffnungen aufweisen.
  • 11A–11B verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleitermoduls.
  • 12 eine Schnittansicht durch ein Halbleitermodul, bei dem mehrere elektrisch parallel geschaltete Anschlussleiter in einen gemeinsamen Verbindungsleiter eingepresst sind, der sich außerhalb eines Modulgehäuses befindet.
  • 13 eine Schnittansicht durch ein Halbleitermodul, bei dem mehrere elektrisch parallel geschaltete Anschlussleiter in einen gemeinsamen Verbindungsleiter eingepresst sind, der sich innerhalb eines Modulgehäuses befindet.
  • 14A–14D verschiedene Beispiele für Geometrien, die ein Anschlussleiter in seinem zweiten Abschnitt aufweisen kann.
  • 15A–15F verschiedene Beispiele für mögliche Querschnittsformen eines noch nicht umgeformten Drahtes.
  • 15G ein Beispiel für eine konkav-konvexe Querschnittsform eines fertig gestellten Anschlussleiters.
  • 16A–16C verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Anschlussleiters mit konkav-konvexem Querschnitt.
  • 17A–17F verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines aus zwei Teilen zusammengesetzten Anschlussleiters.
  • 18A–18H verschiedene Ausgestaltungen eines aus zwei Teilen zusammengesetzten Anschlussleiters.
  • 19 einen vorgefertigten, mit einer galvanischen Schicht versehenen Anschlussleiter.
  • 20 einen vorgefertigten, mit einer galvanischen Schicht versehenen Anschlussleiter, der zwei stoffschlüssig miteinander verbundene Abschnitte unterschiedlichen Materials aufweist.
  • A) Erzeugen eines Halbleitermoduls mit einem Anschlussleiter durch Anbonden eines Quasi-Endlosdrahtes an eine Metallisierungsschicht eines Schaltungsträgers und nachfolgendes Abtrennen eines Abschnitts des Quasi-Endlosdrahtes
  • Anhand der 1A bis 1J wird nachfolgend ein Verfahren erläutert, bei dem aus einem Quasi-Endlos Draht 4 einen Anschlussleiter für ein Halbleitermodul hergestellt wird. Das herzustellende Halbleitermodul umfasst einen Schaltungsträger 2, der eine obere Metallisierungsschicht 21 sowie eine optionale untere Metallisierungsschicht 22 aufweist, welche auf einander entgegengesetzten Seiten eines Isolationsträgers 20 angeordnet sind. Zur Realisierung eines gewünschten Schaltungs-Layouts kann die obere Metallisierungsschicht 21 bei Bedarf zu Leiterbahnen und/oder Leiterflächen 211, 212, 213 strukturiert sein. Optional können die obere Metallisierungsschicht 21 und die untere Metallisierungsschicht 22 durch den Isolationsträger 20 elektrisch voneinander isoliert sein.
  • Bei dem Isolationsträger 20 kann es sich beispielsweise um ein Keramikplättchen, z. B. aus Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN) oder Zirkoniumoxid (ZrO2), handeln. Der Schaltungsträger 2 kann beispielsweise als DCB-Substrat (DCB = Direct Copper Bonding), als DAB-Substrat (DAB = Direct Aluminum Bonding), als AMB-Substrat (AMB = Active Metal Brazing) oder als IMS-Substrat (IMS = Insulated Metal Substrate) ausgebildet sein.
  • Die obere Metallisierungsschicht 21 und/oder die untere Metallisierungsschicht 22 können z.B. vollständig oder zu wenigstens 90 Gew.% (Gewichtsprozent) aus Kupfer bestehen, oder vollständig oder zu wenigstens 90 Gew.% aus Aluminum. Optional können die obere Metallisierungsschicht 21 und/oder die untere Metallisierungsschicht 22 zumindest auf ihren dem Isolationsträger 20 abgewandten Seiten eine oder mehrere dünne metallische Beschichtungen aufweisen, beispielsweise um dort die Lötbarkeit oder die Sinterfähigkeit zu verbessern. Geeignete Materialien für derartige metallische Beschichtungen sind z.B. Nickel, Silber, Gold, Palladium.
  • Auf der oberen Metallisierungsschicht 21 können ein oder mehrere Halbleiterbauelemente 1 sowie optional weitere Bauelemente montiert sein. Die Verschaltung der oberen Metallisierungsschicht 21, eventuell daraus gebildeter Leiterbahnen und/oder Leiterflächen 211, 212, 213, sowie auf dem Schaltungsträger 2 montierter Halbleiterbauelemente 1 oder anderer Bauelemente kann beispielsweise mit Hilfe von Bonddrähten 3 erfolgen. Ebenso können flexible Leiterplatten, metallische Verschienungen, Druckkontaktverbindungen oder Federkontaktverbindungen, auch in beliebigen Kombinationen miteinander, eingesetzt werden.
  • Die obere und/oder die untere Metallisierungsschicht 21 bzw. 22 können jeweils eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 2 mm, oder von 0,25 mm bis 2,5 mm aufweisen. Die Dicke des Isolationsträgers 20 kann kleiner oder gleich 2 mm sein, sieh kann z. B. im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm oder im Bereich von 0,25 mm bis 1 mm liegen.
  • Bei den Halbleiterbauelementen 1 kann es sich z.B. um MOSFETs, IGBTs, Sperrschichtfeldeffekttransistoren, Thyristoren, Dioden oder beliebige andere Halbleiterbauelemente in beliebigen Kombinationen handeln.
  • Zur Herstellung eines Anschlussleiters wird ein Draht 4 verwendet, der als Quasi-Endlosmaterial bereitgestellt wird. Zweckmäßigerweise befindet sich der Draht auf einer Rolle, von der er zur Herstellung von einem oder mehreren Anschlussleitern abgerollt werden kann.
  • Mit Hilfe eines Bond-Werkzeuges 5, beispielsweise eines Ultraschall-Drahtbonders, wird ein erster Abschnitt 41 des Drahtes 4 an die obere Metallisierung 21, hier lediglich beispielhaft an die Leiterbahn 211, gebondet. Da aus dem Draht 4 ein Anschlussleiter hergestellt werden soll, muss dieser eine gewisse Mindeststabilität aufweisen, was beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass der bereitgestellte Draht 4 eine große Querschnittsfläche aufweist. Beispielsweise kann der bereitgestellte Draht 4, bevor er durch eine Bondvorrichtung 5, welche eine Sonotrode aufweist, oder anderweitig verformt wird, eine Querschnittsfläche von wenigstens 0,6 mm2 aufweisen. Durch das Herstellen der Bondverbindung zwischen dem ersten Abschnitt 41 und der Metallisierung 21 entsteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Draht 4 und der Metallisierung 21, bei der der Draht 4 in dem ersten Abschnitt 41 unmittelbar mit der Metallisierung 21 verbunden ist.
  • Nach dem Aufbonden des Drahtes 4 ist dieser im Bereich des ersten Abschnittes 41 mit der Metallisierung 21 verbunden, so dass sein Verlauf mit Hilfe einer gegenüber dem Draht beweglichen Drahtführung 9 in eine gewünschte Form gebracht werden kann. Optional kann die Bondstelle, während ein gewünschter Verlauf des Drahtes 4 mit Hilfe der beweglichen Drahtführung 9 eingestellt wird, mit einer Anpressvorrichtung 11 gesichert werden, indem die Anpressvorrichtung 11 den Draht 4 im Bereich des ersten Abschnitts 41 und damit im Bereich der Bondstelle gegen die Leiterbahn 21 presst.
  • Wie in 1B gezeigt ist, kann der Draht 4, nachdem sein Verlauf mit Hilfe der beweglichen Drahtführung 9 eingestellt wurde, optional einen Abschnitt aufweisen, der im Wesentlichen senkrecht zur Oberseite des Schaltungsträgers 2 verläuft. Wie weiter in 1C gezeigt ist, wird der Draht 4 in einem zweiten Abschnitt 42, der von dem ersten Abschnitt 41 beabstandet ist, umgeformt. Das Umformen erfolgt mittels eines Umformwerkzeuges 6, bei dem der Draht 4 lokal zwischen zwei Teilen 61, 62 des Umformwerkzeugs 6 so geprägt wird, dass sich seine Form im zweiten Abschnitt 42 verändert. Zum Umformen kann jede beliebige Druckumformtechnik, zum Beispiel Prägen, Freiformschmieden oder Gesenkschmieden, verwendet werden.
  • Das Umformen kann dabei wahlweise „kalt“ erfolgen (das heißt bei Raumtemperatur), oder „warm“, das heißt bei einer Temperatur, in dem der zweite Abschnitt 42 auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisierungstemperatur des Materials des Drahtes 4 erwärmt wird, oder „halbwarm“, das heißt bei einer Temperatur, bei dem der zweite Abschnitt 42 während des Umformens auf eine Temperatur erwärmt wird, die über 150°C aber unter der Rekristallisierungstemperatur des Materials des Drahtes 4 liegt.
  • 1C zeigt die Anordnung mit dem an die Metallisierung 21 gebondeten Draht 4 vor dem Umformen bei noch nicht geschlossenem Umformwerkzeug 6, 1D bei geschlossenem Umformwerkzeug 6, und 1E nach dem Umformvorgang bei wieder geöffnetem Umformwerkzeug 6.
  • Nach dem Umformen kann der Draht 4, wie in 1F gezeigt ist, mit Hilfe einer Trennvorrichtung 7 an einer vorgegebenen Trennstelle 45 abgetrennt werden, so dass der abgetrennte Abschnitt 49 des Drahtes 4 einen an die obere Metallisierung 21 gebondete Anschlussleiter 49 darstellt. 1H zeigt eine Seitenansicht der Anordnung gemäß 1C, d.h. vor dem Umformvorgang, in einer Blickrichtung V, 1J die Ansicht gemäß 1G, d.h. nach dem Umformvorgang.
  • Wie aus einem Vergleich der 1C und 1G ersichtlich ist, kann optional im zweiten Abschnitt 42 die ursprüngliche Breite By1, die der Draht 4 in einer ersten Richtung y senkrecht zu seiner Verlaufsrichtung aufweist, durch den Umformvorgang auf eine Breite By2 verringert werden. Der Draht 4 kann also im zweiten Abschnitt 42 in der ersten Richtung y vor dem Umformen eine erste minimale Breite By1 aufweisen, und nach dem Umformen eine zweite minimale Breite By2, die um wenigstens 30% der ersten minimalen Breite By1 geringer ist als die erste minimale Breite By1. Optional kann dabei eine erste Stelle 48 des zweiten Abschnittes 42, an der dieser nach dem Umformen in der ersten Richtung y die zweite minimale Breite By2 aufweist, um einen Abstand Dz2 von wenigstens der ersten minimalen Breite By1 von der Trennstelle 45 beabstandet sein.
  • Entsprechend kann, wie aus einem Vergleich der 1H und 1J ersichtlich ist, im zweiten Abschnitt 42 die ursprüngliche (erste) maximale Breite Bx1, die der Draht 4 in einer zweiten Richtung x senkrecht zur Verlaufsrichtung in dem zweiten Abschnitt 42 aufweist, durch den Umformvorgang auf eine (zweite) maximale Breite Bx2 erhöht werden, wobei auch die zweite maximale Breite Bx2 im zweiten Abschnitt 42 vorliegt. Der Draht 4 kann also im zweiten Abschnitt 42 in der zweiten Richtung x vor dem Umformen eine erste maximale Breite Bx1 aufweisen, und nach dem Umformen eine zweite maximale Breite Bx2, die z.B. um wenigstens 20% der ersten minimalen Breite By1 größer sein kann als die erste maximale Breite Bx1. Optional kann dabei eine zweite Stelle 47 des zweiten Abschnittes 42, an der dieser nach dem Umformen in der zweiten Richtung x die zweite maximale Breite Bx2 aufweist, um einen Abstand Dz1, der wenigstens der zweiten maximalen Breite Bx2 entspricht, von der Trennstelle 45 beabstandet sein.
  • Abweichend von dem anhand der 1A bis 1J beschriebenen Verfahren kann das Umformen des Drahtes 4 im Bereich des zweiten Abschnittes 42 auch erst nach dem Abtrennen des Drahtes 4 erfolgen, was beispielhaft anhand der 2A bis 2D erläutert wird. Zunächst kann das Anbonden des Drahtes 4 in dem ersten Abschnitt 41 an die Metallisierung 21 und das nachfolgende Gestalten des Verlaufs des angebondeten Drahtes 4 so erfolgen, wie es vorangehend und Bezugnahme auf die 1A und 1B erläutert wurde. Danach kann der Draht 4, wie in 2A gezeigt, an einer vorgegebenen Trennstelle 45 unter Verwendung eines Trennwerkzeuges 7 abgetrennt werden, was im Ergebnis in 2B gezeigt ist. Nach dem Abtrennen kann ein abgetrennter, an die Metallisierung 21 gebondeter Abschnitt des Drahtes 4 mit Hilfe eines anhand der 1C bis 1E erläuterten Umformwerkzeuges 6 und eines ebenfalls erläuterten Verfahrens im Bereich eines zweiten Abschnittes 42 umgeformt werden, was in den 2C und 2D veranschaulicht wird. 2C zeigt die Anordnung bei geschlossenem und 2d bei geöffnetem Umformwerkzeug 6. Im Ergebnis führt dies zu einem Anschlussleiter 49, der an die Metallisierung 21 gebondet ist.
  • Gemäß noch einem weiteren, anhand der 3A bis 3D erläuterten Verfahren können das Umformen und das Trennen des Drahtes 4 mit einem gemeinsamen Werkzeug erfolgen. Nach den Schritten, die bereits anhand der 1A und 1B erläutert wurden, folgt ein anhand von 3A erläuterter Schritt, der sich von dem anhand von 1C erläuterten Schritt lediglich dadurch unterscheidet, dass das Umformwerkzeug 6 eine integrierte Trennvorrichtung 7 aufweist. Während des Schließens der Teile 61 und 62 des Umformwerkzeugs 6 wird der Draht 4 zunächst im zweiten Abschnitt 42 umgeformt und dann schließlich durch die Trennvorrichtung 7 abgetrennt, was in den 3B bis 3D gezeigt ist. Alternativ dazu kann der Querschnitt des Drahtes 4 durch die Trennvorrichtung 7, ohne den Draht 4 vollständig zu durchtrennen, auch nur so stark verringert werden, dass er nachfolgend unter Verwendung des Umformwerkzeugs 6 abgerissen werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den 4A bis 4D gezeigten Beispiels erläutert. Hierbei wird der zur Herstellung eines Anschlussleiters 49 verwendete Quasi-Endlosdraht 4 auch dazu eingesetzt, eine modulinterne Verbindung herzustellen. Hierzu wird der Draht 4, wie im Ergebnis in 4D gezeigt ist, nacheinander an zwei ersten Abschnitten 41 und 41' an verschiedene Stellen des Halbleitermoduls gebondet.
  • Bei dem gezeigten Beispiel umfasst das Halbleitermodul eine Bodenplatte 12, auf der zwei identische aufgebaute und identisch bestückte Schaltungsträger 2, 2' montiert sind. Die Bezugszeichen gleicher Komponenten der beiden Schaltungsträger 2, 2' unterscheiden sich lediglich durch einen Apostroph. Um einen höheren von dem Halbleitermodul zu schaltenden Strom zu ermöglichen, werden die beiden auf den Schaltungsträgern 2 und 2' realisierten Schaltungen elektrisch parallel geschaltet. Hierzu werden die korrespondierenden Leiterbahnen 211 und 211' der Metallisierungsschichten 21 bzw. 21' mit Hilfe des Drahtes 4 elektrisch leitende miteinander verbunden. Wie in 4A gezeigt ist, wird hierzu zunächst ein erster Abschnitt 41 des Drahtes 4, wie bereits oben anhand von 1A erläutert, an die Leiterbahn 211 gebondet. Danach wird ein weiterer erster Abschnitt 41' des aufgebondeten Drahtes 4 unter Verwendung der beweglichen Drahtführung 9 auf der Leiterbahn 211' positioniert und, wie in 4B gezeigt ist, mit Hilfe der Bondvorrichtung 5 an die Leiterbahn 211' gebondet. Auch hier können die beiden Bondverbindungen mittels eines Ultraschall-Bondverfahrens hergestellt werden. Optional kann die erste Bondstelle zwischen dem ersten Abschnitt 41 und der Leiterbahn 211 mit einer Anpressvorrichtung 11 gesichert werden, während der weitere erste Abschnitt 41' in seine Zielposition auf der Leiterbahn 211' verbracht wird. Zur Sicherung presst die Anpressvorrichtung 11 den Draht 4 im Bereich des ersten Abschnitts 41 gegen die Leiterbahn 21.
  • Nach der Herstellung der Bondverbindung zwischen dem weiteren ersten Abschnitt 41' und der Leiterbahn 211' wird ausgehend von dem weiteren ersten Abschnitt 41' ein Anschlussleiter 49 hergestellt, wie dies vorangehend anhand der 1B bis 1J oder 2A bis 2D oder 3A bis 3D ausgehend von dem ersten Abschnitt 41 erläutert wurde.
  • Grundsätzlich können zwei oder mehr modulinterne Verbindungen mit nachfolgender Herstellung eines Anschlussleiters 49 auch für beliebige andere Zwecke als für die elektrische Parallelschaltung von zwei identisch bestückten Schaltungsträgern 2, 2' eingesetzt werden. Auch müssen die beiden ersten Abschnitte 41 und 41' nicht notwendigerweise an verschiedene Schaltungsträger 2, 2' gebondet werden. Beispielsweise können die beiden ersten Abschnitte 41 und 41' auch an verschiedene Leiterbahnen desselben Schaltungsträgers oder an dieselbe Leiterbahn gebondet werden.
  • B) Erzeugen eines Halbleitermoduls mit einem Anschlussleiter durch Anbonden eines vorgefertigten einzelnen Anschlussleiters an eine Metallisierungsschicht eines Schaltungsträgers
  • Anhand der 5A bis 5G wird nun ein Verfahren erläutert, wie aus einem vorgefertigten einzelnen Anschlussleiter 49 ein Anschlussleiter eines Halbleitermoduls erzeugt werden kann, indem der Anschlussleiter 49 an eine Metallisierungsschicht 21 eines Schaltungsträgers 2 gebondet wird.
  • 5A zeigt einen Schaltungsträger 2, der denselben Aufbau besitzen kann wie die vorangehend erläuterten Schaltungsträger 2, sowie einen einzelnen, vorgefertigten Anschlussleiter 49. Der Anschlussleiter 49 weist einen ersten Endabschnitt 41 auf, sowie einen dem ersten Endabschnitt 41 entgegengesetzten zweiten Endabschnitt 42.
  • Der Anschlussleiter 49 weist außerdem einen Schaft 40 auf, gegenüber dem der Endabschnitt 41 um einen Winkel α vorgebogen sein kann, der größer ist als 0° und kleiner als 90°. Mit einer derartigen Vo rbiegung lässt sich vermeiden, dass der Schaft 40 und/oder der Endabschnitt 42 die spätere Positionierung einer Bondvorrichtung 5 erschweren. Der Winkel α kann beispielsweise im Bereich von 10° bis 70° oder im Bereich von 20° bis 70° liegen. Abweichend davon ist es aber grundsätzlich auch möglich, eine Vorbiegung von α = 90° zu wählen, oder aber auf eine Vorbiegung zu verzichten, was α = 0° entspricht.
  • Um den Anschlussleiter 49 im Bereich einer späteren Bondstelle 410 des Anschlussleiters 49 an die Metallisierungsschicht 21 zu bonden, wird, wie in 5B gezeigt ist, der erste Endabschnitt 41 im Bereich der späteren Bondstelle 410 des Anschlussleiters 49 auf die Metallisierungsschicht 21 aufgelegt und dann, wie in 5C dargestellt ist, mit Hilfe einer Bondvorrichtung 5 unmittelbar an die Metallisierungsschicht 21 gebondet. Auch hier kann das Herstellen der Bondverbindung mittels eines Ultraschall-Bondverfahrens erfolgen, wie es vorangehend bereits erläutert wurde. Im Ergebnis ist der Anschlussleiter 49 an seinem ersten Endabschnitt 41 unmittelbar an die Metallisierungsschicht 21 gebondet.
  • Nach der Herstellung dieser Bondverbindung wird der zweite Endabschnitt 42 des an die Metallisierungsschicht 21 gebondeten Anschlussleiters 49 relativ zum Schaltungsträger 2 um einen Biegewinkel φ1, der größer oder gleich 20° und kleiner oder gleich 80° ist, umgebogen. Der Bie gewinkel φ1 kann auch größer oder gleich 20° und kleiner oder gleich 70° sein.
  • Nach der Herstellung der Bondverbindung und vor dem Umbiegen schließt der Schaft 40, wie in 5D gezeigt ist, der zum Isolationsträger 20 senkrechten Normalenrichtung n einen Winkel φ0 ein. Dieser Winkel φ0 ist vorliegend größer als 0°. Alternativ kann der Winkel φ0 alternativ auch gleich 0° sein, d. h. der Schaft 40 kann dann senkrecht zum Isolationsträger 20 und senkrecht zu der Metallisierungsschicht 21 verlaufen.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird als Schaft 40 ein Abschnitt des Anschlussleiters 49 verstanden, der sich entlang einer Längsachse erstreckt, die in den 5A bis 5F mit "g" gekennzeichnet ist. Optional kann der Schaft 40 als gerader Schaft ausgebildet sein. Das bedeutet, dass der Schaft entlang der Längsachse g in jeder zur Längsachse senkrechten Schnittebene E-E dieselbe Querschnittsform aufweist. Ein derartiger gerader Schaft 40 kann eine Länge l40 von wenigstens 4 mm aufweisen.
  • 5E zeigt der an die Metallisierungsschicht 21 gebondete Anschlussleiter 49 nach dem Umbiegen, und 5F nach dem Entfernen eines Haltewerkzeuges 19.
  • Das Haltewerkzeug 19 kann wie gezeigt dazu verwendet werden, den vorgefertigten Anschlussleiter 49 aufzunehmen, in die Bondposition zu verbringen, während des Bondvorganges zu halten, sowie dazu, das Umbiegen um den Biegewinkel φ1 vorzunehmen. Alternativ kann das Umbiegen um den Biegewinkel φ1 auch mit einem separaten Biegewerkzeug erfolgen.
  • C) Beispiele für vorgefertigte einzelne Anschlussleiter, die in einem Magazin bereitgestellt werden
  • Wie nachfolgend anhand der 6 bis 8 beispielhaft erläutert wird, kann eine Vielzahl von vorgefertigten einzelnen Anschlussleitern 49 in einem Magazin bereitgestellt werden. Die Anschlussleiter 49 können dabei identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein.
  • Bei den in den 6 bis 8 gezeigten Beispielen sind die Anschlussleiter 49 gegurtet, indem sie jeweils von einem oder alternativ mehreren Trägerstreifen 50 gehalten werden. Die Befestigung der Anschlussleiter 49 auf dem oder den Trägerstreifen 50 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass sie auf diese(n) aufgeklebt oder in diese(n) eingesteckt werden. Benachbarte Anschlussleiter 49, wie sie z. B. in 17 gezeigt sind, können optional auch durch Steg miteinander verbundnen sein. Die benachbarten Anschlussleiter 49 werden dann im Prozess durch Trennen der Stege (Abreißen, Abschneiden, Abstanzen o.Ä.) vereinzelt.
  • Zur späteren Bestückung eines Schaltungsträgers 2 mit einem der in dem Magazin bereitgestellten Anschlussleiter 49, zum Beispiel mit einem anhand der 5A bis 5G erläuterten Verfahren, kann der betreffende Anschlussleiter 49 dem Magazin entnommen werden, was bei dem vorliegenden Beispiel dadurch erfolgen kann, dass der betreffende Anschlussleiter 49 von dem Trägerstreifen 50 abgezogen wird.
  • D) Verschiedene Konfigurationen und Anordnungen eines oder mehrerer an einen Schaltungsträger gebondeter Anschlussleiter
  • 9 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Halbleitermodul, welches einen Schaltungsträger 2 umfasst, der mit mehreren Anschlussleitern 49 bestückt ist. Ein jeder dieser Anschlussleiter 49 wurde mit einem Verfahren hergestellt, wie es vorangehend unter Bezugnahme auf die 1A bis 5G erläutert wurde. Das Halbleitermodul weist außerdem ein Gehäuse 10 auf. Bei dem Gehäuse 10 kann es sich beispielsweise um ein elektrisch isolierendes Gehäuse auf Duroplastbasis handeln. Wie anhand von 9 zu erkennen ist, befinden sich die ersten Abschnitte 41 des Drahtes 4 bzw. die ersten Endabschnitte 41 des Anschlussleiters 49 im Inneren des Gehäuses 10, die umgeformten zweiten Abschnitte 42 bzw. die zweiten Endabschnitte 42 hingegen auf der Außenseite des Gehäuses 10.
  • Wie ebenfalls in 9 schematisch dargestellt ist, können die umgeformten zweiten Abschnitte 42 bzw. die zweiten Endabschnitte 42 jeweils als Einpresskontakte ausgebildet sein, die es ermöglichen, die zweiten Abschnitte 42 bzw. die zweiten Endabschnitte 42 in eine Öffnung beispielsweise einer Leiterplatte oder einer metallisch leitenden Platte oder einer metallischen Busverschienung ("bus-bar") einzupressen.
  • Wie in einer Abwandlung in 10 gezeigt ist, können die Einpresskontakte jeweils auch eine Durchgangsöffnung 46 aufweisen. Derartige Durchgangsöffnungen 46 können beispielsweise während eines Druckumformvorgangs erzeugt werden, oder nach einem Druckumformvorgang, zum Beispiel durch Ausstanzen.
  • Wie weiterhin anhand der 11A und 11B veranschaulicht ist, können zwei, drei oder mehr als drei Anschlussleiter 49 elektrisch parallel geschaltet werden, indem sie mit einem gemeinsamen Verbindungsleiter 8 verbunden werden. Ein jeder dieser Anschlussleiter 49 kann durch eines der vorangehend erläuterten Verfahren mit der oberen Metallisierung 21 eines Schaltungsträgers 2 verbunden werden. Danach kann ein jeder der Anschlussleiter 49 mit seinem zweiten Abschnitt 42 bzw. seinem zweiten Endabschnitt 42 in eine korrespondierende Einpressöffnung 81 des Verbindungsleiters 8 unter Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Anschlussleiter 49 und dem Anschlussleiter 8 eingepresst werden. Sofern der Verbindungsleiter 8 außerhalb eines Modulgehäuses 10 angeordnet wird, kann das Anbringen des Modulgehäuses 10 an dem mit den Anschlussleitern 49 bestückten Schaltungsträger 2 vor dem Einpressen erfolgen. Eine entsprechend hergestellte Anordnung zeigt 12.
  • Alternativ dazu kann sich ein Verbindungsleiter 8 auch innerhalb eines Modulgehäuses 10 befinden. In diesem Fall werden zuerst die zweiten Abschnitte 42 bzw. die zweiten Endabschnitte 42 der Anschlussleiter 49 in die Einpressöffnungen 81 des Verbindungsleiters 8 eingepresst und danach das Modulgehäuse 10 mit dem Schaltungsträger 2 verbunden. Eine derartige Anordnung zeigt 13.
  • Durch das Parallelschalten von zwei, drei oder mehr derartiger Anschlussleiter 49, wie er beispielhaft in den 12 und 13 gezeigt ist, lässt sich eine besonders niederinduktive Leiterstruktur erzeugen. Im Falle von drei oder mehr derartiger Anschlussleiter 49 können diese in einer Reihe hintereinander auf dem Schaltungsträger 2 angeordnet sein. Bei dem Verbindungsleiter kann es sich zum Beispiel um einen Streifenleiter ("Stripline") handeln, oder um eine Leiterplatte. Im Fall einer Leiterplatte kann diese auch noch mit weiteren Bauelementen, beispielsweise mit einer Ansteuerelektronik zum Ansteuern der auf dem Schaltungsträger 2 montierten Halbleiterchips 1, bestückt sein.
  • Wie vorangehend gezeigt wurde, kann die Anordnung bzw. Montage des Schaltungsträgers 2 in dem Modulgehäuse 10 nach dem Herstellen der Bondverbindung zwischen dem Anschlussleiter 49 und der Metallisierungsschicht 21 erfolgen, und damit auch nach der Bestückung des Schaltungsträgers 2 mit dem Anschlussleiter. Die Montage kann dabei so erfolge, dass der zweite Abschnitt bzw. der zweite Endabschnitt 42 aus dem Modulgehäuse 10 herausragt und sich somit außerhalb des Modulsgehäuses 10 befindet.
  • Wenn sich der Verbindungsleiter 8 bei dem fertigen Halbleitermodul im Inneren des Modulgehäuses 10 befindet, erfolgt das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Verbindungsleiter 8 und einem Anschlussleiter 49 durch Einpressen des Einpresskontaktes in die Einpressöffnung 81 vor der Montage des Schaltungsträgers 2 in dem Modulgehäuse 10.
  • Wenn sich anderenfalls der Verbindungsleiter 8 bei dem fertigen Halbleitermodul außerhalb des Modulgehäuses 10 befindet, erfolgt das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Verbindungsleiter 8 und einem Anschlussleiter 49 durch Einpressen des Einpresskontaktes in die Einpressöffnung 81 nach der Montage des Schaltungsträgers 2 in dem Modulgehäuse 10.
  • Sofern ein zweiter Abschnitt 42 eines Anschlussleiters 49 außerhalb eines Modulgehäuses 10 angeordnet wird, kann das Gehäuse 10 einen Führungskanal aufweisen, in den der Anschlussleiter 49 mit seinem zweiten Abschnitt 42 voran beim Aufsetzen des Gehäuses 10 auf den mit dem Anschlussleiter 49 bestückten Schaltungsträger 2 eingefädelt wird. Ein solcher Führungskanal mündet dann an der Außenseite des Gehäuses in einer Öffnung, durch die der zweite Abschnitt 42 hindurchgeführt wird, so dass er sich außerhalb des Gehäuses 10 befindet. Durch einen derartigen Führungskanal lässt sich eine Feinjustierung des Anschlussleiters 49 erreichen. Optional kann der Führungskanal trichterförmig aufgeweitet sein, um ein Einfädeln des Anschlussleiters 49 zu erleichtern. Außerdem lässt sich mit einem Führungskanal die Gefahr des Umknickens des Anschlussleiters 49 verringern. Dies kann insbesondere dann relevant sein, wenn der Anschlussleiter 49 in eine Einpressöffnung 81 eingepresst werden soll.
  • E) Der Aufbau von Anschlussleitern
  • Nachfolgend werden anhand der 14A bis 14D verschiedene Beispiele für Geometrien gezeigt, mit denen ein Anschlussleiter 49 durch das Umformen des Drahtes 4 in dessen zweitem Abschnitt 42 bzw. durch das Umformen des Anschlussleiters 49 in dessen zweitem Endabschnitt 42 ausgestattet werden kann. Bei sämtlichen Beispielen war der Draht 4 bzw. der Anschlussleiter 49 vor dem Umformvorgang als flaches Band mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Bei dem Beispiel gemäß 14A wurde die ursprüngliche Breite des flachen Bandes vergrößert und mit einer Durchgangsöffnung versehen. Bei dem Beispiel gemäß 14B wurde ein kleiner Teil des flachen Bandes ausgestanzt, um einen gegabelten Anschlusspin zu erzeugen. Bei dem Beispiel gemäß 14C wurde das ursprünglich flache Band im zweiten Abschnitt 42 verdrillt und bei dem Beispiel gemäß 14D zu einer Feder umgeformt. Die beiden Varianten gemäß den 14C und 14D können beispielsweise zur Herstellung einer elektrisch leitenden Druckkontaktverbindung eingesetzt werden, indem das Ende 45 gegen ein zu kontaktierendes Gegenstück gepresst werden.
  • Anhand der 15A bis 15F werden nun noch verschiedene Beispiele für mögliche Querschnittsformen eines noch nicht umgeformten Drahtes 4 bzw. Anschlussleiters 49 erläutert, wie er in Verbindung mit den vorangehen erläuterten Verfahren eingesetzt werden kann. Die jeweiligen Querschnitte zeigen den Draht 4 bzw. den Anschlussleiter 49 in einer zur Verlaufsrichtung des Drahtes 4 bzw. Anschlussleiters 49 senkrechten Schnittebene E-E (siehe die 1A, 2A, 3A und 4A). So kann der Querschnitt beispielsweise kreisförmig (15A), oval (15B), quadratisch (15C), rechteckig aber nicht quadratisch (15C), sechseckig (15E) oder achteckig (15F) sein. Grundsätzlich kann der Querschnitt des Drahtes 4 bzw. Anschlussleiters 49 rotationssymmetrisch um eine n-zählige, senkrecht zur Schnittebene E-E verlaufende Symmetrieachse sein (n = 2, 3, 4 ... bis Unendlich).
  • Gemäß einer weiteren, in 15G gezeigten Ausgestaltung kann der Draht 4 bzw. der fertige Anschlussleiter 49 nach dem Umformen einen nichtrotationssymmetrischen Querschnitt aufweisen. Ein derartiger nichtrotationssymmetrischer Querschnitt kann z.B. durch das Umformwerkzeug 6 aus einem der in den 15A bis 15F erläuterten Drähte 4 mit rotationssymmetrischem Querschnitt erzeugt werden. Ein mögliches Verfahren hierzu wird nachfolgend anhand der 16A bis 16C erläutert. 16A zeigt einen Querschnitt durch einen noch nicht umgeformten Draht 4 bzw. Anschlussleiter 49, der zwischen zwei Teilen 61 und 62 eines Umformwerkzeuges 6 hindurchgeführt ist. Der Teil 61 ist um eine zur Verlaufsrichtung des Drahtes 4 bzw. Anschlussleiters 49 senkrechte Drehachse 60 drehbar. Nach dem Aneinanderpressen der beiden Teile 61 und 62 (16B) wird das Umformwerkzeug 6 bei aneinander gepressten Teilen 61 und 62 entlang des Drahtes 4 geführt, so dass der Teil 61 am Draht 4 bzw. Anschlussleiter 49 abrollt und diesen gegen den Teil 62 presst. Hierbei wird der Draht 4 bzw. Anschlussleiter 49 so umgeformt, dass er einen konvex-konkaven Querschnitt aufweist, wie er in 16C nach dem Öffnen des Umformwerkzeuges 6 beispielhaft gezeigt ist. Durch einen derartigen konkav-konvexen Querschnitt kann die mechanische Stabilität eines fertigen Anschlussleiters 49 signifikant erhöht werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn der Anschlussleiter 49 in eine Öffnung 81 eines Verbindungselementes 8 eingepresst werden soll, da dann eine größere Einpresskraft angewendet werden kann. Den konkav-konvexen Querschnitt kann der Anschlussleiter 49 im wesentlichen über den gesamten Bereich zwischen dem zweiten Abschnitt 42 bzw. zweiten Endabschnitt 42 und der letzten vor diesem zweiten Abschnitt 42 bzw. zweiten Endabschnitt 42 liegenden Bondstelle des Drahtes 4 bzw. Anschlussleiters 49 aufweisen. Beispielsweise kann der Anschlussleiter 49 über eine Länge von wenigstens 30% des Abstandes d49 (siehe die 1G, 2D, 3D, 4D und 5D), die hier dem Abstand zwischen der Trennstelle 45 und dem Schaltungsträger 2 entspricht, einen konkav-konvexen Querschnitt aufweisen. Im Übrigen wird darauf hingewiesen, dass der konkav-konvexe Querschnitt nicht auf die gezeigte Geometrie beschränkt. ist, sondern dass die Erfindung beliebige konkav-konvexe Querschnitte umfasst, die sich durch Abrollen eines Umformwerkzeuges entlang des Drahtes 4 bzw. entlang des Anschlussleiters 49 erzeugen lassen.
  • Generell ist bei der vorliegenden Erfindung der Abstand d49 durch den Abstand gegeben, den das freie Ende des Anschlussleiters 49 (d.h. das an dem zweiten Endabschnitt 42 befindliche freie Ende) von dem Schaltungsträger 2 aufweist. Bei den Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen der Anschlussleiter 49 nach dem Anbonden noch um einen Biegewinkel φ1 umgebogen wird, ist der Abstand d49 nach dem Umbiegen zu ermitteln. Bei allen Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen der Schaltungsträger 2 in einem Modulgehäuse 10 montiert wird, liegt der Abstand d49 auch nach der Montage des Schaltungsträgers 2 in dem Modulgehäuses 10 vor. Generell kann der Abstand d49 beispielsweise wenigstens 4 mm betragen.
  • Wie bereits erläutert können sämtliche Drahtbondungen, an denen ein erster Abschnitt bzw. Endabschnitt 41, 41' an einen Bestandteil eines Halbleitermoduls gebondet wird, mittels Ultraschall-Drahtbonden hergestellt werden.
  • Ein Vorteil eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten bzw. an einem Anschlussleiters 49 besteht außerdem darin, dass er auch einstückig aus ausgebildet sein kann. Dabei kann er optional aus einem homogenen Material bestehen.
  • Grundsätzlich können ein Quasi-Endlosdraht 4 sowie ein aus diesem hergestelltes Anschlussleiter 49 bzw. ein vorgefertigter Anschlussleiter 49 aus einem beliebigen Metall bestehen. Ein mögliches Metall ist z. B. Kupfer, oder eine Kupferlegierung mit einem Kupferanteil von wenigstens 96 Gewichts%. Ein weiteres geeignetes Metall ist Silber oder eine Silberlegierung mit einem Silberanteil von wenigstens 99,5 Gewichts%. Im Fall einer Kupferlegierung kann beispielsweise ein mit Zirkonium (Zr) dotierter Kupferdraht verwendet werden.
  • Gemäß einer optionalen Ausgestaltung der Erfindung kann ein Anschlussleiter 49, zum Beispiel wenn dessen zweiter Abschnitt bzw. Endabschnitt 42 in eine Einpressöffnung 81 eingepresst werden soll, im Bereich des zweiten Abschnitts bzw. Endabschnitts 42 vor dem Herstellen der Bondverbindung, oder aber nach dem Herstellen der Bondverbindung und vor einem eventuellen Umformen, oder aber nach einem eventuellen Umformen und vor dem Einpressen mit einer Schicht aus genau einem oder mehreren der Materialien Silber (Ag), Nickel (Ni), Palladium (Pd) oder Zinn (Sn) beschichtet werden. Insbesondere kann bereits der bereitgestellte Draht 4 bzw. der bereitgestellte vorgefertigte Anschlussleiter 49 mit einer derartigen Beschichtung versehen sein. Die Herstellung der Beschichtung kann z.B. galvanisch erfolgen.
  • Anstelle eines aus einem Stück bestehenden, vorgefertigten Anschlussleiters 49 kann ein vorgefertigter Anschlussleiter 49, wie er beispielsweise in 17E sowie in einer Seitenansicht gemäß 17F gezeigt ist, auch aus zwei oder mehr Teilen bestehen, die stoffschlüssig, beispielsweise durch Verwalzen, Schweißen, Weichlöten, Hartlöten, Widerstandsschweißen, Sintern oder Verwalzen, miteinander verbunden sind.
  • Ein derartiger Anschlussleiter 49 mit zwei oder mehr stoffschlüssig miteinander verbundenen Teilen weist einen ersten Abschnitt 491 aus einem elektrisch leitenden ersten Material auf, sowie einen zweiten Abschnitt 492 aus einem von dem ersten Material verschiedenen, elektrisch leitenden zweiten Material, einen ersten Endabschnitt 41 und einen dem ersten Endabschnitt 41 entgegengesetzten zweiten Endabschnitt 42. Der zweite Abschnitt 492 ist mittelbar oder unmittelbar mit dem ersten Abschnitt 491 stoffschlüssig verbunden. Der erste Endabschnitt 41 ist durch einen Teil des ersten Abschnitts 491 gebildet, der zweite Endabschnitt 42 durch einen Teil des zweiten Abschnitts 492.
  • Die Herstellung eines solchen Anschlussleiters 49 wird im Folgenden bezugnehmend auf die 17A bis 17F erläutert, wobei lediglich beispielhaft Verwalzen als Verbindungstechnik eingesetzt wird.
  • Zunächst werden ein erstes Blech 141 aus dem elektrisch leitenden ersten Material und ein zweites Blech 142 aus dem zweiten Material bereitgestellt und dann miteinander verwalzt. Hierzu werden die Bleche 141 und 142 einander überlappend aneinander gelegt und, beispielsweise zwischen zwei gegeneinander gepressten Walzen 151, 152, miteinander verwalzt, was in 17A im Querschnitt und in 17B in Seitenansicht gezeigt ist. Nach dem Verwalzen bilden die Bleche 141 und 142 einen Verbund 140. 17C zeigt den Verbund 140 in Draufsicht.
  • Aus dem Verbund 140 können nun, zum Beispiel durch Stanzen oder Schneiden, mehrere Streifen 1401 abgetrennt werden, von denen ein jeder sowohl einen ersten Abschnitt 491 des ersten Blechs 141 als auch einen mit dem ersten Abschnitt 491 verwalzten zweiten Abschnitt 492 des zweiten Blechs 142 aufweist. Jeder der Streifen 1401 kann nun einen vorgefertigten Anschlussleiter 49 bilden, oder es kann aus jedem der Streifen 1401 ein vorgefertigter Anschlussleiter 49 hergestellt werden.
  • Optional kann der zweite Abschnitt 492 an seinem freien Ende noch umgeformt werden, so dass ein zweiter Endabschnitt 42 entsteht, der als Einpresskontakt oder als Lötanschluss ausgebildet ist, oder der eine Anschrauböffnung aufweist.
  • Anstelle die Bleche 141 und 142 miteinander zu verwalzen, können diese auch durch beliebige andere Verbindungstechniken, beispielsweise Schweißen, Weichlöten, Hartlöten, Widerstandsschweißen oder Sintern, stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Alle weiteren Verarbeitungsschritte können so durchgeführt werden, wie dies für das Verwalzen beschrieben wurde.
  • Im Fall von Sintern wird hierzu im Überlappungsbereich der Bleche 141 und 142 ein Verbindungsmittel zwischen die Bleche 141 und 142 eingebracht. Während dann die Bleche 141 und 142 aneinander gepresst werden, wird zwischen ihnen befindliche Verbindungsmittel gesintert. Bei dem Verbindungsmittel kann es sich zum Beispiel um eine Paste handeln, die ein Metallpulver, z. B. Silber oder Kupfer, enthält, sowie ein Lösungsmittel.
  • Ebenfalls optional kann der Anschlussleiter 49 im Bereich des zweiten Abschnittes 492 noch um einen Winkel α vorgebogen werden, so dass ein vorgefertigter Anschlussleiter 49 entsteht, der die oben unter Bezugnahme auf 5A erläuterten Kriterien erfüllt.
  • Ein vorangehend unter Bezugnahme auf die 17A bis 17 erläuterter, vorgefertigter Anschlussleiter 49 kann nun durch Bonden stoffschlüssig mit einer Metallisierung 21 eines Schaltungsträgers 2 verbunden werden, wie dies vorangehend unter Bezugnahme auf die 5A bis 5G erläutert wurde. Hierbei kann eine Vielzahl derartiger Anschlussleiter 49 in einem Magazin oder in Form eines Gurtes bereitgestellt werden, wie dies unter Bezugnahme auf die 6, 7 und 8 erläutert wurde.
  • Weitere Beispiele für solche vorgefertigte Anschlussleiter 49 sind in den 18A bis 18H gezeigt. Wie in den 18A, 18C, 18E und 18G dargestellt ist, kann bei einem Anschlussleiter 49 der erste Abschnitt 491 eine größere Länge aufweisen als der zweite Abschnitt 492. Es kann aber auch umgekehrt der zweite Abschnitt 492 eine größere Länge aufweisen als der erste Abschnitt 491, was jeweils in den 18B, 18D, 18F und 18H gezeigt ist.
  • Außerdem kann die Fügestelle, an der sich die stoffschlüssige Verbindung zwischen den Abschnitten 491 und 492 befindet, sowohl an derselben Seite des ersten Abschnittes 491 angeordnet sein, an der sich auch die spätere Bondstelle 410 befindet (18A, 18B, 18C, 18D), als auch an der entgegengesetzten Seite (18E, 18F, 18G, 18H).
  • Weiterhin kann der Anschlussleiter 49 im Bereich des ersten Abschnittes 491 wie bereits erläutert eine Vorbiegung um einen Winkel 0° < α ≤ 90° aufweisen, was in den 18C, 18D, 18G und 18H gezeigt ist, oder keine Vorbiegung, was einem Winkel α = 0° entspricht und was in den 18A, 18B, 18E und 18F gezeigt ist. Sofern keine Vorbiegung vorhanden ist, kann das Anbonden des Anschlussleiters 49 dadurch erfolgen, dass er zunächst durch die Sonotrode 5 an die Metallisierung 21 gepresst und dabei vorgebogen und dann wie unter Bezugnahme auf die 5C bis 5H erläutert umgebogen wird.
  • Mit einem Anschlussleiter, der aus zwei oder mehr Teilen unterschiedlichen Materials zusammengesetzt ist, kann zum Beispiel erreicht werden, dass der Anschlussleiter 49 überwiegend einen geringen elektrischen Widerstand aufweist, z. B. indem das erste Material einen spezifischen elektrischen Widerstand von kleiner als 19E-05 Ohm·cm oder von kleiner als 17·E-05 Ohm·cm aufweist. Als geeignetes Material für den ersten Abschnitt 491 eignet sich beispielsweise hochreines Kupfer (Cu), oder Kupfer mit geringen Verunreinigungen. Unabhängig davon eignet sich als Material für den zweiten Abschnitt 492 beispielsweise Cu mit geringen Zusätzen, die eine höhere Steifigkeit bewirken, z. B. CuZr oder CuFe2P, mit der Maßgabe, dass die Abschnitte 491 und 492 aus verschiedenen Materialien bestehen.
  • Unabhängig davon kann erreicht werden, dass der Anschlussleiter 49 zur Bondung an die Metallisierungsschicht 21 eine gute Bondbarkeit aufweist, was zum Beispiel durch eine Beschichtung mit hochreinem Cu oder Cu mit geringen Verunreinigungen (siehe Leitfähigkeiten oben) erreicht werden kann. Außerdem kann erreicht werden, dass der Anschlussleiter 49, wenn sein zweiter Endabschnitt 42 einen Einpresskontakt aufweist, eine hohe mechanische Stabilität aufweist, zum Beispiel indem die Einpresszone 42 aus Cu mit geringen Verunreinigungen, die zu einer höheren Steifigkeit und Härte führen, hergestellt wird. (z.B. CuZr, CuFe2P).
  • Die 19 und 20 zeigen vorgefertigte Anschlussleiter 49, die jeweils eine galvanische Beschichtung 493 aufweisen. Die galvanische Beschichtung 493 kann beispielsweise aus Sn, Ag, Ni/Au, hochreines Cu. Dabei kann die galvanische Beschichtung 493 optional im Bereich des zweiten Endabschnittes 42 ausgespart sein. Der Anschlussleiter 49 gemäß 19 weist einen Kern 490 auf, der beispielsweise aus Kupfer bestehen kann. Ebenso kann bei dem Anschlussleiter 49 gemäß 20 der zweite Abschnitt 492 z. B. aus Kupfer bestehen.
  • Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden unter einem "vorgefertigten" Anschlussleiter 49 insbesondere solche Anschlussleiter 49 verstanden, die im Bereich des zweiten Endabschnittes 42, an dem eine elektrische Verbindung des fertigen Halbleitermoduls hergestellt wird, nach dem Anbonden des Anschlussleiters an die Metallisierungsschicht 21 geometrisch nicht mehr verändert werden.
  • Soweit einer der vorangehend erläuterten Anschlussleiter 49 in eine Einpressöffnung 81 eingepresst werden soll und demgemäß mit einem Einpresskontakt ausgestattet sein soll, können der Einpresskontakt, die zugehörige Einpressöffnung 81 und das Herstellen einer Einpressverbindung optional gemäß DIN EN 60352-5, Stand April 2004, ausgestaltet sein bzw. erfolgen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN 60352-5 [0097]

Claims (30)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit den Schritten: Bereitstellen eines Schaltungsträgers (2), der eine Metallisierungsschicht (21) aufweist; Bereitstellen eines elektrisch leitenden Drahtes (4); Bereitstellen einer Bondvorrichtung (5); Herstellen einer Bondverbindung zwischen der Metallisierungsschicht (21) und einem ersten Abschnitt (41) des Drahtes (4) mittels der Bondvorrichtung (5); Festlegen einer Trennstelle (45) des Drahtes (4); Festlegen eines von der Trennstelle (45) beabstandeten zweiten Abschnittes (42) des Drahtes (4); Umformen des Drahtes (4) im zweiten Abschnitt (42); Durchtrennen des Drahtes (4) an der Trennstelle (45) vor oder nach dem Umformen, so dass aus einem Teil des Drahtes (4) ein Anschlussleiter (49) des Halbleitermoduls gebildet wird, der an die Metallisierungsschicht (21) gebondet ist und der an der Trennstelle (45) ein freies Ende (44) aufweist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Draht (4) im zweiten Abschnitt (42) in einer ersten Richtung (y) vor dem Umformen eine erste minimale Breite (By1) aufweist; und nach dem Umformen eine zweite minimale Breite (By2), die um wenigstens 30% der ersten minimalen Breite (By1) geringer ist als die erste minimale Breite (By1).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem eine erste Stelle (48) des zweiten Abschnittes (42), an der dieser nach dem Umformen die zweite minimale Breite (By2) aufweist, um einen Abstand (Dz2) von der Trennstelle (45) beabstandet ist, der wenigstens so groß ist wie die erste minimale Breite (By1).
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Draht (4) im zweiten Abschnitt (42) vor dem Umformen in einer ersten Richtung (y) eine erste minimale Breite (By1) und in einer zweiten Richtung (x) eine erste maximale Breite (Bx1) aufweist; und nach dem Umformen in der zweiten Richtung (x) eine zweite maximale Breite (Bx2), die um wenigstens 20% der ersten minimalen Breite (By1) größer ist als die erste maximale Breite (Bx1).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem eine zweite Stelle (47) des zweiten Abschnittes (42), an der dieser nach dem Umformen die zweite maximale Breite (Bx2) aufweist, um einen Abstand (Dz1) von der Trennstelle (45) beabstandet ist, der wenigstens der zweiten maximalen Breite (Bx2) entspricht.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche mit den zusätzlichen Schritten: Bereitstellen eines Modulgehäuses (10); Anordnen des ersten Abschnittes (41) im Inneren des Modulgehäuses (10); und Anordnen des freie Endes (44) außerhalb des Modulgehäuses (10).
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche mit den zusätzlichen Schritten: Bereitstellen eines Modulgehäuses (10); Anordnen des ersten Abschnittes (41) und des freie Endes (44) im Inneren des Modulgehäuses (10).
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der bereitgestellte Draht (4) vor dem Umformen und vor der Herstellung der Bondverbindung einen kreisförmigen, einen ovalen, einen quadratischen, einen rechteckigen aber nicht quadratischen, einen sechseckigen oder einen achteckigen Querschnitt aufweist.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Anschlussleiter (49) nach dem Umformen einen Abschnitt aufweist, der über seine gesamte Länge einen konvex-konkaven Querschnitt aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die gesamte Länge wenigstens 30% des Abstandes (d49) zwischen der Trennstelle (45) und dem Schaltungsträger (2) beträgt.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der bereitgestellte Draht (4) vor dem Umformen und vor der Herstellung der Bondverbindung senkrecht zu seiner Verlaufsrichtung eine Querschnittsfläche von wenigstens 0,6 mm2 aufweist.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Umformen einen Druckumformprozess umfasst.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Draht (4) auf einer Rolle bereitgestellt wird; der nach dem Abtrennen noch auf der Rolle befindliche Teil des Drahtes (4) einen weiteren ersten Abschnitt (41') aufweist, der mittels der Bondvorrichtung (5) an die Metallisierungsschicht (21) gebondet wird.
  14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem durch das Umformen ein Einpresskontakt nach DIN EN 60352-5 ausgebildet wird, und das die folgenden weiteren Schritte umfasst: Bereitstellen eines Verbindungsleiters (8), der eine Öffnung (81) aufweist; und Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Verbindungsleiter (8) und dem Anschlussleiter (49) durch Einpressen des Einpresskontaktes in die Öffnung (81).
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Draht (4) – vor dem Herstellen der Bondverbindung; oder – nach dem Herstellen der Bondverbindung und vor dem Umformen; oder – nach dem Umformen und vor dem Einpressen; zumindest im Bereich des zweiten Abschnittes (42) mit genau einem oder mehreren der folgenden Materialien beschichtet wird: Silber (Ag), Zinn (Sn), Nickel (Ni), Palladium (Pd).
  16. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit den Schritten: Bereitstellen eines Schaltungsträgers (2), der eine Metallisierungsschicht (21) aufweist; Bereitstellen eines Anschlussleiters (49), der einen ersten Endabschnitt (41) und einen dem ersten Endabschnitt (41) entgegengesetzten zweiten Endabschnitt (42) aufweist; Bereitstellen einer Bondvorrichtung (5); Herstellen einer Bondverbindung zwischen der Metallisierungsschicht (21) und dem ersten Endabschnitt (41) mittels der Bondvorrichtung (5) und nachfolgendes Umbiegen des zweiten Endabschnittes (42) relativ zum Schaltungsträger (2) um einen Biegewinkel (φ1), der größer oder gleich 20° und kleiner oder gleich 80° ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Biegewinkel (φ1) kleiner oder gleich 70° ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem der Anschlussleiter (49) einen geraden Schaft (40) mit einer Länge (l40) von wenigstens 4 mm aufweist, der nach dem Umbiegen senkrecht zu der Metallisierungsschicht (21) verläuft.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem das Bereitstellen des Anschlussleiters (49) dadurch erfolgt, dass es als einer von einer Vielzahl von Anschlussleitern (49) einem Magazin entnommen wird, in dem die Vielzahl von Anschlussleitern (49) angeordnet ist; oder als einer von einer Vielzahl von Anschlussleitern (49), die auf einem oder mehreren gemeinsamen Trägerstreifen (50) befestigt sind, abgezogen wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Anschlussleiter (49) der Vielzahl von Anschlussleitern (49) identisch ausgebildet sind.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20 mit den weiteren Schritten: Bereitstellen eines Modulgehäuses (10); Anordnen des Schaltungsträgers (2) in dem Modulgehäuse (10) nach dem Herstellen der Bondverbindung derart, dass der zweite Endabschnitt (42) aus dem Modulgehäuse (10) herausragt.
  22. Verfahren nach Anspruch 21 mit den weiteren Schritten: Bereitstellen eines Verbindungsleiters (8), der eine Öffnung (81) aufweist; Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Verbindungsleiter (8) und dem Anschlussleiter (49) durch Einpressen des Einpresskontaktes in die Öffnung (81).
  23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Anschlussleiter (49) zwischen dem Umbiegen und dem Einpressen in dem zweiten Endabschnitt geometrisch nicht verändert wird.
  24. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit den Schritten: Bereitstellen eines Schaltungsträgers (2), der eine Metallisierungsschicht (21) aufweist; Bereitstellen eines Anschlussleiters(49), der aufweist: – einen ersten Abschnitt (491) aus einem elektrisch leitenden ersten Material; – einen zweiten Abschnitt (492) aus einem von dem ersten Material verschiedenen, elektrisch leitenden zweiten Material, der mittelbar oder unmittelbar mit dem ersten Abschnitt (491) stoffschlüssig verbunden ist; – einen ersten Endabschnitt (41) und einem dem ersten Endabschnitt (41) entgegengesetzten zweiten Endabschnitt (42), wobei der erste Endabschnitt (41) durch einen Teil des ersten Abschnitts (491) gebildet ist und wobei der zweite Endabschnitt (42) durch einen Teil des zweiten Abschnitts (492) gebildet ist; Bereitstellen einer Bondvorrichtung (5); Bereitstellen eines Modulgehäuses (10); Herstellen einer Bondverbindung zwischen der Metallisierungsschicht (21) und dem ersten Abschnitt (491) mittels der Bondvorrichtung (5) derart, dass der erste Endabschnitt (41) unmittelbar mit der Metallisierungsschicht (21) verbunden wird; Anordnen des Schaltungsträgers (2) in dem Modulgehäuse (10) nach dem Herstellen der Bondverbindung derart, dass der zweite Endabschnitt (42) aus dem Modulgehäuse (10) herausragt.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt (491) und dem zweiten Abschnitt (492) durch eine der folgenden Verbindungstechniken erfolgt: Schweißen, Weichlöten, Hartlöten, Widerstandsschweißen, Sintern, Beschichten, Verwalzen.
  26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem das Bereitstellen des Anschlussleiters (49) die Schritte umfasst: Bereitstellen eines ersten Blechs (141) aus dem elektrisch leitenden ersten Material; Bereitstellen eines zweiten Blechs (142) aus dem zweiten Material; Herstellen eines Verbundes (140) durch Verwalzen des ersten Blechs (141) mit dem zweiten Blech (142); Abtrennen eines Streifens (1401), der den Anschlussleiter (49) bildet, oder aus dem der Anschlussleiter (49) vor dem Herstellen der Bondverbindung hergestellt wird, von dem Verbund (140) derart, dass der Streifen (1401) sowohl einen ersten Abschnitt (491) des ersten Blechs (141) als auch einen mit dem ersten Abschnitt (491) verwalzten zweiten Abschnitt (492) des zweiten Blechs (142) aufweist.
  27. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Schaltungsträger (2) vor oder nach dem Herstellen der Bondverbindung mit einem Halbleiterchip (1) bestückt wird.
  28. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Schaltungsträger (2) einen dielektrischen Isolationsträger (20) aufweist, auf den die Metallisierungsschicht (21) mittelbar oder unmittelbar aufgebracht ist.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem der dielektrische Isolationsträger (20) eine Keramik ist.
  30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, bei dem der dielektrische Isolationsträger (20) eine Dicke von kleiner oder gleich 2 mm aufweist.
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