DE102013225805A1 - Method of manufacturing an assembly and assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe, wobei auf ein Substrat eine Anzahl von elektrischen Bauelementen aufgebracht wird und einige Kontakte der elektrischen Bauelemente mittels einer über den elektrischen Bauelementen angeordneten Kontaktschiene elektrisch angeschlossen werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine entsprechende Baugruppe.The invention relates to a method for producing an assembly, wherein a number of electrical components is applied to a substrate and some contacts of the electrical components are electrically connected by means of a arranged over the electrical components contact rail. The invention further relates to a corresponding assembly.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe mit einem Substrat und einer Anzahl von elektrischen Bauelementen. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine solche Baugruppe.The invention relates to a method for producing an assembly comprising a substrate and a number of electrical components. The invention further relates to such an assembly.
Bei den elektrischen Bauelementen handelt es sich typischerweise um Leistungstransistoren. Baugruppen mit solchen Leistungstransistoren werden beispielsweise eingesetzt, um elektrische Motoren, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, gesteuert mit elektrischer Energie zu versorgen. The electrical components are typically power transistors. Assemblies with such power transistors are used, for example, to supply electrical motors, for example in a motor vehicle, with controlled electrical power.
Gattungsgemäße Baugruppen werden beispielsweise als gehauste Module angeboten. Diese sind typischerweise elektrisch geprüft und können durch ihre Bauart ohne aufwändige Hilfsmittel auf Mechaniken verbaut werden. Die elektrischen Bauelemente, also typischerweise Leistungstransistoren, sind dabei häufig mittels eines Lots mit dem Substrat verbunden, was zu einer guten Wärmeabfuhr führt. Auf einer dem Substrat abgewandten Seite werden die elektrischen Bauelemente typischerweise durch die Technik des Bondens elektrisch kontaktiert, beispielsweise unter Verwendung eines Aluminiumdrahts. Zum Schutz der Baugruppe ist diese meistens mit einer Umhüllung aus Silikon oder einem Polymer versehen. Generic modules are offered, for example, as gehauste modules. These are typically electrically tested and can be installed on mechanics by their design without complex aids. The electrical components, so typically power transistors, are often connected by means of a solder to the substrate, which leads to a good heat dissipation. On a side facing away from the substrate, the electrical components are typically electrically contacted by the technique of bonding, for example using an aluminum wire. To protect the assembly this is usually provided with a sheath made of silicone or a polymer.
Nachteilig an gattungsgemäßen Baugruppen ist insbesondere, dass die Verbindungstechnik des Bondens einen werkzeugbedingt großflächigen Bauraum erfordert. Beispielsweise benötigen Drahtführung und Schneidevorrichtung am Werkzeug einen definierten Freiraum, der in der Regel das Vorsehen von zusätzlicher Fläche für jeweils außenliegende sogenannte Bondfüße bedeutet. Einschränkungen ergeben sich auch daraus, dass es vermieden werden soll, zum Bonden verwendete Drähte über zu weite Strecken aufzuspannen. Dies könnte nämlich dazu führen, dass diese durch Vibrationen geschädigt werden oder dass sie durchhängen und damit Kurzschlüsse zu anderen elektrischen Potentialen bilden. Deshalb werden bei gattungsgemäßen Baugruppen häufig Stützpunkte auf dem Substrat oder auf einem elektrischen Bauelement aufgebracht, um die mittels der Drähte zu überbrückenden Strecken kurz und damit mechanisch stabil zu halten. Auch diese Maßnahmen führen dazu, dass zusätzliche Flächen vorgesehen werden müssen. Die entsprechenden Baugruppen fallen deshalb besonders großflächig aus. Ein zusätzlicher Nachteil der Verbindungstechnik des Bondens ist die Erfordernis diverser Schutzmaßnahmen, um elektrochemische Korrosion und mechanische Zerstörung der Bondverbindungen zu vermeiden. A disadvantage of generic modules is in particular that the bonding technique of bonding requires a tool-based large-area space. For example, need wire guide and cutting device on the tool a defined space, which usually means the provision of additional surface for each outer so-called bond feet. Restrictions result from the fact that it is to be avoided aufzuspannen wires used for bonding over long distances. In fact, this could cause them to be damaged by vibrations or to sag, thus forming short circuits to other electrical potentials. Therefore, in generic assemblies often bases on the substrate or on an electrical component applied to keep short by the wires to be bridged routes and thus mechanically stable. These measures also mean that additional space must be provided. The corresponding modules are therefore particularly large area. An additional disadvantage of the bonding technique of bonding is the requirement of various protection measures to avoid electrochemical corrosion and mechanical damage to the bonds.
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Ausgehend vom bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe vorzusehen, welches die Herstellung einer solchen Baugruppe auf noch geringerer Fläche erlaubt. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Baugruppe vorzusehen. Starting from the known prior art, it is an object of the invention to provide a method for producing an assembly, which allows the production of such an assembly on an even smaller area. Furthermore, it is an object of the invention to provide a corresponding assembly.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch eine Baugruppe nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This is achieved by a method according to claim 1 and by an assembly according to claim 13. Advantageous embodiments can be taken, for example, the respective subclaims. The content of the claims is made by express reference to the content of the description.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe, welches folgende Schritte aufweist:
- – Bereitstellen eines Substrats,
- – Aufbringen einer Anzahl von elektrischen Bauelementen auf das Substrat, wobei jedes elektrische Bauelement auf einer dem Substrat abgewandten Oberfläche zumindest eine elektrische Kontaktfläche aufweist,
- – Bereitstellen einer elektrisch leitfähigen Kontaktschiene,
- – Aufbringen der Kontaktschiene auf die elektrischen Bauelemente, und
- – Ausbilden eines elektrischen Kontakts zwischen den Kontaktflächen der elektrischen Bauelemente und der Kontaktschiene.
- Providing a substrate,
- Applying a number of electrical components to the substrate, each electrical component having at least one electrical contact surface on a surface facing away from the substrate,
- Providing an electrically conductive contact rail,
- - Applying the contact rail to the electrical components, and
- - Forming an electrical contact between the contact surfaces of the electrical components and the contact rail.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Verfahrens wird zumindest ein elektrisches Potential nicht auf dem Substrat, sondern oberhalb der elektrischen Bauelemente geführt. Anders ausgedrückt erlaubt das Verfahren die Verwendung aller drei Raumdimensionen zur Ausbildung von elektrischen Anschlüssen und zur Verteilung von elektrischen Potentialen, wobei zumindest ein elektrisches Potential von einer zweidimensionalen Oberfläche des Substrats entfernt wird und stattdessen nach oben verlagert wird. Die Grundfläche einer jeweiligen Baugruppe kann auf diese Weise deutlich verringert werden, beispielsweise kann sie halbiert werden. Sofern die Größe des Substrats aufgrund äußerer Parameter festgelegt ist, können auf der gleichen Substratgröße mehr Baugruppen untergebracht werden. Beispielsweise können doppelt so viele Baugruppen auf einem Substrat einer vorgegebenen Größe untergebracht werden. Diese Vorteile führen insbesondere auch zu einer Einsparung von Kosten. In the embodiment of the method according to the invention, at least one electrical potential is not conducted on the substrate, but above the electrical components. In other words, the method allows the use of all three spatial dimensions to form electrical connections and to distribute electrical potentials, wherein at least one electrical potential is removed from a two-dimensional surface of the substrate and instead is displaced upwards. The footprint of a particular assembly can be significantly reduced in this way, for example, it can be halved. If the size of the substrate is determined on the basis of external parameters, more assemblies can be accommodated on the same substrate size. For example, twice as many assemblies can be accommodated on a substrate of a given size become. These advantages lead in particular to a saving of costs.
Neben der Bereitstellung eines elektrischen Potentials bietet die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Kontaktschiene zusätzlich den Vorteil, dass sie Verlustleistungswärme der elektrischen Bauelemente über deren Oberfläche abführen kann. In addition to the provision of an electrical potential, the contact rail used in the method according to the invention additionally offers the advantage that it can dissipate power loss heat of the electrical components over their surface.
Alle weiteren Anschlüsse der Bauelemente, beispielsweise Signaloder Leistungsanschlüsse, können mit gängigen Verfahren wie beispielsweise elektrisch leitendes Kleben, Löten oder Schweißen mit leitfähigen Bahnen des Substrats, beispielsweise Kupferbahnen, elektrisch verbunden werden. Die Enden jeweiliger Kontakte, welche sich typischerweise außerhalb des Moduls befinden, können dabei vielfältig ausgebildet werden, beispielsweise durch Schrauben, Klemmen, Einpressen, Löten oder Schweißen. Damit kann beispielsweise eine elektrische Verbindung zu einer Ansteuerungselektronik ausgebildet werden. All further connections of the components, for example signal or power connections, can be electrically connected to conductive tracks of the substrate, for example copper tracks, by conventional methods such as electrically conductive bonding, soldering or welding. The ends of respective contacts, which are typically located outside the module, can be formed in a variety of ways, for example by screwing, clamping, pressing, soldering or welding. Thus, for example, an electrical connection to a control electronics can be formed.
Unter dem Begriff einer Anzahl von Elementen sei im Rahmen dieser Anmeldung grundsätzlich verstanden, dass entweder ein solches Element oder mehrere solche Elemente vorhanden sind. Unter einer Anzahl von elektrischen Bauelementen sei somit beispielsweise entweder ein Bauelement oder eine Mehrzahl von Bauelementen verstanden. Typischerweise weist eine Baugruppe drei solche elektrische Bauelemente auf, auf welche die Kontaktschiene aufgebracht wird. For the purposes of this application, the term "a number of elements" should be understood to mean that either such an element or several such elements are present. By a number of electrical components is thus understood, for example, either a component or a plurality of components. Typically, an assembly has three such electrical components to which the contact rail is applied.
Bei den elektrischen Bauelementen handelt es sich bevorzugt um Transistoren, und insbesondere um Leistungstransistoren. Diese sind bevorzugt in Siliziumtechnologie ausgeführt. Derartige Leistungstransistoren ermöglichen eine hohe Leistungsdichte. Die Kontaktschiene kann bei Transistoren beispielsweise mit jeweiligen Source-Kontakten elektrisch verbunden sein.The electrical components are preferably transistors, and in particular, power transistors. These are preferably made in silicon technology. Such power transistors enable a high power density. The contact rail may be electrically connected to transistors, for example, with respective source contacts.
Bei der elektrisch leitfähigen Kontaktschiene handelt es sich typischerweise um ein Bauteil, welches nicht durch die Verwendung eines auf dem Substrat ausgeführten Strukturierungsverfahrens oder eines im Bereich der Halbleitertechnologie typischen Verfahrens zur Metallisierung, beispielsweise die Dual-Damascene-Technologie, ausgebildet wird. Vielmehr wird die Kontaktschiene unabhängig vom Substrat mittels geeigneter Formgebungsverfahren wie beispielsweise spanende Bearbeitung oder Spritzguss hergestellt. Typischerweise kann es noch in der fertigen Baugruppe problemlos erkannt werden, dass es sich bei der Kontaktschiene um ein solches extern hergestelltes Bauelement handelt. The electrically conductive contact rail is typically a component that is not formed by the use of a patterning process carried out on the substrate or a metallization process typical in the field of semiconductor technology, for example dual damascene technology. Rather, the contact rail is manufactured independently of the substrate by means of suitable shaping methods such as, for example, machining or injection molding. Typically, it can still be easily recognized in the finished assembly that the contact rail is such an externally manufactured component.
Die Kontaktschiene ist dabei bevorzugt gerade ausgebildet. Dies führt zu einer einfachen Ausführung und ist besonders dann geeignet, wenn die elektrischen Bauelemente, auf welche die Kontaktschiene aufgebracht werden soll, ebenfalls entlang einer geraden Linie angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind drei solcher Bauelemente nebeneinander angeordnet. The contact rail is preferably straight. This leads to a simple design and is particularly suitable when the electrical components to which the contact rail is to be applied, are also arranged along a straight line. Particularly preferably, three such components are arranged side by side.
Bevorzugt weist das Verfahren ferner einen Schritt des Aufbringens eines elektrisch leitfähigen Materials, bevorzugt eines Leitpolymers oder Sinterpolymers, auf die Kontaktfläche auf, welcher vor dem Schritt des Aufbringens der Kontaktschiene ausgeführt wird. Mithilfe eines solchen Leitpolymers oder Sinterpolymers kann eine vorteilhafte elektrisch leitfähige und gegebenenfalls auch thermisch leitfähige Verbindung zwischen der Kontaktfläche des elektrischen Bauelements und der Kontaktschiene hergestellt werden. Preferably, the method further comprises a step of applying an electrically conductive material, preferably a conductive polymer or sintered polymer, to the contact surface which is performed prior to the step of applying the contact rail. With the aid of such a conductive polymer or sintered polymer, it is possible to produce an advantageous electrically conductive and possibly also thermally conductive connection between the contact surface of the electrical component and the contact rail.
Insbesondere bei der Verwendung eines Sinterpolymers ist es ferner bevorzugt, dass das Verfahren einen Schritt des Sinterns zur Ausbildung einer mechanisch festen und elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den Kontaktflächen und der Kontaktschiene über das elektrisch leitfähige Material aufweist, welcher nach dem Schritt des Aufbringens der Kontaktschiene auf die elektrischen Bauelemente ausführt wird. Dabei kann die zumindest teilweise hergestellte Baugruppe nach dem Schritt des Aufbringens der Kontaktschiene insbesondere erwärmt werden, so dass das Sinterpolymer aushärtet. Unterstützend hierzu kann ein Druck auf die Kontaktschiene in Richtung auf die Bauelemente ausgeübt werden. In particular, when using a sintered polymer, it is further preferred that the method comprises a step of sintering for forming a mechanically strong and electrically conductive connection between the contact surfaces and the contact rail via the electrically conductive material, which after the step of applying the contact rail on the electrical components is executed. In this case, after the step of applying the contact rail, the at least partially produced assembly can be heated in particular, so that the sintered polymer hardens. In support of this, a pressure on the contact rail in the direction of the components can be exercised.
Das Leitpolymer und/oder das Sinterpolymer werden bevorzugt mittels des Verfahrens des Siebdrucks aufgebracht. Dies ermöglicht eine exakte und effiziente Aufbringung dieser Materialien. The lead polymer and / or the sintered polymer are preferably applied by the method of screen printing. This allows accurate and efficient application of these materials.
Bevorzugt ist die Kontaktschiene an Oberflächenabschnitten, welche im aufgebrachten Zustand einen elektrischen Kontakt mit einer Kontaktfläche herstellen, mit einem Edelmetall beschichtet. Damit kann die elektrische Leitfähigkeit zwischen der Kontaktschiene und der Kontaktfläche eines elektrischen Bauelements verbessert werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem Edelmetall um Gold. Preferably, the contact rail is coated on surface sections, which produce an electrical contact with a contact surface in the applied state, with a noble metal. Thus, the electrical conductivity between the contact rail and the contact surface of an electrical component can be improved. Preferably, the noble metal is gold.
Ein Vorgang des Beschichtens der Kontaktschiene mit einem solchen Edelmetall wird dabei typischerweise vor dem Bereitstellen der Kontaktschiene zur Anwendung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt. A process of coating the contact rail with such a noble metal is typically carried out before the provision of the contact rail for use in the context of the method according to the invention.
Bevorzugt ist die Kontaktschiene in einen Deckel der Baugruppe integriert. Dies ermöglicht eine kompakte Ausführung und eine einfache Herstellung, wobei weiter bevorzugt Deckel und Kontaktschiene gemeinsam aufgebracht werden können. Der Deckel besteht dabei typischerweise aus Kunststoff, insbesondere aus einem nicht elektrisch leitfähigen Polymer. Preferably, the contact rail is integrated in a cover of the module. This allows a compact design and a simple production, wherein more preferably cover and contact rail can be applied together. The lid is typically made of plastic, in particular of a non-electrically conductive polymer.
Bevorzugt weist die Kontaktschiene eine Anzahl von Press-Fit-Kontakten auf, welche im aufgebrachten Zustand quer zum Substrat abstehen. Derartige Press-Fit-Kontakte ermöglichen eine vorteilhafte Befestigung der Baugruppe an einer anderen Komponente unter gleichzeitiger zuverlässiger Ausbildung eines elektrischen Kontakts. Hierzu weist die andere Komponente typischerweise zu den Press-Fit-Kontakten komplementäre Löcher auf, in welche die Press-Fit-Kontakte unter Druck und leichter Verformung eingeführt werden können. Die komplementären Löcher sind dabei typischerweise mit einem elektrisch leitfähigen Material beschichtet und können somit einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zu den Press-Fit-Kontakten herstellen, welche bevorzugt ebenfalls aus elektrisch leitfähigem Material bestehen. Preferably, the contact rail has a number of press-fit contacts, which project in the applied state transversely to the substrate. Such press-fit contacts allow for advantageous attachment of the assembly to another component while reliably forming an electrical contact. To this end, the other component typically has complementary holes to the press-fit contacts into which the press-fit contacts can be inserted under pressure and slight deformation. The complementary holes are typically coated with an electrically conductive material and thus can produce a reliable electrical contact with the press-fit contacts, which preferably also consist of electrically conductive material.
Unter einem Abstehen der Press-Fit-Kontakte quer zum Substrat wird typischerweise verstanden, dass sich diese mit einer jeweiligen Längsrichtung im Wesentlichen oder auch exakt quer zu derjenigen Oberfläche des Substrats erstrecken, auf welcher die elektrischen Bauelemente aufgebracht sind. A protrusion of the press-fit contacts transversely to the substrate is typically understood to extend with a respective longitudinal direction substantially or exactly transversely to the surface of the substrate on which the electrical components are applied.
Bevorzugt steht ein Längsende der Kontaktschiene im aufgebrachten Zustand quer zum Substrat ab, wobei ein an diesem Längsende angrenzender Abschnitt der Kontaktschiene um etwa 90° gebogen ist. Damit kann ein im fertig montierten Zustand über ein Gehäuse der Baugruppe hervorstehender Kontakt ausgebildet werden, welcher durch das quer zum Substrat abstehende Längsende gebildet wird. A longitudinal end of the contact rail preferably protrudes transversely to the substrate in the applied state, wherein a section of the contact rail adjoining this longitudinal end is bent by approximately 90 °. In this way, a contact that protrudes in the assembled state via a housing of the module can be formed, which is formed by the longitudinal end projecting transversely to the substrate.
Die Kontaktschiene besteht bevorzugt aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung. Diese Materialien haben den Vorteil einer guten elektrischen Leitfähigkeit und zudem auch einer guten thermischen Leitfähigkeit. Es sei erwähnt, dass die meisten Materialien, welche gut elektrisch leitfähig sind, auch gut thermisch leitfähig sind. The contact rail is preferably made of copper or a copper alloy. These materials have the advantage of good electrical conductivity and also good thermal conductivity. It should be noted that most materials which are well electrically conductive are also very thermally conductive.
Es sei verstanden, dass es sich bei den erwähnten vorteilhaften Eigenschaften der Kontaktschiene um Merkmale der Kontaktschiene handelt, wobei das erfindungsgemäße Verfahren dann bevorzugt derart ausgeführt wird, dass eine Kontaktschiene mit entsprechenden Merkmalen bereitgestellt wird. It should be understood that the mentioned advantageous properties of the contact rail are features of the contact rail, wherein the inventive method is then preferably carried out such that a contact rail is provided with corresponding features.
Bevorzugt weisen die elektrischen Bauelemente auf der dem Substrat abgewandten Oberfläche zumindest eine weitere elektrische Kontaktfläche auf, wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Aufbringens eines elektrisch isolierenden Materials auf die weiteren Kontaktflächen aufweist, welcher vor dem Schritt des Aufbringens der Kontaktschiene ausgeführt wird. The electrical components preferably have at least one further electrical contact surface on the surface facing away from the substrate, wherein the method further comprises a step of applying an electrically insulating material to the further contact surfaces, which is performed before the step of applying the contact rail.
Bei einer solchen weiteren elektrischen Kontaktfläche kann es sich beispielsweise um einen Gate-Kontakt handeln, und zwar insbesondere dann, wenn es sich bei dem elektrischen Bauelement um einen Transistor handelt. Ein solcher Gate-Kontakt wird bevorzugt nicht mittels der Kontaktschiene, sondern von einer anderweitigen elektrischen Verbindung kontaktiert. Deshalb ist es vorteilhaft, das erwähnte elektrisch isolierende Material auf den Gate-Kontakt aufzubringen, um einen Kurzschluss zu der Kontaktschiene zu vermeiden. Such a further electrical contact surface may, for example, be a gate contact, in particular if the electrical component is a transistor. Such a gate contact is preferably not contacted by means of the contact rail, but by another electrical connection. Therefore, it is advantageous to apply the mentioned electrically insulating material to the gate contact in order to avoid a short circuit to the contact rail.
Bei dem elektrisch isolierenden Material handelt es sich bevorzugt um ein nicht elektrisch leitfähiges Polymer. Das elektrisch isolierende Material wird ferner bevorzugt mittels eines Siebdruckverfahrens aufgebracht. Dies ermöglicht eine exakte und kostengünstige Herstellung. The electrically insulating material is preferably a non-electrically conductive polymer. The electrically insulating material is further preferably applied by means of a screen printing process. This allows a precise and cost-effective production.
Bevorzugt ist das Substrat elektrisch isolierend. Eine Oberfläche des Substrats, auf welcher die elektrischen Bauelemente aufgebracht werden, weist dann weiter bevorzugt eine Anzahl von elektrisch leitfähig beschichteten Abschnitten auf, wobei ein jeweiliger Abschnitt gegenüber allen anderen Abschnitten elektrisch isoliert ist, wobei jedes elektrische Bauelement an einer dem Substrat zugewandten Oberfläche eine Kontaktfläche aufweist, wobei jedes elektrische Bauelement einem der Abschnitte zugeordnet ist, und wobei ein jeweiliger elektrisch leitfähig beschichteter Abschnitt, welchem ein elektrisches Bauelement zugeordnet ist, größer ist als das elektrische Bauelement, so dass die jeweilige Kontaktfläche auf der dem Substrat zugewandten Oberfläche des elektrischen Bauelements mit dem zugeordneten Abschnitt elektrisch kontaktiert ist. The substrate is preferably electrically insulating. A surface of the substrate on which the electrical components are applied then more preferably has a number of electrically conductive coated sections, wherein a respective section is electrically insulated from all other sections, wherein each electrical component has a contact surface on a surface facing the substrate wherein each electrical component is associated with one of the sections, and wherein a respective electrically conductive coated portion, which is associated with an electrical component, is larger than the electrical component, so that the respective contact surface on the substrate facing surface of the electrical component with the associated portion is electrically contacted.
Die Abschnitte sind dabei bevorzugt mit Kupfer beschichtet. Dabei handelt es sich um ein gut elektrisch leitfähiges Material. In einer solchen Ausführung kann es sich beispielsweise bei dem Substrat und seiner Beschichtung um ein Direct-Copper-Bonded(DCB)-Substrat handeln, welches in bewährter Weise für bekannte Verbindungstechniken verwendet werden kann. The sections are preferably coated with copper. This is a good electrically conductive material. In such an embodiment, for example, the substrate and its coating may be a Direct Copper Bonded (DCB) substrate, which may be used in a known manner for known bonding techniques.
Durch die beschriebene Ausführung eines elektrisch isolierenden Substrats mit aufgebrachten elektrisch leitfähig beschichteten Abschnitten kann erreicht werden, dass jedes elektrische Bauelement an seiner dem Substrat zugewandten Seite elektrisch kontaktiert werden kann. Durch die elektrische Isolierung der einzelnen Abschnitte gegeneinander kann eine jeweilige Kontaktfläche auf der dem Substrat zugewandten Oberfläche jedes einzelnen Bauelements einzeln elektrisch kontaktiert werden, sofern lediglich ein Bauelement dem Abschnitt zugeordnet ist. Dies kann beispielsweise zum Anlegen unterschiedlicher Potentiale verwendet werden. Es können einem Abschnitt jedoch auch mehrere Bauelemente zugeordnet sein.By the described embodiment of an electrically insulating substrate with applied electrically conductive coated sections can be achieved that each electrical component can be contacted electrically on its side facing the substrate. As a result of the electrical insulation of the individual sections relative to one another, a respective contact surface can be formed on the surface of each individual component facing the substrate individually contacted electrically, provided that only one component is assigned to the section. This can be used, for example, for applying different potentials. However, a section can also be assigned several components.
Bei den Kontaktflächen auf den dem Substrat zugewandten Oberflächen handelt es sich für den Fall, dass es sich bei den elektrischen Bauelementen um Transistoren handelt, bevorzugt um jeweilige Drain-Kontakte. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit einer Ausführung, in welcher jeweilige Source-Kontakte solcher Transistoren mit der Kontaktschiene elektrisch kontaktiert sind und jeweilige Gate-Kontakte separat kontaktiert sind. In the case of the contact surfaces on the surfaces facing the substrate, in the case in which the electrical components are transistors, these are preferably respective drain contacts. This is particularly advantageous in connection with an embodiment in which respective source contacts of such transistors are electrically contacted with the contact rail and respective gate contacts are contacted separately.
Zwischen den elektrisch leitfähig beschichteten Abschnitten und den elektrischen Bauelementen wird bevorzugt ein Lot aufgebracht, und zwar vor dem Aufbringen des jeweiligen Bauelements auf das Substrat. Damit wird eine mechanisch stabile und elektrisch gut leitfähige Verbindung erreicht. Between the electrically conductive coated portions and the electrical components, a solder is preferably applied, before the application of the respective component to the substrate. This achieves a mechanically stable and electrically conductive connection.
Das Verfahren weist bevorzugt ferner einen Schritt des Aufbringens weiterer elektrischer Bauelemente auf das Substrat auf, welcher vorzugsweise vor dem Schritt des Aufbringens der Kontaktschiene ausgeführt wird, wobei neben ein jeweiliges elektrisches Bauelement, auf welches die Kontaktschiene aufgebracht wird, entlang einer Richtung quer zu einer Längsrichtung der Kontaktschiene zwei zugeordnete weitere elektrische Bauelemente angeordnet werden, so dass das elektrische Bauelement, auf welches die Kontaktschiene aufgebracht wird, in der Mitte der beiden zugeordneten weiteren elektrischen Bauelemente angeordnet ist. The method preferably further comprises a step of applying further electrical components to the substrate, which is preferably performed prior to the step of applying the contact rail, wherein a respective electrical component to which the contact rail is applied, along a direction transverse to a longitudinal direction the contact rail two associated further electrical components are arranged so that the electrical component to which the contact rail is applied, is arranged in the middle of the two associated further electrical components.
Mit einer solchen Ausführung wird eine Erweiterung der Baugruppe um elektrische Bauelemente erreicht, welche nicht von der Kontaktschiene kontaktiert werden. Vielmehr können für diese andere Verbindungstechniken verwendet werden. Die Funktionalität der herzustellenden Baugruppe kann damit erheblich erhöht werden. With such an embodiment, an extension of the assembly is achieved by electrical components, which are not contacted by the contact rail. Rather, for these other connection techniques can be used. The functionality of the module to be produced can thus be significantly increased.
Bevorzugt handelt es sich bei den weiteren elektrischen Bauelementen um Bauelemente vom gleichen Typ wie das jeweilige zwischen diesen beiden weiteren elektrischen Bauelementen angeordnete Bauelement, wobei auf letzteres die Kontaktschiene aufgebracht wird. Beispielsweise handelt es sich bei allen Bauelementen um Transistoren, insbesondere um Leistungstransistoren. Besonders bevorzugt ist es, wenn insgesamt neun elektrische Bauelemente vorhanden sind, wovon auf drei dieser elektrischen Bauelemente die Kontaktschiene aufgebracht wird und insgesamt sechs der elektrischen Bauelemente daneben angeordnet sind. Die elektrischen Bauelemente sind dann bevorzugt in einer 3×3-Matrix angeordnet. Dies ist für typische Funktionalitäten vorteilhaft, wie weiter unten weiter beschrieben wird. The further electrical components are preferably components of the same type as the respective component arranged between these two further electrical components, with the contact rail being applied to the latter. By way of example, all the components are transistors, in particular power transistors. It is particularly preferred if a total of nine electrical components are present, of which on three of these electrical components, the contact rail is applied and a total of six of the electrical components are arranged next to it. The electrical components are then preferably arranged in a 3 × 3 matrix. This is advantageous for typical functionalities, as further described below.
Weiter bevorzugt weist jedes der weiteren elektrischen Bauelemente auf einer dem Substrat abgewandten Oberfläche zumindest eine elektrische Kontaktfläche auf, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte aufweist, welche vor dem Schritt des Aufbringens der Kontaktschiene ausgeführt werden:
- – Aufbringen von elektrisch isolierendem Material, bevorzugt ein Polymer, seitlich an jedem der weiteren elektrischen Bauelemente, so dass ein Bereich von einem jeweiligen elektrisch leitfähig beschichteten Abschnitt, welchem ein von der Kontaktschiene zu kontaktierendes elektrisches Bauelement zugeordnet ist, zu einer Kontaktfläche eines jeweiligen zugeordneten weiteren elektrischen Bauelements überdeckt wird, und
- – Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials, bevorzugt ein Leitpolymer, auf das elektrisch isolierende Material, so dass eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrisch leitfähig beschichteten Abschnitt und der Kontaktfläche hergestellt wird.
- - Applying electrically insulating material, preferably a polymer, laterally on each of the further electrical components, so that a portion of a respective electrically conductive coated portion, which is assigned to be contacted by the contact rail electrical component, to a contact surface of a respective associated further electrical component is covered, and
- - Applying an electrically conductive material, preferably a conductive polymer, on the electrically insulating material, so that an electrical connection between the electrically conductive coated portion and the contact surface is produced.
Durch eine solche Ausführung wird erreicht, dass eine jeweilige dem Substrat zugewandte Kontaktfläche eines elektrischen Bauelements, auf welches die Kontaktschiene aufgebracht wird, mit einer Kontaktfläche auf einer dem Substrat abgewandten Oberfläche eines zugeordneten weiteren elektrischen Bauelements elektrisch verbunden wird. Mittels des zunächst aufgebrachten elektrisch isolierenden Materials kann dabei ein Kurzschluss, beispielsweise mit einem elektrisch leitfähig beschichteten Abschnitt unterhalb des weiteren elektrischen Bauelements, verhindert werden. Die beschriebene elektrische Verbindung ist für bestimmte, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende Baugruppen, beispielsweise für eine B6-Brücke mit Phasenschalter, besonders vorteilhaft. Such an embodiment ensures that a respective contact surface, facing the substrate, of an electrical component, to which the contact rail is applied, is electrically connected to a contact surface on a surface of an associated further electrical component facing away from the substrate. By means of the initially applied electrically insulating material, a short circuit, for example with an electrically conductive coated section underneath the further electrical component, can be prevented. The electrical connection described is particularly advantageous for certain assemblies to be produced by the method according to the invention, for example for a B6 bridge with phase switch.
Das Verfahren weist ferner bevorzugt folgende Schritte auf, welche vor dem Schritt des Aufbringens der Kontaktschiene ausgeführt werden:
- – Aufbringen mindestens einer Flüssigkeitsschicht auf das Substrat und auf jeweilige elektrische Bauelemente, bevorzugt mittels Siebdruck,
- – Aushärten der mindestens einen Flüssigkeitsschicht zum Ausbilden einer elektrisch isolierenden Schicht, und
- – Aufbringen mindestens einer elektrischen Leitschicht zum elektrischen Verbinden einer elektrischen Kontaktfläche oder einer weiteren elektrischen Kontaktfläche des jeweiligen elektrischen Bauelements mit zumindest einer Leiterbahn des Substrats.
- Applying at least one liquid layer to the substrate and to respective electrical components, preferably by screen printing,
- Curing the at least one liquid layer to form an electrically insulating layer, and
- - Applying at least one electrical conductive layer for electrically connecting an electrical contact surface or a further electrical contact surface of the respective electrical component with at least one conductor track of the substrate.
Mittels dieser Verfahrensschritte können Kontaktflächen von elektrischen Bauelementen, welche nicht mittels der Kontaktschiene kontaktiert werden, in vorteilhafter Weise elektrisch verbunden werden. Idealerweise kann auf Bonden vollständig verzichtet werden. Die eingangs beschriebenen Nachteile werden damit vollständig vermieden. Es sei verstanden, dass mit dem eben beschriebenen Verfahrensschritt Kontaktflächen und weitere Kontakflächen aller elektrischen Bauelemente, also auch weiterer elektrischer Bauelemente, verbunden werden können.By means of these method steps, contact surfaces of electrical components, which are not contacted by the contact rail, are electrically connected in an advantageous manner. Ideally, bonding can be completely dispensed with. The disadvantages described above are thus completely avoided. It should be understood that with the method step just described contact surfaces and other contact surfaces of all electrical components, including other electrical components, can be connected.
Die Flüssigkeitsschicht und/oder die elektrische Leitschicht werden dabei bevorzugt in einem vorgegebenen Muster auf ausgewählte Bereiche des Substrats aufgebracht, wobei andere Bereiche des Substrats jeweils ausgespart werden. Die Verwendung eines Siebdruckverfahrens ist hierfür besonders geeignet, da es exakt und kosteneffizient durchzuführen ist. Die erwähnten Schritte können auch beliebig oft wiederholt werden, um komplexere, auch dreidimensionale Strukturen auszubilden. Damit können elektrische Leitungen in mehreren Ebenen übereinandergelegt werden. The liquid layer and / or the electrical conductive layer are preferably applied in a predetermined pattern on selected areas of the substrate, wherein other areas of the substrate are each recessed. The use of a screen printing process is particularly suitable for this because it is accurate and cost-effective to perform. The mentioned steps can also be repeated as often as desired in order to form more complex, even three-dimensional structures. This electrical lines can be superimposed in several levels.
Nach Abschluss der bisher erwähnten Verfahrensschritte oder einer beliebigen Unterkombination dieser Schritte kann bevorzugt eine Deckschicht auf das Substrat mit den aufgebrachten elektrischen Bauelementen, der Kontaktschiene, weiteren zur elektrischen Verbindung aufgebrachten Komponenten und sonstigen Bestandteilen aufgebracht werden. Diese Deckschicht kann eine vorteilhafte Passivierung und einen Schutz der Baugruppe bewirken. After completion of the previously mentioned method steps or any subcombination of these steps, a cover layer can preferably be applied to the substrate with the applied electrical components, the contact rail, further components applied for electrical connection and other components. This cover layer can bring about advantageous passivation and protection of the assembly.
Die Baugruppe kann nach Durchführung der beschriebenen Verfahrensschritte oder einer beliebigen Unterkombination bevorzugt in ein Spritzgussgehäuse in bekannter Art und Weise eingefügt werden. Hierzu kann beispielsweise ein spritzgussfähiges Material um die Baugruppe herum gespritzt und gehärtet werden. Anschlüsse, beispielsweise die weiter oben erwähnten Press-Fit-Kontakte und/oder das weiter oben erwähnte Längsende der Kontaktschiene können dabei aus dem Spritzgussgehäuse hervorstehen, so dass ein elektrischer Kontakt möglich ist. Nach Fertigstellung kann durch die Verwendung eines solchen Spritzgussgehäuses beispielsweise von einem Modul, welches die Baugruppe enthält, gesprochen werden. Für ein solches Modul können unter anderem verschiedene Montagemöglichkeiten bestehen, beispielsweise durch Schrauben oder Klemmen. Die Auswahl eines Wärmeübertragungsmediums zum Kühlkörper ist dabei nicht eingeschränkt, so dass eine Vielzahl bekannter Wärmeübertragungsmedien verwendet werden kann. Außerdem ist es möglich, alle Potentialanschlüsse in ein Kunststoffgehäuse zu integrieren und anschließend die Kontakte auf dem Substrat mit bekannten Technologien zu verbinden. After carrying out the method steps described or any subcombination, the module can preferably be inserted into an injection-molded housing in a known manner. For this purpose, for example, an injection-moldable material can be sprayed around the assembly around and hardened. Connections, for example, the press-fit contacts mentioned above and / or the above-mentioned longitudinal end of the contact rail can protrude from the injection molded housing, so that an electrical contact is possible. Upon completion, use of such an injection molded housing may, for example, speak of a module containing the assembly. For such a module, among other things, various mounting options exist, for example by screws or clamps. The selection of a heat transfer medium to the heat sink is not limited, so that a variety of known heat transfer media can be used. In addition, it is possible to integrate all the potential connections in a plastic housing and then to connect the contacts on the substrate with known technologies.
Zur Vermeidung von Spannungsrissen und Temperaturbelastung von zu verbindenden Teilen wie beispielsweise solchen aus Silizium oder Kupfer, welche teilweise unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten haben können, werden für die Durchführung des Verfahrens bevorzugt duktile, elastische Materialien eingesetzt. To avoid stress cracks and thermal stress on parts to be joined, such as those made of silicon or copper, which may in some cases have different coefficients of expansion, ductile, elastic materials are preferably used for carrying out the process.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Baugruppe, welche Folgendes aufweist:
- – ein Substrat,
- – eine Anzahl von elektrischen Bauelementen auf dem Substrat, wobei jedes elektrische Bauelement auf einer dem Substrat abgewandten Oberfläche zumindest eine elektrische Kontaktfläche aufweist, und
- – eine elektrisch leitfähige Kontaktschiene, welche auf den elektrischen Bauelementen angeordnet ist und mit den jeweiligen elektrischen Kontaktflächen auf der dem Substrat abgewandten Oberfläche der elektrischen Bauelemente elektrisch verbunden ist.
- A substrate,
- A number of electrical components on the substrate, each electrical component having at least one electrical contact surface on a surface facing away from the substrate, and
- - An electrically conductive contact rail, which is arranged on the electrical components and is electrically connected to the respective electrical contact surfaces on the surface facing away from the substrate of the electrical components.
Eine solche erfindungsgemäße Baugruppe weist insbesondere den Vorteil eines verringerten Platzbedarfs im Vergleich zu Baugruppen gemäß dem Stand der Technik auf. Dies liegt vor allem an der Kontaktschiene, welche dazu führt, dass auf zumindest eine Leiterbahn auf dem Substrat verzichtet werden kann, da das entsprechende elektrische Potential in eine dritte Dimension, typischerweise nach oben, verlagert wird. Es kann hierbei auch von einer gestapelten Bauweise gesprochen werden. Such an assembly according to the invention has the particular advantage of a reduced space requirement compared to assemblies according to the prior art. This is primarily due to the contact rail, which leads to the fact that it is possible to dispense with at least one conductor track on the substrate, since the corresponding electrical potential is shifted into a third dimension, typically upwards. It can also be spoken of a stacked construction.
Alle mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen vorteilhaften Ausführungen sind, sofern diese auf die erfindungsgemäße Baugruppe entsprechend anwendbar sind, auch vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Baugruppe. Insbesondere gilt dies für mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebene Materialien und Anordnungen. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend. All described with reference to the inventive method advantageous embodiments, provided that they are applicable to the assembly according to the invention, also advantageous embodiments of the assembly according to the invention. This applies in particular to materials and arrangements described with reference to the method according to the invention. Illustrated benefits apply accordingly.
Die erfindungsgemäße Baugruppe ist besonders bevorzugt mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Dabei kann auf alle mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Ausführungen zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend. The assembly according to the invention is particularly preferably produced by means of a method according to the invention. In this case, all embodiments described with reference to the method according to the invention can be used. Illustrated benefits apply accordingly.
Die erfindungsgemäße Baugruppe ist besonders bevorzugt als B6-Brücke mit Phasenschalter ausgebildet. Bei einer solchen Baugruppe kommen die erfindungsgemäßen Vorteile in besonderer Weise zur Geltung. The assembly according to the invention is particularly preferably designed as a B6 bridge with phase switch. In such an assembly, the advantages of the invention come in a special way to advantage.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann von den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Further features and advantages will become apparent to those skilled in the art from the following with reference to the attached drawing described embodiments.
Dabei zeigen: Showing:
Die
Auf der Oberfläche
Den ersten bis sechsten Transistoren
Die siebten, achten und neunten Transistoren
An den jeweiligen Unterseiten der Transistoren
Auf einer jeweiligen dem Substrat
Zwischen den elektrisch leitfähig beschichteten Abschnitten
Die breite Leiterbahn
Weitere elektrische Verbinder
Wie in
Die elektrischen Verbinder
Auf der Oberfläche
In der Ausführung gemäß
Durch diese Maßnahme wird die ursprünglich für die breite Leiterbahn
Eine weitere flächenmäßige Optimierung kann erreicht werden, indem die Anordnung auch in der Längsrichtung der Kontaktschiene
Die
Auf die Oberfläche
Jedem der ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Transistoren
Auf der jeweiligen vom Substrat abgewandten Oberfläche der Transistoren
Die Kontaktschiene
Durch die Aufbringung der Kontaktschiene
Da nunmehr alle für eine komplette Baugruppe notwendigen Komponenten vorhanden sind, können diese im Zustand, welcher in
Es sei nochmals erwähnt, dass bei den
Des Weiteren wurden beim Übergang auf den in
Wie am oberen Rand von
Dabei ist zu erkennen, dass unterhalb des Substrats
Auf dem Substrat befinden sich zwei elektrisch leitfähig beschichtete Abschnitte
Weiterhin befindet sich oberhalb des ersten Transistors
Auf dem anderen der beiden elektrisch leitfähig beschichteten Abschnitte, nämlich auf dem elektrisch leitfähig beschichteten Abschnitt
Alle sich oberhalb des Substrats
Die
Bezüglich der bereits aus den
Jeweilige Leitschichten
Ebenso wurde der Gate-Kontakt
Die Baugruppe
Die typische Beschaltung einer B6-Brücke mit Phasenschalter ist dem Fachmann bekannt und ist zudem aus den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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