DE102014114808B4 - Elektronikmodul und Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls - Google Patents

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    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
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    • H01L2224/8538—Bonding interfaces outside the semiconductor or solid-state body
    • H01L2224/85399—Material
    • H01L2224/854—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/85438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/85439—Silver (Ag) as principal constituent
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    • H01L2224/85438—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/85444—Gold (Au) as principal constituent
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Abstract

Elektronikmodul mit einem Modulgehäuse (6), sowie mit einem elektrisch leidenden Anschlusselement (7), das einen ersten Abschnitt (71) aufweist, einen zweiten Abschnitt (72), und einen Schaft (70) zwischen dem ersten Abschnitt (71) und dem zweiten Abschnitt (72), wobei der Schaft (70) mit einer nicht-metallischen Beschichtung (8) versehen ist; das Anschlusselement (7) zusammen mit der Beschichtung (8) im Bereich des Schaftes (70) in das Modulgehäuse (6) eingespritzt ist, so dass das Anschlusselement (7) in dem Modulgehäuse (6) fixiert ist; und ein Silikongel in das Modulgehäuse (6) eingefüllt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul und ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls.
  • Anschlusskontakte von Elektronikmodulen werden häufig in ein Gehäuse des Moduls eingespritzt. Hierbei kann es bedingt durch Schrumpfung des Gehäusekunststoffes und durch unterschiedliches thermisches Ausdehnungsverhalten von Anschlusskontakt und Gehäuse zur Ausbildung von Spalten kommen, so dass der Anschlusskontakt nicht mehr fest in dem Gehäuse sitzt.
  • Wenn der in das Gehäuse eingespritzte Anschlusskontakt bei der Herstellung des Elektronikmoduls mit einem anderen Leiterelement des herzustellenden Elektronikmoduls durch Ultraschallschweißen verbunden werden soll, ist während des Schweißvorgangs eine Relativbewegung zwischen dem Anschlusskontakt und dem Leiterelement erforderlich. Hierzu wird von den Verbindungspartnern, also dem Anschlusskontakt und dem Leiterelement, einer in Schwingung versetzt, während der andere in Ruhe bleibt. Durch die Relativbewegung in Kombination mit einer die Verbindungspartner aneinander pressenden Anpresskraft entsteht eine Schweißverbindung, durch die die Verbindungspartner fest miteinander verbunden sind.
  • Um reproduzierbare Prozessergebnisse zu erhalten, ist generell eine möglichst spielfreie Fixierung der Anschlusskontakte im Modulgehäuse wünschenswert. Die Festigkeit der Fixierung muss dabei umso höher sein, je höher die während des Ultraschallschweißprozesses erforderliche Ultraschall-Leistung ist.
  • Aus der DE 10 2005 047 856 A1 ist ein Halbleiterbauteil bekannt, dessen Halbleiterbauteilkomponenten in eine polymere Kunststoffgehäusemasse, z. B. aus einem Harz, eingebettet sind. Vor dem Einbetten wird auf die Oberflächen der Halbleiterbauteilkomponenten eine thermoplastische Pufferschicht aufgebracht, deren Material eine Schmelztemperatur von mehr als 260°C aufweist.
  • Die DE 10 2005 010 272 A1 betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Chipträger, auf dem ein Halbleiterchip angeordnet ist. Der Chipträger ist zumindest teilweise mit einer Schicht aus Polymerschaum versehen. Ein Gehäuse aus Epoxidharz umgibt den Halbleiterchip zumindest teilweise.
  • In der DE 10 2011 076 235 A1 ist eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einem Wärmeverteiler beschrieben, auf den Leistungshalbleiterbauelemente gelötet sind. Ein Signalanschluss, ist mit einer oberen Oberfläche einer aus einem Harz bestehenden ”Outsert-Befestigungsführung” verbunden, die an einem Leistungshalbleiterbauelement befestigt ist. Die Leistungshalbleitervorrichtung weist ferner ein Harzgehäuse auf, das in einem Gießverfahren unter Verwendung einer Gussform hergestellt wird.
  • Aus JP 2009 059 812 A ist ein durch Transfermolden hergestelltes Leistungsmodul bekannt, bei dem elektrische Anschlüsse dort, wo sie aus einem Gehäuse herausragen, das aus einem Versiegelungsharz besteht, mit Teilen versehen sind, die Undichtigkeiten verhindern. Eine ähnliche Anordnung ist aus JP 2008 294 275 A bekannt, wobei hier das Gehäuse aus einem thermoplastischen Harz besteht.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Elektronikmodul und ein Verfahren zu Herstellung eines ein Gehäuse aufweisenden Elektronikmoduls bereitzustellen, bei dem ein elektrischer Anschlusskontakt des Elektronikmoduls eine allenfalls geringe Beweglichkeit gegenüber dem Gehäuse besitzt.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Elektronikmodul gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein erster Aspekt betrifft ein Elektronikmodul mit einem Modulgehäuse und einem elektrisch leidenden Anschlusselement. Das Anschlusselement weist einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf, sowie einen Schaft zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt. Der Schaft ist mit einer nicht-metallischen Beschichtung versehen. Das Anschlusselement ist zusammen mit der Beschichtung im Bereich des Schaftes in das Modulgehäuse eingespritzt, so dass das Anschlusselement in dem Modulgehäuse fixiert ist. In das Modulgehäuse ist ein Silikongel eingefüllt.
  • Ein zweiter Aspekt betrifft ein Verfahren, mit dem ein Elektronikmodul hergestellt wird, das unter anderem gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet sein kann. Bei dem Verfahren wird ein elektrisch leitendes Anschlusselement bereitgestellt, das einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt, einen Schaft zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt, sowie zumindest im Bereich des Schafts eine nicht-metallische Beschichtung. Weiterhin wird ein Modulgehäuse hergestellt. Hierbei wird das mit der Beschichtung versehene Anschlusselement mit einem das Modulgehäuse bildenden Material umspritzt. Im Innenraum des Modulgehäuses wird ein Leiterelements angeordnet, und es wird im Bereich des ersten Abschnitts eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Leiterelement und dem Anschlusselement hergestellt. In das Modulgehäuse wird ein Silikongel eingefüllt.
  • Diese sowie weitere Aspekte der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt durch ein Anschlusselement.
  • 2 das Anschlusselement gemäß 1 nach dem Aufbringen einer Beschichtung.
  • 3 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Modulgehäuses, in das das mit der Beschichtung versehene Anschlusselement gemäß 2 eingespritzt ist.
  • 4 einen Querschnitt durch ein Modulgehäuse, in das mehrere jeweils mit einer Beschichtung versehene Anschlusselemente gemäß 3 eingespritzt sind.
  • 5 einen Querschnitt durch eine Elektronikbaugruppe, die einen Schaltungsträger aufweist.
  • 6 einen Querschnitt durch ein eine massive Bodenplatte aufweisendes Elektronikmodul, das das Modulgehäuse gemäß 4 sowie den Schaltungsträger gemäß 5 aufweist und bei dem ein Bonddraht an das Anschlusselement geschweißt ist.
  • 7 einen Querschnitt durch ein Anschlusselement.
  • 8 das Anschlusselement gemäß 7 nach dem Aufbringen einer Beschichtung.
  • 9 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Modulgehäuses, in das das mit der Beschichtung versehene Anschlusselement gemäß 8 eingespritzt ist.
  • 10 einen Querschnitt durch ein Modulgehäuse, in das mehrere jeweils mit einer Beschichtung versehene Anschlusselemente gemäß 9 eingespritzt sind.
  • 11 einen Querschnitt durch eine Elektronikbaugruppe, die einen Schaltungsträger aufweist.
  • 12 einen Querschnitt durch ein eine massive Bodenplatte aufweisendes Elektronikmodul, das das Modulgehäuse gemäß 10 sowie den Schaltungsträger gemäß 11 aufweist und bei dem ein Anschlusselement im Bereich seines ersten Abschnitts an eine Leiterbahn des Schaltungsträgers geschweißt ist.
  • 13 einen Querschnitt durch ein Elektronikmodul, das einen Schaltungsträger aufweist, wobei ein Bonddraht an ein Anschlusselement geschweißt ist.
  • 14 einen Querschnitt durch ein Elektronikmodul, das einen Schaltungsträger aufweist und bei dem ein Anschlusselemente jeweils im Bereich seines ersten Abschnitts an eine Leiterbahn des Schaltungsträgers geschweißt ist.
  • 15A–15C verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines beschichteten Anschlusselements.
  • 16A–16D verschiedene Schritte eines weiteren Verfahrens zur Herstellung eines beschichteten Anschlusselements.
  • Die Darstellung in den Figuren ist nicht maßstäblich. Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch ein elektrisch leitendes Anschlusselement 7. Das Anschlusselement 7 weist einen ersten Abschnitt 71 auf, einen zweiten Abschnitt 72, sowie einen Schaft 70, der den ersten Abschnitt 71 und den zweiten Abschnitt 72 elektrisch leitend miteinander verbindet und in diesem Sinne zwischen dem ersten Abschnitt 71 und dem zweiten Abschnitt 72 angeordnet ist. Wie dargestellt kann es sich bei dem ersten Abschnitt 71 und/oder dem zweiten Abschnitt 72, jeweils optional, um ein Ende des Anschlusselements 7 handeln.
  • Grundsätzlich kann ein Anschlusselement 7 aus einem beliebigen, elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem beliebigen Metall oder einer beliebigen Metall-Legierung bestehen. Zum Beispiel kann ein Anschlusselement 7 vollständig oder zu wenigstens 90 Atom% aus einem der folgenden Metalle bestehen: Kupfer; Aluminium; Gold; Silber; Eisen, Eisenwerkstoffe, oder es kann vollständig oder zu wenigstens 90 Atom% aus einer Legierung mit wenigstens zwei der genannten Metalle bestehen.
  • Zur Herstellung eines Anschlusselements 7 kann z. B. ein ebenes Blech gestanzt und danach optional abgewinkelt werden. Beliebige andere Herstellungsverfahren können jedoch ebenso eingesetzt werden.
  • Auf das vorgefertigte Anschlusselement 7 oder ein Vorprodukt des Anschlusselements 7 wird dann eine Beschichtung 8 aufgebracht, was im Ergebnis in 2 gezeigt ist. Bei der Beschichtung 8 handelt es sich um eine nicht-metallische Beschichtung. Die Beschichtung 8 kann beispielsweise eines der folgenden Materialien aufweisen oder aus einem der folgenden Materialien, insbesondere Kunststoff, bestehen: einem Thermoplasten, einem Duroplasten; einem Elastomer, einer Polymerlegierung, einem geschäumten Material, einem Lack. Als Beschichtungsverfahren eignen sich zum Beispiel durch Kunststoffbeschichtungsverfahren (beispielsweise Pulverbeschichten = Pulverlackieren), Lackieren, Drucken, Tauchen, oder Aufkleben der Beschichtung auf das Anschlusselement 7.
  • Das Aufbringen der Beschichtung 8 erfolgt zumindest im Bereich des Schaftes 70. Da die Abschnitte 71 und 72 später zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen dienen, muss die Beschichtung 8 in diesen Bereichen jeweils eine Aussparung aufweisen, so dass das Anschlusselement 7 dort frei liegt.
  • Eine Beschichtung 8 kann aus nur genau einer Schicht bestehen, wie sie vorangehend erläutert wurde, oder aber aus zwei oder mehr Teilschichten, die aufeinander auf das Anschlusselement 7 aufgebracht werden. Die einzelnen Teilschichten können dabei jeweils aus einem beliebigen (verschiedenen oder identischen) der erläuterten Materialien bestehen, und/oder jeweils mit einem beliebigen (verschiedenen oder identischen) der erläuterten Verfahren auf das Anschlusselement 7 aufgebracht werden.
  • Das mit der Beschichtung 8 versehene Anschlusselement 7 wird dann während eines Spritzgießprozesses, mit dem ein Modulgehäuse 6 hergestellt wird, mit dem Material zur Herstellung des Modulgehäuses 6 umspritzt. Im Ergebnis ist das mit der Beschichtung 8 versehene Anschlusselement 7 fest in das Modulgehäuse 6 eingespritzt, was in 3 dargestellt ist.
  • Wie mit der vorliegenden Erfindung festgestellt wurde, neigt eine solche Anordnung nicht oder in einem wesentlich geringeren Maß zur Spaltbildung als dies der Fall wäre, wenn das unbeschichtete Anschlusselement 7 – wie bei entsprechenden herkömmlichen Anordnungen – ohne Beschichtung 8 in das Modulgehäuse 6 eingespritzt wäre. Damit einhergehend besitzt das Anschlusselement 7 gegenüber dem Modulgehäuse 6 eine wesentlich geringere relative Beweglichkeit, als dies bei einer entsprechenden herkömmlichen Anordnung der Fall wäre. Die Beschichtung 8 übernimmt die Funktion eines Haftvermittlers zwischen dem Anschlusselement 7 und dem Modulgehäuse 6 und sie gleicht Spalte aus, die ansonsten bei Schrumpfungsprozessen entstehen würden.
  • Um die Haftung zwischen der Beschichtung 8 und dem herzustellenden Modulgehäuse 6 zu erhöhen, kann die Beschichtung 8 so ausgebildet sein, dass sie vor dem Spritzgießvorgang, mit dem das Modulgehäuse 6 hergestellt wird, an ihrer dem Anschlusselement 7 abgewandten Außenseite 7a eine hohe Oberflächenrauheit aufweist, was in 2 schematisch dargestellt ist.
  • Das fertige Modulgehäuse 6 kann dielektrisch sein. Es kann optional einen Glasfaseranteil aufweisen, beispielsweise von wenigstens 10 Volumen% oder von wenigstens 20 Volumen%, und/oder einen Flammhemmer, beispielsweise einen halogenbasierten Flammhemmer, einen Stickstoffbasierten Flammhemmer, einen organo-phosphor-basierten Flammhemmer, einem anorganischen Flammhemmer.
  • Weiterhin kann die Beschichtung 8 aus einem vom Material des Modulgehäuses 6 verschiedenen Material bestehen.
  • Grundsätzlich kann die Anzahl der mit einer Beschichtung 8 versehenen, in ein Modulgehäuse 6 eingespritzten Anschlusselemente 7 beliebig gewählt werden.
  • 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Gehäuse 6 für ein Elektronikmodul, in das mehrere jeweils mit einer Beschichtung 8 versehene Anschlusselemente 7 eingespritzt wurden. Die ersten Abschnitte 71 sind dabei jeweils im Inneren des Gehäuses 6 angeordnet, wohingegen die zweiten Abschnitte 72 jeweils aus dem Modulgehäuse 6 herausragen.
  • 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Elektronikbaugruppe. Diese einen Schaltungsträger 2 auf. Auf dem Schaltungsträger 2 ist ein Halbleiterchip 1 angeordnet.
  • Der optionale Halbleiterchip 1 kann ein beliebiges elektronisches Bauelement enthalten, zum Beispiel einen MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), einen Thyristor, einen JFET (Junction Field Effect Transistor), einen HEMT (High Electron Mobility Transistor), eine Diode, etc., alternativ oder zusätzlich auch ein oder mehrere beliebige andere aktive oder passive elektronische Bauelemente. Der Halbleiterchip 1 weist einen Halbleiterkörper 10 auf, sowie, jeweils optional, eine obere Chipmetallisierung 11 und eine untere Chipmetallisierung 12.
  • Der ebenfalls optionale Schaltungsträger 2 weist einen dielektrischen Isolationsträger 20 auf, auf den eine obere Metallisierungsschicht 21 aufgebracht ist, sowie eine optionale untere Metallisierungsschicht 22. Sofern eine obere und eine untere Metallisierungsschicht 21, 22 vorhanden sind, befinden sich diese auf einander entgegengesetzten Seiten des Isolationsträgers 20. Die obere Metallisierungsschicht 21 kann bei Bedarf strukturiert sein, so dass sie Leiterbahnen aufweist, die beispielsweise zur elektrischen Verschaltung und/oder zur Chipmontage genutzt werden können. Der dielektrische Isolationsträger 20 kann dazu verwendet werden, die obere Metallisierungsschicht 21 und die untere Metallisierungsschicht 22 elektrisch voneinander zu isolieren.
  • Bei dem Schaltungsträger 2 kann es sich um ein Keramiksubstrat handeln, bei dem der Isolationsträger 20 als dünne Schicht ausgebildet ist, die Keramik aufweist oder aus Keramik besteht. Als Materialien für die obere Metallisierungsschicht 21 und, soweit vorhanden, die untere Metallisierungsschicht eignen sich elektrisch gut leitende Metalle wie beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen, aber auch beliebige andere Metalle oder Legierungen. Sofern der Isolationsträger 20 Keramik aufweist oder aus Keramik besteht, kann es sich bei der Keramik beispielsweise um Aluminiumoxid (Al2O3) oder Aluminiumnitrid (AlN) oder Zirkoniumoxid (ZrO2) handeln, oder um eine Mischkeramik, die neben zumindest einer der genannten Keramikmaterialien noch wenigstens ein weiteres, von diesem verschiedenes Keramikmaterial aufweist. Zum Beispiel kann ein Schaltungsträger 2 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, soweit vorhanden, die untere Metallisierungsschicht 22 können, unabhängig voneinander, jeweils eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 2,5 mm aufweisen. Die Dicke des Isolationsträgers 20 kann z. B. im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm liegen. Größere oder kleinere als die angegebenen Dicken sind jedoch ebenfalls möglich.
  • Bei der gezeigten Elektronikbaugruppe ist der Halbleiterchip 1 mittels einer ersten Verbindungsschicht 41 stoffschlüssig und optional auch elektrisch leitend mit dem Schaltungsträger 2 verbunden. Hierzu grenzt die erste Verbindungsschicht 41 sowohl an den Halbleiterchip 1 (hier beispielhaft an dessen untere Chipmetallisierung 12) als auch an den Schaltungsträger 2 (hier beispielhaft an dessen obere Metallisierungsschicht 21) an. Bei der ersten Verbindungsschicht 41 kann es sich zum Beispiel um eine gesinterte Schicht, um eine Lotschicht oder um eine Klebeschicht handeln, wobei letztere je nach den Erfordernissen der zu realisierenden Schaltung elektrisch isolierend oder elektrisch leitend sein kann. Die erste Verbindungsschicht 41 kann optional so ausgebildet sein, dass sie bei einer Temperatur von 180°C fest ist. Soweit die erste Verbindungsschicht 41 aufschmelzbar ist, kann sie demgemäß einen Schmelzpunkt von über 180°C aufweisen.
  • Weiterhin kann die Elektronikbaugruppe optional eine Bodenplatte 3 aufweisen, mit der der mit dem Halbleiterchip 1 bestückte Schaltungsträger 2 mittels einer zweiten Verbindungsschicht 42 stoffschlüssig und optional auch elektrisch leitend verbunden ist. Hierzu grenzt die zweite Verbindungsschicht 42 sowohl an den Schaltungsträger 2 (hier: an dessen untere Metallisierungsschicht 22) als auch an die Bodenplatte 3 an. Bei der zweiten Verbindungsschicht 42 kann es sich zum Beispiel um eine gesinterte Schicht, um eine Lotschicht oder um eine Klebeschicht handeln, wobei letztere elektrisch isolierend oder elektrisch leitend sein kann. Zur Herstellung einer solchen Anordnung kann der Schaltungsträger 2 wie erläutert mit einem Halbleiterchip 1 vorbestückt und danach mit der Bodenplatte 3 verbunden werden. Bei der Bodenplatte 3 kann es sich beispielsweise um eine Metallplatte aus oder mit einem thermisch gut leitenden Material wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium handeln. Die Bodenplatte 3 kann außerdem eine dünne, beispielsweise galvanisch erzeugte Oberflächenbeschichtung (z. B. aus Nickel) aufweisen, um die Oxidation zu verhindern und die Lötbarkeit zu verbessern. Ebenso kann die Bodenplatte 3 aus einem Metallmatrixkompositmaterial (MMC = metal matrix composite) bestehen.
  • Zur Herstellung eines Elektronikmoduls 100 kann eine vorgefertigte Elektronikbaugruppe, wie Sie bezugnehmend auf 5 erläutert wurde, mit einem Modulgehäuse 6 verbunden werden, in das wie vorangehend erläutert wenigstens ein mit einer Beschichtung 8 versehenes Anschlusselement 7 eingespritzt wurde, was im Ergebnis in 6 gezeigt ist. Sofern die Elektronikbaugruppe einen Halbleiterchip 1 aufweist, wird dieser dabei im Immenraum des Modulgehäuses 6 angeordnet.
  • Um die Elektronikbaugruppe elektrisch leitend mit der oder den Anschlusselementen 7 zu verbinden, können Bonddrähte 5 verwendet werden. Die Bonddrähte 5 sind hierzu jeweils mit einem Anschlusselement 7 an einer Bondstelle B2 bzw. B3 im Bereich des ersten Abschnitts 71 des betreffenden Anschlusselements 7 verschweißt. Die jeweilige Schweißverbindung kann durch Ultraschallschweißen (Drahtbonden) hergestellt werden. Hierbei kann der Bonddraht 5 unmittelbar, d. h. ohne Verwendung eines zusätzlichen Verbindungsmittels wie beispielsweise eines Lotes oder eines elektrisch leitenden Klebers, mit dem Anschlusselement 7 verschweißt sein. Die betreffende Verbindung kann also lot- und/oder klebstofffrei sein.
  • Wie weiterhin beispielhaft gezeigt ist, kann ein solcher Bonddraht 5 an einer Bondstelle B1 mit der oberen Chipmetallisierung 11 verschweißt sein, oder an einer Bondstelle B4 mit der oberen Metallisierungsschicht 21. Auch hierbei kann der Bonddraht 5 unmittelbar, d. h. ohne Verwendung eines zusätzlichen Verbindungsmittels wie beispielsweise eines Lotes oder eines elektrisch leitenden Klebers, mit der obere Chipmetallisierung 11 bzw. mit der oberen Metallisierungsschicht 21 verschweißt sein. Die betreffende Verbindung kann also lot- und/oder klebstofffrei sein.
  • Bei dem gezeigten Beispiel sind die obere Chipmetallisierung 11 und die untere Chipmetallisierung 12 jeweils mit einem anderen der Anschlusselemente 7 elektrisch leitend verbunden. Hierdurch können die obere Chipmetallisierung 11 und die untere Chipmetallisierung 12 über die zweiten Abschnitte 72 von der Außenseite des Elektronikmoduls 100 her elektrisch kontaktiert werden. Grundsätzlich können jedoch mit Hilfe von Anschlusselementen 7, die wie erläutert mit einer Beschichtung 8 versehen und in eine Modulgehäuse 6 eingespritzt sind, dazu genutzt werden, beliebige elektrische Potentiale und/oder Signale zwischen dem Inneren des Modulgehäuses 6 und dem Äußeren des Modulgehäuses 6 zu übertragen.
  • In das Modulgehäuse 6 eine dielektrische Vergussmasse (nicht gezeigt), nämlich ein Silikongel, eingefüllt, um die Isolationsfestigkeit des Elektronikmoduls 100 zu erhöhen und/oder um in dem Elektronikmodul 100 verbaute Komponenten vor Feuchtigkeit oder Verschmutzung zu schützen. Eine solche Vergussmasse kann sich dann ausgehend von der Bodenplatte 3 bis über den Halbleiterchip 1 hinaus oder gar bis über sämtliche Bonddrähte 5 hinaus erstrecken.
  • Die 7 bis 9 zeigen ein weiteres Beispiel für ein Anschlusselement 7, das wie erläutert mit einer Beschichtung 8 (8) versehen und danach in ein Modulgehäuse 6 eingespritzt wird (9). Hierzu können dieselben Verfahren und Materialien eingesetzt werden, wie sie vorangehend bereits erläutert wurden. 10 zeigt ein Modulgehäuse 6, in das beispielhaft mehrere solcher mit jeweils einer Beschichtung 8 versehenen Anschlusselemente 7 eingespritzt sind.
  • 11 zeigt einen Querschnitt durch eine Elektronikbaugruppe, deren Aufbau dem Aufbau der bereits unter Bezugnahme auf 5 erläuterten Elektronikbaugruppe entspricht. Ergänzend ist ein Bonddraht 5 vorgesehen, der die obere Chipmetallisierung 11 elektrisch leitend mit einer Leiterbahn verbindet, die durch einen Abschnitt der oberen Metallisierungsschicht 21 gebildet ist. Hierzu ist der Bonddraht 5 an einer Bondstelle B1 elektrisch leitend an die obere Chipmetallisierung 11 gebondet, sowie an einer weiteren Bondstelle B5 an die obere Metallisierungsschicht 21.
  • Der Halbleiterchip 1 ist an der unteren Chipmetallisierung 12 mittels einer Verbindungsschicht 41 auf dieselbe Weise stoffschlüssig und elektrisch leitend mit einem weiteren Abschnitt der oberen Metallisierungsschicht 21 verbunden, wie der Halbleiterchip 1 gemäß 5 mit der oberen Metallisierungsschicht 21.
  • Zur Herstellung eines Elektronikmoduls 100 kann eine vorgefertigte Elektronikbaugruppe, wie Sie bezugnehmend auf 11 erläutert wurde, mit einem Modulgehäuse 6 verbunden werden, in das wie vorangehend erläutert wenigstens ein mit einer Beschichtung 8 versehenes Anschlusselement 7 eingespritzt wurde, was im Ergebnis in 12 gezeigt ist. Sofern die Elektronikbaugruppe einen Halbleiterchip 1 aufweist, wird dieser dabei im Immenraum des Modulgehäuses 6 angeordnet.
  • Um die Elektronikbaugruppe elektrisch leitend mit der oder den Anschlusselementen 7 zu verbinden, werden deren ersten Abschnitte 71 an einer Schweißstelle S1 bzw. S2 im Bereich des ersten Abschnitts 71 des betreffenden Anschlusselements 7 mit der oberen Metallisierungsschicht 21 verschweißt. Die jeweilige Schweißverbindung kann durch Ultraschallschweißen (Drahtbonden) hergestellt werden. Hierbei kann das betreffende Anschlusselement 7 unmittelbar, d. h. ohne Verwendung eines zusätzlichen Verbindungsmittels wie beispielsweise eines Lotes oder eines elektrisch leitenden Klebers, mit der oberen Metallisierungsschicht 21 verschweißt sein. Die betreffende Verbindung kann also lot- und/oder klebstofffrei sein.
  • Während bei den bisher erläuterten Elektronikbaugruppen die Schaltungsträger 2 jeweils auf einer massiven Bodenplatte 3 angeordnet waren, welche bei den Elektronikmodul 100 gemäß den 6 und 12 die Unterseite des Elektronikmoduls bildet, besitzen die in den 13 und 14 gezeigten Elektronikmodule 100 keine derartige Bodenplatte 3. Hier bildet jeweils die untere Metallisierungsschicht 22 die Unterseite des Elektronikmoduls 100. Im Übrigen gelten für den Aufbau des Elektronikmoduls 100 gemäß 13 die Ausführungen zu dem Elektronikmodul 100 gemäß 6, und für den Aufbau des Elektronikmoduls 100 gemäß 14 die Ausführungen zu dem Elektronikmodul 100 gemäß 12. Während der Schaltungsträger 2 bei den Elektronikmodulen 100 gemäß den 6 und 12 in das jeweilige Modulgehäuse 6 eingesetzt ist, ist das Modulgehäuse 6 bei den Elektronikmodulen 100 gemäß den 13 und 14 auf den Schaltungsträger 2 aufgesetzt.
  • Bei einem Elektronikmodul 100, das keine massive Bodenplatte 3 aufweist und bei dem ein Silikongel als dielektrische Vergussmasse (in den 13 und 14 nicht gezeigt) eingefüllt ist, um die Isolationsfestigkeit des Elektronikmoduls 100 zu erhöhen und/oder um in dem Elektronikmodul 100 verbaute Komponenten vor Feuchtigkeit oder Verschmutzung zu schützen, kann sich die Vergussmasse ausgehend vom Schaltungsträger 2 bis über den Halbleiterchip 1 hinaus oder gar bis über sämtliche Bonddrähte 5 hinaus erstrecken.
  • Bei den vorangehend erläuterten Elektronikmodulen 100 kann ein Bonddraht 5 grundsätzlich aus einem beliebigen Drahtmaterial bestehen. Insbesondere ein Bonddraht 5, der, wie in den 6 und 13 gezeigt, durch Ultraschallschweißen im Bereich eines ersten Abschnitts 71 unmittelbar an ein Anschlusselement 7 geschweißt ist, kann vollständig oder zu wenigstens 90 Atom% aus Kupfer bestehen.
  • Weiterhin kann ein Bonddraht 5 außerhalb von Bondstellen einen Leitungsquerschnitt (d. h. quer zur Stromflussrichtung) aufweisen, der wenigstens 7853 μm2 beträgt, oder gar wenigstens 70685 μm2, was bei einem Bonddraht 5 mit kreisförmigem Querschnitt einem Nenndurchmesser (d. h. außerhalb von Bondstellen) von wenigstens 100 μm bzw. wenigstens 300 μm entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann ein solcher Bonddraht 5 auch einen Leitungsquerschnitt von höchstens 785398 μm2 aufweisen, was bei einem Bonddraht 5 mit kreisförmigem Querschnitt einem Nenndurchmesser von wenigstens 1000 μm entspricht.
  • Als Bonddraht 5 werden aber nicht nur Bonddrähte angesehen, die außerhalb von Bondstellen einen kreisförmigen Querschnitt besitzen, sondern auch so genannte Bondbändchen, die einen beliebigen anderen, beispielsweise in etwa rechteckigen, Querschnitt aufweisen.
  • Entsprechend kann ein Anschlusselement 7 einen Leitungsquerschnitt (d. h. quer zur Stromflussrichtung) aufweisen, der wenigstens 0,25 mm2 oder gar wenigstens 50 mm2 beträgt.
  • Das Aufbringen der Beschichtung 8 auf ein Anschlusselement 7 kann prinzipiell auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise kann ein vorgefertigtes einzelnes Anschlusselement 7, wie es beispielsweise anhand der 1 und 7 erläutert wurde, mit der Beschichtung 8 versehen werden. Ebenso ist es möglich, die Beschichtung 8 auf ein Vorprodukt aufzubringen, aus dem mehrere Anschlusselemente 7 vereinzelt werden. Beispiele für derartige Verfahren werden nachfolgend anhand der 15A bis 15C und 16A bis 16D erläutert.
  • Bei dem anhand der 15A bis 15C erläuterten Verfahren wird zunächst als Vorprodukt ein Rohband 9 bereitgestellt. Dieses kann beispielsweise aus dem Material oder der Materialkombination der daraus herzustellenden Anschlusselemente 7 bestehen. 15A zeigt einen Abschnitt eines solchen Rohbandes 9. Auf das Rohband 9 wird dann eine Beschichtung 8 aufgebracht, was im Ergebnis in 9 gezeigt ist, und das beschichtete Rohband 9 wird dann in einem oder mehreren Stanzschritten gestanzt, so dass im Ergebnis einzelne, voneinander unabhängige und jeweils bereits mit einer Beschichtung 8 versehene Anschlusselemente 7 vorliegen, was in 15C gezeigt ist. Unmittelbar nach dem Stanzen können die Anschlusselemente 7 noch eben sein und nachfolgend gebogen werden, beispielsweise zu einem gewinkelten und mit einer Beschichtung 8 versehenen Anschlusselement 7, wie es in den 2 und 7 gezeigt ist.
  • Bei dem anhand der 16A bis 16D erläuterten Verfahren wird zunächst als Vorprodukt wiederum ein Rohband 9 bereitgestellt, wie es bereits bezugnehmend auf 15A erläutert wurde, siehe 16A. Das Rohband 9 wird dann in einem oder mehreren Stanzschritten derart gestanzt, dass im Ergebnis mehrere, noch durch Stege 91 miteinander verbundene Anschlusselemente 7 in einem Standband vorliegen, wie dies beispielhaft in 16B dargestellt ist. Auf die noch durch Stege 91 miteinander verbundenen Anschlusselemente 7 wird dann eine Beschichtung 8 aufgebracht, was im Ergebnis in 16C gezeigt ist. In einem weiteren Stanzschritt können die Anschlusselemente 7 nach ab- oder durchtrennen der Stege 91 vereinzelt werden, so dass jedes der vereinzelten Anschlusselemente 7 eine Beschichtung 8 aufweist, was im Ergebnis in 16D dargestellt ist. Auch hier können die beschichteten Anschlusselemente 7 unmittelbar nach dem Beschichten und Vereinzeln noch eben sein und bei Bedarf nachfolgend gebogen werden, beispielsweise zu einem gewinkelten und mit einer Beschichtung 8 versehenen Anschlusselement 7, wie es in den 2 und 7 gezeigt ist.
  • Unabhängig davon, ob die Beschichtung 8 auf ein bereits vereinzeltes Anschlusselement 7 aufgebracht wird, oder auf ein Vorprodukt, aus dem mehrere beschichtete Anschlusselemente 7 hergestellt werden, kann die Beschichtung 8 bereits so auf das Anschlusselement 7 oder das Vorprodukt aufgebracht werden, dass das fertige Anschlusselement 7 im ersten Abschnitt 71 und/oder im zweiten Abschnitt 72 frei liegt. Ebenso ist es jedoch möglich, die Beschichtung 8 derart auf das Anschlusselement 7 oder das Vorprodukt aufzubringen, dass das Anschlusselement 7, gegebenenfalls nach dem Vereinzeln, auch im ersten und/oder zweiten Abschnitt 71 bzw. 72 von der Beschichtung 8 bedeckt ist und danach im Bereich des ersten und/oder zweiten Abschnitts 71 bzw. 72 durch teilweises Entfernen der Beschichtung 8 freigelegt wird.
  • Sofern ein Anschlusselement 7 durch Stanzen erzeugt wird, kann die Beschichtung 8 vor oder nach dem Stanzen aufgebracht werden, oder zwischen zwei Stanzschritten. Falls ein Anschlusselement 7 durch Biegen erzeugt wird, kann die Beschichtung 8 vor oder nach dem Biegen aufgebracht werden.

Claims (16)

  1. Elektronikmodul mit einem Modulgehäuse (6), sowie mit einem elektrisch leidenden Anschlusselement (7), das einen ersten Abschnitt (71) aufweist, einen zweiten Abschnitt (72), und einen Schaft (70) zwischen dem ersten Abschnitt (71) und dem zweiten Abschnitt (72), wobei der Schaft (70) mit einer nicht-metallischen Beschichtung (8) versehen ist; das Anschlusselement (7) zusammen mit der Beschichtung (8) im Bereich des Schaftes (70) in das Modulgehäuse (6) eingespritzt ist, so dass das Anschlusselement (7) in dem Modulgehäuse (6) fixiert ist; und ein Silikongel in das Modulgehäuse (6) eingefüllt ist.
  2. Elektronikmodul nach Anspruch 1 mit einem Schaltungsträger (2), der eine Leiterbahn (21) aufweist und der an dem Modulgehäuse (6) befestigt ist.
  3. Elektronikmodul nach Anspruch 2, bei dem das Anschlusselement (7) im Bereich des ersten Abschnitts (71) an einer ersten Verbindungsstelle (S1, S2) mit der Leiterbahn (21) verschweißt ist und dadurch elektrisch leitend mit dieser verbunden ist.
  4. Elektronikmodul nach einem der Ansprüche 2 oder 3 mit einem Bonddraht (5), der in dem Modulgehäuse (6) angeordnet ist und der im Bereich des ersten Abschnitts (71) an einer zweiten Verbindungsstelle (B2, B3) unmittelbar an das Anschlusselement (7) gebondet ist.
  5. Elektronikmodul nach Anspruch 4, bei dem der Bonddraht (5) einen Leitungsquerschnitt von wenigstens 7853 μm2 oder von wenigstens 70685 μm2 aufweist.
  6. Elektronikmodul nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Bonddraht (5) vollständig oder zu wenigstens 90 Atom% aus Kupfer besteht.
  7. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Anschlusselement (7) vollständig oder zu wenigstens 90 Atom% aus einem der folgenden Metalle besteht: Kupfer; Aluminium; Gold; Silber; Eisen; oder vollständig oder zu wenigstens 90 Atom% aus einer Legierung mit wenigstens zwei der folgenden Metalle besteht: Kupfer; Aluminium; Gold; Silber; Eisen.
  8. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Modulgehäuse (6) dielektrisch ist und Folgendes aufweist: einen Glasfaseranteil von wenigstens 10 Volumen% oder von wenigstens 20 Volumen%; und/oder einen Flammhemmer.
  9. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtung (8) aus einem vom Material des Modulgehäuses (6) verschiedenen Material besteht.
  10. Elektronikmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Beschichtung (8) eines der folgenden Materialien aufweist oder aus einem der folgenden Materialien besteht: einem Thermoplasten; einem Duroplasten; eine Elastomer; einer Polymerlegierung; einem Schaummaterial; einem Lack.
  11. Verfahren, mit dem ein Elektronikmodul (100) hergestellt wird, das gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines elektrisch leitenden Anschlusselements (7), das einen ersten Abschnitt (71) aufweist, einen zweiten Abschnitt (72), einen Schaft (70) zwischen dem ersten Abschnitt (71) und dem zweiten Abschnitt (72), sowie zumindest im Bereich des Schaftes (70) eine nicht-metallische Beschichtung (8); Herstellen eines Modulgehäuses (6), wobei das mit der Beschichtung (8) versehene Anschlusselement (7) mit einem das Modulgehäuse (6) bildenden Material umspritzt wird. Anordnen eines Leiterelements (5, 21) in einem Innenraum des Modulgehäuses (6); Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Leiterelement (5, 21) und dem Anschlusselement (7) im Bereich des ersten Abschnitts (71); und Einfüllen eines Silikongels in das Modulgehäuse (6).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung erfolgt, indem das Leiterelement (5, 21) und das Anschlusselement (7) im Bereich des ersten Abschnitts (71) durch Ultraschallschweißen unmittelbar miteinander verbunden werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das Leiterelement (5, 21) als Leiterbahn (21) eines Schaltungsträgers (2) oder als Bonddraht (5) ausgebildet ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Aufbringen der Beschichtung (8) durch eines der folgenden Verfahren erfolgt: Kunststoffbeschichten; Pulverbeschichten; Lackieren; Drucken; Tauchen; Aufkleben.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Beschichtung (8) eines der folgenden Materialien aufweist oder aus einem der folgenden Materialien besteht: Kunststoff; einem Thermoplasten; einem Duroplasten; einem Elastomer; einer Polymerlegierung; einem geschäumten Material; einem Lack.
  16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Bereitstellen des Anschlusselements (7) folgende Schritte aufweist: Aufbringen der Beschichtung (8) auf ein einzelnes, ebenes oder gebogenes Anschlusselement (7); oder Aufbringen der Beschichtung (8) auf ein Vorprodukt und nachfolgendes Vereinzeln des beschichteten Vorprodukts zu mehreren jeweils beschichteten einzelnen Anschlusselementen (7), von denen eines das bereitgestellte Anschlusselement (7) bildet.
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