DE102015108253A1 - Elektronisches Modul und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

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Abstract

Elektronisches Modul und Verfahren zum Herstellen desselben Ein elektronisches Modul wird bereitgestellt, einen im elektronischen Modul angeordneten elektronischen Chip umfassend und umfassend einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss; einen ersten mit dem Eingangsanschluss elektrisch verbundenen Strompfad; einen zweiten mit dem Ausgangsanschluss elektrisch verbundenen Strompfad; und eine zwischen dem ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad angeordnete Isolierung, wobei sich der erste Strompfad und der zweite Strompfad in die gleiche Richtung erstrecken und in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein elektronisches Modul und Verfahren zum Herstellen eineselektronischen Moduls.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Auf vielen technischen Gebieten werden elektronische Module, z.B. so genannte Leistungsmodule, verwendet, um Strom für elektrische Komponenten oder Vorrichtungen bereitzustellen oder zu schalten. Ein mögliches Gebiet ist zum Beispiel der Automobilbereich oder unterbrechungsfreie Stromversorgungen. Die meisten der Leistungsmodule umfassen mindestens einen Transistor, z.B. einen IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) oder einen MOSFET. Üblicherweise werden die elektronischen Module in der Form so genannter Packungen bereitgestellt, die ein Gehäuse oder eine Kapselung, zum Beispiel durch eine Formmasse gebildet, umfassen.
  • Zum gegenwärtigen Stand der Technik tragen die Packungen oder Module wegen relativ langen Leit- oder Strompfaden zu einem großen Teil zu der so genannten Streuinduktivität oder elektromagnetischen Interferenz und den entsprechenden parasitischen Effekten bei. Ferner werden die Streuinduktivität und die elektromagnetische Interferenz erhöht, wenn die Strommenge, welche durch das elektronische Modul fließt und deren Erhöhung in vielen Anwendungen erwünscht ist, erhöht wird.
  • Zusammenfassung
  • Verschiedene Ausführungsformen stellen ein elektronisches Modul bereit, einen im elektronischen Modul angeordneten elektronischen Chip umfassend und umfassend einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss; einen ersten mit dem Eingangsanschluss elektrisch verbundenen Strompfad; einen zweiten mit dem Ausgangsanschluss elektrisch verbundenen Strompfad; und eine zwischen dem ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad angeordnete Isolierung, wobei sich der erste Strompfad und der zweite Strompfad in die gleiche Richtung erstrecken und in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.
  • Ferner stellen verschiedene Ausführungsformen ein elektronisches Modul bereit, einen in dem elektronischen Modul angeordneten Die umfassend und umfassend einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss; einen ersten mit dem ersten Anschluss elektrisch verbundenen Strompfad; einen zweiten mit der zweiten Anschluss elektrisch verbundenen und sich parallel zum ersten Strompfad erstreckenden Strompfad; und eine zwischen dem ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad angeordnete Isolierung, wobei ein Strom im ersten Strompfad in die entgegengesetzte Richtung eines im zweiten Strompfad fließenden Stromes fließt.
  • Darüber hinaus stellen verschiedene Ausführungsformen ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Moduls bereit, wobei das Verfahren ein Bereitstellen eines Trägers, der einen ersten Strompfad umfasst; ein Bilden eines Isolators auf dem ersten Strompfad; ein Anordnen eines elektronischen Chips auf dem Träger und ein Kontaktieren des ersten Strompfads; ein Anordnen eines zweiten Strompfads auf dem Isolator und ein Kontaktieren des elektronischen Chips umfasst.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen allgemein über die verschiedenen Ansichten hinweg auf die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht. Stattdessen liegt die Betonung allgemein darauf, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 schematisch einen prinzipiellen Aufbau von Strompfaden zeigt, welcher gemäß einem Ausführungsbeispiel in einem elektronischen Modul angewendet werden kann;
  • 2A bis 2D schematisch elektronische Module gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zeigen;
  • 3A bis 3D schematisch Details von elektronischen Modulen gemäß Ausführungsbeispielen zeigen;
  • 4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Moduls gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 5 einen Ablaufplan eines Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Moduls zeigt.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele eines elektronischen Moduls, eines elektronischen Systems und eines Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Systems erklärt. Es sollte beachtet werden, dass die Beschreibung spezifischer Merkmale, die im Kontext eines spezifischen Ausführungsbeispiels beschrieben sind, auch mit anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden kann.
  • Das Wort„beispielhaft“ oder “exemplarisch” wird hier im Sinne von „als ein Beispiel, Fallbeispiel, oder der Veranschaulichung dienend“ verwendet. Alle Ausführungsformen oder Gestaltungen, die hierin als „exemplarisch “ beschrieben werden, sind nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Gestaltungen zu verstehen.
  • Verschiedene examplarische Ausführungsbeispiele stellen ein elektronisches Modul bereit, das einen in dem elektronischen Modul angeordneten Die umfasst, und umfassend einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss; einen ersten mit dem ersten Anschluss elektrisch verbundenen Strompfad; einen zweiten mit einem zweiten Anschluss verbundenen zweiten Strompfad; den elektronischen Chip, wobei der erste Strompfad und der zweite Strompfad so zueinander angeordnet sind, dass sich während des Betriebs des elektronischen Moduls die durch den ersten und zweiten Strompfad induzierten Streuinduktivitäten zumindest teilweise gegenseitig aufheben.
  • Insbesondere kann das elektronische Modul einen Transistor umfassen, z.B. einen Leistungstransistor, d.h. einen Transistor der daran angepasst ist, einem Strom von mehr als 1 A, von mehr als 10 A oder sogar mehr als 50 A zu widerstehen. Die Strompfade können Strompfade sein, welche auf einer Stützstruktur z.B. durch Anwenden von Abscheidungs- und/oder Strukturierungstechniken angeordnet, abgeschieden, gedruckt oder gebildet sind, oder können eine selbsttragende Struktur, wie ein Anschlussdraht eines Leadframes, sein. Der Ausdruck „Strompfade“ kann insbesondere ein Element oder eine Struktur bezeichnen, das oder die daran angepasst ist, einen elektrischen Strom zu führen oder zu leiten. Insbesondere können die Strompfade durch Anschlüsse, Anschlussdrähte, Stifte, Leiterpfade oder dergleichen gebildet werden. Aus Gründen der Klarheit sollte beachtet werden, dass sich der Ausdruck Strompfad auf die physikalische Struktur selbst bezieht und von dem tatsächlichen Stromfluss, welcher durch den Strompfad fließt und im Prinzip in beide Richtungen durch den Strompfad fließen kann, unterschieden werden muss. Insbesondere kann der Stromfluss im ersten Strompfad in eine Richtung verlaufen und im zweiten Strompfad in die entgegengesetzte Richtung.
  • Ferner können der erste Strompfad und der zweite Strompfad in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sein. Der Ausdruck „unmittelbare Nähe“ kann insbesondere bedeuten, dass die Elemente, die sich in unmittelbarer Nähe befinden, z.B. der erste und zweite Strompfad, auf solch eine Art angeordnet sein können, dass sich die durch den fließenden Strom verursachten parasitischen Effekte aufheben oder zumindest im Wesentlichen aufheben können, wenn Strom in entgegengesetzter Richtung durch die Strompfade fließt. Ferner sollte beachtet werden, dass die Anordnung der zwei Strompfade Seite an Seite oder übereinander sein kann. Zum Beispiel ist ausschließlich der Isolator oder die Isolierung zwischen den Strompfaden angeordnet. Daher kann der Abstand zwischen den zwei Strompfaden durch die Stärke des Isolators, z.B. einer Isolierschicht, definiert werden, die eine Stärke von unter 5000 Mikrometern aufweist, von unter 250 Mikrometern, oder sogar von unter 125 Mikrometern, z.B. zwischen 1 Mikrometer und 500 Mikrometern, oder zwischen 1 Mikrometer und 250 Mikrometern. Abhängig von der Situation oder bezweckten Anwendung kann die Stärke der Isolierschicht sogar unter diesen Werten liegen. Im Prinzip kann es vorteilhaft ein, die zwei Strompfade so nahe aneinander wie möglich anzuordnen (um eine gute Aufhebung der parasitischen Effekte zu erzielen), aber abhängig von der beabsichtigten Spannung muss die Isoliersschicht natürlich die elektrische Isolierung der zwei Strompfade sicherstellen.
  • Insbesondere kann das elektronische Modul ein Mehrzahl von Dies und/oder elektronischen Chips umfassen. Insbesondere kann der Die einen Transistor umfassen, vorzugsweise kann der Transistor ein Leistungstransistor sein, z.B. ein IGBT oder ein FET wie ein MOSFET. Jedoch können auch verschiedene elektronische Chips verwendet werden, z.B. normale oder Signaltransistoren, und/oder das elektronische Modul kann eine RF-Vorrichtung bilden, zum Beispiel durch Implementieren von einem oder mehreren RF-Verstärkern und/oder einem oder mehreren RF(IC)-Chips. Insbesondere kann das elektronische Modul eine RF-Kleinsignalvariante bilden.
  • Zum Beispiel kann einer der Strompfade an einen Eingangsanschluss oder einen Eingangskontakt des elektronischen Chips angeschlossen sein, während der andere an einen Ausgangsanschluss oder -kontakt des elektronischen Chips angeschlossen ist. Vorzugsweise können der erste Strompfad und der zweite Strompfad parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Daher kann es möglich sein, dass elektromagnetische parasitische Effekte durch einen aufhebenden Effekt der Ströme, die in entgegengesetzter Richtung durch die Strompfade geleitet werden, reduziert werden. Insbesondere kann der Träger ein Leadframe sein, z. B. aus Kupfer oder jedem anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Material, gleichzeitig eine Stützstruktur und den ersten Strompfad bereitstellend.
  • Durch das Anordnen von zwei Strompfaden, die elektrische Ströme in unmittelbarer Nähe zueinander in entgegengesetzter Richtung transportieren oder leiten, kann es möglich sein, dass schädliche oder parasitische elektromagnetische Effekte reduziert werden. Zum Beispiel kann Streuinduktivität des elektronischen Moduls reduziert oder sogar aufgehoben werden, indem die Effekte der einzelnen Strompfade aufgehoben werden. Während ein Strompfad ein elektromagnetisches Feld erzeugen kann, das eine Orientierung aufweist, kann der andere Strompfad ein elektromagnetisches Feld erzeugen, welches die entgegengesetzte Richtung oder Orientierung aufweist. Daher kann das Überlagern der zwei Felder zu einem Aufheben der Effekte des elektromagnetischen Feldes führen. Das Reduzieren der Effekte kann auch eine verbesserte Leistung bei höheren Frequenzen ermöglichen, z.B. durch Reduzieren potenzieller Überschwingungen und/oder Oszillationen. Es kann auch eine höhere Effizienz ermöglichen, z.B. wegen schnelleren Schaltens und/oder geringeren Verlusten. Ferner können höhere Leistungsfähigkeiten ermöglicht werden, indem das Verwenden breiterer leitfähiger Anschlüsse oder Platten als Strompfade ermöglicht wird, ohne die Streuinduktivität oder elektromagnetische Interferenzeffekte zu vergrößern.
  • Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele des elektronischen Moduls beschrieben. Die Merkmale und Elemente, welche mit Bezug auf diese Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können jedoch auch mit Ausführungsbeispielen des Verfahrens zum Herstellen des elektronischen Moduls kombiniert werden.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des elektronischen Moduls wird der Isolator durch eine Isolierschicht gebildet, die eine Stärke von weniger als 500 Mikrometern aufweist. Insbesondere kann die Stärke weniger als 250 Mikrometer, 125 Mikrometer, 50 Mikrometer oder sogar weniger als 25 Mikrometer, z.B. 12,5 Mikrometer, betragen. Die Stärke kann insbesondere im Bereich zwischen 0,1 Mikrometer und 500 Mikrometern, z.B. zwischen 1 Mikrometer und 250 Mikrometern, liegen. Es sollte jedoch erwähnt werden, dass die Stärke zum Bereitstellen einer gewünschten oder notwendigen Isolierung der zwei Strompfade so gering wie möglich sein kann.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des elektronischen Moduls ist der Isolator daran angepasst, einer Spannung von mindestens 100 V zu widerstehen.
  • Insbesondere kann der Isolator daran angepasst sein, einer Spannung von etwa 1 kV oder sogar mehr zu widerstehen. Wenn zum Beispiel ein Fluorkohlenstoff-Film als Isolator verwendet wird, kann eine Stärke von etwa 12,5 Mikrometern angemessen sein, um einer Spannung von etwa 100 V zu widerstehen, während ein Film von etwa 125 Mikrometern angemessen sein kann, um einer Spannung von etwa 1 kV zu widerstehen.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des elektronischen Moduls umfasst der Isolator mindestens ein Material aus der Gruppe bestehend aus: Siliciumnitrid; Polyimid; Fluorkohlenstoff; und Fluorpolymer. Jedoch kann stattdessen jedes andere geeignete isolierende Material verwendet werden. Das Material kann aufgrund der Fähigkeit, einer durch die gewünschte Anwendung des elektronischen Moduls vorbestimmten Schwellenspannung zu widerstehen, ausgesucht werden.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des elektronischen Moduls umfasst der elektronische Chip einen Transistor, und der erste Strompfad ist mit einem ersten geschalteten Anschluss des Transistors verbunden, und der zweite Strompfad ist mit einem zweiten geschalteten Anschluss des Transistors verbunden.
  • Zum Beispiel kann im Fall eines Feldeffekttransistors (FET), z. B. eines MOSFETs, der erste geschaltete Anschluss ein Sourceanschluss sein, während der zweite geschaltete Anschluss ein Drainanschluss sein kann, oder anders herum. Im Fall eines Bipolartransistors mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) kann der erste geschaltete Anschluss ein Kollektoranschluss sein, während der zweite geschaltete Anschluss ein Emitteranschluss sein kann, oder anders herum. Es sollte beachtet werden, dass bei Verwendung einer Anordnung der Strompfade, die daran angepasst ist, elektromagnetische Interferenzen zumindest teilweise aufzuheben, der grundsätzliche Aufbau, z.B. die Pin-Anordnung desselben, unverändert sein kann.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des elektronischen Moduls sind der erste Strompfad und der zweite Strompfad an den elektronischen Chip gelötet.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das elektronische Modul ferner eine Wärmesenke, die mit mindestens einem des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads thermisch verbunden ist.
  • Insbesondere kann die Wärmesenke zwei Abschnitte oder Sub-Wärmesenken umfassen, wobei ein Abschnitt thermisch mit dem ersten Strompfad verbunden ist, während der andere Abschnitt thermisch mit dem zweiten Strompfad verbunden ist. Daher kann eine doppelseitige Kühlung ermöglicht werden.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das elektronische Modul ferner eine Kapselung, die den elektronischen Chip zumindest teilweise kapselt.
  • Insbesondere kann die Kapselung die ersten und zweiten Strompfade ebenfalls kapseln. Insbesondere kann die Kapselung eine Formmasse, ein Epoxidmaterial oder dergleichen umfassen.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das elektronische Modul ferner eine weitere in der Kapselung angeordnete elektronische Komponente.
  • Insbesondere kann die elektronische Komponente ein Kondensator sein, welcher zum Bereitstellen von Standby-Leistung oder dergleichen verwendet werden kann.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des elektronischen Moduls umfasst die Kapselung ein Kontaktloch.
  • Insbesondere kann das Kontaktloch auf solche Weise angepasst werden, dass der erste Kontaktpfad und/oder der zweite Kontaktpfad elektrisch kontaktiert werden kann. Es kann daher möglich sein, eine externe elektrische oder elektronische Komponente (z.B. einen Kondensator) mit dem gekapselten elektronischen Chip oder den gekapselten Kontaktpfaden elektrisch zu kontaktieren oder zu verbinden. Insbesondere kann es dies ermöglichen, dass die externe elektrische oder elektronische Komponente in der Nähe zu oder nahe an dem ersten und/oder zweiten Strompfad angeordnet werden kann.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des elektronischen Moduls umfasst die Kapselung ein Befestigungsfeature.
  • Insbesondere kann das Befestigungsfeature ein Schraubenloch sein, das zum Befestigen des elektronischen Moduls an einer externen Stützstruktur oder einem externen Träger geeignet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Befestigungsfeature ein vorbestimmter Bereich sein, an welchen das elektronische Modul gelötet oder auf andere Weise an einer externen Stützstruktur oder einem externen Träger befestigt werden kann.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des elektronischen Moduls ist der Isolator auf einem Seitenabschnitt des ersten Strompfads angeordnet.
  • Insbesondere kann der Isolator nicht nur zwischen dem ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad angeordnet sein, sondern kann auf mehreren Seiten der Strompfade und/oder des elektronischen Moduls angeordnet sein. Es kann daher möglich sein, die Verwendung des elektronischen Moduls in Hochspannungsanwendungen oder -vorrichtungen zu ermöglichen.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des elektronischen Moduls wird mindestens einer des ersten und zweiten Strompfads durch einen geradlinigen Strompfad gebildet.
  • Insbesondere können beide Strompfade durch einen geradlinigen Strompfad oder Leiter gebildet werden. Das bedeutet, dass die Strompfade durch einen Anschlussdraht eines Leadframe oder eine andere Art von Pin gebildet werden können, wobei der Anschlussdraht oder Pin nicht gebogen oder abgestuft ist, was zu einem in geradliniger Richtung fließenden Strom führt, was das Aufheben parasitischer Effekte in dem elektronischen Modul verbessern kann. Alternativ oder zusätzlich dazu kann mindestens einer der Strompfade eine Stufe oder Biegung umfassen, was zu einem gebogenen oder abgestuften Strompfad führt. Die Stufe oder Biegung kann insbesondere in einer Kapselung des elektronischen Moduls angeordnet sein.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das elektronische Modul ferner eine Mehrzahl von elektronischen Chips, von denen jeder elektrisch mit einem ersten Strompfad und einem zweiten Strompfad verbunden ist.
  • Insbesondere kann die Mehrzahl elektronischer Chips identische und/oder unterschiedliche elektronische Chips sein, wobei jeder der elektronischen Chips einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfasst, welcher elektrisch mit einem ersten Strompfad und einem zweiten Strompfad, jeweils ein Paar von Strompfaden bildend, verbunden ist, d.h. eine ausgedehnte Konfiguration bilden kann. Jedes Paar von Strompfaden ist auf die oben beschriebene Art, d.h. in unmittelbarer Nähe zueinander und/oder auf solche Art angepasst angeordnet, dass der Strom im ersten Strompfad und im zweiten Strompfad in entgegengesetzte Richtungen fließt. In jedem Paar von Strompfaden können der erste Strompfad und der zweite Strompfad Seite an Seite oder übereinander in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sein. Es sollte ferner beachtet werden, dass jeder elektronische Chip und entsprechende Schaltung ein Sub-Modul bilden kann, d.h. das elektronische Modul kann eine Mehrzahl von Sub-Modulen umfassen.
  • Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele des Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Moduls beschrieben. Die Merkmale und Elemente, welche mit Bezug auf diese Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können jedoch mit Ausführungsbeispielen des elektronischen Moduls kombiniert werden.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das Ausbilden des Isolators durch einen selektiven Vorbeschichtungsschritt (pre-coating step) durchgeführt.
  • Insbesondere kann der selektive Vorbeschichtungsschritt auf eine solche Weise durchgeführt werden, dass mindestens eine Oberfläche des ersten Strompfads, auf welchem der zweite Strompfad nachträglich angeordnet wird, durch ein isolierendes Material bedeckt wird. Daher kann das isolierende Material eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem ersten und zweiten Strompfad bilden.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens schließt das Anordnen des zweiten Strompfads einen Bondingschritt ein.
  • Zum Beispiel kann der Bondingschritt ein Drahtbondingschritt, ein Clipbondingschritt oder ein Lötbondingschritt sein.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner ein zumindest teilweises Kapseln des elektronischen Chips und des ersten und zweiten Strompfads.
  • Insbesondere kann die Kapselung durch ein Kapselungsmaterial, wie ein Form- oder Epoxidmaterial, gebildet werden. Die Kapselung kann insbesondere als Isolierung und/oder Passivierung wirken.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner ein Plattinieren des elektronischen Moduls zum Bereitstellen von Kontaktflächen.
  • Zusammenfassend kann eine Idee eines Ausführungsbeispiels im Bereitstellen eines elektronischen Moduls gesehen werden, z.B. eines Leistungsmoduls, welches einen mit zwei Strompfaden verbundenen Transistor umfasst, welche im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und als Eingangsleistungspfad und als Ausgangsleistungspfad wirken. Daher kann der Strom durch die Strompfade in entgegengesetzte Richtungen fließen, was zu einem Überlagern der jeweiligen elektromagnetischen Felder und daher zu einem Aufheben der Effekte dieser elektromagnetischen Streufelder oder Streuinduktivitäten führt. Es kann daher möglich sein, dass potenzielle Überschwingungen und Oszillationen bei höheren Frequenzen reduziert werden können, und dass das elektronische Modul eine höhere Effizienz aufweisen kann, z.B. durch das Ermöglichen schnelleren Schaltens und geringerer Verluste, und die Leistungsfähigkeit erhöhen kann, z.B. durch das Ermöglichen breiterer leitfähiger Platten oder Anschlüsse für die Strompfade. Gemäß einigen spezifischen Ausführungsformen kann eine doppelseitige Wärmesenkenkühlung für das elektronische Modul möglich sein. Wenn zum Beispiel ein Transistor als ein elektronischer Chip oder Die für das elektronische Modul verwendet wird, kann ein Drainkontakt an der Unterseite des elektronischen Moduls angeordnet sein und ein Sourcekontakt kann an der Oberseite des elektronischen Moduls angeordnet sein, während beide Seiten noch lötbar sein können.
  • Im Folgenden werden exemplarischen Ausführungsbeispiele eines elektronischen Moduls und eines Verfahrens zum Herstellen eines elektronischen Moduls gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben.
  • 1 zeigt schematisch einen prinzipiellen Aufbau von Strompfaden, welcher gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel in einem elektronischen Modul angewendet werden kann. Insbesondere zeigt 1 einen ersten Strompfad 101 und einen zweiten Strompfad 102, welche durch einen dünnen Isolator oder isolierenden Film 103 voneinander getrennt oder isoliert sind. Es sollte beachtet werden, dass die Strompfade durch relativ kleine Leiter oder durch Leiterplatten, d.h. relativ breite oder weite Leiter, gebildet werden können. Auf der linken Seite von 1 sind der erste Strompfad und der zweite Strompfad schematisch miteinander verbunden. In einer echten Vorrichtung, wie einem elektronischen Modul, kann die Verbindung zum Beispiel durch einen elektronischen Chip gebildet werden. Im Betrieb fließt ein durch den ersten und zweiten Strompfad fließender Strom in entgegengesetzte Richtung, was in 1 durch die Pfeile 104 und 105 angedeutet wird. Daher heben sich durch jeden der Strompfade erzeugte elektromagnetische Felder zumindest teilweise gegenseitig auf, so dass relativ geringe Effekte durch Streuinduktivität oder elektromagnetische Interferenz erreichbar sein können.
  • 2A bis 2D zeigen schematisch elektronische Module gemäß verschiedenen exemplarischen Ausführungsbeispielen. Insbesondere zeigt 2A einen ersten prinzipiellen Aufbau eines elektronischen Moduls 200 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel. Das elektronische Modul 200 umfasst einen ersten Strompfad 201, z.B. einen Drainkontakt, welcher elektrisch und thermisch mit einem Drainanschluss eines Transistors 202 eines Dies oder elektronischen Chips durch eine dünne Lötschicht 203 verbunden ist Ein Abschnitt des ersten Strompfads 201 kann eine Wärmesenke oder einen Abschnitt einer Wärmesenke 204 bilden.
  • Ein Sourceanschluss des Transistors 202 ist durch eine weitere dünne Lötschicht 205 mit einem zweiten Strompfad 206 verbunden, einen Sourcekontakt des elektronischen Moduls 200 bildend. Zusätzlich ist zwischen dem ersten und zweiten Strompfad ein dünner Isolator oder eine dünne Isolierschicht 207 angeordnet, die selbige voneinander elektrisch isoliert. Der Isolator kann jedes geeignete isolierende Material, wie Siliciumnitrid, Polyimid, einen Fluorkohlenstoff-Film (von zum Beispiel etwa 12,5 Mikrometern) oder ein Fluorpolymer umfassen oder daraus bestehen. Solch ein Film von etwa 12,5 Mikrometern kann ausreichend sein, um einer Spannung von etwa 100 V zu widerstehen, während eine Stärke von etwa 125 Mikrometern ausreichend sein kann, um einer Spannung von etwa 1 kV zu widerstehen. Es sollte beachtet werden, dass die Stärke des Isolators abhängig von der für das elektronische Modul verwendeten gewünschten Spannung ausgewählt werden kann.
  • Es sollte beachtet werden, dass der Wärmesenkenabschnitt des elektronischen Moduls und des ersten Strompfads durch eine einzige Platte oder ein einziges Element oder durch zwei voneinander verschiedenen, elektrisch miteinander durch jede geeignete elektrische Verbindung, z.B. Drahtbonding- oder Clipbonding-Techniken, verbundenen Elemente gebildet werden kann. Das Gleiche trifft auf den zweiten Strompfad zu. Im Allgemeinen können die elektrischen Verbindungen zwischen den Strompfaden und dem elektronischen Chip oder Die durch jedes geeignete Verfahren gebildet werden. Das bedeutet, dass die oben beschriebenen Lötschichten 203 und/oder 205 durch eine Bonddraht- oder Clipdrahtverbindung ersetzt werden können, wie später in 4 gezeigt.
  • Ferner umfasst das elektronische Modul 200 eine Kapselung 208, die den elektronischen Chip und Abschnitte des ersten und zweiten Strompfads kapselt. Es sollte beachtet werden, dass die Strompfade 201 und 206 gemäß dem exemplarischen Ausführungsbeispiel von 2 gebogen oder abgestuft sind.
  • Im Betrieb fließt ein Strom durch den ersten Strompfad 201 und den zweiten Strompfad in entgegengesetzte Richtung, was durch die Pfeile 209 angedeutet wird. Da der erste und zweite Strompfad in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind (nur durch den dünnen Isolator 207 voneinander getrennt), können sich die elektromagnetischen Felder, die durch den durch die Strompfade fließenden Strom erzeugt werden, zumindest im Wesentlichen gegenseitig aufheben.
  • 2B zeigt einen zweiten prinzipiellen Aufbau eines elektronischen Moduls 210 gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel. Im Allgemeinen ist der Aufbau ähnlich dem in 2A gezeigten. Das bedeutet, das elektronische Modul 210 umfasst ebenfalls einen ersten Strompfad 211, welcher durch eine Lötschicht 213 an einen Transistor 212 und/oder jede andere gewünschte elektronische Komponente, wie einen elektronischen, Halbleiterchip oder Diodenchip oder dergleichen gelötet ist, welcher seinerseits auch durch eine Lötschicht 215 an einen zweiten Strompfad 216 gelötet ist, der vom ersten Strompfad 211 durch einen dünnen Isolator 217 getrennt ist.
  • Im Unterschied zu der in 2A gezeigten Ausführungsform umfasst die in 2B gezeigte geradlinige (d.h. nicht gebogene oder abgestufte) Strompfade, welche auch einen ersten Wärmesenkenabschnitt 214 und einen zweiten Wärmesenkenabschnitt 220 bilden. Ferner sollte beachtet werden, dass der Isolator 217 nicht nur zwischen den beiden Strompfaden, sondern auch auf Seitenabschnitten des elektronischen Moduls, wie in 2B auf der rechten Seite angedeutet, gebildet wird. Der Isolator 217 kann jedoch auf zwei, drei, mehreren oder allen Seiten des elektronischen Moduls angeordnet sein, einen isolierenden Film für Hochspannungsvorrichtungen oder -anwendungen bildend.
  • Ferner deuten in 2B abgebildete Pfeile 219 die geradlinige Anordnung der Strompfade und den resultierenden geradlinigen Strom, der durch die Strompfade fließt, an. Ein weiterer Effekt der geradlinigen Strompfade kann sein, dass sich der zweite Wärmesenkenabschnitt 220 auf dem gleichen Niveau wie der zweite Strompfad 216 befindet und sich der erste Wärmesenkenabschnitt 214 auf dem gleichen Niveau wie der erste Strompfad 211 befindet.
  • 2C zeigt einen zweiten prinzipiellen Aufbau eines elektronischen Moduls 230 gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel. Im Allgemeinen ist der Aufbau ähnlich dem in 2A gezeigten. Das bedeutet, das elektronische Modul 230 umfasst ebenfalls einen gebogenen ersten Strompfad 231, welcher durch eine Lötschicht 233 an einen Transistor 232 und/oder elektronischen Chip gelötet ist, welcher seinerseits auch durch eine Lötschicht 235 an einen gebogenen zweiten Strompfad 236 gelötet ist, der von dem ersten Strompfad 231 durch einen dünnen Isolator 237 getrennt ist.
  • Im Unterschied zu dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel zeigt die in 2C gezeigte, dass nicht nur der erste Strompfad 231 einen ersten Wärmesenkenabschnitt 234 bildet, sondern auch der zweite Strompfad 236 einen zweiten Wärmesenkenabschnitt 240 bildet. Ferner umfasst eine Kapselung 238 ein Loch 241, welches dazu verwendet werden kann, das elektronische Modul 230 mit einem externen Stützelement oder einer externen Platte zu verschrauben oder daran zu befestigen. Solch ein Schraubenloch kann insbesondere in Fällen verwendet werden, in denen das elektronische Modul eine doppelseitige Wärmesenke oder doppelseitige Kühlung aufweist.
  • 2D zeigt einen zweiten prinzipiellen Aufbau eines elektronischen Moduls 250 gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel. Im Allgemeinen ist der Aufbau ähnlich dem in 2C gezeigten. Das bedeutet, das elektronische Modul 250 umfasst ebenfalls einen ersten Strompfad 251, welcher durch eine Lötschicht 253 an einen Transistor und/oder elektronischen Chip oder eine Mehrzahl von elektronischen Komponenten 252 gelötet ist, welcher seinerseits auch durch eine Lötschicht 255 an einen zweiten Strompfad 256 gelötet ist, der von dem ersten Strompfad 251 durch einen dünnen Isolator 257 getrennt ist.
  • Im Unterschied zu der in 2C gezeigten Ausführungsform umfasst die in 2D gezeigte ein erstes Kontaktloch 262 und ein zweites Kontaktloch 263 durch eine Kapselung 258 hindurch, jeweils den ersten Strompfad 251 und den zweiten Strompfad 256 kontaktierend. Die Kontaktlöcher können verwendet werden, um eine externe elektronische Komponente 264, z.B. einen Kondensator für Standby-Leistung, mit dem ersten und zweiten Strompfad zu verbinden, zum Beispiel jeweils Drain- und Sourcekontakte bildend. Alternativ dazu kann die zusätzliche elektronische Komponente auch in der Kapselung 258 angeordnet werden.
  • Bezüglich aller oben beschriebenen Ausführungsformen sollte es erwähnt werden, dass der allgemeine Aufbau, wie eine Anschluss- oder Anschlussdrahtkonfiguration im Prinzip bezüglich dem Stand der Technik unverändert sein kann, unter der einzigen wichtigen Bedingung, dass der erste und zweite Strompfad (d.h. das Source- und das Drainelement für den Fall, dass ein Transistor im elektronischen Chip bereitgestellt wird) vorzugsweise in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet werden.
  • 3A bis 3D zeigen schematisch Details von elektronischen Modulen gemäß Ausführungsbeispielen. Insbesondere veranschaulicht 3A ebenfalls schematisch, dass Strompfade eines elektronischen Moduls, welche durch Leiterplatten 301 gebildet werden können, mit einer Vorbeschichtung 302 auf allen vier äußeren Seiten, d.h. allen Seiten der Platte, welche keine Hauptoberfläche der Platte bilden, vorbeschichtet sein können. Die Vorbeschichtung kann durchgeführt werden, bevor die vorbeschichteten Leiterplatten montiert werden, um einen Anteil eines elektronischen Moduls zu bilden.
  • 3B zeigt schematisch eine detaillierte Seitenansicht eines Endes eines ersten Strompfads 311 und eines zweiten Strompfads 316 mit einem zwischen ihnen angeordneten Isolator 317. Wie in 3B gezeigt, können die Enden der Strompfade oder Anschlussdrähte eine sich verjüngende Gestalt aufweisen.
  • 3C zeigt schematisch eine detaillierte Seitenansicht eines Endes eines ersten Strompfads 321 und eines zweiten Strompfads 326 mit einem zwischen ihnen angeordneten Isolator 327. Im Gegensatz zu den in 3B gezeigten weisen jedoch die Enden der Strompfade oder Anschlussdrähte eine gerundete Gestalt auf oder bilden einen gerundeten Rand.
  • Zusätzlich zeigt 3D eine schematische Draufsicht eines Endes eines zweiten Strompfads 336, das von einem Isolator 337 umgeben ist. Wie in 3D gezeigt, können die Ränder des Endes des zweiten (und selbstverständlich eines ersten Strompfads, der in der Draufsicht nicht sichtbar ist) in einer Draufsicht ebenfalls gerundet sein.
  • 4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Moduls 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Insbesondere zeigt 4 das elektronische Modul 400 eine Kapselung 408 umfassend, welche einen elektronischen Chip oder Die 402 umschließt, welcher durch Drähte 415 elektrisch mit einem zweiten Strompfad oder einer Platte 406 verbunden ist. Zusätzlich ist ein Isolator oder eine Isolierschicht 407 in 4 angedeutet, welche oder welcher zwischen dem zweiten Strompfad 406 und einem ersten Strompfad 401 angeordnet ist.
  • 5 zeigt einen Ablaufplan eines Verfahrens 500 zum Herstellen eines elektronischen Moduls. In einem ersten Schritt wird ein Träger, z.B. ein Leadframe oder eine andere Stützstruktur, die zum Beispiel Kupfer umfasst oder daraus besteht, der einen ersten Strompfad umfasst, bereitgestellt (Schritt 501). Zusätzlich wird ein Isolator auf dem ersten Strompfad angeordnet (Schritt 502). Daher wird zumindest eine Seite, z.B. eine Hauptoberfläche, des ersten Strompfads durch einen Isolator oder eine Isolierschicht bedeckt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der erste Strompfad auf mehr als nur einer Seite von dem Isolator bedeckt sein kann. Dieses Bilden einer Isolierschicht kann auch eine Art (selektiver) Vorbeschichtungsschritt sein, da es den ersten Strompfad und wahlweise ebenfalls Abschnitte des Trägers (zumindest teilweise) beschichtet.
  • Ferner wird ein elektronischer Chip oder Die auf dem Träger angeordnet, welcher den ersten Strompfad kontaktiert, um einen elektrischen Kontakt und wahlweise einen thermischen Kontakt zu bilden (Schritt 503). Zum Beispiel kann der Die mit dem Träger und/oder dem ersten Strompfad durch jede geeignete Bondingtechnik verbunden werden. Nachträglich wird ein zweiter Strompfad auf dem Isolator angeordnet und kontaktiert den elektronischen Chip (Schritt 504). Dieser Schritt kann auch durch jedes geeignete Verfahren wie Löten, Drahtbonden, Clipbonden oder dergleichen durchgeführt werden.
  • Es sollte beachtet werden, dass der zweite Strompfad auf solch eine Art auf dem ersten Strompfad angeordnet oder platziert wird, dass der erste Strompfad und der zweite Strompfad im Wesentlichen aneinander ausgerichtet sind. Es sollte beachtet werden, dass alle Kontakte; z.B. das Kontaktieren des ersten Strompfads mit dem elektronischen Chip, derjenige zwischen dem elektronischen Chip und dem zweiten Strompfad; durch jede geeignete Bondingtechnik durchgeführt werden kann, z.B. Löten, Drahtbonden, Clipbonden oder dergleichen.
  • Wahlweise kann ein weiterer Schritt, eine Kapselung um den elektronischen Chip und/oder Abschnitte des Trägers bildend, durchgeführt werden. Die Kapselung kann in einem Formverfahren oder dergleichen gebildet werden. In dieser Kapselung können Durchkontaktierungen oder Löcher gebildet werden, welche verwendet werden können, um Elemente oder Verbindungen in der Kapselung zu kontaktieren, oder auch zum Füllen und Entgasen, z.B. in Hochspannungsanwendungen. Zusätzlich kann ein weiterer optionaler Schritt, ein Plattinierenschritt, durchgeführt werden, angewendet um elektrische Kontakte zu und von dem elektronischen Modul bereitzustellen.
  • Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „umfassend“ andere Elemente oder Merkmale nicht ausschließt, und dass „ein“, „eine“ sowie deren Deklinationen eine Mehrzahl nicht ausschließt. Zudem können Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben werden, kombiniert werden. Es sollte ebenfalls beachtet werden, dass Bezugszeichen nicht als den Umfang der Ansprüche einschränkend anzusehen sind. Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispielen besonders gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann, dass vielfältige Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert sind. Der Umfang der Erfindung wird somit durch die angehängten Ansprüche angegeben, und sämtliche Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen, sollen daher als einbezogen gelten.

Claims (20)

  1. Elektronisches Modul, umfassend: einen im elektronischen Modul angeordneten und einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfassenden elektronischen Chip; einen ersten Strompfad, welcher elektrisch mit dem Eingangsanschluss verbundenen ist; einen zweiten Strompfad, welcher elektrisch mit dem Ausgangsanschluss verbundenen ist; und eine zweite Isolierung, die zwischen dem ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad angeordnet ist, wobei sich der erste Strompfad und der zweite Strompfad in die gleiche Richtung erstrecken und in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind.
  2. Elektronisches Modul nach Anspruch 1, wobei der Isolator durch eine Isolierschicht gebildet wird, die eine Stärke von weniger als 500 Mikrometer aufweist.
  3. Elektronisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Isolator angepasst ist, einer Spannung von mindestens 100 V zu widerstehen.
  4. Elektronisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Isolator zumindest ein Material aus der Gruppe umfasst bestehend aus: Siliciumnitrid; Polyimid; Fluorkohlenstoff; und Fluorpolymer.
  5. Elektronisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der elektronische Chip einen Transistor umfasst und der erste Strompfad mit einem ersten geschalteten Anschluss des Transistors verbunden ist und der zweite Strompfad mit einem zweiten geschalteten Anschluss des Transistors verbunden ist.
  6. Elektronisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Strompfad und der zweite Strompfad an den elektronischen Chip gelötet sind.
  7. Elektronisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine Wärmesenke, welche thermisch mit mindestens einem von dem ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad verbunden ist.
  8. Elektronisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend eine Kapselung, die den elektronischen Chip zumindest teilweise kapselt.
  9. Elektronisches Modul nach Anspruch 8, wobei das elektronische Modul ferner eine weitere elektronische Komponente umfasst, welche in der Kapselung angeordnet ist.
  10. Elektronisches Modul nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Kapselung ein Kontaktloch umfasst.
  11. Elektronisches Modul nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Kapselung ein Befestigungsfeature umfasst.
  12. Elektronisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Isolator auf einem Seitenabschnitt des ersten Strompfads angeordnet ist.
  13. Elektronisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei mindestens einer des ersten und zweiten Strompfads mittels eines geradlinigen Strompfads gebildet ist.
  14. Elektronisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das elektronische Modul eine Mehrzahl von elektronischen Chips, jeder elektrisch mit einem ersten Strompfad und einem zweiten Strompfad verbunden, umfasst.
  15. Elektronisches Modul, umfassend: einen Die, welcher im elektronischen Modul angeordnet ist und einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss umfasst; einen ersten Strompfad, welcher elektrisch mit dem ersten Anschluss verbunden ist; einen zweiten Strompfad, welcher elektrisch mit dem zweiten Anschluss verbunden ist und der sich parallel zum ersten Strompfad erstreckt; und eine Isolierung, welche zwischen dem ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad angeordnet ist, wobei ein Strom im ersten Strompfad in die entgegengesetzte Richtung eines im zweiten Strompfad fließenden Stroms fließt.
  16. Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Moduls, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Trägers, welcher einen ersten Strompfad umfasst; Ausbilden eines Isolators auf dem ersten Strompfad; Anordnen eines elektronischen Chips auf dem Träger und Kontaktieren des ersten Strompfads; und Anordnen eines zweiten Strompfads auf dem Isolator und Kontaktieren des elektronischen Chips.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ausbilden des Isolators mittels eines selektiven Vorbeschichtungsschritt durchgeführt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Anordnen des zweiten Strompfads einen Bondingschritt einschließt.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner umfassend: zumindest teilweises Kapseln des elektronischen Chips und des ersten und zweiten Strompfads.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, ferner umfassend: Plattieren des elektronischen Moduls zum Bereitstellen von Kontaktbereichen.
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