DE102016115221A1 - Method for connecting at least two substrates to form a module - Google Patents
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Abstract
Verfahren, aufweisend: Bereitstellen mindestens eines ersten und eines zweiten Substrats, wobei die Substrate jeweils zumindest eine obere und eine untere Oberfläche aufweisen, wobei sich jeweils zumindest teilweise die obere und die untere Oberfläche gegenüberliegen, und wobei die Substrate jeweils auf mindestens einer Oberfläche mindestens einen Substratbereich mit zumindest einer teilweise strukturierten Metalloberfläche aufweisen; und mindestens eines Drahtes; Bilden mindestens einer ersten Bondverbindung über zumindest einer ersten Position, wobei die erste Bondverbindung über mindestens einem ersten Bereich der strukturierten Metalloberfläche des ersten Substrats gebildet wird, und wobei die erste Bondverbindung zwischen mindestens einem ersten Bereich des Drahtes und dem ersten Bereich der strukturierten Metalloberfläche gebildet wird; Aufbringen des Drahtes sowie einer Lötpaste wobei der Draht zumindest teilweise über der Oberfläche des ersten Substrats und wobei die Lötpaste zumindest teilweise über mindestens einem ersten Bereich der strukturierten Metalloberfläche des zweiten Substrats aufgebracht wird; wobei das Aufbringen des Drahtes sowie der Lötpaste nacheinander oder gleichzeitig erfolgt; Anordnen der beiden Substrate derart übereinander, dass sich mindestens ein Bereich zwischen dem Draht und der Lötpaste berührt und eine Anordnung gebildet wird; und Erhitzen der Anordnung auf eine Temperatur, die zumindest über dem Schmelzpunkt der Lötpaste liegt.A method, comprising: providing at least a first and a second substrate, the substrates each having at least an upper and a lower surface, each at least partially opposed to the upper and the lower surface, and wherein the substrates each at least one surface at least one Have substrate region with at least one partially structured metal surface; and at least one wire; Forming at least a first bond connection over at least a first position, wherein the first bond connection is formed over at least a first region of the patterned metal surface of the first substrate, and wherein the first bond connection is formed between at least a first region of the wire and the first region of the patterned metal surface ; Applying the wire and a solder paste, wherein the wire is at least partially applied over the surface of the first substrate and wherein the solder paste is at least partially applied over at least a first portion of the patterned metal surface of the second substrate; wherein the application of the wire and the solder paste takes place successively or simultaneously; Placing the two substrates over each other such that at least a portion between the wire and the solder paste contacts and an assembly is formed; and heating the assembly to a temperature which is at least above the melting point of the solder paste.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Substraten. The present invention relates to a method for joining at least two substrates.
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet von Verbindungsverfahren bzw. -techniken von Substraten für elektronische bzw. leistungselektronische Module. Derzeit bestehen leistungselektronische Module, die für doppelseitige Kühlung vorgesehen sind, aus diesem Grund aus mindestens zwei planparallel zueinander angeordneten Substraten. Ein bisher ungelöstes technisches Problem dabei besteht darin, die Metallisierungsschichten, welche sich auf den Substraten auf der dem jeweils gegenüberliegenden Substrat zugewandten Seite befinden, miteinander elektrisch, thermisch und mechanisch derart zu verbinden, dass:
- – die Herstellung dieser Verbindung kosteneffizient und wenig fehleranfällig ist,
- – die Verbindung eine niedrige thermische und elektrische Impedanz aufweist,
- – die Verbindung eine definierte Höhe aufweist, um die beiden Metallisierungsschichten mit Hilfe dieser Höhe zu beabstanden, und dass
- – die Verbindung eine Flexibilität aufweist, welche Ermüdungserscheinungen während des Modulbetriebs vorbeugt und damit eine lange Lebensdauer gewährleistet.
- The production of this compound is cost-effective and not prone to error,
- The connection has a low thermal and electrical impedance,
- - The compound has a defined height to space the two metallization layers using this height, and that
- - The compound has a flexibility that prevents fatigue during module operation, thus ensuring a long life.
Bisher sind Verbindungselemente, die genutzt werden, um zwei elektrisch leitfähige Oberflächen zweier Substrate leitfähig zu verbinden und auf definiertem Abstand zu halten, dem Stand der Technik zufolge durch folgende Nachteile gekennzeichnet:
- – Die Abstandshalter haben entweder rechteckigen Querschnitt oder sind kugelförmig. Beide geometrische Formen haben den Nachteil, schlecht fixierbar (da sie beidenends z.B. gelötet werden) zu sein, was Ausschuss und höhere Produktionskosten nach sich ziehen kann. Die Produktion von Abstandselementen mit rechteckigem Querschnitt ist ebenfalls vergleichsweise teuer und der mögliche Biegeradius von derartigen Abstandselementen ist stark begrenzt.
- – Die oben genannten Abstandshalter stellen lediglich punktförmige Verbindungen bereit,
- – die nur wenig mechanischen Druck aufnehmen können,
- – die einen vergleichsweise hohen thermischen Widerstand aufweisen, und
- – die eine vergleichsweise hohe Induktivität aufweisen.
- - The spacers are either rectangular in cross section or spherical. Both geometric shapes have the disadvantage of being difficult to fix (since they are soldered at both ends, for example), which can lead to rejects and higher production costs. The production of spacers with rectangular cross section is also relatively expensive and the possible bending radius of such spacers is severely limited.
- The abovementioned spacers provide only punctiform connections
- - which can absorb only little mechanical pressure,
- - Which have a comparatively high thermal resistance, and
- - Have a comparatively high inductance.
Um linienhafte oder flächige Verbindungen herzustellen wäre eine sehr große Anzahl von Abstandselementen vonnöten. Die sich daraus ergebende hohe Anzahl zu platzierender und mit Hilfe von Lötung oder Klebung zu fixierender Abstandselemente bedeutet einen hohen Fertigungsaufwand. To produce linear or surface connections would require a very large number of spacers. The resulting high number to be placed and with the help of soldering or gluing to be fixed spacers means a high production cost.
In Dokument [1] ist bspw. ein leistungselektronisches Modul offenbart, welches aus zwei strukturiert metallisierten Substraten gebildet ist, auf deren einander zugewandten Seiten jeweils mindestens ein Leistungshalbleiterchip aufgebracht ist, der jeweils oberseitig mittels Bonddrähten elektrisch zu einem Teil der metallisierten Oberfläche des Substrates kontaktiert sind, zu welchem er bereits unterseitig kontaktiert ist. Die sich gegenüber liegenden Leistungshalbleiterchips werden darüber hinaus mit einer thermisch und elektrisch leitfähigen Vergussmasse kontaktiert, die lediglich im Bereich der Oberflächenmetallisierungen der Leistungshalbleiterchips aufgebracht wird. Dadurch wird insbesondere die dynamische Wärmeabfuhr des jeweiligen Leistungshalbleiterchips verbessert. Eine Lötung der Bonddrähte ist nicht vorgesehen. Kommerziell erhältliche elektrisch leitende Epoxid-Vergussmassen erreichen lediglich elektrische Leitfähigkeiten (von ca. 1 Ωm (Ohmmeter)), die um viele Größenordnungen unter denen von reinen Metallen liegen. In document [1], for example, a power electronic module is disclosed, which is formed from two structured metallized substrates, on whose facing sides in each case at least one power semiconductor chip is applied, which are each contacted on the upper side by means of bonding wires electrically to a portion of the metallized surface of the substrate to which he is already contacted on the underside. The opposing power semiconductor chips are also contacted with a thermally and electrically conductive potting compound, which is applied only in the surface metallization of the power semiconductor chips. As a result, in particular the dynamic heat dissipation of the respective power semiconductor chip is improved. A soldering of the bonding wires is not provided. Commercially available electrically conductive epoxy potting compounds achieve only electrical conductivities (of about 1 Ωm (ohmmeter)), which are many orders of magnitude lower than those of pure metals.
Im Gegensatz zu [1] stellt die vorliegende Anmeldung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 folgende Vorteile bereit und grenzt sich wie folgt ab:
- – Kontaktierung von Kupferbonddrähten sowohl per Bondverfahren wie auch per Lötverfahren, dadurch mechanisch sehr belastbare Verbindung mit hoher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit;
- – Die Verbindung ist sofort nach Auflegen der Kupferbonddrähte mechanisch auf Druck belastbar und die nachfolgenden Prozessschritte können Druck auf die Verbindung ausüben um bspw. eine hohe Planparallelität der Substrate zu erreichen;
- – Herstellung der Verbindung sowohl zwischen Chipoberseite und metallisierter Substratoberfläche als auch zwischen verschiedenen metallisierten Substratoberflächen:
- – nur punktuelles/linienhaftes Dispensen von Lötpaste – die Lötpaste muss nicht in Position gehalten werden und die Gefahr von entstehenden Kurzschlüssen (insbesondere zwischen auf der Chip-Oberseite eng beieinander liegenden Anschlusspads [wie GATE und SOURCE bei MOSFET-Chips]) ist geringer als bei Verwendung von elektrisch leitfähiger Vergussmasse, die durch zusätzliche Maßnahmen/Arbeitsschritte vor Verlaufen geschützt werden muss (z.B. durch das sogenannte Dam & Fill-Verfahren)
- – nur punktuelle, bzw. linienhafte mechanische Verbindungen, die nicht flächenhaft sind und somit keine mit flächenhaften Verbindungen einhergehenden Probleme hinsichtlich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten und dem dadurch hervorgerufenen mechanischen Stress aufweisen;
- – die gelötet/gebondeten Verbindungselemente (Bonddrähte) können auch über die Abmessungen der Substrate hinausgehend als elektrische/thermische Verbindungselemente genutzt werden; und
- – die erfindungsgemäße Verbindungstechnik zweier Substrate basiert hinsichtlich der mechanischen, elektrischen und thermischen Verbindung auf intermetallischen Verbindungen – organische Materialien wie Epoxidharz können darüber hinaus gehend zur Versiegelung des Moduls eingesetzt werden, sind jedoch nicht zwingend notwendig und für die Funktion des Moduls nicht unabdingbar – somit kann eine höhere zulässige Betriebstemperatur erreicht werden.
- - Contacting of Kupferbonddrähten both by bonding methods as well as by soldering, thereby mechanically very strong bond with high thermal and electrical conductivity;
- - The compound is mechanically loaded immediately after applying the Kupferbonddrähte pressure and the subsequent process steps can exert pressure on the compound to, for example, to achieve a high parallelism of the substrates;
- Preparation of the connection both between chip top side and metallized substrate surface and between different metallized substrate surfaces:
- - only selective / linear dispensing of solder paste - the solder paste does not need to be held in position and the risk of short circuits (especially between on the chip top closely spaced connection pads [such as GATE and SOURCE for MOSFET chips]) is lower than at Use of electrically conductive potting compound, which must be protected against bleeding by additional measures / work steps (eg by the so-called Dam & Fill method)
- - Only punctual, or linear mechanical connections that are not planar and thus have no problems associated with areal connections problems in terms of thermal expansion coefficient and the mechanical stress caused thereby;
- - The soldered / bonded fasteners (bonding wires) can also be used beyond the dimensions of the substrates as electrical / thermal fasteners; and
- - The bonding technique of the invention of two substrates based on the mechanical, electrical and thermal connection based on intermetallic compounds - organic materials such as epoxy resin can also be used to seal the module, but are not mandatory and for the function of the module is not essential - thus a higher permissible operating temperature can be achieved.
Das Problem, zwei metallisierte keramische Substrate auf Abstand zu halten, bspw. um ein beidseitig gekühltes Modul herzustellen, wird im Stand der Technik bisher dadurch gelöst, dass bspw. quaderförmige (siehe [2], [3], [4] und [5]) oder kugelförmige (siehe [6], [7] und [8]) Abstandshalter punktuellen mechanischen, elektrischen und thermischen Kontakt zwischen Leistungshalbleitern und/oder metallisierten Substratoberflächen herstellen. Die Abstandshalter sorgen typischerweise für Abstände im Bereich von einigen 100 µm. Insbesondere bei niedrigen zu isolierenden Spannungen wird ganz auf Abstandshalter verzichtet (siehe [9]). The problem of keeping two metallized ceramic substrates at a distance, for example in order to produce a module cooled on both sides, has hitherto been solved in the prior art by, for example, cuboid (see [2], [3], [4] and [5 ]) or spherical (see [6], [7] and [8]) spacers punctual mechanical, electrical and thermal contact between power semiconductors and / or metallized substrate surfaces produce. The spacers typically provide spacings in the range of a few hundred microns. In particular, at low voltages to be isolated is completely dispensed spacers (see [9]).
Somit besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine kosteneffiziente Herstellung von Verbindungen zweier, sich gegenüber liegender Substrate mit jeweils mindestens einer elektrisch leitfähigen Oberfläche, ermöglicht, bei gleichzeitiger Erhöhung der Systemleistungsdichte sowie einer Reduzierung des Leistungsgewichtes solcher Module. Thus, the object is to provide a method which enables a cost-efficient production of connections of two opposing substrates, each with at least one electrically conductive surface, while increasing the system power density and a reduction in the power of such modules.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Hierauf bezogene Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt. This object is achieved by the method according to the features of the independent claims. Related claims give advantageous embodiments again. Advantageous developments, which can be implemented individually or in any combination, are shown in the dependent claims.
Im Folgenden werden die Begriffe "aufweisen", "umfassen" oder "einschließen" oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck "A weist B auf", "A umfasst B" oder "A schließt B ein" sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente. Hereinafter, the terms "comprise," "include," or "include," or any grammatical variations thereof, are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms may refer to situations in which, in addition to the features introduced by these terms, there are no other features or to situations in which one or more other features are present. For example, the expression "A denotes B", "A includes B" or "A includes B" can both refer to the situation in which, apart from B, there is no further element in A (ie to a situation where in which A consists exclusively of B), as well as the situation in which, in addition to B, one or more further elements in A are present, for example element C, elements C and D or even further elements.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, das das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann. It is further to be understood that the terms "at least one" and "one or more" and grammatical variations of these terms, when used and to be used in connection with one or more elements or features, are intended to provide the element or feature in a single or multiple way can usually be used only once, for example, at the first introduction of the feature or element. In a subsequent re-mention of the feature or element, the corresponding term "at least one" or "one or more" is generally no longer used, without limiting the possibility that the feature or element may be single or multiple.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise (bspw.)“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform“ oder durch „in einer weiteren Ausführungsform“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleitete Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben. Furthermore, the terms "preferably", "in particular", "for example (for example)" or similar terms are used below in connection with optional features, without restricting alternative embodiments thereof. Thus, features introduced by these terms are optional features, and it is not intended by these features to limit the scope of the claims and, in particular, the independent claims. Thus, as those skilled in the art will recognize, the invention may be practiced using other embodiments. Similarly, features introduced by "in one embodiment" or by "in another embodiment" are to be understood as optional features without, however, being construed as limiting alternative embodiments or the scope of the independent claims. Furthermore, these introductory expressions are intended to preserve all possibilities of combining features introduced thereby with other features, be they optional or non-optional features.
Ausgangspunkt ist die Aufgabe, zwei Substrate planparallel mit einem zuvor definierten Abstand und mit elektrischer und thermischer Kontaktierung an bestimmten Stellen mechanisch zu verbinden. Starting point is the task of mechanically connecting two substrates plane-parallel with a previously defined distance and with electrical and thermal contact at certain points.
Dies bedeutet erfindungsgemäß, dass ein mindestens ein Leistungsmodul zumindest ein erstes (keramisches) Substrat und ein zweites (keramisches) Substrat aufweist, welche planparallel zueinander angeordnet sind. Sie verfügen über je mindestens eine strukturierte Metallisierungslage bzw. Metalloberfläche auf der Seite, die dem jeweils anderen Substrat zugewandt ist. Zwischen den Metallisierungslagen bzw. Metalloberflächen befinden sich mindestens ein Abstandselement oder mehrere Abstandselemente, bspw. mindestens ein Draht, das/die dadurch gekennzeichnet ist/sind, dass diese Abstandselemente, bzw. der mindestens eine Draht, zumindest teilweise aus, bspw. lötfähigem, Kupferbonddraht bestehen bzw. hergestellt ist/sind; je mindestens einmal, vorzugsweise jedoch beidenends mit je einer Bondverbindung oder mehreren Bondverbindungen auf einer der Metallisierungslagen bzw. Metalloberflächen mechanisch fest, elektrisch und thermisch leitfähig, aufgebracht sind; in der Substratebene gerade oder/und gebogen, bzw. beliebig geformt sein können; durch Führung des Bondkopfes gebogen und auf dem ersten Substrat abgelegt werden; mit einer anderen technischen Vorrichtung nachträglich verformt (bspw. gequetscht) oder justiert werden; und mit Hilfe eines Lötprozesses mit mindestens einer metallischen Oberfläche bzw. Metalloberfläche elektrisch und thermisch leitfähig verbunden werden. This means according to the invention that at least one power module has at least one first (ceramic) substrate and one second (ceramic) substrate, which are arranged plane-parallel to one another. They each have at least one structured metallization layer or metal surface on the side corresponding to each facing another substrate. At least one or more spacer elements are located between the metallization layers or metal surfaces, for example at least one wire which is / are characterized in that these spacer elements or the at least one wire are at least partially made of, for example solderable, copper bonding wire consist / is / are; each at least once, but preferably both ends, each with a bond or multiple bonds on one of the metallization layers or metal surfaces mechanically strong, electrically and thermally conductive, are applied; in the substrate plane straight and / or bent, or may be arbitrarily shaped; bent by guiding the bonding head and deposited on the first substrate; subsequently deformed (for example, squeezed) or adjusted with another technical device; and be electrically and thermally conductively connected by means of a soldering process with at least one metallic surface or metal surface.
Mit anderen Worten, ist damit offenbart, dass der mindestens eine Abstandshalter bzw. Draht mittels mindestens einer, in der Regel jedoch mit mindestens zwei Drahtbondverbindungen (d.h. der Bereich in dem Draht und Metallisierung eine mechanische bzw. stoffschlüssige sowie elektrisch und thermisch leitfähige Verbindung bilden) auf einer elektrisch leitfähigen Oberfläche (z.B. eines ersten Substrates oder eines auf einem ersten Substrat aufgebrachten Chips) aufgebracht wird und dazu dient:
- a) einen definierten Abstand zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Oberfläche und einer zweiten leitfähigen Oberfläche (z.B. eines ersten Substrates oder eines auf einem ersten Substrat aufgebrachten Chips) herzustellen;
- b) eine elektrische und thermische Verbindung zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Oberfläche und einer zweiten elektrisch leitfähigen Oberfläche (z.B. eines ersten Substrates oder eines auf einem ersten Substrat aufgebrachten Chips) herzustellen;
- c) die elektrische Verbindung durch möglichst weite Ausdehnung senkrecht zum Stromfluss niederinduktiv zu gestalten; und
- d) die thermische Verbindung durch eine möglichst lang ausgebildeten Abstandshalter und damit einen hohen Verbindungsquerschnitt niederimpedant (Zth) bzw. niederresistiv (Rth) zu gestalten.
- a) produce a defined distance between the first electrically conductive surface and a second conductive surface (eg, a first substrate or a chip deposited on a first substrate);
- b) produce an electrical and thermal connection between the first electrically conductive surface and a second electrically conductive surface (eg, a first substrate or a chip deposited on a first substrate);
- c) to make the electrical connection by expanding as far as possible perpendicular to the current flow niederinduktiv; and
- d) to make the thermal connection by a spacer formed as long as possible and thus a high connection cross-section niederimpedant (Z th ) or low-resistance (R th ).
Außerdem ist die Metallisierung der Substrate bevorzugt eine Kupferdickschicht, die:
- a) zuvor in einem Siebdruckverfahren mit anschließenden Trocknungs- und Brennprozessen auf dem Substrat aufgebracht ist; b) entlang ihrer größten Ausdehnungen zumindest teilweise strukturiert ist, um eine zuvor bestimmte Schaltung (zwischen Chips, Bondverbindungen, Zwischenkreiskondensatoren u.a.) abzubilden;
- c) entlang ihrer geringsten Ausdehnung entweder eine gleichmäßige Dicke oder unterschiedliche Dicken aufweist, d.h. die den unterschiedlichen zu führenden Stromstärken mit unterschiedlichen Auflösungen hinsichtlich der Strukturbreite und der einzustellenden Abstände zwischen den elektrisch leitfähigen Strukturelementen Rechnung trägt; und
- d) bspw. durch isolierende Dickschichten von anderen Kupferdickschichtbereichen elektrisch isoliert sein kann.
- a) previously applied in a screen printing process with subsequent drying and firing processes on the substrate; b) is at least partially structured along its largest dimensions in order to image a previously determined circuit (between chips, bond connections, DC link capacitors, etc.);
- c) has either a uniform thickness or different thicknesses along its smallest dimension, ie that takes into account the different current strengths to be conducted with different resolutions in terms of structure width and the distances between the electrically conductive structural elements to be set; and
- d) can be electrically isolated, for example, by insulating thick layers of other Kupferdickschichtbereichen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 grenzt sich gegenüber konventionellen sogenannten „stud-bump“- bzw. „flip-chip“-Technologien folgendermaßen ab:
- – Im Gegensatz zur „stud-bump“-Technik, werden erfindungsgemäß wedge-Bonds eingesetzt, an welchen ein signifikant langer Draht verbleibt. Dieser wird durch die anzahlmäßig wenigen weiteren wedge-Bonds arretiert und teilweise erst in folgenden Verfahrensschritten (Löten, sintern) vollständig oder teilweise elektrisch, mechanisch und thermisch mit anderen elektrisch und thermisch leitfähigen Teilen verbunden.
- – Im Vergleich zu „stud-bumps“ können daher mit weniger Bondfüßen größere Abstände überspannt werden, die Verbindungen sind linear, bzw. flächig und verfügen damit über einen großen Querschnitt für Stromtransport und Wärmeabfuhr.
- – Die „Flip-Chip“-Technik setzt Gold-„stud-bumps“ ein, um auf einer nicht lötfähigen Oberfläche (z.B. Al) eine Lötung zu erlauben. Die erfindungsgemäße Anwendung zielt nicht darauf ab, die Lötbarkeit herzustellen, sondern eine niederimpedante (elektrische und thermische) Verbindung zwischen zwei leitfähigen Oberflächen herzustellen. Die Verwendung von Kupfer-Bonddrähten (Cu-Bonddrähten) erlaubt jedoch auch die Kontaktierung Al-beschichteter(Chip-)Oberflächen.
- In contrast to the "stud-bump" technique, according to the invention wedge bonds are used, on which a significantly long wire remains. This is locked by the numerically few other wedge bonds and partially only in the following process steps (soldering, sintering) completely or partially electrically, mechanically and thermally connected to other electrically and thermally conductive parts.
- - Compared to "stud-bumps" larger distances can therefore be covered with fewer bond feet, the connections are linear or flat and thus have a large cross-section for power transport and heat dissipation.
- The "flip-chip" technique uses gold "stud-bumps" to allow soldering on a non-solderable surface (eg Al). The application according to the invention is not intended to produce the solderability but to produce a low-impedance (electrical and thermal) connection between two conductive surfaces. However, the use of copper bonding wires (Cu bonding wires) also allows the contacting of Al-coated (chip) surfaces.
D.h., dass das Verfahren gemäß dem Gegenstand von Anspruch 1 erstmals eine elektrische und mechanische Kontaktierung eines Abstandshalters mittels Drahtbondtechnik vor weiteren Fertigungsschritten, die den Abstandshalter mit Hilfe anderer Verbindungstechniken (Löten, Sintern) mit weiteren Kontaktflächen elektrisch und thermisch kontaktieren, ermöglicht. Außerdem ermöglicht das Verfahren gemäß Anspruch 1 erstmals im Bereich der Leistungsmodule die Nutzung von Drahtbondtechnik und Löten, bzw. Sintern zur Befestigung ein und desselben Bauteils (Abstandshalter) mit unterschiedlichen Teilen des Gesamtsystems (metallisierte Oberflächen). Darüber hinaus, in Abgrenzung zum Stand der Technik wie bspw. sogenannte „stud-bumps“ sorgt die erfindungsgemäße sogenannte „wedge-bond“-Verbindungstechnik für eine flächige Anbindung der Substrate, zumindest jedoch vorzugsweise für mindestens zwei Bondverbindungen je Bonddraht. Weiterhin ermöglicht das Verfahren gemäß Anspruch 1 erstmals die Nutzung eines Drahtes um metallisierte Oberflächen, die planparallel zu seiner längsten Ausdehnung liegen, elektrisch, thermisch und mechanisch zu verbinden. Außerdem ermöglicht das Verfahren gemäß dem Gegenstand von Anspruch 1 die Nutzung der Kupferdickfilmtechnik für doppelseitig gekühlte Module und bonden von Kupferdickdraht auf eine Seite eines der mit Kupferdickfilmtechnik beschichteten keramischen Substrate. That is, the method according to the subject matter of claim 1 for the first time enables electrical and mechanical contacting of a spacer by means of wire bonding technology prior to further manufacturing steps, which electrically and thermally contact the spacer using other bonding techniques (soldering, sintering) with other contact surfaces. In addition, the method according to claim 1 allows for the first time in the field of power modules, the use of Drahtbondtechnik and soldering, or sintering for fixing one and the same component (spacer) with different parts of the overall system (metallized surfaces). In addition, in contrast to the prior art such as so-called "stud-bumps" provides the so-called "wedge-bond" connection technique according to the invention for a surface connection of the substrates, but at least preferably for at least two bonding connections per bonding wire. Furthermore, the method according to claim 1 allows for the first time the use of a wire to metallized surfaces that are plane-parallel to its longest extent, electrically, thermally and mechanically connect. In addition, the method according to the subject-matter of claim 1 enables the use of the copper thick-film technique for double-sided cooled modules and bonding of copper thick-wire to one side of one of the copper thick film-coated ceramic substrates.
Die sich daraus ergebenden Vorteile sind u.a., dass der runde Querschnitt des jeweiligen Abstandshalters bzw. Drahts in großen Mengen kosteneffizient und mit hoher Präzision herstellbar ist, da Drähte Massenware sind. Darüber hinaus ist der runde Querschnitt nahezu ohne Durchmesserveränderung in engen Radien biegbar und kann daher auch komplexe Verbindungsstrukturen innerhalb des Moduls abbilden. D.h. unter der Maßgabe keiner oder lediglich geringer Querschnittsänderung im Biegebereich weisen Drähte im Vergleich zu nichtrunden Querschnitten geringe Biegeradien auf. Außerdem reduziert der runde Querschnitt des Drahts mechanische Spannungsspitzen, bspw. insbesondere in Bezug auf Lötverbindungen. Des Weiteren sind Cu-Bonddrähte in einigen Durchmessern bereits konventionelle Standardprodukte, d.h. die Verfügbarkeit einer großen Anzahl von unterschiedlichen Durchmessern ist somit zumindest in naher Zukunft daher wahrscheinlich bzw. bereits gegeben, woraus sich Vorteile hinsichtlich Flexibilität und Kosten eines solchen Verfahrens ergeben. Darüber hinaus verhindert eine Bondverbindung gemäß dem Verfahren des Anspruchs 1 jegliches Verrutschen des Abstandhalters bzw. Drahts während der einzelnen Fertigungsvorgänge, was somit weniger Ausschuss verursacht und präzisere Prozesse erlaubt, wodurch sich wiederum kompaktere Moduldesigns realisieren lassen. The resulting advantages include the fact that the round cross-section of the respective spacer or wire can be produced in large quantities in a cost-efficient and with high precision, since wires are mass-produced. In addition, the round cross section is bendable in narrow radii with almost no change in diameter and can therefore also image complex connection structures within the module. That Under the proviso no or only small change in cross section in the bending area, wires have low bending radii compared to non-circular cross sections. In addition, the round cross-section of the wire reduces mechanical stress peaks, for example, especially with respect to solder joints. Furthermore, Cu bond wires in some diameters are already conventional standard products, i. the availability of a large number of different diameters is thus likely to be present, at least in the near future, with advantages in terms of flexibility and cost of such a process. Moreover, a bond according to the method of claim 1 prevents any slippage of the spacer during the individual manufacturing operations, thus causing less waste and allowing more precise processes, which in turn enables more compact module designs to be realized.
Das bedeutet, dass das Verfahren gemäß Anspruch 1 die kosteneffiziente Herstellung von Verbindungen zweier, sich gegenüber liegender Substrate mit jeweils mindestens einer elektrisch leitfähigen Oberfläche ermöglicht und die Erhöhung der Systemleistungsdichte durch Verringerung des Platzbedarfes von Kontaktierungselementen dadurch, dass die Aufgaben der elektrischen und mechanischen Kontaktierung durch ein einziges Element, beziehungsweise eine Elementkombination erlangt wird. Außerdem ermöglicht das Verfahren gemäß Anspruch 1 die Reduzierung des Leistungsgewichtes durch Verringerung der Bauelementanzahl, als auch der Produktionskosten von leistungselektronischen Systemen durch reduzierten Montageaufwand (weniger Schraub- und Steckverbindungen), sowie der elektromagnetischen Abstrahlung durch Stromführung in zwei planparallelen Substraten und Nutzung der äußeren Metallisierungen als elektrische Abschirmung. This means that the method according to claim 1, the cost-efficient production of compounds of two, opposing substrates, each with at least one electrically conductive surface allows and increasing the system power density by reducing the space requirement of contacting elements in that the tasks of electrical and mechanical contacting by a single element, or an element combination is obtained. In addition, the method according to claim 1 enables the reduction of the power to weight by reducing the number of components, as well as the production costs of power electronic systems by reduced assembly costs (fewer screw and plug connections), as well as the electromagnetic radiation by current conduction in two plane-parallel substrates and use of the outer metallizations as electrical shielding.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren bereitgestellt, aufweisend:
Bereitstellen mindestens eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats, wobei die Substrate jeweils zumindest eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweisen, wobei sich jeweils zumindest teilweise die obere Oberfläche und die untere Oberfläche gegenüberliegen, und wobei die Substrate jeweils auf mindestens einer Oberfläche mindestens einen Substratbereich mit zumindest einer teilweise strukturierten Metalloberfläche aufweisen;
und mindestens eines Drahtes;
Bilden mindestens einer ersten Bondverbindung über zumindest einer ersten Position, wobei die erste Bondverbindung zumindest teilweise über mindestens einem ersten Bereich der strukturierten Metalloberfläche des ersten Substrats gebildet wird, und wobei die erste Bondverbindung zwischen mindestens einem ersten Bereich des Drahtes und dem ersten Bereich der strukturierten Metalloberfläche gebildet wird;
Aufbringen des Drahtes sowie einer Lötpaste wobei der Draht zumindest teilweise über der Oberfläche des ersten Substrats, über bzw. auf der die erste Bondverbindung gebildet wurde, aufgebracht wird, und wobei die Lötpaste zumindest teilweise über mindestens einem ersten Bereich der strukturierten Metalloberfläche des zweiten Substrats aufgebracht wird, wobei das Aufbringen des Drahtes sowie der Lötpaste nacheinander oder gleichzeitig erfolgt;
Anordnen des ersten Substrats und des zweiten Substrats derart übereinander, dass sich mindestens ein Bereich des Drahtes und ein Bereich der Lötpaste berührt und damit eine Anordnung gebildet wird;
und
Erhitzen der Anordnung derart, dass eine Temperatur auf die Anordnung wirkt, wobei die Temperatur zumindest über dem Schmelzpunkt der Lötpaste liegt und wobei die dabei entstehende Lötstelle mindestens einen Bereich des Drahtes und einen Bereich der strukturierten Metalloberfläche des zweiten Substrats mechanisch, elektrisch und thermisch verbindet. In one embodiment, a method is provided, comprising:
Providing at least a first substrate and a second substrate, the substrates each having at least an upper surface and a lower surface, each facing at least partially the upper surface and the lower surface, and wherein the substrates each comprise at least one surface on at least one substrate region having at least one partially textured metal surface;
and at least one wire;
Forming at least a first bond connection over at least a first position, wherein the first bond connection is formed at least partially over at least a first region of the patterned metal surface of the first substrate, and wherein the first bond connection between at least a first region of the wire and the first region of the patterned metal surface is formed;
Applying the wire and a solder paste, wherein the wire is at least partially applied over the surface of the first substrate over which the first bond has been formed, and wherein the solder paste is applied at least partially over at least a first portion of the patterned metal surface of the second substrate is, wherein the application of the wire and the solder paste takes place successively or simultaneously;
Arranging the first substrate and the second substrate over each other such that at least a portion of the wire and a portion of the solder paste touch and form an assembly;
and
Heating the assembly such that a temperature acts on the assembly, wherein the temperature is at least above the melting point of the solder paste and wherein the resulting solder joint mechanically, electrically and thermally connects at least a portion of the wire and a portion of the patterned metal surface of the second substrate.
Dadurch werden die metallisierten Teilbereiche der mindestens zwei Substrate mechanisch, elektrisch und thermisch miteinander verbunden, wobei ein durch den Drahtdurchmesser definierter Abstand zwischen den metallisierten Teilbereichen der beiden Substrate hergestellt wird. Dieser Abstand ist notwendig, um es bspw. fluiden, nicht elektrisch leitfähige Medien zu erlauben, zwischen die metallisierten Oberflächen der beiden Substrate einzudringen und von dort Wärme abzuführen. Darüber hinaus kann der Drahtdurchmesser so gewählt werden, dass der Durchmesser der Dicke der auf die Metallisierung des ersten oder des zweiten Substrates aufgebrachten Leistungshalbleiterchips inklusive deren elektrischer ober- und unterseitiger Kontaktierung (Bonddrähte, Klebungen, Lötungen, Sinterverbindungen) entspricht. Dadurch wird mechanischer Druck, der von außen auf die beiden Substrate aufgebracht wird, bspw. zur Erzielung eines guten thermischen Kontaktes zu einem oder mehreren Kühl- oder Heizelementen, besser verteilt wird und Druck- bzw. mechanische Spannungsspitzen vermieden werden. Thereby, the metallized portions of the at least two substrates are mechanically, electrically and thermally connected to each other, wherein a defined by the wire diameter distance between the metallized portions of the two substrates is prepared. This distance is necessary, for example, to allow fluid, non-electrically conductive media to penetrate between the metallized surfaces of the two substrates and dissipate heat therefrom. In addition, the wire diameter can be chosen so the diameter corresponds to the thickness of the power semiconductor chip applied to the metallization of the first or the second substrate, including its electrical top and bottom side contacting (bonding wires, bonds, soldering, sintered connections). As a result, mechanical pressure, which is applied from the outside to the two substrates, for example, to achieve good thermal contact with one or more cooling or heating elements, better distributed and pressure or mechanical stress peaks are avoided.
Die gebildete Bondverbindung ist vorzugsweise eine wedge-Bondverbindung, die mit Hilfe der Applikation von Ultraschallenergie und Druck des Drahtes auf die metallisierte Oberfläche hergestellt wird. Neben Ultraschall kann auch Wärme zugeführt werden, um die Bondverbindung herzustellen. Für die Bondherstellung stehen eine Vielzahl von Bondautomaten zur Verfügung, die Kupferbonddrähte verarbeiten können. The bond formed is preferably a wedge-bond which is formed by the application of ultrasonic energy and pressure of the wire to the metallized surface. In addition to ultrasound, heat can also be supplied to make the bond. For the production of a variety of bonding machines are available that can handle Kupferbonddrähte.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Draht zumindest teilweise über der Oberfläche des ersten Substrats, über der die erste Bondverbindung gebildet ist, aufgebracht, bis zumindest einer zweiten Position über mindestens einem zweiten Bereich der strukturierten Metalloberfläche des ersten Substrats; und wobei mindestens eine zweite Bondverbindung an zumindest der zweiten Position gebildet wird, und wobei die zweite Bondverbindung zwischen mindestens einem zweiten Bereich des Drahtes und dem zweiten Bereich der strukturierten Metalloberfläche des ersten Substrats gebildet wird. In a further embodiment, the wire is at least partially applied over the surface of the first substrate over which the first bonding compound is formed, to at least a second position over at least a second region of the patterned metal surface of the first substrate; and wherein at least one second bond is formed at at least the second position, and wherein the second bond is formed between at least a second portion of the wire and the second portion of the patterned metal surface of the first substrate.
Dadurch wird der Draht sicher auf der metallisierten Oberfläche des ersten Substrates gehalten und ein Verrutschen bei nachfolgenden Prozessschritten (Löten, Sintern, Kleben, Vergießen) wird sicher vermieden. As a result, the wire is securely held on the metallized surface of the first substrate and slippage during subsequent process steps (soldering, sintering, gluing, potting) is reliably avoided.
In einer weiteren Ausführungsform sind die erste Bondverbindung und die zweite Bondverbindung aneinander angrenzend angeordnet. In a further embodiment, the first bond connection and the second bond connection are arranged adjacent to one another.
Hierdurch können nahezu geschlossene Drahtschleifen gebildet werden, wobei mit dem Begriff Drahtschleife hierin eine Drahtanordnung zwischen zwei Bondverbindungen beschreibt, deren Drahtlänge zwischen den Bondverbindungen länger als der Abstand zwischen den Bondverbindungen ist, die bspw. bestimmte Bereiche innerhalb des Moduls abgrenzen können. Diese Bereiche können gas- und fluiddicht abgeschlossen werden, wenn die erfindungsgemäße Lötung zwischen Draht und beiden gegenüberliegenden metallisierten Oberflächen auf der gesamten Drahtlänge erfolgt. As a result, almost closed wire loops can be formed, with the term wire loop herein describing a wire arrangement between two bond connections whose wire length between the bond connections is longer than the distance between the bond connections, which, for example, can delimit certain areas within the module. These areas can be sealed gas- and fluid-tight when the soldering according to the invention takes place between the wire and both opposing metallised surfaces along the entire length of the wire.
In einer weiteren Ausführungsform sind die erste Bondverbindung und die zweite Bondverbindung räumlich voneinander getrennt angeordnet. In a further embodiment, the first bond connection and the second bond connection are arranged spatially separated from one another.
Durch die räumliche Trennung der zumindest zwei Bondverbindungen kann zumindest eine Öffnung im Drahtring vorgesehen werden, sodass durch diese Öffnung gasförmige oder fluide Medien strömen können und/oder elektrische Signale mittels weiterer Bonddrähte und/oder Metallisierungsstrukturen hindurch geführt werden können. As a result of the physical separation of the at least two bonding connections, at least one opening in the wire ring can be provided so that gaseous or fluid media can flow through this opening and / or electrical signals can be guided by means of further bonding wires and / or metallization structures.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Draht derart zumindest teilweise über der Oberfläche des ersten Substrats, über bzw. auf der die erste Bondverbindung aufgebracht ist, aufgebracht, dass zwischen der Oberfläche und dem Draht ein Abstand in einem Bereich von 0,1 mm bis zu 50 mm gebildet ist. In a further embodiment, the wire is at least partially applied over the surface of the first substrate, over which or on which the first bonding compound is applied, that a distance in the range of 0.1 mm to 50 between the surface and the wire mm is formed.
Hierdurch kann zumindest eine Bondschleife gebildet werden, die dafür genutzt werden kann, einen definierten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat herzustellen oder/und eine mechanische, elektrische und thermische Verbindung zwischen erstem und zweitem Substrat zu schaffen, die mechanisch flexibel ist, wodurch thermisch induzierte mechanische Spannungen reduziert und die Lebensdauer der Verbindung erhöht werden kann. In this way, at least one bonding loop can be formed, which can be used to produce a defined distance between the first and the second substrate or / and to provide a mechanical, electrical and thermal connection between the first and second substrate, which is mechanically flexible, whereby thermal induced mechanical stresses can be reduced and the service life of the connection can be increased.
In einer weiteren Ausführungsform nachdem zumindest die erste Bondverbindung gebildet ist, ist der Draht derart zumindest teilweise über der Oberfläche aufgebracht, dass zwischen der Oberfläche und dem Draht ein Abstand in einem Bereich von 0,1 mm bis zu 100 mm gebildet ist, wobei der Draht zwischen den Bondverbindungen Schleifen ausbildet (die Drahtlänge zwischen den Bondverbindungen ist länger als der Abstand zwischen den Bondverbindungen) In a further embodiment, after at least the first bonding compound is formed, the wire is at least partially applied over the surface such that a gap is formed between the surface and the wire in a range of 0.1 mm to 100 mm, the wire forms loops between the bond connections (the wire length between the bond connections is longer than the distance between the bond connections)
und wobei der Draht zumindest teilweise durch mindestens eine oder mehrere Löt- und/oder Bondverbindungen zu metallisierten Oberflächen fixiert ist. and wherein the wire is at least partially fixed by at least one or more solder and / or bonding connections to metallized surfaces.
Durch die zusätzliche Fixierung des Drahtes durch Lötung wird die mechanische Stabilität erhöht. Lötverbindungen bzw. Lötungen können direkt im Bereich der Bondverbindung oder an jeder anderen beliebigen Stelle auf der Oberfläche des Drahtes angeordnet sein und zu einer oder mehreren metallisierten strukturierten auf den Substraten befindlichen Oberflächen, bzw. auf die auf den Substraten aufgebrachten Halbleiterchips befindlichen Metallisierungsschichten, eine mechanische, elektrische und thermische Verbindung herstellen. Durch Bereiche geschlossener Lötungen, d.h. Lötungen, die beide dem Draht zugewandten metallisierten Oberflächen und den Draht mechanisch, elektrisch und thermisch verbinden, kann verhindert werden, dass fluide Medien, gasförmige Medien und insbesondere organische Vergussmaterialien diese Bereiche durchdringen. Beispielsweise kann dadurch während des Vergusses mit einem keramikgefüllten Epoxid auf eine zusätzliche Vergussform verzichtet werden. The additional fixation of the wire by soldering increases the mechanical stability. Soldering or soldering can be arranged directly in the region of the bond connection or at any other point on the surface of the wire, and a mechanical layer can be provided for one or more metallized structured surfaces located on the substrates or for the metallization layers provided on the substrates to make electrical and thermal connection. Through areas of closed soldering, ie soldering, both the metal-facing surfaces facing the wire and the wire mechanically, electrically and thermally connect, can prevent fluid media, gaseous media and in particular organic potting materials penetrate these areas. For example, this can be dispensed with during casting with a ceramic-filled epoxy on an additional mold.
In einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Anordnen des ersten Substrats und des zweiten Substrats übereinander, derart ein zuvor bestimmter Druck auf das erste Substrat und/oder das zweite Substrat appliziert, dass sich zumindest teilweise der beabstandete Teil des Drahtes verformt, und wobei der Druck vor und/oder während und/oder nach dem Lötvorgang appliziert wird. In a further embodiment, after arranging the first substrate and the second substrate one above the other, such a predetermined pressure is applied to the first substrate and / or the second substrate that at least partially deforms the spaced part of the wire, and wherein the pressure before and / or during and / or after the soldering process is applied.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Druck bis zum Abschluss des Lötvorgangs aufrechterhalten. In another embodiment, the pressure is maintained until completion of the soldering operation.
Durch diese zuvor genannten Ausführungsformen können herstellungsbedingte Unterschiede in der Höhe von Bondschleifen, leistungselektronischer Halbleiterchips und anderer Bauelemente, die zwischen beiden Substraten angeordnet werden, kompensiert werden. Hierzu werden die Höhen der Bondschleifen während deren Herstellung geringfügig größer ausgeführt als die definierten Höhen der anderen zwischen beiden Substraten angeordneten Bauelemente. Durch den applizierten Druck werden die Bondschleifen plastisch verformt, wobei sie sicher beide ihnen zugewandte metallisierte Oberflächen der Substrate berühren. By means of these aforementioned embodiments, manufacturing-related differences in the height of bond loops, power semiconductor chips and other components arranged between both substrates can be compensated. For this purpose, the heights of the bond loops are made slightly larger during their production than the defined heights of the other components arranged between the two substrates. The applied pressure plastically deforms the bond loops, securely touching both metallized surfaces of the substrates facing them.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Höhe des Druckes vor und/oder während und/oder nach dem Lötvorgang variiert. In another embodiment, the amount of pressure before and / or during and / or after the soldering process is varied.
Dies dient dazu, gegebenenfalls vorhandene elastische Verformungen zunächst hervorzurufen und anschließend durch mindestens eine Lötverbindung bzw. Lötung zu fixieren. Hierdurch wird eine mechanische Vorspannung aufgebaut, die für die Erzielung statischer mechanischer Drücke, beispielsweise bei der Verbindung der Substrate mit außen angeordneten Kühlkörpern hilfreich ist. This serves to initially cause any existing elastic deformations and then fix them by at least one solder joint or soldering. As a result, a mechanical bias is built up, which is helpful for the achievement of static mechanical pressures, for example in the connection of the substrates with externally disposed heat sinks.
Der zuvor bestimmten Druck bzw. Anpressdruck ist bevorzugt folgendermaßen zu wählen bzw. hierin definiert:
Der zuvor bestimmte Druck bzw. Anpressdruck liegt dann vor, wenn dieser Druck derart auf die Anordnung appliziert wird bzw. darauf wirkt, so dass alle Bondschleifen der Anordnung, die sich auf einem der metallisierten Oberflächen der Substrate auf der dem jeweils gegenüberliegenden Substrat zugewandten Seite befinden, mechanischen, elektrischen und thermischen Kontakt der metallisierten Oberfläche des gegenüberliegenden Substrats bilden, zu dem sie nicht per Bondverbindung verbunden sind. The previously determined pressure or contact pressure is preferably to be selected or defined as follows:
The previously determined pressure or contact pressure is present when this pressure is applied to the arrangement or acts on it, so that all bond loops of the arrangement, which are located on one of the metallized surfaces of the substrates on the side facing the respective opposite substrate form mechanical, electrical and thermal contact of the metallized surface of the opposite substrate to which they are not connected by bond.
Darüber hinaus kann optional bzw. zusätzlich dieser applizierte Druck bzw. der Anpressdruck soweit erhöht werden, dass sich dadurch die Bondschleifen mechanisch verformen und sich der mechanische, elektrische und thermische Kontaktbereich zwischen den metallisierten Substratoberflächen und dem Bonddraht noch weiter vergrößert. In addition, optionally or additionally, this applied pressure or the contact pressure can be increased to such an extent that the bonding loops thereby mechanically deform and the mechanical, electrical and thermal contact area between the metallized substrate surfaces and the bonding wire increases even further.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Draht zusätzlich zu der Bondverbindung mit mindestens einem elektronischen Bauelement mit zumindest einem Bereich mit einer zumindest teilweise strukturierten Metalloberfläche über diesen Bereich elektrisch und thermisch leitfähig verbunden. In a further embodiment, in addition to the bond connection with at least one electronic component having at least one region with an at least partially structured metal surface, the wire is electrically and thermally conductively connected over this region.
Hierdurch können auch metallisierte Oberseiten bzw. Metalloberflächen von elektronischen, bzw. leistungselektronischen Halbleiterbauelementen mit metallisierten Oberflächen der Substrate mechanisch, elektrisch und thermisch verbunden werden, wodurch die Integration von Bauelementen verschiedener Bauhöhe in das durch die Substrate eingeschlossene Volumen möglich ist. Hierzu werden beispielsweise Bonddrähte mit unterschiedlichen Durchmessern, bzw. durch Pressen verformte Bonddrähte, verwendet. As a result, metallized tops or metal surfaces of electronic or electronic power semiconductor devices with metallized surfaces of the substrates can be mechanically, electrically and thermally connected, whereby the integration of components of different heights in the volume enclosed by the substrates is possible. For this example, bonding wires with different diameters, or deformed by pressing wires, used.
In einer weiteren Ausführungsform ist die elektrisch leitfähige Verbindung des elektronischen Bauelements und des Drahtes mittels mindestens einer Verbindungstechnik aus der Gruppe von Verbindungstechniken bereitgestellt, wobei diese Gruppe aufweist: Löten, Kleben und Bonden. In a further embodiment, the electrically conductive connection of the electronic component and the wire is provided by means of at least one joining technique from the group of joining techniques, this group comprising: soldering, gluing and bonding.
Durch Löten zusätzlich zu den zuvor hergestellten Bondverbindungen kann die thermische und elektrische Leitfähigkeit erhöht werden. Darüber hinaus wird die thermische Impedanz verbessert. By soldering in addition to the previously prepared bonds, the thermal and electrical conductivity can be increased. In addition, the thermal impedance is improved.
In einer weiteren Ausführungsform ist das elektronische Bauelement zumindest teilweise über einem der Substrate angeordnet, und wobei das elektronische Bauelement mittels mindestens einer Verbindungstechnik mit mindestens einer metallisierten Oberfläche aus der Gruppe von Verbindungstechniken verbunden wird, wobei die Gruppe aufweist: Löten, Sintern und Kleben. In another embodiment, the electronic device is disposed at least partially over one of the substrates, and wherein the electronic device is connected to at least one metallized surface from the group of bonding techniques by at least one bonding technique, the group comprising soldering, sintering, and bonding.
Die Rückseitenmetallisierung des elektronischen Bauelements kann auf die ihm zugewandte Oberflächenmetallisierung des zweiten Substrates gesintert werden. Diese Sinterverbindung weist einen vorteilhaft niedrigen thermischen und elektrischen Widerstand auf. The backside metallization of the electronic component can be sintered onto the surface metallization of the second substrate facing it. This sintered connection has an advantageously low thermal and electrical resistance.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Metalloberflächen jeweils mit unterschiedlichen Schichtdicken auf die Substrate aufgebracht, und wobei die Metalloberflächen mit jeweils voneinander elektrisch isolierten Bereichen gebildet sind. In a further embodiment, the metal surfaces are each applied with different layer thicknesses to the substrates, and wherein the metal surfaces are each formed with electrically isolated regions.
Die Strukturierung der metallisierten Substratoberflächen bzw. Metalloberflächen kann auch in der Höhe, bzw. der Dicke dieser Schicht erfolgen. So können bspw. durch Dickfilmtechnik verschiedene Dicken der Kupfermetallisierung erzielt werden. Durch verschiedene Dicken der Metallisierung ist es möglich, mit nur einem Drahtdurchmesser Bauteile verschiedener Bauhöhe zwischen den Substraten zu verwenden, bzw. mechanisch, elektrisch und thermisch mit den ihnen zugewandten metallischen Oberflächen zu verbinden. The structuring of the metallized substrate surfaces or metal surfaces can also take place in the height or the thickness of this layer. For example, various thicknesses of the copper metallization can be achieved by thick film technology. By means of different thicknesses of the metallization, it is possible to use components of different overall height between the substrates with only one wire diameter, or to connect them mechanically, electrically and thermally to the metallic surfaces facing them.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Zwischenraum zwischen erstem Substrat und zweitem Substrat zumindest teilweise mit einem Füllmaterial aus der Gruppe von Füllmaterialien gefüllt, wobei die Gruppe aufweist: organisches Füllmaterial, Epoxid, Luft, getrocknete Luft und/oder ein fluides, nicht elektrisch leitfähiges Medium. In another embodiment, the space between the first substrate and the second substrate is at least partially filled with a filler of the group of fillers, the group comprising: organic fill material, epoxy, air, dried air, and / or a fluid, non-electrically conductive medium.
Das Füllmaterial erhöht dabei die thermische Leitfähigkeit und sorgt für eine zusätzliche elektrische Isolation. Ein fluides Füllmaterial verdrängt Gase aus dem Volumen, welches durch die beiden Substrate eingeschlossen wird. The filler increases the thermal conductivity and provides additional electrical insulation. A fluid filling material displaces gases from the volume, which is trapped by the two substrates.
Vorteilhaft können alle Ausführungsformen der hierin beschriebenen und beanspruchten Verfahren in Kombination mit einer oder mehreren der hierin genannten und beschriebenen Ausführungsformen realisiert werden. Advantageously, all embodiments of the methods described and claimed herein may be implemented in combination with one or more of the embodiments recited and described herein.
Weitere Ausführungsformen, deren Ausgestaltung sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren besser verständlich. Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen von Ausführungsformen der Erfindung Other embodiments, their configuration, as well as some of the advantages associated with these and other embodiments, will be better understood by the following detailed description with reference to the accompanying figures. The figures are merely schematic representations of embodiments of the invention
Figurenbeschreibung figure description
Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform, insbesondere in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Further details and features of the present invention will become apparent from the following description of an embodiment, in particular in conjunction with the dependent claims. In this case, the respective features can be implemented on their own or in combination with one another. The invention is not limited to the embodiments.
Die Ausführungsformen sind schematisch in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Hierbei bezeichnen gleiche Bezugsziffern in den Figuren gleiche oder funktionsgleiche Elemente bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. The embodiments are shown schematically in the following figures. Here, like reference numerals in the figures designate the same or functionally identical elements or with respect to their functions corresponding elements.
Dabei zeigen hierin: Hereby show:
und
and
Detaillierte Beschreibung Detailed description
In Folgenden beschreiben gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bzw. -elemente, Vorrichtungen, Anordnungen und/oder Module, wobei diese aus gleichen Materialien gebildet sein können bzw. gleiche chemische bzw. physikalische Eigenschaften aufweisen können. In the following, the same reference numerals describe the same components or devices, devices, arrangements and / or modules, which may be formed from the same materials or may have the same chemical or physical properties.
Bereitstellen mindestens eines ersten Substrats und eines zweiten Substrats, wobei die Substrate jeweils zumindest eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweisen, wobei sich jeweils zumindest teilweise die obere Oberfläche und die untere Oberfläche gegenüberliegen, und wobei die Substrate jeweils auf mindestens einer Oberfläche mindestens einen Substratbereich mit zumindest einer teilweise strukturierten Metalloberfläche aufweisen; und mindestens eines Drahtes (
Bilden mindestens einer ersten Bondverbindung über zumindest einer ersten Position, wobei die erste Bondverbindung zumindest teilweise über mindestens einem ersten Bereich der strukturierten Metalloberfläche des ersten Substrats gebildet wird, und wobei die erste Bondverbindung zwischen mindestens einem ersten Bereich des Drahtes und dem ersten Bereich der strukturierten Metalloberfläche gebildet wird (
Aufbringen des Drahtes sowie einer Lötpaste wobei der Draht zumindest teilweise über der Oberfläche des ersten Substrats, über der die erste Bondverbindung angeordnet ist, und wobei die Lötpaste zumindest teilweise über mindestens einem ersten Bereich der strukturierten Metalloberfläche des zweiten Substrats aufgebracht wird, wobei das Aufbringen des Drahtes sowie der Lötpaste nacheinander oder gleichzeitig erfolgt (
Anordnen des ersten Substrats und des zweiten Substrats derart übereinander, dass sich mindestens ein Bereich des Drahtes und ein Bereich der Lötpaste berührt und damit eine Anordnung gebildet wird (
und
Erhitzen der Anordnung derart, dass eine Temperatur auf die Anordnung wirkt, wobei die Temperatur zumindest über dem Schmelzpunkt der Lötpaste liegt, wobei die dabei entstehende Lötstelle mindestens einen Bereich des Drahtes und einen Bereich der strukturierten Metalloberfläche des zweiten Substrats mechanisch, elektrisch und thermisch verbindet (
Providing at least a first substrate and a second substrate, the substrates each having at least an upper surface and a lower surface, each facing at least partially the upper surface and the lower surface, and wherein the substrates each comprise on at least one surface at least one substrate region having at least one partially textured metal surface; and at least one wire (
Forming at least a first bond connection over at least a first position, wherein the first bond connection is formed at least partially over at least a first region of the patterned metal surface of the first substrate, and wherein the first bond connection between at least a first region of the wire and the first region of the patterned metal surface is formed (
Applying the wire and a solder paste wherein the wire is at least partially over the surface of the first substrate over which the first bonding compound is arranged, and wherein the solder paste is at least partially applied over at least a first portion of the patterned metal surface of the second substrate, wherein the application of the Wire as well as the soldering paste in succession or simultaneously (
Arranging the first substrate and the second substrate one above the other such that at least one Touched area of the wire and a portion of the solder paste and thus an arrangement is formed (
and
Heating the assembly such that a temperature acts on the assembly, wherein the temperature is at least above the melting point of the solder paste, wherein the resulting solder joint mechanically, electrically and thermally connects at least a portion of the wire and a portion of the patterned metal surface of the second substrate (
Das zuvor beschriebene Verfahren ermöglicht, dass die metallisierten Teilbereiche, d.h. Bereiche der strukturierten Metalloberflächen, der Substrate mechanisch bzw. stoffschlüssig, elektrisch und thermisch miteinander verbunden werden. Außerdem wird zumindest aufgrund des gegebenen Drahtdurchmessers ein definierter Abstand zwischen den metallisierten Teilbereichen bzw. Metalloberflächen der Substrate bereitgestellt. Dieser Abstand ermöglicht es bspw. fluiden, nicht elektrisch leitfähigen Medien, zwischen die metallisierten Oberflächen bzw. Metalloberflächen der Substrate einzudringen und von dort Wärme abzuführen. Darüber hinaus kann der Drahtdurchmesser so gewählt werden, dass er der Dicke der auf die Metallisierung zumindest des ersten oder des zweiten Substrates aufgebrachten Leistungshalbleiterchips inclusive deren elektrischer ober- und unterseitiger Kontaktierung (Bonddrähte, Klebungen, Lötungen, Sinterverbindungen) entspricht. Hierdurch wird mechanischer Druck, der von außen auf die beiden Substrate aufgebracht wird, bspw. zur Erzielung eines guten thermischen Kontaktes zu einem oder mehreren Kühl- oder Heizelementen, besser verteilt wird und Druck- bzw. mechanische Spannungsspitzen vermieden werden. The method described above allows the metallized portions, i. Areas of the structured metal surfaces, the substrates mechanically or cohesively, electrically and thermally connected to each other. In addition, at least on account of the given wire diameter, a defined distance is provided between the metallized partial regions or metal surfaces of the substrates. This distance makes it possible, for example, fluid, non-electrically conductive media to penetrate between the metallized surfaces or metal surfaces of the substrates and dissipate heat therefrom. In addition, the wire diameter can be selected such that it corresponds to the thickness of the power semiconductor chip applied to the metallization of at least the first or the second substrate, including its electrical top and bottom side contacting (bonding wires, bonds, soldering, sintered connections). As a result, mechanical pressure, which is applied from the outside to the two substrates, for example. To achieve a good thermal contact with one or more cooling or heating elements, better distributed and pressure or mechanical stress peaks are avoided.
Dadurch wird der Draht sicher auf der metallisierten Oberfläche des ersten Substrates gehalten und ein Verrutschen bei nachfolgenden Prozessschritten (Löten, Sintern, Vergießen) wird sicher vermieden. As a result, the wire is securely held on the metallized surface of the first substrate and slippage during subsequent process steps (soldering, sintering, potting) is reliably avoided.
Es können jedoch auch mehr als zwei Substrate für das hier beschriebene Verfahren bereitgestellt sein. Außerdem werden hierin die Oberbegriffe Metalloberfläche, Metallisierung und metallisierte Oberfläche synonym verwendet. Die Oberflächen, d.h. die sich jeweils gegenüberliegende obere Oberfläche und untere Oberfläche, liegen sich im Wesentlichen planparallel gegenüber. However, more than two substrates may be provided for the method described herein. In addition, the generic terms metal surface, metallization and metallized surface are used synonymously herein. The surfaces, i. the opposing upper surface and lower surface, respectively, lie substantially plane-parallel.
Die Substrate sind bevorzugt keramische Substrate, jedoch nicht ausschließlich keramische Substrate, d.h. es können auch beliebige Substrate mit einer keramischen Beschichtung sein, wobei die Substrate zumindest ein Substratmaterial aus der Gruppe von Substratmaterialien aufweisen bzw. daraus gebildet sind, wobei die Gruppe aufweist: Oxidkeramiken (bspw. Al2O2), Nichtoxidkeramiken (bspw. AlN), Isolator-beschichtete Metalle (bspw. Insulated Metal Substrate – IMS), Kunststoffe und Verbundmaterialien (bspw. Leiterplattenmaterial FR4). The substrates are preferably ceramic substrates, but not exclusively ceramic substrates, ie they can also be any substrates with a ceramic coating, wherein the substrates comprise at least one substrate material from the group of substrate materials or are formed therefrom, the group comprising: oxide ceramics ( Al 2 O 2 ), non-oxide ceramics (eg AlN), insulator-coated metals (eg Insulated Metal Substrates - IMS), plastics and composite materials (eg printed circuit board material FR4).
Die mindestens eine Metalloberfläche bzw. Metallisierung bzw. metallische Oberfläche, die zumindest teilweise über bzw. auf zumindest einem Bereich der Substratoberflächen gebildet ist/sind, weisen zumindest ein Metall bzw. eine Metalllegierung aus der Gruppe von Metallen bzw. Metalllegierungen auf bzw. sind daraus gebildet, wobei die Gruppe aufweist: Kupfer, Gold, Silber, Aluminium, Eisen, Platin, Nickel, Palladium, Zinn. The at least one metal surface or metallization or metallic surface, which is / are at least partially formed over or on at least one area of the substrate surfaces, comprises or is at least one metal or a metal alloy from the group of metals or metal alloys wherein the group comprises: copper, gold, silver, aluminum, iron, platinum, nickel, palladium, tin.
Die Metallisierung bzw. Metalloberflächen sind derart eingerichtet, dass sie elektrisch leitfähig bzw. thermisch leitfähig sind. The metallization or metal surfaces are set up in such a way that they are electrically conductive or thermally conductive.
Die Struktur der strukturierten Metalloberfläche(n) bzw. Metallisierung(en) bzw. metallische Oberfläche(n) können in einer bevorzugten Ausführung als strukturierte Kupferdickfilmmetallisierung bzw. -metallisierungen mittels mindestens einem konventionellen Auftrage- sowie Strukturierungsverfahren über bzw. auf mindestens einem Bereich der Substratoberfläche gebildet sein. The structure of the structured metal surface (s) or metallization (s) or metallic surface (s) may in a preferred embodiment as structured Kupferdickfilmmetallisierung or metallizations by means of at least one conventional application and patterning process over or on at least a portion of the substrate surface be formed.
Der mindestens eine Draht ist derart eingerichtet, dass er elektrisch als auch thermisch leitfähig ist. Der Draht kann jede beliebige Querschnittsform aufweisen, jedoch bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt. Der Draht weist zumindest ein Drahtmaterial aus der Gruppe von Drahtmaterialien auf bzw. ist daraus gebildet, wobei die Gruppe aufweist: Kupfer, Gold, Silber, Platin, bzw. Legierungen aus diesen und anderen metallischen Stoffen. The at least one wire is arranged such that it is electrically as well as thermally conductive. The wire may have any cross-sectional shape, but preferably a circular cross-section. The wire comprises or is formed from at least one wire material from the group of wire materials, the group comprising: copper, gold, silver, platinum, or alloys of these and other metallic materials.
Das mindestens eine Material für die Metallisierung(en) bzw. Metalloberfläche(n) und den Draht kann entweder lötbar oder nicht lötbar sein. Der Draht muss lötbar sein, wenn dieser gemäß Verfahrensschritt
D.h. die mindestens eine erste Bondverbindung wird über bzw. auf einem ersten Bereich, bzw. einer Position, die innerhalb dieses Bereichs liegt, der strukturierten Metalloberfläche bzw. Metallisierung des ersten Substrats gebildet. That the at least one first bonding connection is formed over a first region or a position lying within this region of the structured metal surface or metallization of the first substrate.
Der Draht bzw. Bonddraht bzw. Kupferdraht wird mittels eines konventionellen Bondautomates bzw. einer Bondmaschine über bzw. auf der Oberfläche des ersten Substrats, über welcher bereits die erste Bondverbindung angeordnet ist, aufgebracht. D.h. der Draht wird zumindest von der ersten Bondverbindung zumindest teilweise über die zuvor genannte Oberfläche des ersten Substrats weiter geführt. Dabei kann der Draht auch zumindest teilweise über die Substratoberfläche hinausragen. Der Draht kann entweder vollständig auf der Oberfläche geführt, d.h. an die Oberfläche angrenzend, aufgebracht sein oder zumindest derart teilweise über der Oberfläche geführt werden, dass ein Abstand zwischen der zuvor genannten Oberfläche und dem Draht gebildet wird. Der Abstand kann in einem Bereich von ungefähr 0,05 mmm bis zu 50 mm liegen, bzw. kann der Abstand in einem Bereich von ungefähr 0.1 mm bis zu 10 mm liegen. Der Draht kann beim Aufbringen in jeder geometrischen Form bzw. Freiform über bzw. auf der zuvor genannten Oberfläche aufgebracht werden, d.h. der Draht kann gerade, gebogen bzw. gekrümmt, kreisförmig, dreieckig, rechteckig oder in jeder beliebigen anderen n-eckigen Form (n bezeichnet jede natürliche Zahl) bzw. in einer beliebigen Freiform über bzw. auf der zuvor genannten Oberfläche aufgebracht werden. The wire or bonding wire or copper wire is applied by means of a conventional bonding machine or a bonding machine above or on the surface of the first substrate, above which the first bonding connection is already arranged. That is, the wire is at least partially passed on at least partially by the first bonding connection via the aforementioned surface of the first substrate. In this case, the wire may also project at least partially beyond the substrate surface. Of the Wire can be either completely guided on the surface, ie, adjacent to the surface, applied, or at least partially guided over the surface to form a space between the aforementioned surface and the wire. The distance may be in a range of about 0.05 mm to 50 mm, or the distance may be in a range of about 0.1 mm to 10 mm. When applied, the wire may be applied in any geometric shape over the aforementioned surface, ie, the wire may be straight, curved, circular, triangular, rectangular, or any other n-cornered shape (n denotes any natural number) or applied in any free form over or on the aforementioned surface.
Die Lötpaste zur Herstellung mindestens einer späteren Lötverbindung bzw. Lötung wird zumindest teilweise auf zumindest einen ersten Bereich, d.h. sowohl das erste Substrat wie auch das zweite Substrat kann entweder einen solchen Bereich oder mehrere solcher Bereiche aufweisen, der strukturierten Metalloberfläche bzw. Metallisierung bzw. metallischen Oberfläche mittels eines konventionellen Auftrageverfahrens für Lötpaste aufgebracht. The solder paste for making at least one later solder joint is at least partially applied to at least a first region, i. both the first substrate and the second substrate may have either one or more of such areas that apply the patterned metal surface by means of a conventional solder paste application method.
Die Lötpaste weist zumindest ein Material aus der Gruppe von Lötpasten-Materialien auf bzw. ist zumindest teilweise daraus gebildet, wobei die Gruppe aufweist: Kupfer, Zinn, Silber, Blei, Indium. The solder paste comprises at least one of the group of solder paste materials, or at least partially formed thereof, the group comprising: copper, tin, silver, lead, indium.
Das Aufbringen des Drahtes sowie der Lötpaste kann entweder nacheinander oder zeitlich parallel, d.h. gleichzeitig erfolgen. D.h. das Aufbringen kann in zwei zeitlich parallel verlaufenden Prozessschritten durchgeführt werden oder das Aufbringen des Drahtes sowie der Lötpaste erfolgt in zwei nacheinander durchgeführten Prozessschritten. Im Falle eines zeitlich versetzten Aufbringens von Draht sowie Lötpaste kann zuerst der Draht und dann die Lötpaste aufgebracht werden oder zuerst die Lötpaste und dann der Draht. The application of the wire as well as the solder paste can be either sequential or parallel in time, i. take place simultaneously. That the application can be carried out in two parallel process steps or the application of the wire and the solder paste is carried out in two successive process steps. In the case of staggered application of wire and solder paste, first the wire and then the solder paste may be applied, or first the solder paste and then the wire.
Die Substrate werden derart übereinander angeordnet, dass sich eine Anordnung daraus bildet mit mindestens einem Bereich, bzw. einem Punkt, an dem der Draht und die Lötpaste eine Kontaktstelle bilden, so dass an dieser Kontaktstelle eine Lötverbindung im anschließenden Prozessschritt mittels Erhitzen der so gebildeten Anordnung gebildet werden kann. The substrates are arranged one above the other in such a way that an arrangement forms therefrom with at least one region or a point at which the wire and the solder paste form a contact point, so that at this contact point a solder joint in the subsequent process step by means of heating the arrangement thus formed can be formed.
Das Erhitzen der Anordnung wird derart durchgeführt, dass eine Temperatur auf die Anordnung wirkt, die zumindest über der Schmelztemperatur der Lötpaste liegt, wodurch eine Lötverbindung aus Lötpaste und Draht gebildet wird, so dass im Anschluss an diesen Prozessschritt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Draht und Lötpaste gebildet wird. Somit wird ermöglicht, neben der mechanischen, d.h. stoffschlüssigen, Verbindung, eine thermisch und/oder elektrisch leitfähige Verbindung bereitzustellen. The heating of the assembly is performed such that a temperature acts on the assembly, which is at least above the melting temperature of the solder paste, whereby a solder joint of solder paste and wire is formed, so that formed following this process step, a material connection between wire and solder paste becomes. Thus, besides the mechanical, i. cohesive, compound to provide a thermally and / or electrically conductive connection.
Das beanspruchte Verfahren
In einer weiteren Ausführungsformen wird der Draht zumindest teilweise über der Oberfläche des ersten Substrats, über der die erste Bondverbindung gebildet ist, bis zumindest einer zweiten Position über mindestens einem zweiten Bereich der strukturierten Metalloberfläche des ersten Substrats aufgebracht. Wobei hierbei mindestens eine zweite Bondverbindung an zumindest der zweiten Position gebildet wird, und wobei die zweite Bondverbindung zwischen mindestens einem zweiten Bereich des Drahtes und dem zweiten Bereich der strukturierten Metalloberfläche des ersten Substrats gebildet wird. In a further embodiment, the wire is at least partially applied over the surface of the first substrate over which the first bonding compound is formed to at least a second position over at least a second region of the patterned metal surface of the first substrate. Wherein at least one second bond connection is formed at at least the second position, and wherein the second bond connection is formed between at least a second region of the wire and the second region of the structured metal surface of the first substrate.
So wird ermöglicht, dass der Draht sicher auf der metallisierten Oberfläche bzw. Metalloberfläche des ersten Substrates gehalten wird und ein Verrutschen bei bzw. während nachfolgenden Prozessschritten (wie bspw. Löten, Sintern und/oder Vergießen) sicher vermieden wird. This makes it possible to securely hold the wire on the metallized surface or metal surface of the first substrate and reliably prevent slippage during and during subsequent process steps (such as, for example, soldering, sintering and / or casting).
Darüber hinaus wird es durch mindestens eine zusätzliche Bondverbindung ermöglicht, dass der Draht belastbarer fixiert wird, wodurch sich bspw. eine Vielzahl an zusätzlichen Formen beim Aufbringen des Drahtes über bzw. auf der Substratoberfläche realisieren lassen. Mit anderen Worten kann eine Änderung der Position des bereits aufgebrachten Drahtes bei einer Richtungsänderung nach Bilden einer zusätzlichen Bondverbindung vermieden werden, weswegen sich damit auch komplexe Formen beim Aufbringen damit realisieren lassen, bspw. falls der Draht um unterschiedlichste elektronische Bauteile herum auf der Substratfläche aufgebracht werden soll. In addition, it is possible by at least one additional bond that the wire is fixed more resilient, which can, for example, a variety of additional forms when applying the wire over or on the substrate surface can be realized. In other words, a change in the position of the already applied wire in a change in direction after forming an additional bond can be avoided, which is why it can also be used to implement complex forms when applying it, for example. If The wire is to be applied around a wide variety of electronic components around on the substrate surface.
In einer weiteren Ausführungsform sind die erste Bondverbindung und die zweite Bondverbindung aneinander angrenzend angeordnet. In a further embodiment, the first bond connection and the second bond connection are arranged adjacent to one another.
Diese Ausführungsform ermöglicht das Bilden von nahezu geschlossenen Drahtschleifen, die bspw. bestimmte Bereiche innerhalb des Moduls abgrenzen. Diese Bereiche können bspw. gas- und fluiddicht abgeschlossen werden, wenn die erfindungsgemäße Lötung zwischen Draht und beiden gegenüberliegenden metallisierten Oberflächen auf der gesamten Drahtlänge erfolgt. D.h. es kann dadurch ein hermetischer Verschluss gebildet werden. This embodiment makes it possible to form almost closed wire loops which, for example, delimit certain areas within the module. For example, these regions can be sealed in a gas-tight and fluid-tight manner if the soldering according to the invention takes place between the wire and both opposing metallized surfaces over the entire wire length. That It can be formed by a hermetic seal.
In einer weiteren Ausführungsform sind die erste Bondverbindung und die zweite Bondverbindung räumlich voneinander getrennt angeordnet. In a further embodiment, the first bond connection and the second bond connection are arranged spatially separated from one another.
Diese Ausführungsform ermöglicht aufgrund der gebildeten räumlichen Trennung der mindestens zwei Bondverbindungen zumindest eine Öffnung im Drahtring vorzusehen, sodass durch diese Öffnung gasförmige oder fluide Medien strömen können und/oder elektrische Signale mittels weiterer Bonddrähte und/oder Metallisierungsstrukturen hindurch geführt werden können. Due to the formed spatial separation of the at least two bonding connections, this embodiment makes it possible to provide at least one opening in the wire ring so that gaseous or fluid media can flow through this opening and / or electrical signals can be guided by means of further bonding wires and / or metallization structures.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Draht derart zumindest teilweise über der Oberfläche des ersten Substrats, über bzw. auf der die erste Bondverbindung aufgebracht ist, aufgebracht, dass zwischen der Oberfläche und dem Draht ein Abstand in einem Bereich von 0,1 mm bis zu 50 mm gebildet ist. In a further embodiment, the wire is at least partially applied over the surface of the first substrate, over which or on which the first bonding compound is applied, that a distance in the range of 0.1 mm to 50 between the surface and the wire mm is formed.
Hierdurch wird zumindest eine Bondschleife gebildet, d.h. eine Drahtschleife bzw. Bondschleife über der o.g. Oberfläche, die es ermöglicht, einen definierten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat herzustellen oder/und eine mechanische, elektrische und thermische Verbindung zwischen zumindest dem einen ersten Substrat und dem zumindest einen zweiten Substrat zu bilden, die mechanisch flexibel ist, wodurch thermisch induzierte mechanische Spannungen reduziert und die Lebensdauer der Verbindung erhöht werden kann. Eine solche Draht- bzw. Bondschleife ermöglicht eine Federwirkung, d.h. eine definierte Elastizität zwischen den Substraten, wobei die Elastizität aufgrund der Drahteigenschaften und der Form der Draht- bzw. Bondschleife definiert sind. This forms at least one bond loop, i. a wire loop or bond loop over the o.g. Surface, which makes it possible to produce a defined distance between the first and the second substrate and / or to form a mechanical, electrical and thermal connection between at least the one first substrate and the at least one second substrate, which is mechanically flexible, whereby thermally induced reduces mechanical stresses and the service life of the connection can be increased. Such a wire or bond loop allows a spring action, i. a defined elasticity between the substrates, the elasticity being defined by the wire properties and the shape of the wire or bonding loop.
In einer weiteren Ausführungsform nachdem zumindest die zweite Bondverbindung gebildet ist, ist der Draht derart zumindest teilweise über der Oberfläche aufgebracht, dass zwischen der Oberfläche und dem Draht ein Abstand in einem Bereich von 0,1 mm bis zu 100 mm gebildet ist, wobei der Draht zwischen den Bondverbindungen Schleifen ausbildet (die Drahtlänge zwischen den Bondverbindungen ist länger als der Abstand zwischen den Bondverbindungen) und wobei der Draht zumindest teilweise durch Löt- und/oder Bondverbindungen zu mindestens einer metallisierten Oberflächen fixiert ist. In a further embodiment, after at least the second bonding compound is formed, the wire is at least partially applied over the surface such that a distance in the range of 0.1 mm to 100 mm is formed between the surface and the wire, the wire forms loops between the bond connections (the wire length between the bond connections is longer than the distance between the bond connections) and wherein the wire is at least partially fixed by soldering and / or bonding connections to at least one metallized surfaces.
Die mindestens eine zusätzliche Fixierung des Drahtes mittels Lötung erhöht die mechanische Stabilität. Lötverbindungen bzw. Lötungen können direkt im Bereich der Bondverbindung oder an jeder anderen beliebigen Stelle auf der Oberfläche des Drahtes angeordnet sein und zu einer oder mehreren metallisierten strukturierten auf den Substraten befindlichen Oberflächen eine mechanische, elektrische und thermische Verbindung bereitstellen. The at least one additional fixation of the wire by means of soldering increases the mechanical stability. Solder joints may be disposed directly in the area of the bond or at any other location on the surface of the wire and provide mechanical, electrical and thermal bonding to one or more metallized patterned surfaces on the substrates.
Weiterhin kann durch Bereiche mit geschlossener Lötung bzw. Lötverbindung, d.h. Lötungen bzw. Lötverbindungen, die dem Draht zugewandten metallisierten Oberflächen und den Draht mechanisch, elektrisch und thermisch verbinden, verhindert werden, dass bspw. fluide Medien, gasförmige Medien und insbesondere organische Vergussmaterialien diese Bereiche durchdringen, wodurch bspw. während eines anschließenden Prozessschrittes, bei dem ein Vergießen der Anordnung mittels Vergussmaterialien, bspw. mit einem keramikgefüllten Epoxid, durchgeführt wird, auf eine zusätzliche Vergussform verzichtet werden kann. Furthermore, through areas of closed solder or solder, i. Soldering or soldering joints that mechanically, electrically and thermally connect the metallized surfaces facing the wire and prevent the wire, for example, fluid media, gaseous media and, in particular, organic potting materials, from penetrating these areas, whereby, for example, during a subsequent process step in which a casting of the arrangement by means of potting materials, for example. With a ceramic-filled epoxy, is performed, can be dispensed with an additional mold.
In einer weiteren Ausführungsform wird nach dem Anordnen des ersten Substrats und des zweiten Substrat übereinander, derart ein zuvor bestimmter Druck auf das erste Substrat und/oder das zweite Substrat appliziert, dass sich zumindest teilweise der beabstandete Teil des Drahtes verformt, und wobei der Druck vor oder/und während oder/und nach dem Lötvorgang erfolgt. In a further embodiment, after arranging the first substrate and the second substrate one above the other, such a predetermined pressure is applied to the first substrate and / or the second substrate that at least partially deforms the spaced part of the wire, and wherein the pressure before and / or during and / or after the soldering process.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Druck bis zum Abschluss des Lötvorgangs aufrechterhalten. In another embodiment, the pressure is maintained until completion of the soldering operation.
Durch diese zuvor genannten Ausführungsformen können herstellungsbedingte Unterschiede in der Höhe von Bondschleifen, leistungselektronischer Halbleiterchips und anderer Bauelemente, die zwischen beiden Substraten angeordnet werden, kompensiert bzw. ausgeglichen bzw. angepasst werden. Hierzu werden die Höhen der Bondschleifen während deren Herstellung geringfügig größer ausgeführt als die definierten Höhen der anderen zwischen beiden Substraten angeordneten Bauelemente. Durch den applizierten Druck werden die Bondschleifen plastisch verformt, wobei sie sicher beide ihnen zugewandte metallisierte Oberflächen der Substrate berühren. By means of these aforementioned embodiments, manufacturing-related differences in the height of bond loops, power semiconductor chips and other components arranged between the two substrates can be compensated or adjusted. For this purpose, the heights of the bond loops are made slightly larger during their production than the defined heights of the other components arranged between the two substrates. The applied pressure plastically deforms the bond loops, securely touching both metallized surfaces of the substrates facing them.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Druck während des Anordnens und Lötens variiert. In another embodiment, the pressure is varied during placement and soldering.
Dies dient dazu, gegebenenfalls vorhandene elastische Verformungen zunächst hervorzurufen und anschließend durch mindestens eine Lötverbindung bzw. Lötung zu fixieren. Hierdurch wird eine mechanische Vorspannung aufgebaut, die für die Erzielung statischer mechanischer Drücke, beispielsweise bei der Verbindung der Substrate mit außen angeordneten Kühlkörpern, hilfreich ist. This serves to initially cause any existing elastic deformations and then fix them by at least one solder joint or soldering. As a result, a mechanical bias is built, which is helpful for achieving static mechanical pressures, for example in the connection of the substrates with externally disposed heat sinks.
Der zuvor bestimmten Druck bzw. Anpressdruck ist bevorzugt folgendermaßen zu wählen bzw. hierin definiert:
Der zuvor bestimmte Druck bzw. Anpressdruck liegt dann vor, wenn dieser Druck derart auf die Anordnung appliziert wird bzw. darauf einwirkt, so dass alle Bondschleifen der Anordnung, die sich auf einem der metallisierten Oberflächen der Substrate auf der dem jeweils gegenüberliegenden Substrat zugewandten Seite befinden, mechanischen, elektrischen und thermischen Kontakt der metallisierten Oberfläche des gegenüberliegenden Substrats bilden, zu dem sie nicht per Bondverbindung verbunden sind. The previously determined pressure or contact pressure is preferably to be selected or defined as follows:
The previously determined pressure or contact pressure is present when this pressure is applied to the arrangement or acts on it, so that all bond loops of the arrangement, which are located on one of the metallized surfaces of the substrates on the side facing the respective opposite substrate form mechanical, electrical and thermal contact of the metallized surface of the opposite substrate to which they are not connected by bond.
Darüber hinaus kann optional bzw. zusätzlich dieser applizierte Druck bzw. der Anpressdruck soweit erhöht werden, dass sich dadurch die Bondschleifen mechanisch verformen und sich der mechanische, elektrische und thermische Kontaktbereich zwischen den metallisierten Substratoberflächen und dem Bonddraht noch weiter vergrößert. In addition, optionally or additionally, this applied pressure or the contact pressure can be increased to such an extent that the bonding loops thereby mechanically deform and the mechanical, electrical and thermal contact area between the metallized substrate surfaces and the bonding wire increases even further.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Draht zusätzlich zu der Bondverbindung mit mindestens einem elektronischen Bauelement mit zumindest einem Bereich mit einer zumindest teilweise strukturierten Metalloberfläche über diesen Bereich elektrisch und thermisch leitfähig verbunden. In a further embodiment, in addition to the bond connection with at least one electronic component having at least one region with an at least partially structured metal surface, the wire is electrically and thermally conductively connected over this region.
Hierdurch können auch metallisierte Oberseiten bzw. Metalloberflächen von elektronischen, bzw. leistungselektronischen Halbleiterbauelementen mit metallisierten Oberflächen der Substrate mechanisch, elektrisch und thermisch verbunden werden, wodurch die Integration von Bauelementen verschiedener Bauhöhe in das durch die Substrate eingeschlossene Volumen möglich ist. Hierzu werden beispielsweise Bonddrähte mit unterschiedlichen Durchmessern, bzw. durch Pressen verformte Bonddrähte verwendet. As a result, metallized tops or metal surfaces of electronic or electronic power semiconductor devices with metallized surfaces of the substrates can be mechanically, electrically and thermally connected, whereby the integration of components of different heights in the volume enclosed by the substrates is possible. For this example, bonding wires with different diameters, or deformed by pressing wires are used.
Die elektronischen bzw. leistungselektronischen Bauelemente die mit dem beschriebenen Verfahren verbunden werden können weisen zumindest eine Element aus der Gruppe von elektronischen bzw. leistungselektronischen Bauelement auf bzw. sind aus einem oder mehreren solcher Elemente gebildet, wobei die Gruppe aufweist: MOSFET, JFET, HEMT, PIN-Diode, Schottky-Diode, Bipolartransistor, IGBT, Thyristor. The electronic or power-electronic components which can be connected to the described method comprise at least one element from the group of electronic or power-electronic component or are formed from one or more such elements, the group comprising: MOSFET, JFET, HEMT, PIN diode, Schottky diode, bipolar transistor, IGBT, thyristor.
In einer weiteren Ausführungsform ist die elektrisch leitfähige Verbindung des mindestens einen elektronischen Bauelements oder mehreren elektronischen Bauelemente und mindestens einen Drahtes mittels mindestens einer Verbindungstechnik aus der Gruppe von Verbindungstechniken gebildet, wobei diese Gruppe aufweist: Löten und Bonden. In a further embodiment, the electrically conductive connection of the at least one electronic component or a plurality of electronic components and at least one wire is formed by means of at least one connection technique from the group of connection techniques, this group comprising: soldering and bonding.
Durch Löten zusätzlich zu den zuvor hergestellten Bondverbindungen kann die thermische und elektrische Leitfähigkeit erhöht werden. Darüber hinaus wird die thermische Impedanz verbessert. By soldering in addition to the previously prepared bonds, the thermal and electrical conductivity can be increased. In addition, the thermal impedance is improved.
In einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine elektronische Bauelement oder die mehreren elektronischen Bauelemente zumindest teilweise über einem der Substrate angeordnet, wobei das elektronische Bauelement mittels mindestens einer Verbindungstechnik mit mindestens einer metallisierten Oberfläche aus der Gruppe von Verbindungstechniken verbunden bzw. gebildet wird, wobei die Gruppe aufweist: Löten, Sintern und Kleben. In a further embodiment, the at least one electronic component or the plurality of electronic components is arranged at least partially over one of the substrates, the electronic component being connected to at least one metallized surface from the group of connection techniques by means of at least one connection technique comprising: soldering, sintering and gluing.
Die Rückseitenmetallisierung des elektronischen Bauelements kann auf die ihm zugewandte Oberflächenmetallisierung des zweiten Substrates gesintert werden. Diese Sinterverbindung weist einen vorteilhaft niedrigen thermischen und elektrischen Widerstand auf. Klebeverbindungen ermöglichen eine kostengünstige und schnelle Verbindung. The backside metallization of the electronic component can be sintered onto the surface metallization of the second substrate facing it. This sintered connection has an advantageously low thermal and electrical resistance. Adhesive connections enable a cost-effective and fast connection.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Metalloberflächen jeweils mit unterschiedlichen Schichtdicken über bzw. auf die Substrate aufgebracht, und wobei die Metalloberflächen mit jeweils voneinander elektrisch isolierten Bereichen gebildet sind. In a further embodiment, the metal surfaces are each applied with different layer thicknesses over or onto the substrates, and wherein the metal surfaces are each formed with electrically isolated regions.
Die Strukturierung der metallisierten Substratoberflächen bzw. Metalloberflächen kann auch in der Höhe, bzw. der Dicke dieser Schicht erfolgen. So können bspw. durch Dickfilmtechnik (bspw. Kupferdickfilmtechnik) unterschiedliche Dicken der Kupfermetallisierung bereitgestellt werden. Durch unterschiedliche Dicken der Metallisierung wird es ermöglicht, mit nur einem Drahtdurchmesser Bauelemente unterschiedlicher Bauhöhe, die zwischen den Substraten angeordnet sind, einzusetzen, bzw. mechanisch, elektrisch und thermisch mit den ihnen jeweils zugewandten metallischen Oberflächen bzw. Metalloberflächen zu verbinden. The structuring of the metallized substrate surfaces or metal surfaces can also take place in the height or the thickness of this layer. For example, different thicknesses of the copper metallization can be provided by thick film technology (for example, copper thick film technology). By different thicknesses of the metallization, it is possible with only one wire diameter components of different heights, which are arranged between the substrates, use, or mechanically, electrically and thermally connect to their respective facing metallic surfaces or metal surfaces.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Zwischenraum zwischen erstem Substrat und zweitem Substrat zumindest teilweise mit einem Füllmaterial aus der Gruppe von Füllmaterialien gefüllt, wobei die Gruppe aufweist: organisches Füllmaterial, Epoxid, Luft, getrocknete Luft und/oder ein fluides, nicht elektrisch leitfähiges Medium. In a further embodiment, the space between the first substrate and the second substrate is at least partially filled with a filling material from the group of filling materials, the group comprising: organic filling material, Epoxy, air, dried air and / or a fluid, non-electrically conductive medium.
Diese Ausführungsform ermöglicht es, dass dadurch das Füllmaterial die thermische Leitfähigkeit erhöht und außerdem für eine zusätzliche elektrische Isolation. Das Füllmaterial verdrängt bspw. Gase aus dem Volumen, welches durch die beiden Substrate eingeschlossen wird. This embodiment allows the filler material to increase thermal conductivity and also provides additional electrical isolation. The filling material displaces, for example, gases from the volume, which is enclosed by the two substrates.
Die in
In Schritt
Die weitere Ausführungsform
Die weitere Ausführungsform
Mit A bzw. B sind jeweils die entsprechenden Ansichtsebenen für den schematischen Querschnitt
Die schematische Querschnittsansicht
In der schematischen Querschnittsansicht
Die schematische Querschnittsansicht
Zwischen den beiden Substraten,
Zwei der Drähte
Ferner ist jeweils eine Lötverbindung
Zwei Drähte
Des Weiteren sind ferner zwei Drähte
Hierin zitierter Literatur: Referenced literature:
-
[1]
JP 2008 047 615 A JP 2008 047 615 A -
[2]
DE 10 2004 018 476 B4 DE 10 2004 018 476 B4 -
[3]
US 7 911 792 B2 US Pat. No. 7,911,792 B2 -
[4]
DE 10 2014 117 762 A1 DE 10 2014 117 762 A1 -
[5]
H. Sato, F. Kato, H. Nakagawa, H. Yamaguchi, S. Rejeki and F. Lang, "Development of SiC power module for high-speed switching operation," 2013 IEEE Electrical Design of Advanced Packaging Systems Symposium (EDAPS), Nara, (2013), pp. 13–16, doi: 10.1109/EDAPS.2013.6724445 H. Sato, F. Kato, H. Nakagawa, H. Yamaguchi, S. Rejeki and F. Lang, "Development of SiC Power Modules for High-Speed Switching Operation," 2013 IEEE Electrical Design of Advanced Packaging Systems Symposium (EDAPS) , Nara, (2013), pp. 13-16, doi: 10.1109 / EDAPS.2013.6724445 -
[6]
M. Mermet-Guyennet, A. Castellazzi, P. Lasserre and J. Saiz, "3D Integration of Power Semiconductor Devices based on Surface Bump Technology," Integrated Power Systems (CIPS), 2008 5th International Conference on, Nuremberg, Germany, 2008, pp. 1–6 M. Mermet-Guyennet, A. Castellazzi, P. Lasserre and J. Saiz, "3D Integration of Power Semiconductor Devices based on Surface Bump Technology," Integrated Power Systems (CIPS), 2008 5th International Conference on, Nuremberg, Germany, 2008 , pp. 1-6 -
[7]
R. C. Burns, "Vertical Integration Power Modules for Double Sided Cooling Applications using Aluminum Conductors and Thick Film Dielectrics," PCIM Europe 2014; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management; Proceedings of, Nuremberg, Germany, 2014, pp. 1–8 RC Burns, "Vertical Integration Power Modules for Double Sided Cooling Applications using Aluminum Conductors and Thick Film Dielectrics," PCIM Europe 2014; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management; Proceedings of, Nuremberg, Germany, 2014, pp. 1-8 -
[8]
WO 1998 015 005 A1 WO 1998 015 005 A1 -
[9]
Z. Liang, P. Ning, F. Wang and L. Marlino, "A Phase-Leg Power Module Packaged With Optimized Planar Interconnections and Integrated Double-Sided Cooling," in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 2, no. 3, pp. 443–450, Sept. 2014. doi: 10.1109/JESTPE.2014.2312292 Z. Liang, P. Ning, F. Wang and L. Marlino, "A Phase-Leg Power Modules Packaged With Optimized Planar Interconnections and Integrated Double-Sided Cooling," in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 2, no. 3, pp. 443-450, Sept. 2014. doi: 10.1109 / JESTPE.2014.2312292
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100 100
- Verfahren gemäß Anspruch 1 Method according to claim 1
- 110 110
- Erster Verfahrensschritt gemäß Anspruch 1 First method step according to claim 1
- 120 120
- Zweiter Verfahrensschritt gemäß Anspruch 1 Second method step according to claim 1
- 130 130
- Dritter Verfahrensschritt gemäß Anspruch 1 Third method step according to claim 1
- 140 140
- Vierter Verfahrensschritt gemäß Anspruch 1 Fourth method step according to claim 1
- 150 150
- Fünfter Verfahrensschritt gemäß Anspruch 1 Fifth method step according to claim 1
- 200 200
- Schematische Darstellung von erfindungsgemäßen VerfahrensschrittenSchematic representation of method steps according to the invention
- 200A 200A
- Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen VerfahrensschrittsSchematic representation of a method step according to the invention
- 200B 200B
- Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen VerfahrensschrittsSchematic representation of a method step according to the invention
- 200C 200C
- Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen VerfahrensschrittsSchematic representation of a method step according to the invention
- 200D 200D
- Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen VerfahrensschrittsSchematic representation of a method step according to the invention
- 200D–A200D-A
- Schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform Schematic representation of another embodiment
- 200D–B200D-B
- Schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform Schematic representation of another embodiment
- 214 214
- Draht, bzw. Bonddraht Wire or bonding wire
- 212 212
- Erstes Substrat First substrate
- 213 213
- Erste Metalloberfläche bzw. Metallisierung des ersten SubstratsFirst metal surface or metallization of the first substrate
- 216 216
- Bondverbindung zwischen dem Draht und der MetalloberflächeBond connection between the wire and the metal surface
- 218 218
- Zweites Substrat Second substrate
- 219 219
- Zweite Metalloberfläche bzw. Metallisierung Second metal surface or metallization
- 220 220
- Lötpaste, insbesondere auf Metalloberfläche und/oder Bonddraht aufgetragene LötpasteSolder paste, especially on metal surface and / or bonding wire applied solder paste
- 222 222
- Geschmolzene Lötpaste, d.h. die Lötpaste nach dem Erhitzen gemäß Anspruch 1Molten solder paste, i. the solder paste after heating according to claim 1
- 300 300
- Schematische Ansichten einer weiteren Ausführungsform, d.h. einer Vorrichtung, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet istSchematic views of another embodiment, i. a device which is formed by a method according to the invention
- 300A 300A
- Schematische Querschnittsansicht der Vorrichtung gemäß einer AusführungsformSchematic cross-sectional view of the device according to one embodiment
- 300B 300B
- Schematische Draufsicht der Vorrichtung gemäß einer AusführungsformSchematic plan view of the device according to an embodiment
- 301 301
- Querschnitt eines Drahtbonds, insbesondere eines Kupfer-Drahtbonds, bzw. DrahtbondCross section of a wire bond, in particular a copper wire bond, or wire bond
- 302 302
- Querschnitt eines Drahts, insbesondere eines Kupfer-Bonddrahts, bzw. DrahtCross section of a wire, in particular a copper bonding wire, or wire
- 310 310
- Erstes Substrat, insbesondere erstes keramisches SubstratFirst substrate, in particular first ceramic substrate
- 312 312
- Obere strukturierte Metallisierung bzw. Metalloberfläche eines ersten SubstratesUpper structured metallization or metal surface of a first substrate
- 314 314
- Untere strukturierte Metallisierung bzw. Metalloberfläche eines ersten SubstratesLower structured metallization or metal surface of a first substrate
- 320 320
- Zweites Substrat, insbesondere zweites keramisches SubstratSecond substrate, in particular second ceramic substrate
- 322 322
- Obere strukturierte Metallisierung bzw. Metalloberfläche eines zweiten Substrates Upper structured metallization or metal surface of a second substrate
- 324 324
- Untere strukturierte Metallisierung bzw. Metalloberfläche eines zweiten Substrates Lower structured metallization or metal surface of a second substrate
- 330 330
- Leistungshalbleiterchip mit oberseitiger und unterseitiger MetallisierungPower semiconductor chip with topside and underside metallization
- 400 400
- Verbindungen, insbesondere Löt-, Sinter- und/oder KlebeverbindungenCompounds, in particular soldering, sintering and / or adhesive bonds
- 401 401
- Lötverbindungen solder connections
- 400A 400A
- Schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform Schematic representation of another embodiment
- 400B 400B
- Schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform Schematic representation of another embodiment
- 400C 400C
- Schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform Schematic representation of another embodiment
- 400D 400D
- Schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform Schematic representation of another embodiment
- 500 500
- Schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform Schematic representation of another embodiment
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016115221.8A DE102016115221A1 (en) | 2016-08-17 | 2016-08-17 | Method for connecting at least two substrates to form a module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016115221.8A DE102016115221A1 (en) | 2016-08-17 | 2016-08-17 | Method for connecting at least two substrates to form a module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016115221A1 true DE102016115221A1 (en) | 2018-02-22 |
Family
ID=61082332
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016115221.8A Ceased DE102016115221A1 (en) | 2016-08-17 | 2016-08-17 | Method for connecting at least two substrates to form a module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102016115221A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018212438A1 (en) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | Infineon Technologies Ag | SEMICONDUCTOR HOUSING WITH ELECTROMAGNETIC SHIELDING STRUCTURE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
US11004764B2 (en) | 2018-07-25 | 2021-05-11 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor package having symmetrically arranged power terminals and method for producing the same |
US11018072B2 (en) | 2018-07-25 | 2021-05-25 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor package having overlapping electrically conductive regions and method for producing the same |
US11217504B2 (en) | 2018-07-25 | 2022-01-04 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor package with passive electrical component and method for the production thereof |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4955523A (en) * | 1986-12-17 | 1990-09-11 | Raychem Corporation | Interconnection of electronic components |
US5476211A (en) * | 1993-11-16 | 1995-12-19 | Form Factor, Inc. | Method of manufacturing electrical contacts, using a sacrificial member |
WO1998015005A1 (en) | 1996-09-30 | 1998-04-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Microelectronic component with a sandwich design |
US6207549B1 (en) * | 1996-10-01 | 2001-03-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of forming a ball bond using a bonding capillary |
JP2008047615A (en) | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Nissan Motor Co Ltd | Semiconductor device and power converting device |
DE102004018476B4 (en) | 2004-04-16 | 2009-06-18 | Infineon Technologies Ag | Power semiconductor arrangement with contacting film and pressing device |
US7911792B2 (en) | 2008-03-11 | 2011-03-22 | Ford Global Technologies Llc | Direct dipping cooled power module and packaging |
DE102014117762A1 (en) | 2013-12-04 | 2015-06-11 | Infineon Technologies Ag | Electronic component with a sheet-shaped redistribution structure |
-
2016
- 2016-08-17 DE DE102016115221.8A patent/DE102016115221A1/en not_active Ceased
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4955523A (en) * | 1986-12-17 | 1990-09-11 | Raychem Corporation | Interconnection of electronic components |
US5476211A (en) * | 1993-11-16 | 1995-12-19 | Form Factor, Inc. | Method of manufacturing electrical contacts, using a sacrificial member |
WO1998015005A1 (en) | 1996-09-30 | 1998-04-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Microelectronic component with a sandwich design |
US6207549B1 (en) * | 1996-10-01 | 2001-03-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of forming a ball bond using a bonding capillary |
DE102004018476B4 (en) | 2004-04-16 | 2009-06-18 | Infineon Technologies Ag | Power semiconductor arrangement with contacting film and pressing device |
JP2008047615A (en) | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Nissan Motor Co Ltd | Semiconductor device and power converting device |
US7911792B2 (en) | 2008-03-11 | 2011-03-22 | Ford Global Technologies Llc | Direct dipping cooled power module and packaging |
DE102014117762A1 (en) | 2013-12-04 | 2015-06-11 | Infineon Technologies Ag | Electronic component with a sheet-shaped redistribution structure |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
H. Sato, F. Kato, H. Nakagawa, H. Yamaguchi, S. Rejeki and F. Lang, "Development of SiC power module for high-speed switching operation," 2013 IEEE Electrical Design of Advanced Packaging Systems Symposium (EDAPS), Nara, (2013), pp. 13–16, doi: 10.1109/EDAPS.2013.6724445 |
M. Mermet-Guyennet, A. Castellazzi, P. Lasserre and J. Saiz, "3D Integration of Power Semiconductor Devices based on Surface Bump Technology," Integrated Power Systems (CIPS), 2008 5th International Conference on, Nuremberg, Germany, 2008, pp. 1–6 |
R. C. Burns, "Vertical Integration Power Modules for Double Sided Cooling Applications using Aluminum Conductors and Thick Film Dielectrics," PCIM Europe 2014; International Exhibition and Conference for Power Electronics, Intelligent Motion, Renewable Energy and Energy Management; Proceedings of, Nuremberg, Germany, 2014, pp. 1–8 |
Z. Liang, P. Ning, F. Wang and L. Marlino, "A Phase-Leg Power Module Packaged With Optimized Planar Interconnections and Integrated Double-Sided Cooling," in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 2, no. 3, pp. 443–450, Sept. 2014. doi: 10.1109/JESTPE.2014.2312292 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018212438A1 (en) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | Infineon Technologies Ag | SEMICONDUCTOR HOUSING WITH ELECTROMAGNETIC SHIELDING STRUCTURE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
US10985110B2 (en) | 2018-07-25 | 2021-04-20 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor package having an electromagnetic shielding structure and method for producing the same |
US11004764B2 (en) | 2018-07-25 | 2021-05-11 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor package having symmetrically arranged power terminals and method for producing the same |
US11018072B2 (en) | 2018-07-25 | 2021-05-25 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor package having overlapping electrically conductive regions and method for producing the same |
US11217504B2 (en) | 2018-07-25 | 2022-01-04 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor package with passive electrical component and method for the production thereof |
US11515228B2 (en) | 2018-07-25 | 2022-11-29 | Infineon Technologies Ag | Double sided semiconductor package |
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