DE102017126590A1 - Verfahren zum Herstellen einer Bodenplatte für ein Elektronikmodul - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zum Herstellen einer Bodenplatte für ein Elektronikmodul, indem eine Platte aus einem Verbundwerkstoff, der eine metallische Komponente auf Basis von Aluminium und eine nicht-metallische Komponente enthält, mit lötbaren Schicht beschichtet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Trägerschicht und die Deckschicht mittels PVD abgeschieden werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bodenplatte für ein Elektronikmodul.
- Gestiegene Anforderungen an die Bodenplatten von Elektronikmodulen hinsichtlich thermischer Leitfähigkeit, einem günstigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie mechanische Stabilität und möglichst geringem Gewicht haben dazu geführt, dass zunehmend Platten aus Verbundwerkstoffen, die eine metallische Komponente auf Basis von Aluminium und eine nichtmetallische Komponente, beispielsweise SiC oder Graphit, enthalten, eingesetzt werden. Bei diesen Verbundwerkstoffen handelt es sich um Teilchenverbundwerkstoffe. Teilchenverbundwerkstoffe werden manchmal auch als Matrixverbundwerkstoffe bezeichnet.
- Die für Bodenplatten von Elektronikmodulen gebräuchlichen Verbundwerkstoffe, die neben Aluminium auch eine nichtmetallische Komponente wie Siliziumcarbid oder Graphit enthalten, sind schlecht lötbar. Bei der Herstellung von Bodenplatten für Elektronikmodule werden deshalb Platten aus einem solchen Verbundwerkstoff mit einer Zwischenschicht auf Basis von Nickel und einer gut lötbaren Deckschicht auf Basis von Kupfer oder einem Edelmetall beschichtet.
- Dazu wird zunächst die Oberfläche der Verbundwerkstoffplatte mit fluorhaltigen Beizmedien behandelt, um Siliziumcarbid oder andere nichtmetallische Komponenten von der Oberfläche der Platte zu entfernen. Auf die verbleibende metallische Oberfläche wird dann nasschemisch eine Nickelschicht abgeschieden, die in einem weiteren galvanischen Prozessschritt zunächst mit einer Nickelschicht und dann mit einer Deckschicht auf Basis von Kupfer oder einem Edelmetall überzogen wird.
- Der Beizschritt ist aufwändig, aber notwendig, da galvanisch abgeschiedene Nickelschichten auf Siliziumcarbid oder anderen nichtmetallischen Komponenten des Verbundwerkstoffs schlecht haften. Ein möglichst vollständiges Herauslösen von nichtmetallischen Körnern an der Oberfläche des Verbundwerkstoffs erfordert relativ lange Einwirkzeiten aggressiver Beizmedien. Eine gute Haftung der Nickelschicht geht also mit zunehmend längeren und aufwendigeren Vorbereitungsschritten einher. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Nickelschicht während des galvanischen Beschichtungsprozesses Wasserstoff einlagern kann, der zu Poren und einer ungleichmäßigen Schichtbildung sowie Lunkern bei einem späteren Verlöten führt.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie bei der Herstellung einer Bodenplatte für ein Elektronikmodul die Qualität der Beschichtungen erhöht und Kosten eingespart werden können.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Bodenplatte für ein Elektronikmodul wird eine Platte aus einem Verbundwerkstoff, der eine metallische Komponente auf Basis von Aluminium und eine nicht-metallische Komponente enthält, mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (physical vapour deposition - PVD) beschichtet. Vorteilhaft kann so die die Prozessgeschwindigkeit erhöht werden, was Kosteneinsparungen ermöglicht, und das Problem der Wasserstoffeinlagerung in die Nickelschicht vermieden werden. Eine mit PVD abgeschiedene Nickelschicht ist deshalb gut lötbar, so dass eine Schicht auf Basis von Kupfer oder einem Edelmetall nicht mehr zwingend erforderlich ist. Die lötbare Schicht kann erfindungsgemäß also eine Nickelschicht oder eine Schicht auf Basis von Kupfer oder einem Edelmetall sein. Diese Schicht auf Basis von Kupfer oder einem Edelmetall kann auf eine Nickelschicht abgeschieden werden, auf eine Haftschicht oder unmittelbar auf die Platte. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Beschichtung durch Verwendung von Masken problemlos auf die Bereiche beschränkt werden kann, in denen eine Beschichtung auch tatsächlich benötigt wird.
- Überraschender Weise lässt sich durch Einsatz von PVD schon bei wesentlich dünneren Schichtdicken als bei Einsatz nasschemischer und galvanischer Beschichtungsverfahren eine gleichmäßige, geschlossene Schicht erreichen. Die Summe aller auf der Platte abgeschiedenen Schichten hat deshalb bevorzugt eine Stärke von nur 5 µm oder weniger, beispielsweise 3 µm oder weniger, insbesondere 0,5 µm bis 1,5 µm. Dünnere Schichten ermöglichen eine schnellere Fertigung und somit weitere Kosteneinsparungen.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf die Platte eine Haftschicht, z.B. auf Basis von Titan, Wolfram, Molybdän und/oder Chrom, mittels PVD abgeschieden wird, bevor die lötbare Schicht abgeschieden wird. Die lötbare Schicht kann dabei direkt auf die Haftschicht abgeschiedenen werden oder auf eine zwischen der Haftschicht und der lötbaren Schicht angeordnete Zwischenschicht, beispielsweise auf Basis von Nickel. Vorteilhaft kann so die Haftung der Schicht bzw. Schichten verbessert werden. Schichten auf Basis von Titan, Wolfram, Molybdän und/oder Chrom haften auf Aluminium sowie auch auf nichtmetallischen Komponenten der Platte wie SiC oder Kohlenstoff, insbesondere Graphit. Ein aufwändiger Beizschritt zum Herauslösen nichtmetallischer Körner aus der Oberfläche der Platte ist deshalb nicht mehr erforderlich.
- Die Erfindung betrifft auch ein Elektronikmodul mit einer Bodenplatte, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, und einem auf die Deckschicht der Trägerplatte aufgelöteten elektronischen Bauteil. Das Bauteil kann beispielsweise einem Transistor enthalten, insbesondere einen IGBT (insulated-gate bipolar Transistor).
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben:
- Bei der erfindungsgemäßen Herstellung einer Bodenplatte für ein Elektronikmodul kann die Platte aus einem Teilchenverbundwerkstoff, der eine metallische Komponente auf Basis von Aluminium und eine nichtmetallische Komponente, z.B. auf Basis von SiC oder Kohlenstoff (etwa Graphit, Graphen oder C-Nanotubes) enthält, zunächst nasschemisch vorbehandelt werden. Dabei wird die Platte gewaschen und entfettet. Als weiteren Vorbehandlungsschritt kann die Oberfläche der Platte durch lonenätzen behandelt werden.
- Auf die Platte wird dann mittels PVD eine Haftschicht auf Basis von Titan, Wolfram, Molybdän oder Chrom abgeschieden. Danach wird auf die Haftschicht mittels PVD eine Zwischenschicht auf Basis von Nickel abgeschieden und dann auf die Zwischenschicht mittels PVD eine Deckschicht auf Basis von Kupfer oder einem Edelmetall, z.B. Silber oder Gold, abgeschieden. Bei der Abscheidung der verschiedenen Schichten mittels PVD können Masken eingesetzt werden, um gezielt definierte Bereiche der Platte von der Beschichtung auszusparen.
- Die Haftschicht hat bevorzugt eine Stärke von weniger als 1 µm, beispielsweise von 0,05 µm bis 0,5 µm, insbesondere 0,05 µm bis 0,2 µm. Die Zwischenschicht sollte dicker als die Haftschicht sein. Bevorzugt hat die Zwischenschicht eine Stärke von 2 µm oder weniger, beispielsweise 0,5 µm bis 1,5 µm. Die Deckschicht hat bevorzugt eine Stärke von weniger als 1 µm, beispielsweise von 0,05 µm bis 0,5 µm.
Claims (9)
- Verfahren zum Herstellen einer Bodenplatte für ein Elektronikmodul, indem eine Platte aus einem Verbundwerkstoff, der eine metallische Komponente auf Basis von Aluminium und eine nicht-metallische Komponente enthält, mit einer lötbaren Schicht beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die lötbare Schicht mittels PVD abgeschieden wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die lötbare Schicht eine Nickelschicht oder eine Schicht auf Basis von Kupfer oder einem Edelmetall ist. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lötbare Schicht eine Schicht auf Basis von Kupfer oder einem Edelmetall ist, die auf eine mittels PVD abgeschiedene Zwischenschicht auf Basis von Nickel abgeschieden wird.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Platte eine Haftschicht mittels PVD abgeschieden wird, bevor die lötbare Schicht abgeschieden wird.
- Verfahren nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht eine Schicht auf Basis von Titan, Wolfram, Molybdän und/oder Chrom ist. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht-metallische Komponente des Verbundwerkstoffs Siliziumcarbid oder Kohlenstoff ist.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch lonenätzen der Platte vor dem Beschichten.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Beschichten mittels einer Maske Bereiche der Platte ausgespart werden.
- Elektronikmodul mit einer Bodenplatte, die mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt ist, und einem auf die lötbare Schicht der Trägerplatte aufgelöteten elektronischen Bauteil.
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