DE102018219003A1

DE102018219003A1 - Formwerkzeug zum kapseln eines halbleiter-leistungsmoduls mit oberseitigen stiftverbindern und verfahren zum herstellen eines solchen halbleiter-leistungsmoduls

Info

Publication number: DE102018219003A1
Application number: DE102018219003.8A
Authority: DE
Inventors: Zeno Müller; Tino Filipiak-Ressel; Holger Beer; Lars Paulsen; Alexander Streibel
Original assignee: Danfoss Silicon Power GmbH
Current assignee: Danfoss Silicon Power GmbH
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: DE102018219003B4

Abstract

Es ist ein Formwerkzeug 1 zum Kapseln eines Halbleiter-Leistungsmoduls beschrieben, das einen elektrischen Kontaktstift 2 hat, der einen elektrischen Kontaktteil 3 zum Verbinden eines Substrats 4 mit einer anderen elektrischen Komponente umfasst. Der Stift 2 umfasst einen vorstehenden Teil 5, der ein oberseitiger Stiftverbinder ist. Das Formwerkzeug 1 umfasst eine erste 6 und eine zweite Werkzeughälfte, die, wenn sie zum Kapseln zusammengebracht werden, eine Formhöhlung ausbilden, die mit einer Vergussmasse zum Einkapseln elektrischer Komponenten des Halbleiter-Leistungsmoduls zu füllen ist, und eine Vertiefung 7 in der ersten Werkzeughälfte 6, die mit der Formhöhlung innerhalb der zweiten Werkzeughälfte kommuniziert. Die Vertiefung 7 ist mit einem kissenartigen weichen Material 8 gefüllt, in das der oberseitige Stiftverbinder gedrückt wird und vollständig von dem weichen Material umgeben wird, sodass ein Dichtungsmittel ausgebildet wird, das jegliche Verschmutzung des elektrischen Kontaktteils 3 des Stifts 2 durch die in die Formhöhlung eingebrachte Vergussmasse verhindert. Darüber hinaus ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbleiter-Leistungsmoduls beschrieben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Formwerkzeug zum Kapseln eines Halbleiter-Leistungsmoduls, das oberseitige Stiftverbinder hat, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbleiter-Leistungsmoduls.
Herkömmlicherweise werden Halbleiter-Leistungsmodule durch Einkapseln der Elektronik ausgebildet, und sie haben Eingangs- und Ausgangsleitungen, die an der Schnittstelle der zwei Teile des zum Ausbilden der Kapselung verwendeten Werkzeugs aus dem gekapselten Modul herausführen. Dies schränkt die Anordnung von Leitungen auf eine Ebene im Wesentlichen um das Modul herum ein. Aus Gründen der zunehmenden Kompaktheit und Kriechabständen zwischen benachbarten Leitungen ist es von Nachteil, die Anordnung von Leitungen auf lediglich eine Ebene einzuschränken, sodass die Anzahl von Leitungen, die für ein Modul angeordnet werden können, ziemlich eingeschränkt ist. Dies geht dem Zunehmen der Kompaktheit solche Module entgegen. Auf diesem Gebiet ist es bekannt, dass ein externer Kontakt oben auf einem Leistungsmodul, das heißt die Schaffung oberseitiger Kontaktstifte, schwierig zu Kapseln ist, weil extreme Schwierigkeiten bei der Schaffung einer Dichtung an dem Ausgangspunkt bestehen, der ein Heraustreten von Vergussmasse während des Kapselungsprozesses beeinflusst. Hierbei muss berücksichtigt werden, dass oberseitige Kontaktstifte während der Kapselung zum Einkapseln der Elektronik niemals durch Vergussmasse verunreinigt oder verschmutzt werden sollten. Eine Lösung gemäß dem Stand der Technik besteht darin, einfach eine metallische Oberfläche in einer Ebene mit der Kapselungsoberfläche zu schaffen, mit welcher die Kontaktstifte durch Bohren, Schweißen, Kleben, Sintern oder sonst eine Weise, nach Abschluss des Kapselungsprozesses verbunden werden. Dies ist jedoch von Nachteil, und sei es nur deswegen, weil dafür ein zusätzlicher Herstellungsschritt benötigt wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiter-Leistungsmodul bereitzustellen, das durch Kapseln der Elektronik ausgebildet wird, und dabei immer noch oberseitige Kontaktstifte verbleiben, die vollständig frei von Vergussmasse während des Kapselns gehalten werden können, sodass sie eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, wenn sie mit anderen elektronischen Komponenten verbunden werden. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbleiter-Leistungsmoduls bereitzustellen, das oberseitige Kontaktstifte hat, die frei von jeglicher Vergussmasse sind, selbst nachdem die Kapselung abgeschlossen ist, sodass eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit vorgesehen werden kann, wenn die elektrischen Verbindungsstifte mit anderen elektronischen Komponenten verbunden werden.
Die Aufgabe wird durch einen Formwerkzeug zum Kapseln eines Halbleiter-Leistungsmoduls mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbleiter-Leistungsmoduls mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den entsprechenden unabhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung ist ein Formwerkzeug zum Kapseln eines Halbleiter-Leistungsmoduls mit einem elektrischen Kontaktstift vorgesehen, das einen elektrischen Kontaktteil zum Kontaktieren eines Substrats und einen vorstehenden Teil umfasst, der ein oberseitiger Stiftverbinder ist. Das Formwerkzeug umfasst eine erste und eine zweite Werkzeughälfte, die, wenn sie für den Kapselungsprozess zusammengebracht werden, eine Formhöhlung ausbilden, die mit einer Vergussmasse zu füllen ist. Nachdem die Vergussmasse ausgehärtet ist, sind die elektrischen Komponenten des Halbleiter-Leistungsmoduls eingekapselt. Die erste, obere Werkzeughälfte umfasst eine Vertiefung, die mit der Formhöhlung kommuniziert, die Teil der zweiten, unteren Werkzeughälfte ist. Gemäß der Erfindung ist die Vertiefung mit einem kissenartigen weichen Material gefüllt, in das der oberseitige Stiftverbinder gedrückt wird, sodass er vollständig von dem weichen Material umgeben ist, und um eine Dichtungsvorrichtung auszubilden. Da der oberseitige Stiftverbinder von dem kissenartigen weichen Material umgeben ist und dessen Viskosität vorzugsweise so ist, dass die Vergussmasse, die in die Formhöhlung der unteren Werkzeughälfte gefüllt, eingespritzt oder sogar gepresst wird, das kissenartige weiche Material an Ort und Stelle verbleibt und den oberseitigen Stiftverbinder schützt. Das bedeutet, dass das kissenartige weiche Material die Vergussmasse daran hindert, den elektrischen Kontaktbereich des oberseitigen Stiftverbinders zu erreichen. Das bedeutet, dass das kissenartige weiche Material eine Verschmutzung des elektrischen Kontaktteils des Stiftverbinders durch die Vergussmasse verhindert, die in die Formhöhlung eingebracht wird. In diesem Sinne bildet das kissenartige weiche Material ein Dichtungsmittel.
Mittels dieses kissenartigen weichen Materials als das Dichtungsmittel kann die allgemeine Schwierigkeit gelöst werden, jegliche Verschmutzung des Kontaktbereichs der Stifte durch die Vergussmasse zu vermeiden. Allgemein können solche Stifte einfache Lötstifte, Stifte mit einer bestimmten Form, wie zum Beispiel einpressbare Stifte, sein, die zur Einführung in Bohrungen in Leiterplatten gedacht sind, oder Stifte mit Bohrungen oder Gewindebohrungen, die in ihnen ausgebildet sein, um Schraubverbindungen zu verwenden. Das kissenartige weiche Material kann ein natürliches Material, wie zum Beispiel Kautschuk, oder ein synthetisches Material, wie zum Beispiel ein Silikon oder ein auf Polytetrafluorethylen (PTFE) basierendes Material sein. Welche Materialien auch immer verwendet werden, sollte das Material dazu fähig sein, die Temperaturen und Drücke auszuhalten, die im Kapselungsprozess verwendet werden. Zum Beispiel sollten vorzugsweise ein Temperaturbereich von 160° bis 220°C oder sogar höher und Drücke von mindestens 10 MPa von dem weichen Material mit Leichtigkeit ausgehalten werden. Das weiche Material ist in die Vertiefung des ersten Formwerkzeugs, das bedeutet der oberen Werkzeughälfte des Formwerkzeugs, integriert. Die Konsistenz dieses weichen Materials sollte so sein, dass selbst unter dem Druck in der Formhöhlung, wenn die Vergussmasse in die Formhöhlung der unteren Werkzeughälfte des Formwerkzeugs eingespritzt oder sogar gepresst wird, es nicht komprimiert oder aus der Vertiefung heraus gepresst wird, selbst nicht unter einer Bedingung, bei der der elektrische Kontaktteil des elektrischen Kontaktstifts innerhalb des weichen Materials aufgenommen und von diesem vollständig abgedeckt wird, um so zu verhindern, dass Vergussmasse diesen elektrischen Kontaktteil des Stifts erreicht, und daher jegliche Art der Verschmutzung des Kontaktbereichs des Stifts mit Vergussmasse vermieden wird. Das weiche Material, das heißt das kissenartige weiche Material, sollte dazu fähig sein, mehrere 1000 Produktionszyklen zu überleben, bevor es ersetzt werden muss. Ein Formwerkzeug, das zum Kapseln eines Halbleiter-Leistungsmoduls mit oberseitigen Stiftverbindern verwendet wird, sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Leistungsmoduls, das solche oberseitigen Stiftverbinder umfasst, haben die folgenden Vorteile: Sie erlauben bei der Anordnung von Kontakten eine viel größere Freiheit, sodass ein Erhöhen der Kompaktheit kein Problem mehr darstellt.
Es wird möglich, dass Kontakte zu einem viel größeren Grad um die Oberfläche des Moduls verteilt werden, und dies ist oft ein großer Vorteil, weil es bei der Anordnung von Kontakten einen viel größeren Grad der Freiheit gibt, ganz abgesehen von der Anzahl von Kontakten, die um die äußere Oberfläche der eingekapselten Elektronik, das bedeutet des Moduls, erhöht werden kann. Die Verteilung um die Oberfläche von oberseitigen Stiftverbindern kann selbst dann verwendet werden, wenn zwischen den Kontakten hohe Spannungen angelegt werden und hierbei die Abstände, die benötigt werden, um einen Funkenüberschlag zu vermeiden, trotz einer erhöhten Anzahl von Stiften für das Modul aufrechterhalten werden können. Auf diese Weise ermöglichen Anordnungen oberseitiger Kontakte eine Verringerung von Streu-Induktivitäten, was für neue Technologien immer mehr an Bedeutung gewinnt, wie zum Beispiel für die Verwendung von Siliziumkarbid-Halbleitern, die immer höhere Schaltgeschwindigkeiten ermöglichen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung bedeuten oberseitige Kontaktstifte, dass diese Stifte von einer beliebigen Oberfläche des Moduls abstehen, die nicht die Ebene sind, die der Schnittstellenebene des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs des Formwerkzeugs entspricht. Weil die oberseitigen Kontaktstifte direkt nach unten auf die Leiterplatte, das heißt, das Substrat für das Modul, gerichtet sein können, kann auf der Trägerstruktur Platz gespart werden, weil keine Leiterbahnen entlang der Oberfläche der Leiterplatte nötig sind. Hierdurch wird es möglich, dass die Leiterplatten immer kleiner werden und die Gesamtgröße des Moduls verringert werden kann. Ferner ermöglichen die oberseitigen Kontaktstifte kürzere Steuersignalpfade. Davon abgesehen ermöglichen die oberseitigen Kontaktstifte die Konstruktion symmetrischer Steuersignalpfade zu den verschiedenen Schalt-Halbleitern in einer viel einfacheren Weise. Daher kann eine gleichzeitige parallele Steuerung einer Vielzahl von Halbleitern im Vergleich mit anderen Layouts viel einfacher umgesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Vertiefung der oberen Werkzeughälfte des Formwerkzeugs vorzugsweise in den Boden, das bedeutet von der Bodenseite der ersten Werkzeughälfte aus, gebohrt oder geschnitten und hat eine Größe, um den vollständigen elektrischen Kontaktteil des elektrischen Kontaktstifts aufzunehmen. Die Vertiefung kann auch so konstruiert sein, dass sie von der Formhöhlung der unteren Werkzeughälfte zur oberen Seite hin, das bedeutet von der Schnittlinie der unteren Werkzeughälfte und der oberen Werkzeughälfte in die obere Werkzeughälfte hinein, breiter wird, damit das weiche Material innerhalb der Vertiefung der oberen Werkzeughälfte in Position gehalten wird. Für manche weichen Materialien kann es ein Vorteil sein, den Druck innerhalb des Materials gleichzeitig mit dem Einbringen der Vergussmasse in die Formhöhlung zu erhöhen. Dies kann durch eine externe druckbeaufschlagende Vorrichtung erreicht werden, die über einen Durchgang in der Seitenwand des Werkzeugs mit dem weichen Material kommuniziert. Alternativ dazu kann dies durch eine sorgfältige Formgebung des oberen Teils des Stifts selbst erreicht werden. Zum Beispiel kann der Stift mit einem Bereich eines vergrößerten Durchmessers verglichen mit dem obersten Teil des Stifts, der den tatsächlichen Kontaktteil des Stifts repräsentiert, ausgestattet werden, sodass dieser Bereich des Stifts eine kragenartige Schulter oder einen Bereich eines vergrößerten Durchmessers aufweist, der etwas in die Vergussmasse eingedrückt wird, wenn das Werkzeug geschlossen wird, und als eine Art Kolben fungieren, um den Druck innerhalb des weichen Materials zu erhöhen, sodass ein vollständiges Abdecken des weichen Materials um die äußere Oberfläche des vordersten Teils des Stifts sogar noch mehr garantiert wird. Ein solcher druckbeaufschlagender Durchgang garantiert, dass das weiche Material in der Vertiefung bleibt und seine Funktion zum Verhindern, dass Vergussmasse den Kontaktteil des Stifts erreicht, erfüllt.
Vorzugsweise umfasst das Modul mehrere Stifte, die durch eine integrale Einheit des Dichtungsmittels zusammengehalten werden. Um die exakte Kraft zu verfeinern, die zum Einführen des Stifts in das weiche Material in der Vertiefung der oberen Werkzeughälfte verwendet wird, muss die tatsächliche Länge des Stifts sorgfältig ausgewählt werden. Alternativ dazu kann eine Art Feder in die Struktur des Stifts selbst eingebaut werden, die die Kraft begrenzt, die durch den Stift während des Einführens an das weiche Material angelegt wird. Die federartige Struktur kann ein Entlastungsteil sein, der elastisch biegbare Teile hat, die eine Verformung und nicht eine Verformung des Schafts des Stifts selbst garantieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Leistungsmoduls mit oberseitigen Kontaktstiften beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen einer Unteranordnung, die eine erste Werkzeughälfte umfasst, mit einer Vertiefung, die mindestens teilweise mit weichem Material gefüllt ist, und die zu einer Formhöhlung innerhalb der zweiten Werkzeughälfte hin weist und um ein mit einer Vergussmasse zu kapselndes Substrat angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Werkzeughälfte ein Formwerkzeug bilden;
b) Legen eines Substrats in die Formhöhlung der zweiten Werkzeughälfte, wobei der Stift von einer Dichtungsvorrichtung festgehalten wird und in das Substrat gelegt wird;
c) Zusammensetzen und damit Schließen der ersten und der zweiten Werkzeughälfte zusammen, sodass der elektrische Kontaktteil des Stifts in das weiche Material innerhalb der Vertiefung eingeführt wird; und
d) Einbringen von Vergussmasse in die Formhöhlung des Formwerkzeugs.

Diese Schritte stellen sicher, dass die Elektronik von der Vergussmasse eingekapselt werden kann, weil die auf einem Substrat angeordnete oder zusammen mit einem Substrat gestapelte Elektronik in die Formhöhlung eingesetzt wird, in die die Vergussmasse gefüllt wird, und aushärtet, sodass die Elektronik letztendlich eingekapselt ist.
Die Länge der Kontaktstifte ist so ausgelegt, dass sie aus der unteren Werkzeughälfte mit der Höhe vorsteht, die in der in der oberen Werkzeughälfte angeordneten mit dem weichen Material gefüllten Vertiefung aufgenommen werden kann, sodass der vorstehende Teil des Stifts, der in das weiche Material eindringt, vollständig von diesem Material abgedeckt wird. Auf diese Weise dient das weiche Material als ein Dichtungsmittel, das verhindert, dass Vergussmasse in die Vertiefung fließt, sodass nach dem Herausnehmen des gekapselten Moduls aus dem Formwerkzeug die oberseitigen Stifte vollständig frei von jeglicher Verschmutzung mit Vergussmasse sind und direkt für eine elektrische Verbindung mit beliebigen anderen elektrischen Komponenten verwendet werden können.
Vorzugsweise ist der Kontaktteil des Stifts abgedichtet, um Vergussmasse daran zu hindern, mit dem elektrischen Kontaktbereich in Kontakt zu kommen. Dies wird dadurch umgesetzt, dass die elektrische Isolationsoberfläche senkrecht zu der Bewegungsrichtung der ersten und der zweiten Werkzeughälfte zum Schließen des Formwerkzeugs für den Kapselungsprozess angeordnet wird.
Schließlich ist der elektrische Kontaktteil des Stifts bei geschlossenem Formwerkzeug in die Vertiefung eingeführt, nachdem die Vertiefung mit dem kissenartigen weichen Material gefüllt wurde.
Ein Halbleiter-Leistungsmodul mit oberseitigen Kontaktstiften, das nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, stellt ein eingekapseltes Modul mit Kontaktteilen von Stiften bereit, die von der Oberfläche des eingekapselten Moduls vorstehen, die nicht mit der zur Einkapselung der Elektronik verwendeten Vergussmasse verschmutzt sind.
Weitere Einzelheiten und ein allgemeines Verständnis der Erfindung werden anhand der in den Zeichnungen für zwei Zustände beschriebenen Ausführungsform deutlich, der erste mit dem oberseitigen Kontaktstifte noch nicht in die Vertiefung der ersten oberen Werkzeughälfte eingeführt und die zweite Zeichnung mit dem oberseitigen Kontaktstifts vollständig in das weiche Material in der oberen Werkzeughälfte eingeführt, wobei natürlich nur der vordere Teil des Stifts in das weiche Material in der Vertiefung der oberen Werkzeughälfte eindringt.

1 zeigt eine elektrische Komponente eines Halbleiter-Leistungsmoduls mit einem elektrischen Kontaktstift, der auf einem Substrat befestigt ist, bevor er in eine Vertiefung einer ersten Werkzeughälfte eines Formwerkzeugs eingeführt wird; und
2 zeigt die elektrische Komponente des Halbleiter-Leistungsmoduls mit dem elektrischen Kontaktstifts gemäß 1, der diesmal jedoch in die Vertiefung der ersten Werkzeughälfte, die mit dem kissenartigen weichen Material gefüllt ist, eingeführt ist.

1 stellt ein Halbleiter-Leistungsmodul dar, das lediglich als eine prinzipielle Komponente dargestellt ist, die ein DCB-Substrat (Direct Bonded Copper) 4 ist, auf der oberen Oberfläche des Substrats für einen elektrischen Kontaktstift 2, der an diesem zu befestigen ist, um den Stift elektrisch mit dem Substrat zu verbinden. Der elektrische Kontaktstift 2 erstreckt sich von der Oberfläche des Substrats 4 senkrecht und ist dazu bereit, in eine Vertiefung 7 innerhalb einer ersten Werkzeughälfte 6 eingeführt zu werden, die eine obere Werkzeughälfte eines Formwerkzeugs 1 ist. Die zweite Werkzeughälfte, die eine untere (nicht gezeigte) Werkzeughälfte ist, dient der Einkapselung der elektrischen Komponente durch Einspritzen einer Vergussmasse in die Formhöhlung der unteren Werkzeughälfte.
Die Vertiefung 7 in der ersten, oberen Werkzeughälfte 6 ist mit einem kissenartigen weichen Material 8 gefüllt, dessen Konsistenz, das bedeutet dessen Viskosität, so ist, dass es verdrängbar ist, wenn der elektrische Kontaktteil 3 in dieses weiche Material 8 innerhalb der Vertiefung 7 der oberen Werkzeughälfte 6 des Formwerkzeugs 1 eingeführt wird. Die Viskosität des weichen Materials 8 ist hoch genug, dass es in der Vertiefung 7 verbleibt, d.h., dass es nicht aus dieser Vertiefung 7 herausfließt, jedoch weich genug, damit ein vorstehender Teil 5 als der elektrische Kontaktteil 3 in es eindringen kann, es dabei verdrängt und so angeordnet ist, dass der elektrische Kontaktteil 3 vollständig von dem weichen Material 8 umgeben wird. Mit dem Begriff „vollständig umgeben“ ist gemeint, dass das weiche Material 8 die gesamte Oberfläche des elektrischen Kontaktteils gegen die Vergussmasse schützt, wenn dieser in die Vertiefung der zweiten Werkzeughälfte des Formwerkzeugs 1 eingeführt ist. Das weiche Material ist nicht nur durch den elektrischen Kontaktteil 3, der einen vorstehenden Teil 5 des Stifts 2 darstellt, verdrängbar, sondern sie ist auch, mindestens zu einem gewissen Grad, komprimierbar, um die Dichtungsfunktion des weichen Materials 8 noch weiter zu verbessern. Allgemein wird durch Umgeben der vollständigen Oberfläche des vorstehenden Teils 5 des elektrischen Kontaktstifts 2 ein Dichtungsmittel bereitgestellt, das verhindert, dass Vergussmasse, die in die Formhöhlung der unteren Werkzeughälfte eingespritzt wird, die elektrisch leitfähige Oberfläche des elektrischen Kontaktteils 3 verschmutzt.
Zusätzlich dazu umfasst der elektrische Kontaktstift 2 an seinem vorstehenden Teil 5 einen kragenartigen Abschnitt 9, der in der Form einer Schulter konstruiert ist und der als eine kolbenartige Oberfläche dient, wenn der vorstehende Teil 5 in das weiche Material 8 in der Vertiefung 7 der oberen Werkzeughälfte 6 des Formwerkzeugs 1 eingeführt oder eingedrückt wird. Diese Art des Zusammendrückens des weichen Materials erhöht die Dichtungsfunktion des weichen Materials 8 für den elektrischen Kontaktteil 3 des Stifts 2.
Während 1 den Zustand des Stifts 2 darstellt, bei dem er kurz davor ist, in das weiche Material 8 innerhalb der Vertiefung 7 der oberen Werkzeughälfte 6 eingeführt zu werden, stellt 2 den Zustand dar, bei dem der vorstehende Teil 5 des Stifts 2 vollständig in das kissenartige weiche Material 8 innerhalb der Vertiefung 7 der oberen Werkzeughälfte 6 des Formwerkzeugs 1 eingeführt wurde. Aus 2 ist ersichtlich, dass der kragenartige Abschnitt 9, das bedeutet die Schulter, im Bereich des vorstehenden Teils 5 des Stifts 2 mindestens ungefähr bündig mit der unteren Seitenfläche der oberen Werkzeughälfte 6 ist, sodass der Großteil des Öffnungsbereichs der Vertiefung 7 durch diesen kragenartigen Abschnitt 9 abgedeckt ist und dass ein Bereich oder eine Menge des weichen Materials 8, der bzw. die groß genug ist, von dem kragenartigen Abschnitt 9 des Stifts 2 komprimiert wird, sodass die Dichtungsfunktion des weichen Materials 8 noch verstärkt wird.
In dem Zustand, der in 2 dargestellt ist, bei dem die obere Werkzeughälfte 6 abgesenkt wurde, sodass der elektrische Kontaktteil 3 des Stifts 2 in das weiche Material eingeführt ist, umgibt die untere Werkzeughälfte, die aus Gründen der Einfachheit hier nicht dargestellt ist, schon das Halbleiter-Leistungsmodul mit dem DCB-Substrat und dem Stift 2, der mit der elektrischen Verbindungsoberfläche des Substrats 4 elektrisch verbunden ist, sodass die Formhöhlung durch die Innenoberfläche der Formhöhlung der unteren Werkzeughälfte und durch die untere Oberfläche der oberen Werkzeughälfte 6, die zur unteren Werkzeughälfte zeigt, verschlossen ist. Wenn die beiden Hälften des Formwerkzeugs, d.h. die obere Werkzeughälfte und die untere Werkzeughälfte, vollständig aufeinander zu bewegt wurden und die Schnittfläche zwischen diesen beiden Werkzeughälften nun in Eingriff sind und durch eine gewisse Druckkraft zusammengehalten werden, kann die Formhöhlung vollständig mit einer Vergussmasse gefüllt werden, welche die elektrische Komponenten nach ihrem Aushärten einkapseln.
Es ist wichtig festzustellen, dass das weiche Material 8 aus einem synthetischen Silikon hergestellt ist und für diese Ausführungsform der vorstehende Teil 5, das bedeutet, der elektrische Kontaktteil 3 des Stifts 2, als ein einpressbarer Stift konstruiert ist. Natürlich können die Form und Konstruktion des Stifts 2 auch anders sein, das bedeutet, dass er nicht notwendigerweise ein einpressbarer Stift sein muss. Es versteht sich, dass die Viskosität des weichen Materials 8 auch von der Form des vorstehenden Teils 5 des Stifts 2, der in das weiche Material 8 einzuführen ist, abhängen kann. Wenn der Stift 2 in das weiche Material 8 eingebettet ist, welche das Dichtungsmaterial darstellt, wird verhindert, dass er sozusagen überkapselt wird. Der grundlegende Vorteil dieses Formwerkzeugs 1 sowie des Verfahrens zur Herstellung einer solchen elektrischen Komponente, die einen vorstehenden Teil 5 des Stifts 2 hat, besteht darin, dass er elektrisch sauber ist und nicht gereinigt zu werden braucht, nachdem der Kapselungsprozess für die elektrische Komponente, die durch diesen Vergussmasse eingekapselt werden soll, abgeschlossen ist. Es ist das weiche Material 8, das mit seiner Dichtungsfunktion den Stift gegen jegliche Verschmutzung durch die Vergussmasse schützt. Es ist nicht nur die Viskosität des weichen Materials, die hier zählt, sondern auch die Eigenschaft, nicht nur einem Transferdruck, der mindestens 10 MPa beträgt, sondern auch hohen Temperaturen von mindestens 180°C zu widerstehen.
Bezugszeichenliste

1: Formwerkzeug
2: elektrischer Kontaktstift
3: elektrischer Kontaktteil
4: DCB-Substrat
5: vorstehender Teil
6: erste Werkzeughälfte
7: Vertiefung
8: weiches Material
9: kragenartiger Abschnitt

Claims

Formwerkzeug (1) zum Kapseln eines Halbleiter-Leistungsmoduls mit einem elektrischen Kontaktstift (2), der einen elektrischen Kontaktteil (3) zum Kontaktieren eines Substrats (4) und einen vorstehenden Teil (5) umfasst, der ein oberseitiger Stiftverbinder ist, wobei das Formwerkzeug (1) eine erste (6) und eine zweite Werkzeughälfte umfasst, die, wenn sie zum Kapseln zusammengebracht werden, eine Formhöhlung bilden, die mit einer Vergussmasse zu füllen ist, welche die elektrischen Komponenten des Halbleiter-Leistungsmoduls einkapseln, und eine Vertiefung (7) in der ersten Werkzeughälfte (6), die mit der Formhöhlung kommuniziert, wobei die Vertiefung (7) mit einem kissenartigen weichen Material (8) gefüllt ist, wobei der oberseitige Stiftverbinder dort hinein gedrückt wird und vollständig von dem weichen Material (8) umgeben wird, um ein Dichtungsmittel auszubilden, um so eine Verschmutzung des elektrischen Kontaktteils (3) des elektrischen Kontaktstifts (2) durch in die Formhöhlung eingebrachte Vergussmasse zu verhindern.
Formwerkzeug (1) gemäß Anspruch 1, wobei das weiche Material gegenüber mindestens 160 bis 220°C wärmebeständig ist und bis mindestens 10 MPa druckbeständig ist und eine Viskosität derart hat, dass es verdrängbar ist, wenn der elektrische Kontaktteil (3) des Stifts in es hinein gedrückt wird.
Formwerkzeug (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Werkzeughälften so angeordnet sind, dass der elektrische Kontaktstift (2) des oberseitigen Stiftverbinders in dem weichen Material (8) aufgenommen wird.
Formwerkzeug (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das weiche Material (8) einen zusätzlichen Schutzfilm umfasst, um eine Verschmutzung des elektrischen Kontaktteils (3) durch das weiche Material (8) zu verhindern, wobei das weiche Material (8) den Schutzfilm auf den elektrischen Kontaktteil (3) des Stifts (2) drückt, wenn der Stift (2) in das weiche Material (8) gedrückt wird.
Formwerkzeug (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vertiefung (7) eine gebohrte oder geschnittene Vertiefung ist, die im Boden der ersten Werkzeughälfte (6) angeordnet ist, die eine Größe hat, um den vollständigen elektrischen Kontaktteil (3) des Stifts (2) aufzunehmen.
Formwerkzeug (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich die Vertiefung von der Formhöhlung zur oberen Seite der ersten Werkzeughälfte hin verbreitert, um so ausreichend weiches Material zu enthalten, um den vollständigen elektrischen Kontaktteil des Stifts aufzunehmen.
Formwerkzeug (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend einen druckbeaufschlagenden Durchgang in einer Wand, die mit einer Vertiefung (7) für weiches Material kommuniziert und das weiche Material (8) in der Vertiefung (7) mit Druck beaufschlagt.
Formwerkzeug (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vertiefung (7) so abgemessen ist, dass ein kragenartiger Abschnitt (9) des Dichtungsmittels so angeordnet ist, dass der Stift als ein Kolben agiert, um das weiche Material (8) mit Druck zu beaufschlagen, wenn die erste und die zweite Werkzeughälfte zusammengesetzt und damit geschlossen werden, sodass der elektrische Kontaktteil (3) des Stifts (2) in das weiche Material (8) eindringt.
Formwerkzeug (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mehrere Stifte durch eine integrale Einheit des Dichtungsmittels zusammen gehalten werden und nebeneinander angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Leistungsmoduls, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Unteranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die eine erste Werkzeughälfte (6) umfasst, mit einer Vertiefung (7), die mindestens teilweise mit weichem Material (8) gefüllt ist, und die zu einer Formhöhlung innerhalb der zweiten Werkzeughälfte hin weist und um ein mit einer Vergussmasse zu kapselndes Substrat (4) angeordnet ist, wobei die erste (6) und die zweite Werkzeughälfte ein Formwerkzeug (1) bilden; b) Legen des Substrats (4) in die Formhöhlung der zweiten Werkzeughälfte, wobei der Stift (2) von einer Dichtungsvorrichtung festgehalten wird und in das Substrat (4) gelegt wird; c) Zusammensetzen und damit Schließen der ersten (6) und der zweiten Werkzeughälfte zusammen, sodass der elektrische Kontaktteil (3) des Stifts (2) in das weiche Material (8) innerhalb der Vertiefung (7) eingeführt wird; und d) Einbringen von Vergussmasse in die Formhöhlung des Formwerkzeugs (1).
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der elektrische Kontaktteil (3) des Stifts (2) abgedichtet ist, um Vergussmasse daran zu hindern, mit dem elektrischen Kontaktteil in Kontakt zu kommen, wobei eine elektrische isolierende Oberfläche senkrecht zu der Bewegungsrichtung der ersten (6) und der zweiten Werkzeughälfte zum Schlie-ßen des Formwerkzeugs angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei der elektrische Kontaktteil (3) des Stifts (2) bei geschlossenem Formwerkzeug (1) in die Vertiefung (7) eingeführt ist.
Halbleiter-Leistungsmodul, das unter der Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 hergestellt ist.