DE102019132332B3

DE102019132332B3 - Verfahren zum Herstellen eines Moduls, Lötkörper mit einem erhöhten Rand zum Herstellen eines Moduls und Verwenden des Lötkörpers zum Herstellen eines Leistungsmoduls

Info

Publication number: DE102019132332B3
Application number: DE102019132332.0A
Authority: DE
Inventors: Achim Mücke; Arthur Unrau
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2039-11-29
Also published as: US20210166952A1; US11942335B2; CN112864031A; US20230080004A1; US11538694B2

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Moduls (100), wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen von mindestens einem Lötkörper (102) mit einem Basisabschnitt (104) und einem erhöhten Rand (106), der sich entlang von mindestens einem Teil eines Umfangs des Basisabschnitts (104) erstreckt, und Anordnen von mindestens einem Träger (108), auf dem mindestens ein elektronisches Bauelement (130) montiert ist, in dem mindestens einen Lötkörper (102), so dass der mindestens eine Träger (108) auf dem Basisabschnitt (104) angeordnet ist und durch den erhöhten Rand (106) räumlich begrenzt ist.

Description

Hintergrund
Hintergrund
Verschiedene Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf ein Verfahren zum Herstellen eines Moduls, einen Lötkörper zum Herstellen eines Moduls und ein Anwendungsverfahren.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
Ein Leistungsmodul bietet die physikalische Eingrenzung für ein oder mehrere Leistungselemente, wie etwa Leistungshalbleitereinrichtungen. Diese Leistungshalbleiter können auf ein Substrat gelötet oder gesintert werden, das wiederum auf einen Stützkörper montiert werden kann. Zum Gewährleisten der räumlichen Genauigkeit der Bestandteile eines solchen Moduls kann ein hoher Aufwand erforderlich sein.
DE 10 2015 108 481 A1 beschreibt Stapel aus mehreren Lot-Vorformen, die als Flächengebilde ausgebildet sind und die, mit jeweils wenigstens einer ihrer Hauptflächen einander zugewandt, überdeckend gestapelt sind, wobei wenigstens in einer der sich jeweils zugewandten Hauptflächen benachbarter Lot-Vorformen wenigstens eine Erhebung so ausgebildet ist, dass zwischen den Lot-Vorformen ein zugänglicher Luftspalt ausgebildet ist und die Lot-Vorformen abgesehen von der wenigstens einen Erhebung gleichförmig ausgebildet sind.
DE 10 2014 115 202 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verlöten mindestens eines Substrats mit einer Trägerplatte. Hierzu werden eine Trägerplatte, ein erstes Substrat, das eine Unterseite aufweist, sowie ein erstes Lot, bereitgestellt. Die Trägerplatte weist eine Unterseite auf, sowie eine der Unterseite entgegengesetzte Oberseite, die in einer vertikalen Richtung von der Unterseite beabstandet ist und die einen ersten Substratmontageabschnitt aufweist. Außerdem ist an der Oberseite der Trägerplatte eine erste Lötstoppbarriere ausgebildet, die sich in der vertikalen Richtung über die Ebene des ersten Substratmontageabschnitts hinaus erstreckt. Das erste Substrat wird derart auf den ersten Substratmontageabschnitt aufgelegt, dass die Unterseite des ersten Substrats dem ersten Substratmontageabschnitt zugewandt ist und das erste Lot zwischen dem ersten Substratmontageabschnitt und dem ersten Substrat angeordnet ist. Danach wird das erste Lot aufgeschmolzen und nachfolgend abgekühlt, bis es erstarrt und das erste Substrat an dessen unterer Metallisierungsschicht stoffschlüssig mit der Trägerplatte verbindet.
US 2013 / 0 308 276 A1 beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit einer Kühlbasis und einer Vielzahl von isolierenden Substraten mit leitenden Mustern, die durch ein Lot auf der Kühlbasis befestigt sind. Ein Lötbad-Abschnitt ist auf der Kühlbasis bereitgestellt, um eine Position der Kühlbasis direkt unter einem Rand jedes der isolierenden Substrate mit leitenden Mustern bei kürzestem Abstand von einem zentralen Punkt der Kühlbasis zu kontaktieren.
JP H05 - 315 375 A beschreibt eine Maske, in der eine Öffnung mit gewünschter Form und Größe gebildet ist. Die Maske wird auf eine als Basis dienende Folie gelegt. Eine dünne Folienschicht aus einem Vorform-Material mit einer gewünschten Dicke wird auf der Folie gebildet, und dann wird die dünne Folienschicht von der Folie entfernt. Auf diese Weise wird eine Vorform für Die-Bonding hergestellt, so dass die Vorform mit der gewünschten Form, Größe und Dicke gebildet ist.
Zusammenfassung
Es kann die Notwendigkeit bestehen, ein Modul mit hoher räumlicher Genauigkeit und geringem Aufwand herzustellen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Moduls (oder einer Baugruppe) bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Bereitstellen von mindestens einem Lötkörper mit einem Basisabschnitt und einem erhöhten Rand, der sich entlang von mindestens einem Teil eines Umfangs des Basisabschnitts erstreckt, und ein Anordnen von mindestens einem Träger, auf dem mindestens ein elektronisches Bauelement montiert ist, in dem mindestens einen Lötkörper, so dass der mindestens eine Träger auf dem Basisabschnitt angeordnet ist und durch den erhöhten Rand räumlich beschränkt oder begrenzt wird.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Lötkörper zum Herstellen eines Moduls (oder einer Baugruppe) bereitgestellt, wobei der Lötkörper Folgendes aufweist: einen Basisabschnitt zum Aufnehmen eines Trägers und einen erhöhten Rand, der sich entlang von mindestens einem Teil eines Umfangs des Basisabschnitts erstreckt, so dass der Träger durch den erhöhten Rand räumlich begrenzt oder abgegrenzt werden kann.
Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Lötkörper mit den oben genannten Merkmalen zum Herstellen eines Leistungsmoduls verwendet.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Lötkörper mit einem erhöhten Rand als eine Lötschnittstelle zwischen einem Träger mit elektronischem(n) Element(en) auf der Oberseite und einem Stützkörper an der Unterseite bereitgestellt. Der erhöhte Rand kann einen Hohlraum oder ein Aufnahmevolumen für einen unteren Teil des Trägers definieren und kann dadurch den Träger an einer Zielposition oder innerhalb eines Zielbereichs räumlich begrenzen oder beschränken. Ein unerwünschtes Gleiten eines Trägers auf einem Lötkörper - mit dem Risiko des Verlustes einer korrekten räumlichen Beziehung zwischen dem Lötkörper und dem Träger - kann dadurch zuverlässig verhindert werden. Derartige Ausführungsformen können es auch ermöglichen, das Systemlöten für die Modulfertigung ohne die Notwendigkeit einer Löthilfsvorrichtung durchzuführen, die üblicherweise zum Gewährleisten der korrekten Positionierung von Lötkörpern in Bezug zu den Trägern verwendet wird. Beschreibend gesprochen stellt der Entwurf eines Lötkörpers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform selbst die korrekte Ausrichtung zwischen dem Lötkörper und den Trägern sicher. Dadurch kann der Prozess zum Herstellen von Modulen erheblich vereinfacht und beschleunigt werden. Darüber hinaus können Ressourcen effizienter genutzt werden, während gleichzeitig eine korrekte räumliche Beziehung zwischen den Bestandteilen des Moduls sichergestellt wird.
Beschreibung von weiteren beispielhaften Ausführungsformen
Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens, des Lötkörpers und des Anwendungsverfahrens erläutert.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Modul“ insbesondere eine elektronische Vorrichtung bezeichnen, die aus einem oder mehreren elektronischen Bauteilen bestehen kann, die auf einem oder mehreren Trägern montiert sind. Der eine oder die mehreren Träger können durch einen oder mehrere Lötkörper auf einen Stützkörper (oder Trägerkörper) gelötet werden.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „elektronisches Bauelement“ insbesondere einen Halbleiterchip (insbesondere einen Leistungshalbleiterchip), ein aktives elektronisches Bauelement (wie etwa einen Transistor), ein passives elektronisches Bauelement (wie etwa eine Kapazität oder eine Induktivität oder einen ohmschen Widerstand), einen Sensor (wie etwa ein Mikrofon, einen Lichtsensor oder einen Gassensor), einen Aktuator (zum Beispiel einen Lautsprecher) und ein mikroelektromechanisches System (MEMS) umfassen. Insbesondere kann das elektronische Bauelement ein Halbleiterchip mit mindestens einem integrierten Schaltungselement (wie etwa einer Diode oder einem Transistor) in einem Oberflächenabschnitt desselben sein. Das elektronische Bauelement kann ein nackter Chip sein oder kann bereits eingehaust oder eingekapselt sein.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Träger“ insbesondere einen Körper bezeichnen (der vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise elektrisch leitfähig ist), der zum mechanischen Tragen des einen oder der mehreren elektronischen Bauelemente dient, und der optional auch zur elektrischen Verbindung zwischen dem/den elektronischen Bauelement(en) und der Peripherie des Moduls beitragen kann. Mit anderen Worten, kann der Träger eine mechanische Tragefunktion und optional auch eine elektrische Verbindungsfunktion erfüllen. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, kann der Träger teilweise oder vollständig elektrisch leitfähig sein.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Lötkörper“ insbesondere einen physischen Körper bezeichnen, der aus einem Material hergestellt ist, das zum Herstellen einer Lötverbindung zwischen zwei Bestandteilen (insbesondere einem Träger und einem Stützkörper) verwendet werden kann.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Basisabschnitt“ insbesondere einen Abschnitt (oder Teil) des Lötkörpers bezeichnen, auf dem eine Unterseite eines Trägers, die mit einem Stützkörper verlötet werden soll, angeordnet werden kann. Vorzugsweise kann der Basisabschnitt im Wesentlichen flach oder eben sein.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „erhöhter Rand“ insbesondere einen in Umfangsrichtung geschlossenen oder offenen Rand (oder Randzone) bezeichnen, der (oder die) eine oder mehrere seitliche Anschlagflächen definiert, gegen die ein Träger, der auf dem oben beschriebenen Basisabschnitt angeordnet ist, anstoßen kann bei Vorhandensein einer horizontalen Kraft, die dazu neigt, den Träger in Bezug zu dem Lötkörper zu verschieben. Der erhöhte Rand kann so konfiguriert werden, dass ein übermäßiges horizontales Gleiten des Trägers relativ zu dem Lötkörper mechanisch verhindert wird, da ein solches unerwünschtes Gleiten zu einem Anstoßen eines unteren Abschnitts des Trägers gegen den erhöhten Rand führt. Somit kann der erhöhte Rand dazu dienen, eine Zielposition oder einen Zielbereich des Trägers in dem Lötkörper mit erhöhtem Rand zu definieren (oder zu begrenzen). Beispielsweise kann der erhöhte Rand einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ring bilden. Alternativ kann der in Umfangsrichtung angeordnete erhöhte Rand eine oder mehrere separate Randstrukturen umfassen, die entlang eines Umfangs des Basisabschnitts angeordnet sind, um dadurch äußere Grenzen für eine Position eines Trägers zu definieren. Es ist zum Beispiel möglich, dass an zwei entgegengesetzten Ecken oder sogar an allen vier Ecken der Lötstruktur (zum Beispiel als L-förmige Profile) jeweils separate Teile des erhöhten Rands (zum Beispiel als L-förmige Profile) gebildet werden. Es ist auch möglich, entsprechende Abschnitte des erhöhten Rands zum Beispiel in Mittelabschnitten von allen vier Seiten des jeweils rechteckigen Lötkörpers auszubilden (zum Beispiel als gerade Profile).
In einer Ausführungsform ist ein Hohlraum zum Aufnehmen eines Bodenabschnitts des Trägers durch den Basisabschnitt und den erhöhten Rand begrenzt. Ein solcher Hohlraum kann somit in dem Lötkörper durch den Basisabschnitt und den erhöhten Rand gebildet werden, wobei das Verfahren ein Anordnen eines entsprechenden Trägers in dem Hohlraum vor dem Löten umfassen kann, so dass der Träger durch den erhöhten Rand gegen ein seitliches Herausgleiten aus dem Hohlraum geschützt ist. Vorzugsweise verhindert der erhöhte Rand ein Herausgleiten des Trägers aus dem Hohlraum innerhalb einer gesamten horizontalen Ebene. Folglich kann der erhöhte Rand es mechanisch unmöglich machen, dass sich der Träger durch eine horizontale Kraft horizontal aus dem Hohlraum heraus bewegt.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren auf ein Bereitstellen von einer Mehrzahl von Lötkörpern, von denen jeder einen Basisabschnitt und einen erhöhten Rand aufweist, der sich entlang von mindestens einem Teil eines Umfangs des jeweiligen Basisabschnitts erstreckt, und ein Anordnen von jedem von einer Mehrzahl von Trägern in einem zugeordneten Einen der Lötkörper, so dass jeder der Träger auf einem jeweiligen Basisabschnitt angeordnet ist und räumlich durch einen jeweiligen erhöhten Rand begrenzt ist. Auf jedem der Träger kann mindestens ein elektronisches Bauelement montiert sein. Somit ist es möglich, ein komplexes Modul mit mehreren Trägern und zum Beispiel der gleichen Anzahl von Lötkörpern herzustellen, einen für jeden Träger.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Verbinden des Lötkörpers mit dem Träger durch Löten auf. Das Löten kann durch Bereitstellen von genügend Wärme erfolgen, um das lötfähige Material des Lötkörpers fließfähig zu machen, zum Beispiel durch Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich zwischen 200°C und 400°C, zum Beispiel etwa 350°C.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Anordnen des mindestens einen Lötkörpers auf einem Stützkörper, der auch Teil des hergestellten Moduls sein kann, auf. Der Stützkörper kann zum Beispiel eine Bodenplatte (zum Beispiel eine Metallplatte) sein, auf der die Lötkörper und, indirekt, die Träger montiert werden.
In der Ausführungsform weist das Verfahren ein Anordnen des mindestens einen Lötkörpers auf dem Stützkörper vor dem Anordnen des mindestens einen Trägers in dem mindestens einen Lötkörper auf. Die Montage des einen oder der Träger auf den Lötkörpern kann auf einfache Weise und mit der richtigen Präzision durchgeführt werden, wenn die Lötkörper bereits mit dem darunterliegenden Stützkörper ausgerichtet sind.
In einer Ausführungsform besteht das Verfahren darin, den Lötkörper mit dem Stützkörper durch Löten zu verbinden. Dies kann insbesondere gleichzeitig erfolgen mit dem Verbinden des mindestens einen Lotkörpers mit dem mindestens einen Träger durch Löten. Wenn also der eine oder die mehreren zwischen dem Stützkörper und dem einen oder den mehreren Trägern angeordneten Lötkörper bei der Löttemperatur fließfähig werden, kann dies die Bildung einer Lötverbindung zwischen diesen vertikal gestapelten Bestandteilen auslösen.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ein Versehen des Stützkörpers mit mindestens einem lötbaren Abschnitt auf, in den Material des mindestens einen Lötkörpers während des Lötens einfließt, und mit mindestens einem nicht lötbaren Abschnitt, in den Material des Lötkörpers während des Lötens nicht einfließt. Durch Treffen dieser Massnahme kann der räumliche Lötmittelfluss während des Lötens genau gesteuert werden. Oberflächenabschnitte des Stützkörpers, auf denen ein zugeordneter Träger mit Lötmaterial des zugeordneten Lötkörpers verlötet werden soll, können homogen mit Lötmaterial bedeckt werden, indem verhindert wird, dass Lötmaterial in einen oder mehrere Bereiche fließt, in denen Löten nicht erwünscht ist. Allgemeiner ausgedrückt können der oder die nicht lötbaren Abschnitte definiert werden, indem ihre Oberfläche so gestaltet wird, dass sie nicht durch Lötmaterial benetzbar sind.
In einer Ausführungsform ist der mindestens eine nicht lötbare Abschnitt durch einen Lötstopplack, eine Oxidoberfläche oder eine laserbehandelte Oberfläche definiert. Andere Möglichkeiten, einen oder mehrere Abschnitte, die nicht durch fließfähiges Lotmaterial benetzbar sind, zu definieren, sind möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren auf vor dem Ausbilden einer Lötverbindung durch den mindestens einen Lötkörper, ein provisorisches Befestigen (insbesondere ohne den Lötkörper über seine gesamte untere Fläche auf den Stützkörper zu löten) des mindestens einen Lötkörpers an den Stützkörper. Dieses provisorische Befestigen kann in der Weise durchgeführt werden, dass ein seitliches Gleiten des mindestens einen Lotkörpers relativ zu dem Stützkörper durch das provisorische Befestigen verhindert wird. Daher kann durch das provisorische Festlegen einer räumlichen Beziehung zwischen dem Stützkörper und dem einen oder den mehreren Lötkörpern eine hohe räumliche Gesamtgenauigkeit erreicht werden. Die provisorische Befestigung kann eine solche Verbindungsfestigkeit aufweisen, dass ein unerwünschtes Gleiten des einen oder der mehreren Lötkörper in Bezug zu dem Stützkörper verhindert wird.
In einer Ausführungsform wird das provisorische Befestigen des Lötkörpers an dem Stützkörper ausgeführt durch eines aus der Gruppe, die besteht aus: einem flüchtigen Haftmittel, das zwischen Stützkörper und dem einen oder den mehreren Lötkörpern vorgesehen ist, ein Punktschweißen des einen oder der mehreren Lötkörper an den Stützkörper und Laserschweißen des einen oder der Lötkörper auf den Stützkörper. Es ist darauf zu achten, dass verhindert wird, dass die beschriebene provisorische Befestigung des Lötkörpers an dem Stützkörper nicht zu einem Verlust der Form des erhöhten Randes führt durch eine übermäßige Wärmeeinwirkung beim provisorischen Befestigen des Lötkörpers an dem Stützkörper. Zu diesem Zweck kann zum Beispiel ein Haftvermittler verwendet werden, der flüchtig ist, d.h. den beim anschließenden Löten verdampft. Alternativ kann eine Verbindung zwischen einer Teilfläche des Stützkörpers und einer Teilfläche des jeweiligen Lotkörpers durch Punktschweißen oder dergleichen hergestellt werden.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren auf ein Ausbilden des erhöhten Rands durch eines aus der Gruppe, die besteht aus: Biegen und Prägen. Beispielsweise ist es möglich, den Lotkörper herzustellen durch Biegen oder Prägen einer ebenen Vorform des Lotkörpers entlang von mindestens einem Teil seines Umfangs. Eine derartige planare Vorform kann aus einer flachen Platte aus lötbarem Material ausgestanzt werden. Somit kann der Lötkörper mit erhöhtem Rand mit geringem Aufwand ausgebildet werden, zum Beispiel auf der Basis einer größeren Platte aus lötbarem Material, die durch Stanzen, Biegen und/oder Prägen verarbeitet werden kann. Das Biegen des Randes kann über den gesamten Umfang oder nur teilweise erfolgen.
In einer Ausführungsform ist das Modul als Leistungsmodul konfiguriert. Entsprechend können ein oder mehrere Leistungshalbleiterchips auf und/oder in jedem von dem mindestens einen Träger vorgesehen sein. Beispiele für solche Leistungshalbleiterchips sind MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor)-Chips, IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate)-Chips, Dioden-Chips usw.
In einer Ausführungsform ist der Lötkörper becherförmig. Ein solcher becherförmiger oder schalenförmiger Lötkörper kann einen Zielbereich genau definieren, in dem ein Träger untergebracht werden kann.
In einer Ausführungsform besteht der Lötkörper aus lötbarem Material. Somit kann der gesamte Lötkörper nur aus lötfähigem Material bestehen.
In einer Ausführungsform ist der Basisabschnitt ein Plattenabschnitt. Somit kann der plattenförmige Basisabschnitt eine ebene Aufnahmefläche für eine entsprechende im Wesentlichen ebene Bodenfläche eines Trägers definieren (oder begrenzen).
In einer Ausführungsform ist der Rand gegenüber dem Basisabschnitt abgewinkelt. „Abgewinkelt“ kann in diesem Zusammenhang bedeuten, dass in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht des Lötkörpers der Basisabschnitt und der erhöhte Rand jeweils eine im Wesentlichen gerade Form mit einem Knick oder einer scharfen Biegung dazwischen aufweisen. Ein abgewinkelter Rand stellt eine gut definierte Anschlagfläche für einen leicht fehlausgerichteten Träger bereit.
In einer Ausführungsform ist der Rand gegenüber dem Basisabschnitt um einen Winkel von 90° abgewinkelt. Ein Winkel von 90° bietet hocheffiziente Anschlagflächen.
In einer anderen Ausführungsform ist der Rand gegenüber dem Basisabschnitt um einen Winkel in einem Bereich von über 90° bis maximal 150° abgewinkelt. Ein Winkelbereich zwischen 90° und 150° hat den Vorteil, dass die entsprechenden Lotkörper in einer platzsparenden Weise stapelbar sind.
In einer anderen Ausführungsform ist der Rand gegenüber dem Basisabschnitt gekrümmt. „Gekrümmt“ kann in diesem Zusammenhang bedeuten, dass in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht des Lotkörpers der Basisabschnitt und der erhöhte Rand in einer durchgehenden Weise und glatten knickfreien Weise miteinander verbunden sind. Mit einer solchen Krümmung (oder Biegung) kann ein glatter Übergang zwischen dem Basisabschnitt und dem erhöhten Rand erreicht werden, was einen leicht fehlausgerichteten Träger in einer kontrollierten Weise in eine Zielposition zurückfährt.
In einer Ausführungsform ist zumindest ein Teil einer Oberfläche des Basisabschnitts mit einem Oberflächenprofil versehen. Ein solches Oberflächenprofil kann in einer oberen Hauptoberfläche und/oder einer unteren Hauptoberfläche des Basisabschnitts ausgebildet werden, um eine Anhaftung zwischen benachbarten Lötkörpern eines Stapels von Lötkörpern zu verhindern. Mit Vorteil kann ein solches Oberflächenprofil die Adhäsionskräfte zwischen benachbarten Lotkörpern beim Stapeln verringern. Dies vereinfacht die Handhabung der Lötkörper während eines Zusammenbauprozesses.
In einer Ausführungsform ragt der erhöhte Rand vertikal über den Basisabschnitt hinaus um einen Abstand in einem Bereich zwischen 50 µm und 1 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 150 µm und 500 µm. Daher können bereits relativ geringe Abweichungen von einer völlig planaren Form des Lötkörpers ausreichen, um die Zielposition eines auf einem entsprechenden Lötkörper angeordneten Trägers richtig zu definieren und eine Fehlausrichtung zu vermeiden.
In einer Ausführungsform weist das Modul oder das Package (oder Gehäuse) eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen auf, die auf dem Träger montiert sind. Somit kann das Paket eine oder mehrere elektronischen Bauelemente aufweisen.
Bei einer Ausführungsform wird eine Verbindung zwischen dem elektronischen Bauelement und dem Träger durch ein Verbindungsmedium hergestellt. Beispielsweise kann das Verbindungsmedium eine Lötstruktur, eine Sinterstruktur, eine Schweissstruktur und/oder eine Klebstoffstruktur sein. Die Befestigung des einen oder der mehreren elektronischen Bauelements(e) auf dem Träger kann also durch Löten, Sintern oder Schweißen, oder durch Anhaften oder Kleben erfolgen.
In einer Ausführungsform weist das mindestens eine elektronische Bauelement mindestens eines auf aus der Gruppe, die besteht aus: einem Steuerschaltkreis, einem Treiberschaltkreis und einem Leistungshalbleiterschaltkreis. Alle diese Schaltkreise können in einem Halbleiter-Chip oder separat in verschiedenen Chips integriert sein. Beispielsweise kann eine entsprechende Leistungshalbleiteranwendung durch den/die Chip(s) realisiert werden, wobei die integrierten Schaltkreiselemente eines solchen Leistungshalbleiterchips mindestens einen Transistor (insbesondere einen MOSFET, Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor, oder einen IGBT, Bipolartransistor mit isoliertem Gate), mindestens eine Diode usw. umfassen können. Insbesondere können Schaltkreise hergestellt werden, die eine Halbbrückenfunktion, eine Vollbrückenfunktion usw. erfüllen.
In einer Ausführungsform sind die Module als Leistungswandler konfiguriert, insbesondere als AC/DC-Leistungswandler und als DC/DC-Leistungswandler. Es sind aber auch andere elektronische Anwendungen, wie etwa Wechselrichter etc. möglich.
Als ein Substrat oder Wafer für die Halbleiterchips kann ein Halbleitersubstrat, d.h. ein Siliziumsubstrat, verwendet werden. Alternativ kann ein Siliziumoxid- oder ein anderes Isolatorsubstrat vorgesehen werden. Es ist auch möglich, ein Germanium-Substrat oder ein III-V-Halbleitermaterial zu implementieren. Beispielhafte Ausführungsformen können beispielsweise in GaN- oder SiC-Technologie realisiert werden.
Darüber hinaus können beispielhafte Ausführungsformen Standardtechnologien der Halbleiterverarbeitung, wie etwa geeignete Ätztechnologien (einschließlich isotroper und anisotroper Ätztechnologien, insbesondere Plasmaätzen, Trockenätzen, Nassätzen), Strukturierungstechnologien (die lithographische Masken involvieren können), Abscheidungstechnologien (wie etwa chemische Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapor deposition), plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD, plasma-enhanced CVD), Atomlagenabscheidung (ALD, atomic layer deposition), Sputtern usw.) verwenden.
Die oben genannten und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile werden offensichtlich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Figurenliste
Die begleitfähigen Zeichnungen, die zum weiteren Verständnis beispielhafter Ausführungsformen beigefügt sind und einen Teil der Patentschrift bilden, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen.
In den Zeichnungen:

1 veranschaulicht Bestandteile eines Moduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform vor dem Zusammenbau.
2 veranschaulicht die Bestandteile des Moduls aus 1 nach dem Zusammenbau.
3 veranschaulicht einen Lötkörper des Moduls aus 2.
4 veranschaulicht eine Einzelheit des Lötkörpers aus 3.
5 veranschaulicht eine Draufsicht auf das Modul aus 2.
6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Teils des Moduls aus 2 entlang einer Linie A-A aus 5.
7 veranschaulicht eine dreidimensionale Ansicht eines Stützkörpers und von Lötkörpern des Moduls aus 2.
8 veranschaulicht eine weitere dreidimensionale Ansicht eines Stützkörpers und von Lötkörpern eines Moduls, das gemäß einer beispielhaften Ausführungsform hergestellt wurde.
9 veranschaulicht einen Stapel von Lötkörpern mit anhaftungsverringernden Oberflächenprofilen gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
10 veranschaulicht Einzelheiten eines stapelbaren Lötkörpers mit einem anhaftungsverringernden Oberflächenprofil gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
11 veranschaulicht eine Einzelheit von einem erhöhten Rand eines Lotkörpers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit einem Biegewinkel von 90°.
Bild 12 veranschaulicht eine Einzelheit von einem erhöhten Rand eines Lotkörpers gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform mit einem Biegewinkel von mehr als 90°.
13 veranschaulicht eine Explosionsdarstellung eines Moduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
14 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Moduls aus 13.

Ausführliche Beschreibung
Die Darstellung in den Zeichnungen ist schematisch und nicht maßstabsgetreu.
Bevor beispielhafte Ausführungsformen anhand der Figuren in näherer Einzelheit beschrieben werden, werden einige allgemeine Überlegungen zusammengefasst, auf deren Grundlage beispielhafte Ausführungsformen entwickelt worden sind.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das Systemlöten bei der Herstellung eines Leistungsmoduls durch provisorisches und teilweises Verbinden von einer oberen Montageoberfläche eines Stützkörpers mit einer unteren Oberfläche eines becherförmigen Lötkörpers erfolgen. Der Lötkörper kann aufgrund seiner Becherform vorteilhaft ein Zielaufnahmevolumen eines darin anzuordnenden Trägers definieren. Vorzugsweise nach dem provisorischen Verbinden des Stützkörpers mit einem oder mehreren Lötkörpern an einer Unterseite kann ein entsprechender Träger mit oberflächenmontierten elektronischen Bauelementen in den Hohlraum des provisorisch verbundenen und becherförmigen jeweiligen Lötkörpers platziert werden. Danach kann die erhaltene Anordnung von Stützkörper, einem oder mehreren darauf befindlichen Lötkörpern und einem oder mehreren Trägern mit oberflächenmontierten Leistungshalbleiterchips in den Lötkörpern durch Löten miteinander verbunden werden. Vorteilhaft kann die zweifache Festlegung der räumlichen Beziehung zwischen dem Stützkörper, den Lötkörpern und den Trägern durch (i) die provisorische partielle Befestigung zwischen Stützkörper und Lötkörpern und (ii) die räumliche Eingrenzung eines jeweiligen Trägeraufnahmevolumens innerhalb des jeweiligen Lötkörpers den Herstellungsprozeß sehr einfach gestalten. Insbesondere kann die Verwendung einer Hilfslötvorrichtung oder eines Hilfswerkzeuges für das Löten gemäß beispielhafter Ausführungsformen zur Sicherstellung der räumlichen Genauigkeit entbehrlich sein.
Um Träger mit oberflächenmontierten Chips während eines Lötprozesses zur Verbindung mit einem plattenförmigen Stützkörper präzise positionieren zu können, werden die Träger konventionell mit Vorformlötungen in speziellen Lötvorrichtungen verlötet. Solche Lötvorrichtungen oder - formen haben jedoch den Nachteil, dass sie mechanisch aufwendig sind. Daraus resultieren ein hoher Fertigungsaufwand und lange Produktionszeiten für die Vorrichtungen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist es möglich, durch die Verwendung eines vorgeformten Lötkörpers mit Randanhebung ein Systemlöten eines Moduls (oder einer Baugruppe) ohne die Notwendigkeit einer Lötvorrichtung zu realisieren. Das Systemlöten ist ein Verfahren, das bei der Herstellung von Leistungsmodulen zum Verbinden von Chipträgern mit einem Stützkörper durchgeführt wird. Die Bestandteile für das Systemlöten sind somit ein Stützkörper (zum Beispiel eine Modulgrundplatte), ein vorausgebildeter oder vorgeformter Lötkörper und ein oder mehrere Träger. Auf jedem Träger werden eine oder mehrere elektronische Bauelemente, wie etwa Leistungshalbleiterchips, befestigt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird ein schalenförmigen oder becherförmiger Lötkörper bereitgestellt. Nach einer punktuellen, nicht vollflächigen Vorfixierung oder provisorischen Befestigung des Stützkörpers auf dem jeweiligen Lötkörper und nach einem anschließenden Zusammanbau eines Trägers in jedem Lötkörper kann ein Systemlöten durchgeführt werden. Infolgedessen kann der jeweilige Lötkörper in horizontaler Richtung gegenüber dem Stützkörper oder der Modulbasisplatte exakt angeordnet werden. Darüber hinaus kann jeder Träger in Bezug zu seinem zugeordneten Lötkörper im Hinblick auf einen genau definierten, durch den erhöhten Rand begrenzten Aufnahmehohlraum genau ausgerichtet werden. Dies gewährleistet eine korrekte Positionierung von vorausgebildeten Lötkörpern und Trägern in Bezug auf einen Stützkörper vor dem Systemlöten. Insbesondere können die genannten Vorkehrungen einen zuverlässigen Schutz gegen Vibrationen und Stöße gewährleisten.
1 zeigt die Bestandteile eines Moduls 100 vor dem Zusammenbau gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 2 veranschaulicht die Bestandteile des Moduls 100 aus 1 nach dem Zusammenbau. Die in 1 und 2 gezeigte gestapelte Anordnung muss eine wärmeleitfähige Verbindung zwischen den gezeigten Bestandteilen gewährleisten. 3 veranschaulicht einen Lötkörper 102 des Moduls 100 aus 2. 4 veranschaulicht eine Einzelheit 180 des Lötkörpers 102 aus 3. 5 veranschaulicht eine Draufsicht des Moduls 100 aus 2. 6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Einzelheit 182 des Moduls 100 entlang einer Linie A-A, die in 5 gezeigt ist. 7 veranschaulicht eine dreidimensionale Ansicht eines Stützkörpers 110 und von Lötkörpern 102 des Moduls 100 aus 2 vor der Aufnahme von Trägern 108 mit darauf montierten elektronischen Bauelementen 130 in Hohlräumen, die durch die Form der Lötkörper 102 begrenzt sind.
Das in 2 gezeigte fertig hergestellte Modul 100 weist einen Stützkörper 110 als eine (zum Beispiel metallische) unterseitige Basisplatte des Moduls 100 auf. Der Stützkörper 110 kann beispielsweise ein Leiterrahmen, eine Leiterplatte, ein AMB-Substrat oder ein DAB- (direktes Aluminiumbonden) oder DCB- (direktes Kupferbonden) Substrat sein. Es ist auch möglich, dass der Stützkörper 110 eine Metallplatte oder eine Metallkeramikverbindung ist.
Zum Herstellen des Moduls 100 wird eine Mehrzahl von Lötkörpern 102 verwendet. Zum Beispiel kann jeder Lötkörper 102 aus einem lötbaren Material, wie etwa SnAg, SnPb, SnSb, NiSn, NiSnSb, AgSnCu und/oder SnPbAg hergestellt werden. Vor dem Löten besteht jeder Lötkörper aus einem ebenen plattenförmigen Basisabschnitt 104 und einem erhöhten Rand 106. Dies ist am besten in 4 und 6 zu sehen. In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich der erhöhte Rand 106 über den gesamten Umfang des Basisabschnitts 104. Mit anderen Worten, der erhöhte Rand 106 der beschriebenen Ausführungsform hat eine geschlossene Ringform.
Es wird eine Mehrzahl von Trägern 108 bereitgestellt, wobei jeder Träger 108 in einem zugeordneten Einen von den mehreren Lötkörpern 102 aufgenommen ist. Zum Beispiel kann ein Träger 108 ein Leiterrahmen, ein Keramiksubstrat mit metallischen Schichten auf seinen beiden entgegengesetzten Hauptoberflächen usw. sein. Genauer gesagt kann der Träger 102 zum Beispiel ein DCB-Substrat, ein DAB-Substrat, ein Leiterrahmen, ein AMB-Substrat oder ein Keramik- oder Glasträger sein. Ein oder mehrere elektronische Bauelemente 130 können sich auf dem jeweiligen Träger 130 befinden. Solche elektronischen Bauelemente 130 können zum Beispiel Leistungshalbleiterchips, wie etwa IGBTs, Dioden, MOSFETs oder Widerstände, sein.
Die elektronischen Bauelemente 130 können auf den jeweiligen Träger 108 gelötet oder gesintert werden. Sie können auch drahtgebondet werden, um eine gewünschte elektrische Verbindung herzustellen. Es ist auch möglich, dass eine Oberseite der elektronischen Bauelemente 130 und eine Oberseite des jeweiligen Trägers 108 mit einer geeigneten Beschichtung, wie etwa einer Beschichtung mit einem Silikon-Gel, versehen werden.
Jeder Träger 108 kann in einem von dem erhöhten Rand 106 gebildeten Hohlraum untergebracht werden, so dass sich der erhöhte Rand 106 vertikal entlang eines Teils der Seitenwand des jeweiligen Trägers 108 erstreckt (siehe 6). Wenn ein Träger 108 vor dem Löten unbeabsichtigt auf dem Lötkörper 102 gleitet, stößt die Seitenwand des unteren Abschnitts des Trägers 108 gegen der erhöhte Rand 106, wodurch verhindert wird, dass der jeweilige Träger 108 in Bezug zu dem zugeordneten Basisabschnitt 104 falsch angeordnet wird. Mit anderen Worten, da jeder Träger 108 durch den jeweiligen erhöhten Rand 106 des zugeordneten Lötkörpers 102 räumlich begrenzt ist, kann eine korrekte gegenseitige Positionierung zwischen Träger 108 und Lötkörper 102 gewährleistet werden.
In der beschriebenen Ausführungsform sind auf jedem der Träger 108 mehrere elektronische Bauelemente 130 befestigt. Die elektronischen Bauelementen 130 können Leistungshalbleiter-Chips sein, wie etwa MOSFET-Chips, IGBT-Chips, Dioden-Chips, Widerstandsbauelemente usw. Folglich kann das Modul 100 als Leistungsmodul 100 konfiguriert sein.
Eine wirkungsvolle Maßnahme, um die beschriebene hohe räumliche Genauigkeit zu erreichen, ist die beschriebene Konfiguration des Lötkörpers 102, der zum Herstellen des Moduls 100 verwendet wird. So wie das insbesondere in 4 und 6 gezeigt ist, besteht der Lötkörper 102 aus dem flachen oder planaren Basisabschnitt 104 zum Aufnehmen einer Unterseite eines zugeordneten Trägers 108. Darüber hinaus weist jeder Lötkörper 102 den erhöhten Rand 106 auf, der sich entlang des gesamten Umfangs des Basisabschnitts 104 als ringförmige Randzone erstreckt. Folglich ist der aufgenommene Träger 108 durch den erhöhten Rand 106 räumlich abgegrenzt und begrenzt. Beschreibend gesprochen ist der Lötkörper 102 becherförmig oder schalenförmig. Vorzugsweise besteht der Lötkörper 102 ausschließlich aus lötbarem Material. Der Lötkörper 102, bestehend aus dem Basisabschnitt 104 und dem erhöhten Rand 106, kann vorzugsweise einstückig ausgebildet sein. So wie das in 3 gezeigt ist, ist der Basisabschnitt 104 ein plattenförmiges Teil. In der beschriebenen Ausführungsform und so wie das in 6 zu sehen ist, ist der Rand 106 in Bezug zu dem Basisabschnitt 104 gekrümmt. In der gezeigten Ausführungsform weist der gekrümmte Rand 106 eine im Wesentlichen kreisförmige Abrundung an einer Schnittstelle zu dem Basisabschnitt 104 auf.
Zum Herstellen des gezeigten Moduls 100 wird eine Anzahl von (zum Beispiel vier) Lötkörpern 102 bereitgestellt. Jeder Lötkörper 102 ist so geformt, dass er den beschriebenen plattenförmigen Basisabschnitt 104 und den vertikal hervorstehenden, erhöhten Rand 106, der sich als Ring (oder Teil davon) entlang des Umfangs des Basisabschnitts 104 erstreckt, aufweist. Der erhöhte Rand 106 ragt vertikal über den Basisabschnitt 104 hinaus und kann durch Biegen oder Prägen eines ebenen Rohlings aus lötbarem Material geformt werden. Mit Verweis auf 3 und 4 kann der Lötkörper 102 gestanzt und dann einem Biege- oder Prägeverfahren unterzogen werden, um den erhöhten Rand 106 zu definieren.
Mit Verweis auf 6 kann der erhöhte Rand 106 so geformt werden, dass er vertikal über den Basisabschnitt 104 um eine Strecke D hinausragt. Die Strecke D liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 150 µm und 500 µm. Ein Hohlraum zum Aufnehmen eines Bodenabschnitts des Trägers 108, so wie das in 6 gezeigt ist, wird somit durch den Basisabschnitt 104 und den erhöhten Rand 106 begrenzt.
So wie dasd in 6 angegeben ist, kann eine vertikale Dicke H des Basisabschnitts 104 in einem Bereich zwischen 150 und 350 µm liegen. Mit Verweis auf 3 können eine Länge L und eine Breite B des im Wesentlichen rechteckigen Lötkörpers 102 jeweils in einem Bereich zwischen 20 mm und 70 mm liegen, so daß die Fläche des Lötkörpers 102 in einem Bereich von 20 × 20 mm² bis 70 × 70 mm² liegen kann. So wie das in 6 gezeigt ist, kann das elektronische Bauelement 130 beispielsweise eine Dicke d in einem Bereich zwischen 40 µm und 100 µm aufweisen, wenn es ein Leistungshalbleiterchip ist. Das elektronische Bauelement 130 kann auch ein oberflächenmontiertes Bauelement, wie etwa ein Widerstand, sein und kann dann eine größere Dicke d von zum Beispiel bis zu 1 mm oder sogar bis zu 2 mm aufweisen.
Immer noch mit Verweis auf 6 ist der Träger 108 ein DCB (direct copper bonding)-Substrat und kann eine zentrale elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Schicht 140 (zum Beispiel aus Keramik) aufweisen, die auf ihren beiden entgegengesetzten Hauptoberflächen mit einer entsprechenden metallischen Schicht 142, 144 (zum Beispiel Kupferfolien) bedeckt ist. Die zentrale Folie 140 kann beispielsweise eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,35 mm und 1 mm aufweisen. Die metallischen Schichten 142, 144 können jeweils eine Dicke in einem Bereich zwischen 250 µm und 500 µm aufweisen.
Als nächstes wird die Herstellung des Moduls 100 erläutert. Zuerst werden die Lötkörper 102 auf den ebenen Stützkörper 110 gelegt, so wie das in 7 gezeigt ist. Noch bevor anschließend eine Lötverbindung zwischen dem Stützkörper 110 und Trägern 108 mit oberflächenmontierten elektronischen Bauelementen 130 hergestellt wird, werden die einander zugewandten Flächen der Lötkörper 102 einerseits und des Stützkörpers 110 andererseits provisorisch und nur teilweise aneinander befestigt. Dieses provisorische Befestigen oder Vorfixieren der Lötkörper 102 und des Stützkörpers 110 kann zum Beispiel durch Verwendung eines flüchtigen Klebemittels erfolgen, das die Anhaftung zwischen den Kontaktoberflächen des Stützkörpers 110 und dem jeweiligen Lötkörper 102 erhöht. Zusätzlich oder alternativ kann die provisorische Teilbefestigung durch Punktschweißen und/oder Laserschweißen erfolgen. Eine weitere leistungsfähige Maßnahme zum Erzielen der beschriebenen hohen räumlichen Genauigkeit ist die erwähnte provisorische Befestigung des Stützkörpers 110 und der Lotkörper 102. Ein unerwünschtes relatives Gleiten zwischen dem Stützkörper 110 und den Lötkörpern 102 vor dem Verlöten der Lötkörper 102 kann so zuverlässig verhindert werden. Bei Verwendung eines Klebemittels zum Vorfixieren des Stützkörpers 110 und der Lötkörper 102 kann ein solches Klebemittel die Oberflächenspannung zum Fixieren verändern. Beim Punktschweißen und Laserschweißen können der Stützkörper 110 und der Lötkörper 102 durch eine thermische Einwirkung vorfixiert werden.
Danach kann jeder von einer Anzahl von Trägern 108 (in der gezeigten Ausführungsform vier) in den Hohlräumen der Lötkörper 102 platziert werden. Auf jedem Träger 108 wird eine Anzahl von elektronischen Bauelementen 130 (zum Beispiel Leistungshalbleiterchips) oberflächenmontiert. Jeder Träger 108 kann in den Hohlraum eines zugeordneten Lötkörpers 102 gelegt werden, der bereits an dem Stützkörper 110 vorfixiert ist. Daher wird jeder Träger 108 auf dem Sockelteil 104 des zugeordneten Lötkörpers 102 angeordnet und ist räumlich durch den erhöhten Rand 106 begrenzt.
Dadurch kann ein gewünschtes räumliches Verhältnis zwischen dem Stützkörper 110, den Lotkörpers 102 und den Trägern 108 mit hoher Präzision gewährleistet werden. Somit werden die Lotkörper 102 auf dem Stützkörper 110 angeordnet und vorfixiert, bevor die Träger 108 in die zugeordneten Lotkörper 102 platziert werden. Beispielsweise kann eine Positionsgenauigkeit vor dem Löten in einem Bereich von ±0,3 bis ±1 mm liegen.
Danach kann die provisorisch vorverbundene Anordnung von Stützkörper 110, Lötkörpern 102 und Trägern 108 einem Lötprozess unterzogen werden. Diese Anordnung kann zum Beispiel in einem Lötofen (nicht abgebildet) angeordnet und auf eine erhöhte Temperatur von zum Beispiel 350°C erhitzt werden. Infolgedessen wird das lötfähige Material der Lötkörper 102 fließfähig, erstarrt wieder und wird dadurch mit dem Stützkörper 110 und mit den Trägern 108 integral durch Löten verbunden. Während dieses Lötprozesses wird das Lotmaterial der Lötkörper 102 fließfähig, erstarrt anschließend wieder und stellt so die beschriebenen dauerhaften Lötverbindungen her. Beim Löten kann zum Beispiel ein Flussmittel verwendet werden, wie es dem Fachmann bekannt ist.
1 zeigt die Komponenten für das beschriebene Systemlöten, das während des Herstellens des Moduls 100 durchzuführen ist. Das Systemlöten bedeutet, dass die in 1 dargestellten Teile oder Bestandteile fest miteinander verbunden werden, um das in 2 dargestellte Modul 100 zu erhalten. 2 zeigt daher das Ergebnis des Systemlötens. Durch beispielhafte Ausführungsformen kann das genannte Systemlöten vorteilhaft ohne separate Lötvorrichtung, Werkzeug oder Form durchgeführt werden. Zu diesem Zweck werden die vorgeformten Lötkörper 102 (siehe 3 und 4) in einer Schalenform oder einer Becherform bereitgestellt. An der ebenen Grundplatte 104 wird eine Randanhebung als erhöhter Rand 106 durch Biegen oder Prägen erzeugt. Diese ermöglicht es, den jeweiligen Träger 108 in Form eines zugeordneten Lotkörpers 102 in eine Lötschale zu führen (siehe 5 und 6). 5 und 6 zeigen daher eine horizontale Trägerführung durch schalenförmige Lotkörper 102. Mit Verweis auf 6 weist die Lötschale oder der Lötkörper 102 einen Biegewinkel von 90° auf.
Um vor dem Verarbeiten im Lötofen eine genaue Positionierung des Lotkörpers 102 und des Trägers 108 auf dem Stützkörper 110 (der ggf. als Modulbasisplatte ausgeführt sein kann) zu gewährleisten, kann der Lotkörper 102 (vgl. 7) vor dem Verlöten des Trägers 108 mit dem Stützkörper 110 mittels des Lotkörpers 102 mit einem flüchtigen Haftvermittler behandelt werden, um ein partielles Anheften zu erreichen. Dies stellt sicher, dass Vibrationen und Stöße vor dem Verlöten keine Verschiebung des Lotkörpers 102 und des aufgebrachten Trägers 108, auch in Bezug auf den Stützkörper 110, verursachen. Ein provisorisches Befestigen oder Anheften ist beispielsweise auch durch eine partielle Wärmeeinwirkung zum Durchführen von Punktlöten, Laserschweißen usw. möglich. 7 veranschaulicht die Struktur, die sich nach dem Anheften der Lötkörper 102 an den Stützkörper 110 ergibt. 7 zeigt das Ergebnis der partiellen thermischen Befestigung zwischen dem Stützkörper 110 und den Lötkörpern 102. 7 veranschaulicht also ein Szenario bevor der Träger 108 in die Hohlräume angeordnet wird, die auf der Oberseite der Lötkörper 102 dank des erhöhten Rands 106 ausgebildet sind.
8 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines Stützkörpers 110 mit vorfixierten Lotkörpern 102 eines Moduls 100 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform. Der Stützkörper 110 in 8 kann vorteilhafterweise mit lötbaren Abschnitten 112 versehen sein, in die das Material der Lötkörper 102 beim Löten einfließt. Die lötbaren Abschnitte 112 können den Oberflächenabschnitten des Stützkörpers 110 entsprechen, auf denen die Lötkörper 102 angeordnet werden sollen. Darüber hinaus kann die Oberfläche des Stützkörpers 110 mit einem oder mehreren nicht lötbaren Abschnitten 114 versehen sein, die auch als nicht benetzbare Abschnitte bezeichnet werden können, in die während des Lötens kein fließfähiges Lötmaterial der Lötkörper 102 hineinfließt. Zum Beispiel kann der erwähnte nicht lötbare Abschnitt 114 als ein Lötstopplack oder als eine Oxidoberfläche ausgeführt sein.
Um ein Auslaufen des flüssigen Lötmittels während des Lötprozesses zu vermeiden, ist es möglich, die nicht benetzbaren Flächen des Stützkörpers 110 mit lotabweisenden Oberflächen zu versehen, so wie das in 8 gezeigt ist. So kann während des Lötprozesses ein Zentrieren der Träger 108 durch Oberflächenspannungen des flüssigen Lötmittels erfolgen. Die lotabweisende Oberfläche kann durch einen Lötstoplack oder eine Oxidoberfläche definiert werden. 8 zeigt daher lotabweisende Oberflächen auf der Modulbasisplatte oder dem Stützkörper 110. Beschreibend gesprochen fließt das Lötmaterial der Lötkörper 102 nur in die benetzbaren oder lötbaren Oberflächenabschnitte 112, nicht aber in die nicht benetzbaren oder nicht lötbaren Oberflächenabschnitte 114. Dies verbessert die Homogenität des Lötmaterials, das auf den Oberflächenabschnitten des Stützkörpers 110 bereitgestellt wird, auf denen die Träger 108 montiert werden sollen.
9 zeigt einen Stapel 184 von Lotkörpern 102 mit anhaftungsveringernden Oberflächenprofilen 116 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform. 10 zeigt eine Einzelheit 188 eines stapelbaren Lotkörpers 102 mit einem anhaftungsveringernden Oberflächenprofil 116 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Der in 9 und 10 gezeigte Lötkörper 102 kann in einer schalenförmigen Weise ausgeführt sein. Die Lötschale oder der Lötkörper 102 der gezeigten Ausführungsform kann einen erhöhten Rand 106 mit einem Winkel von mehr als 90° in Bezug auf, die durch den Basisabschnitt 104 definierte planare Lötoberfläche aufweisen. Infolge eines solchen stumpfen Winkels sind die Lotkörper 102 vorteilhaft stapelbar.
Darüber hinaus ist der Basisabschnitt 104 der in 9 und 10 gezeigten Lötkörper 102 teilweise mit einem Oberflächenprofil 116 versehen. Obwohl dies nicht dargestellt ist, können beide entgegengesetzten Hauptoberflächen des Basisabschnitts 104 mit einem solchen Oberflächenprofil 116 versehen sein. Um eine bessere Stapelbarkeit der vorgeformten Lötkörper 102 zu ermöglichen, kann der Winkel zwischen dem Basisabschnitt 104 und dem erhöhten Rand 106 über 90° und vorzugsweise nicht mehr als 150° betragen. Eine entsprechende Biegung kann bogenförmig mit einem Radius (siehe 6) oder abgewinkelt oder scharfkantig hergestellt werden.
Um eine bessere Trennung zwischen gestapelten Lotkörpern 102 zu gewährleisten, können durch Prägen der ebenen Fläche geringere Haftkräfte zwischen den gestapelten einzelnen Lotkörpern 102 realisiert werden. 9 und 10 zeigen einen solchen geprägten Lötkörper 102.
11 zeigt einen Ausschnitt eines erhöhten Rands 106 eines Lötkörpers 102 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Gemäß 11 ist der Rand 106 gegenüber dem Basisabschnitt 104 um einen Winkel von 90° abgewinkelt.
12 zeigt eine Einzelheit von einem erhöhten Rand 106 eines Lötkörpers 102 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform. Gemäß 12 kann der Rand 106 gegenüber dem Basisabschnitt 104 um einen Winkel im Bereich zwischen 90° und 150° abgewinkelt sein.
13 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Moduls 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 14 zeigt eine Querschnittsansicht dieses Moduls 100.
13 und 14 zeigen, dass weitere Bestandteile zum Vervollständigen der Herstellung des Moduls 100 bereitgestellt werden können. 13 zeigt in einem unteren Teil den oben beschriebenen Stützkörper 110, die Lötkörper 102 und die Träger 108. Oberhalb der Träger 108 ist ein Rahmen 160 mit elektrischen Anschlüssen 162 dargestellt. An der Oberseite des Rahmens 160 ist ein Deckel 164 angebracht. Der Rahmen 160 wiederum ist auf die Träger 108 mit oberflächenmontierten elektronischen Bauelementen 130 aufgesetzt.
14 zeigt das Modul 100 in der vollständig zusammengebauten Konfiguration.
Es ist zu beachten, dass der Begriff „aufweisend“ andere Elemente oder Merkmale nicht ausschließt und das „ein“ oder „eine“ eine Mehrzahl nicht ausschließen. Auch können Elemente, die in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschrieben werden, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen nicht so ausgelegt werden dürfen, dass sie den Schutzumfang der Patentansprüche beschränken. Darüber hinaus soll der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen der Prozesse, der Maschine, der Herstellung, der Zusammensetzung der Stoffe, der Mittel, der Verfahren und der Schritte, die in der Patentschrift beschrieben sind, beschränkt werden. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche in ihrem Anwendungsbereich solche Prozesse, Maschinen, Herstellungen, Stoffzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte umfassen.
Bezugszeichenliste

100: Modul
102: Lötkörper
104: Basisabschnitt von 102
106: erhöhter Rand von 102
108: Träger
110: Stützkörper
112: lötbarer Abschnitt von 110
114: nicht lötbarer Abschnitt von 110
116: Oberflächenprofil
130: elektronisches Bauelement auf 108
140: zentrale elektrisch isolierende und thermisch leitfähige Schicht von 108 als DCB
142: metallische Schicht auf 140
144: metallische Schicht auf 140
160: Rahmen
162: elektrische Anschlüsse von 160
164: Deckel angebracht an 160
180: Einzelheit von 102
182: Einzelheit von 100
184: Stapel von 102
188: Einzelheit von 102 mit 116
D: Strecke, um welche 106 über 104 hinausragt
H: vertikale Dicke von 104
L: Länge von 102
B: Breite von 102
d: Dicke von 130

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen eines Moduls (100), wobei das Verfahren aufweist: • Bereitstellen von mindestens einem Lötkörper (102) mit einem Basisabschnitt (104) und einem erhöhten Rand (106), der sich entlang von mindestens einem Teil eines Umfangs des Basisabschnitts (104) erstreckt, und • Anordnen von mindestens einem Träger (108), auf dem mindestens ein elektronisches Bauelement (130) montiert ist, in dem mindestens einen Lötkörper (102), so dass der mindestens eine Träger (108) auf dem Basisabschnitt (104) angeordnet ist und durch den erhöhten Rand (106) räumlich begrenzt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren aufweist • Bereitstellen von einer Mehrzahl von Lötkörpern (102), jeder mit einem Basisabschnitt (104) und einem erhöhten Rand (106), der sich entlang von mindestens einem Teil eines Umfangs des jeweiligen Basisabschnitts (104) erstreckt, und • Anordnen von jedem von einer Mehrzahl von Trägern (108), wobei auf jedem von den Trägern (108) mindestens ein elektronisches Bauelement (130) montiert ist, in einem zugeordneten Einen von den Lötkörpern (102), so dass jeder von den Trägern (108) auf einem jeweiligen Basisabschnitt (104) angeordnet ist und räumlich durch einen jeweiligen erhöhten Rand (106) begrenzt ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren ein Verbinden des mindestens einen Lötkörpers (102) mit dem mindestens einen Träger (108) durch Löten aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren ein Anordnen des mindestens einen Lötkörpers (102) auf einem Stützkörper (110) aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Verfahren ein Anordnen, und insbesondere ein Vorfixieren, des mindestens einen Lötkörpers (102) auf dem Stützkörper (110) vor dem Anordnen des mindestens einen Trägers (108) in dem mindestens einen Lötkörper (102) aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das Verfahren ein Verbinden des mindestens einen Lötkörpers (102) mit dem Stützkörper (110) durch Löten aufweist, insbesondere gleichzeitig mit dem Verbinden des mindestens einen Lötkörpers (102) mit dem mindestens einen Träger (108) durch Löten.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Verfahren ein Versehen des Stützkörpers (110) mit mindestens einem lötbaren Abschnitt (112), in den Material des mindestens einen Lötkörpers (102) während des Lötens fließt, und mindestens einem nicht lötbaren Abschnitt (114), in den Material des mindestens einen Lötkörpers (102) während des Lötens nicht fließt, aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der mindestens eine nicht lötbare Abschnitt (114) mindestens eines aufweist aus der Gruppe, die besteht aus: einem Lötstopplack, einer Oxidoberfläche und einer laserbehandelten Oberfläche.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Verfahren aufweist, bevor eine Lötverbindung durch den mindestens einen Lötkörper (102) gebildet wird, ein provisorisches Befestigen des mindestens einen Lötkörpers (102) an dem Stützkörper (110), insbesondere derart, dass ein seitliches Gleiten des mindestens einen Lötkörpers (102) relativ zu dem Stützkörper (110) durch die provisorische Befestigung verhindert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das provisorische Befestigen des mindestens einen Lötkörpers (102) an dem Stützkörper (110) durchgeführt wird durch eines aus der Gruppe, die besteht aus: Bereitstellen eines Haftmittels, Punktschweißen und Laserschweißen.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren ein Ausbilden des erhöhten Randes (106) durch eines aufweist aus der Gruppe, die besteht aus: Biegen und Prägen, insbesondere das Biegen oder Prägen einer ebenen Vorform des Lötkörpers (102).
Ein Lötkörper (102) zum Herstellen eines Moduls (100), wobei der Lötkörper (102) aufweist: • einen Basisabschnitt (104) zum Aufnehmen eines Trägers (108), und • einen erhöhten Rand (106), der sich entlang von mindestens einem Teil eines Umfangs des Basisabschnitts (104) erstreckt, so dass der Träger (108) durch den erhöhten Rand (106) räumlich begrenzbar ist.
Der Lötkörper (102) gemäß Anspruch 12, aufweisend mindestens eines der folgenden Merkmale: wobei der Lötkörper (102) becherförmig ist; wobei ein Hohlraum zum Aufnehmen von einem Bodenabschnitt des Trägers (108) durch den Basisabschnitt (104) und den erhöhten Rand (106) begrenzt ist.
Der Lötkörper (102) gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei der Lötkörper (102) aus lötbarem Material besteht.
Der Lötkörper (102) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Basisabschnitt (104) plattenförmig ist.
Der Lötkörper (102) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der erhöhte Rand (106) gegenüber dem Basisabschnitt (104) abgewinkelt ist, insbesondere um einen Winkel von 90° oder um einen Winkel in einem Bereich zwischen 90° und 150°.
Der Lötkörper (102) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der Rand (106) in Bezug zu dem Basisabschnitt (104) gekrümmt ist.
Der Lötkörper (102) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei zumindest ein Teil einer Oberfläche des Basisabschnitts (104) mit einem Oberflächenprofil (116) zum Verhindern einer Haftung zwischen gestapelten Lötkörpern (102) versehen ist.
Der Lötkörper (102) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei der erhöhte Rand (106) vertikal über den Basisabschnitt (104) um einen Abstand (D) in einem Bereich zwischen 50 µm und 1 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 150 µm und 500 µm, vorsteht.
Das Verfahren des Verwendens eines Lötkörpers (102) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 19 zum Herstellen eines Leistungsmoduls (100).