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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Modul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es ist bekannt, einen einzelnen Leistungshalbleiter in einem elektrisch zur Umgebung isolierten elektrischen Modul, auch als Prepackage-Modul bezeichnet, anzuordnen, das über an seiner Oberseite ausgebildete elektrische Kontakte mit einer Hauptplatine verbindbar ist. Innerhalb eines solchen Prepackage-Moduls ist der Leistungshalbleiter auf einem keramische Schaltungsträger angeordnet, der eine Keramikschicht und eine darauf angeordnete Metallisierungsschicht auf Hochvoltpotential ausbildet und direkt oder über weitere Schichten mit einem Kühlkörper gekoppelt ist. Ein Beispiel für einen derartigen keramischen Schaltungsträger sind sogenannte DBC-Substrate (DBC = „Direct Bonded Copper“). Derartige keramische Schaltungsträger dienen der elektrischen Isolation des auf dem keramischen Schaltungsträger angeordneten Leistungshalbleiters zum Kühlkörper und gleichzeitig der thermischen Anbindung an den Kühlkörper.
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Bei elektrischen Modulen der genannten Art sind Luft- und Kriechstrecken zwischen den elektrischen Kontakten an der Oberseite des Moduls und einer elektrisch leitfähigen Metallisierung auf der Unterseite des elektrischen Moduls bzw. zu einem Kühlkörper einzuhalten. Dieses Problem stellt sich insbesondere, wenn das Einbringen einer Feststoffisolation zwischen den elektrischen Kontakten nicht möglich oder mit einem hohen Aufwand verbunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Modul bereitzustellen, das die Einhaltung der erforderlichen Luft- und Kriechstreckenanforderungen zwischen den elektrischen Kontakten des elektrischen Moduls und zu einer Unterseitenmetallisierung in einfacher Weise ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Danach betrachtet die Erfindung ein elektrisches Modul, das ein elektrisches Bauelement, eine Oberseite und eine Unterseite aufweist. Die Oberseite umfasst dabei elektrische Kontakte zur elektrischen Kontaktierung des elektrischen Bauelements und einen Rand.
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Es ist vorgesehen, dass die Abstände der elektrischen Kontakte auf der Oberseite des elektrischen Moduls zueinander und zum Rand der Oberseite derart groß bemessen sind, dass definierte Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken zwischen den elektrischen Kontakten und von den elektrischen Kontakten zur einer unteren Metallisierungsschicht des elektrischen Moduls und/oder einem mit der Unterseite gekoppelten Kühlkörper eingehalten sind.
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Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Gedanken, ein elektrisches Modul bereitzustellen, dass die erforderlichen Isolationsbedingungen einhält, ohne dass gesonderte Isolationsmaßnahmen erforderlich sind. Die Isolationsbedingungen im Hinblick auf Luft- und Kriechstrecken werden allein durch die Bereitstellung ausreichend großer Abstände der elektrischen Kontakte auf der Oberseite des elektrischen Moduls zueinander und zum Rand des elektrischen Moduls erreicht. Dies geht einher mit einer Vergrößerung der Oberfläche des elektrischen Moduls. Durch eine vergrößerte Oberfläche und einen vergrößerten Abstand der elektrischen Kontakte zum Rand des elektrischen Moduls wird automatisch auch eine Isolation zu einer Metallisierungsschicht auf der Unterseite des elektrischen Moduls und/oder einem Kühlkörper sichergestellt.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die geometrische Erfüllung der Isolationskoordination auf der Oberseite des elektrischen Moduls und zu Metallisierungssflächen ohne zusätzliche Isolationsmaßnahmen.
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Ein weiterer, mit der erfindungsgemäßen Lösung verbundener Vorteil besteht darin, dass auf bekannte Leiterplattenprozesse zurückgegriffen werden kann, so dass die erfindungsgemäße Lösung in einfacher Weise realisierbar ist. Auch kann die erforderliche Isolation in einfacher Weise gemessen und kontrolliert werden, da hierzu lediglich Messungen zum Kriechstrom an zugänglichen Luft- und Kriechstrecken vorzunehmen sind.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist auch äußerst robust, da mit einer Reduktion der Isolationsfestigkeit über der Lebensdauer nicht zu rechnen ist.
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Die erforderlichen Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken sind beispielsweise in der Norm DIN EN IEC 60664-1 festgelegt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung diejenige Seite des elektrischen Moduls, die die elektrischen Kontaktflächen ausbildet, als Oberseite des elektrischen Moduls bezeichnet wird. Die Unterseite des elektrischen Moduls ist die Seite, die thermisch an einen Kühlkörper koppelbar ist.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das elektrische Modul des Weiteren einen keramischen Schaltungsträger umfasst, der eine isolierende Keramikschicht, eine auf der Oberseite der Keramikschicht angeordnete obere Metallisierungsschicht und eine auf der Unterseite der Keramikschicht angeordnete untere Metallisierungsschicht aufweist, wobei das elektrische Bauelement auf der Oberseite der oberen Metallisierungsschicht angeordnet und elektrisch mit dieser verbunden und die untere Metallisierungsschicht die Unterseite des elektrischen Moduls bildet. Ein solcher keramischer Schaltungsträger ermöglicht eine elektrische Isolation des auf dem keramischen Schaltungsträger angeordneten elektrischen Bauelements zu einem metallischen Kühlkörper, auf dem der keramische Schaltungsträger zur Kühlung angeordnet wird. Gleichzeitig erlaubt er eine gute thermischen Anbindung an einen solchen Kühlkörper.
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Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass Verhältnis der Fläche der Oberseite des elektrischen Moduls zur Fläche der Keramikschicht größer als 2,5 ist. Dieser Faktor bestimmt das Maß, in dem das Modul an seiner Oberseite einen vergrößerten Rand zur Realisierung der erforderlichen Abstände zwischen den elektrischen Kontakten und zum Rand hin aufweist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das das elektrische Modul ein Substrat aufweist, in das das elektrische Bauelement eingebettet ist, wobei das Substrat einen CTI-Wert der Kriechstromfestigkeit von mindestens 175 aufweist. Beispielsweise liegt der CTI-Wert der Kriechstromfestigkeit im Bereich zwischen 175 und 600.
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Der CTI-Wert (CTI = „Comparative Tracking Index“) kennzeichnet dabei die Isolationsfestigkeit der Oberfläche von Isolierstoffen.
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Eine Ausgestaltung hierzu sieht vor, dass das Substrat ein Leiterplattenmaterial, insbesondere ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe wie zum Beispiel FR4 ist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Substrat durch ein Vergussmaterial gebildet ist. Ein Vergussmaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere jedes Material, das spritzgussfähig oder spritzpressfähig ist. Beispiele sind Duroplaste und Elastomere, beispielsweise Epoxidharze. Eine Epoxid-Vergussmasse zeichnet sich durch eine hohe Steifigkeit und Zugfestigkeit, eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine geringe Schrumpfung aus. Auch besitzt sie eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit.
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Es wird darauf hingewiesen, dass das Substrat, in dem der keramische Schaltungsträger und das elektrische Bauelement angeordnet sind, die Außenabmessungen des elektrischen Moduls definiert. Das elektrische Modul ist beispielsweise quaderförmig ausgebildet.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die elektrischen Kontakte Kontaktflächen (auch als Lotpads bezeichnet) umfassen, die über Durchkontaktierungen mit der oberen Metallisierungsschicht oder elektrischen Kontakten auf der Oberseite des elektrischen Bauelements verbunden sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Kontakte mindestens eine erste Durchkontaktierung umfassen, die sich von einer der Kontaktflächen bis zu der oberen Metallisierungsschicht erstreckt, sowie zweite und dritte Durchkontaktierungen umfassen, die sich von anderen der Kontaktflächen zu entsprechenden Kontakten an der Oberseite des elektrischen Bauelements erstrecken.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das elektrische Modul insgesamt drei elektrische Kontakte an seiner Oberseite umfasst, wobei zwei der elektrischen Kontakte die Oberseite des elektrischen Bauelements zur Bereitstellung eines Gate-Potentials und eines Source-Potentials kontaktieren und eine der elektrischen Kontakte die obere Metallisierungsschicht zur Bereitstellung eines Drain-Potentials kontaktiert (wobei die erste Metallisierungsschicht das Unterseitenpotential des elektrischen Bauelements bereitstellt). Dabei handelt es sich bei dem in das elektrische Modul integrierten elektrischen Bauelement beispielsweise um ein Halbleiterbauelement, insbesondere einen Leistungshalbleiter wie z.B. einen Leistungs-MOSFET oder ein IGBT-Bauelement.
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In einem weiteren Erfindungsaspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Leiterplattenanordnung, die aufweist:
- - eine Leiterplatte, die eine Oberseite und eine Unterseite aufweist,
- - ein elektrisches Modul gemäß Anspruch 1, das mit seiner Oberseite an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist, und
- - einen metallischen Kühlkörper, auf dem das elektrische Modul angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplattenanordnung mit einem elektrischen Modul, das an seiner Oberseite elektrische Kontakte ausbildet, wobei die Abstände zwischen den elektrischen Kontakten und zum Leiterplattenrand derart groß bemessen sind, das definierte Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken erfüllt sind;
- 2 ein Ausführungsbeispiel des elektrischen Moduls der 1 in einer Schnittdarstellung;
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des elektrischen Moduls der 1 in einer teildurchsichtigen Ansicht von oben, wobei das elektrische Modul an seiner Oberseite drei elektrische Kontakte ausbildet und ein eingebettetes elektrisches Bauelement umfasst, das auf einer Keramikschicht angeordnet ist;
- 4 das elektrische Modul der 3 in einer Ansicht von oben unter Darstellung der Größenverhältnisse von Keramikschicht und Oberseite des elektrischen Moduls; und
- 5 eine Leiterplattenanordnung mit einem nicht gemäß der Erfindung ausgebildeten elektrischen Modul.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird zunächst anhand der 5 beispielhaft der Aufbau einer Leiterplattenanordnung beschrieben.
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Die 5 zeigt eine Leiterplattenanordnung, die eine Leiterplatte 4 und ein elektrisches Modul 1 umfasst. Das elektrische Modul 1 wird auch als Prepackage-Modul bezeichnet und stellt ein elektrisch isoliertes Subsystem dar.
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Die Leiterplatte 4 umfasst eine Oberseite 41 und eine Unterseite 22. An der Unterseite 42 sind eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten 45, 46, 47 zur Kontaktierung des elektrischen Moduls 1 vorgesehen. Das elektrische Modul 1 weist eine Oberseite 11 und eine Unterseite 12 auf. Es umfasst ein Substrat 10, in das ein nicht dargestelltes elektrisches Bauelement integriert ist. Bei dem Substrat 10 handelt es sich in Ausführungsbeispielen um ein Leiterplattenmaterial wie zum Beispiel FR4 oder ein Vergussmaterial.
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Auf der Oberseite 11 des elektrischen Moduls 1 sind eine Mehrzahl, im dargestellten Ausführungsbeispiel drei elektrische Kontakte 6, 7, 8 ausgebildet. Die elektrische Kontakte 6, 7, 8 an der Oberseite 21 des Moduls 1 werden durch Kontaktflächen, auch als Lotpads oder Lötkontakte bezeichnet, bereitgestellt. Die elektrischen Kontakte 6, 7, 8 sind über Lotkontakte 15 mit den elektrischen Kontakte 45, 46, 47 der Leiterplatte 4 elektrisch verbunden. Über die elektrischen Kontakte 6, 7, 8 an der Oberseite 11 wird dabei das elektrische Bauelement des elektrischen Moduls kontaktiert. Dabei wird über den elektrischen Kontakt 6 beispielsweise ein Drain-Anschluss und werden über die elektrischen Kontakte 7, 8 ein Source-Anschluss und ein Gate-Anschluss des elektrischen Bauelements bereitgestellt.
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An der Unterseite 12 des elektrischen Moduls 1 ist eine elektrisch leitfähige untere Metallisierungsschicht 23 vorgesehen, die einer thermischen Anbindung des elektrischen Moduls 1 an einen nicht dargestellten Kühlkörper dient.
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Das Modul 1 ist insgesamt quaderförmig ausgebildet, so dass die Oberseite 11 rechteckig ist und vier Seitenkanten aufweist, von denen jeweils zwei einander parallel gegenüber liegen. Die Oberseite 11 bildet dabei einen Rand 111 aus.
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Es liegt prinzipbedingt ein Spalt 16 zwischen der Oberseite 11 des Moduls 1 und der Unterseite 42 der Leiterplatte 4 vor. Der Spalt 16 bildet nach dem Lötprozess, bei dem das Modul 1 mit der Leiterplatte 4 verlötet wird, einen Luftspalt. In einem sich an den Lötprozess einschließenden Waschprozess wird der Luftspalt mittels eines Waschmittels von Flussmittelrückständen gereinigt. Anschließend erfolgt in einem Underfill-Prozess eine Befüllung des Spaltes 16 mit einem Isolationsmaterial 17.
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Bei einem Aufbau gemäß der 5 ist es erforderlich, die elektrischen Kontakte 6, 7, 8, die auf unterschiedlichen Potentialen liegen, ausreichend elektrisch gegeneinander zu isolieren. Dies erfolgt bei dem Beispiel der 5 über den Einsatz des Isolationsmaterials 17, das z. B. eine Feststoffisolation gemäß IEC 60664-1/-3 bereitstellt. Das Einbringen einer Feststoffisolation zwischen den elektrischen Kontakten 6, 7, 8 auf der Oberseite 11 des gelöteten Moduls 1 oder auch zwischen einem elektrischen Kontakt 6, 7, 8 auf der Oberseite 11 des Moduls und der elektrisch leitfähigen unteren Metallisierungsschicht 23 auf der Unterseite 12 des Moduls kann sich allerdings als schwierig erweisen. So muss für eine robuste Isolation das applizierte Isolationsmaterial 17 frei von Lufteinschlüssen sein und eine gute Haftung zu allen zu isolierenden Flächen und Materialien aufweisen. Nachteilige Lufteinschlüsse 130, die die Isolationsfähigkeit reduzieren, sind in der 5 schematisch dargestellt.
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Bekannte Verfahren zur Bereitstellung einer Feststoffisolation wie zum Beispiel der genannte Underfill-Prozess, aber auch andere bekannte Verfahren wie zum Beispiel „Conformal Coating“ sind einerseits nicht als Feststoffisolation qualifiziert, andererseits besteht das Risiko, dass bei der Applikation des Materials Lufteinschlüsse entstehen. Dies bedeutet einen deutlich erhöhten fertigungsbegleitenden Kontrollaufwand und führt zu einer erhöhten Ausschussquote. Im Fall eines Underfill-Prozesses wird ferner darauf hingewiesen, dass das Underfill erst nach dem Auflöten aller Module (d. h. einer Mehrzahl von Modulen 1 gemäß der 5) auf die Hauptplatine 4 appliziert wird. Das bedeutet, dass bei einem fehlerhaften Underfill-Prozess eines der Module die gesamte Hauptplatine fehlerhaft ist. Es besteht somit ein Bedarf nach Lösungen, die erforderlichen Luft- und Kriechstrecken in einfacher Weise realisieren zu können.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrischen Moduls 1. Dieses unterscheidet sich von dem Modul der 5 im Hinblick auf die Abstände, die die elektrischen Kontakte 6, 7, 8 untereinander und/oder zum Rand 111 der Oberseite 11 aufweisen. Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus des elektrischen Moduls und dessen Anordnung an der Unterseite einer Leiterplatte 4 wird auf die Beschreibung der 5 verwiesen.
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Das Ausführungsbeispiel der 1 sieht vor, dass die Abstände der elektrischen Kontakte 6, 7, 8 auf der Oberseite 11 des elektrischen Moduls 1 sowohl zueinander als auch zum Rand 111 der Oberseite 11 derart groß bemessen sind, dass die Anforderungen an Luft- und Kriechstrecken bereits durch die oberseitige Anordnung der Kontakte 6, 7, 8 bzw. deren Layout eingehalten sind. So sind Kriechstrecken K1 zwischen den einzelnen Kontakten 6, 7, 8 vorgesehen, die die Anforderungen an die Luft- und Kriechstrecken erfüllen, so wie Kriechstrecken K2 zwischen den Kontakten 6, 7, 8 und dem Rand 111 vorgesehen, die die Anforderungen an die Luft- und Kriechstrecken erfüllen. Damit die Strecken K1 auf der Oberseite 11 zwischen den Kontakten 6, 7, 8 bzw. die Strecken K2 zwischen den Kontakten 6, 7, 8 und dem Rand 111 als Kriechstrecke akzeptiert werden können, muss das Substrat 10 des Moduls 1 dabei einen CTI-Wert der Kriechstromfestigkeit von mindestens 175 aufweisen. In Ausführungsbeispielen liegt dieser Wert zwischen 175 und 600.
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In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die vertikalen Strecken K3 entlang der Stirnseiten des Moduls 1 nicht als Kriechstrecken zu betrachten sind. An diesen Stirnseiten wird, wenn das Substrat 10 beispielsweise aus Leiterplattenmaterial besteht, das Substrat 10 gesägt, so dass der innere Lagenaufbau frei liegt. Damit kann für die Stirnseiten kein gesicherter CTI-Wert ausgewiesen werden bzw. dieser ist nicht ausreichend hoch.
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Weiter wird darauf hingewiesen, dass aus Sicherheitsgründen auch die Strecken K4 auf der Unterseite des elektrischen Moduls 1 zwischen dem Rand 111 und der unteren Metallisierungsschicht 23 nicht als Kriechstrecken betrachtet werden. Dies hängt damit zusammen, dass typischerweise der Spalt 18 der Dicke d zwischen der Unterseite 12 des elektrischen Moduls 1 und der Oberseite des Kühlkörpers 9 derart klein ist, dass nach der Norm DIN EN IEC 60664-1 die Kriechstrecke gleich der Luftstrecke zum Kühlkörper 9 gesetzt werden musst. Die Kriechstrecke K4 auf der Unterseite 12 des Moduls 1 ist laut dieser Norm somit nicht relevant.
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In anderen Ausgestaltungen, in denen aufgrund eines größeren Abstands d oder anderen Gründen die Kriechstrecke K4 relevant ist, kann dies natürlich Berücksichtigung finden bei den Abständen der elektrischen Kontakte 6, 7, 8 auf der Oberseite 11 zum Rand 111, die dann entsprechend kleiner gewählt werden können.
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Die Festlegung der Abstände zwischen den elektrischen Kontakten 6, 7, 8 auf der Oberseite 11 zueinander und zum Rand 111 mit einer Größe, dass den Anforderungen an die Luft- und Kriechstrecken genügt wird, bedeutet eine Verbreiterung der elektrischen Module 1. Ansonsten sind jedoch keinerlei Maßnahmen erforderlich, um den Anforderungen an die Luft- und Kriechstrecken zu genügen. Allein durch eine Verbreiterung der Module wird der Abstand der elektrischen Kontakte 6, 7, 8 zum Rand 111 derart groß gestaltet, dass die Anforderungen an die Kriechstrecken erfüllt sind. Dabei ist auch die Isolation zur unteren Metallisierungsschicht 23 sichergestellt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß der 1 zwischen der unteren Metallisierungsschicht 23 und der Oberfläche des Kühlkörpers 9 ein thermisches Schnittstellenmaterial 14 angeordnet ist. Dieses kann, muss jedoch nicht elektrisch isolierend ausgebildet sein, da bereits über die bereitgestellten Luft- und Kriechstrecken eine ausreichende Isolation der elektrischen Kontakte 6, 7, 8 zum Kühlkörper 9 bereitgestellt ist. Damit kann ein elektrisch leitendes thermisches Schnittstellenmaterial 14 eingesetzt werden, das eine große Wärmeleitfähigkeit aufweist.
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Weiter wird darauf hingewiesen, dass es für die Erfüllung der Anforderungen an die Luft- und Kriechstrecken zwar nicht erforderlich, gleichwohl möglich ist, entsprechend der 5 zwischen der Oberseite 11 des elektrischen Moduls 1 und der Unterseite 42 einer angrenzenden Leiterplatte 4 beispielsweise mittels eines Underfill-Prozesses zusätzlich ein Isolationsmaterial einzubringen.
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Die 2 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel des elektrischen Moduls 1 der 1. Danach weist das elektrische Modul 1 einen keramischen Schaltungsträger 2 und ein auf diesem angeordnetes elektrisches Bauelement 3 auf. Es umfasst eine Oberseite 11 mit einem Rand 111 und eine Unterseite 12, die zueinander parallel verlaufen. Die Kontaktierung des elektrischen Moduls 1 erfolgt über die der Oberseite 11 ausgebildete elektrischen Kontakte bzw. Kontaktflächen 6, 7, 8, die über Lotverbindungen mit entsprechenden Kontaktflächen auf der Unterseite einer Leiterplatte verbunden sind (siehe 1).
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Der keramischen Schaltungsträger 2 umfasst eine isolierende Keramikschicht 21, eine auf der Oberseite der Keramikschicht 21 angeordnete erste Metallisierungsschicht 22 und eine auf der Unterseite der Keramikschicht 21 angeordnete zweite Metallisierungsschicht 23. Die Keramikschicht 21 besteht beispielsweise aus Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliziumnitrid (Si3N4). Die Metallisierungsschichten 22, 23 bestehen beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, Silber oder Wolfram.
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Auf der ersten Metallisierungsschicht 22 ist beispielsweise über eine Lotschicht (nicht gesondert dargestellt) das elektrisches Bauelement 3 angeordnet. Das Bauelement 3 weist dabei eine Unterseite 32, mit der es auf der Metallisierungsschicht 22 angeordnet ist, und eine Oberseite 31 auf. Die Oberseite 31 und die Unterseite 32 können metallisiert, zum Beispiel verkupfert sein. Dabei bildet die Oberseite 31 des elektrischen Bauelements 3 elektrische Oberseitenkontakte. Bei dem elektrischen Bauelement 3 handelt es sich beispielsweise um einen Leistungshalbleiter wie zum Beispiel einen Leistungs-MOSFET oder ein IGBT-Bauelement, der als Chip ausgebildet ist.
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Zur elektrischen Kontaktierung des elektrischen Bauelements 3 sind eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen 5, 50 vorgesehen. Dabei ist vorgesehen, dass über den elektrischen Kontakt 6 und eine Durchkontaktierung 5 die obere Metallisierungsschicht 22 mit einem Drain-Potential beaufschlagt wird. Hierzu kann gegebenenfalls zusätzlich ein Abstandselement vorgesehen sein. Ferner ist vorgesehen, dass über die elektrischen Kontakte 7, 8 und Durchkontaktierungen 50 elektrische Oberseiten kontakte des elektrischen Bauelements 3 mit einem Source-Potential und einem Gate-Potential beaufschlagt werden. Das Unterseitenpotential des elektrischen Bauelements 3 wird dabei über die obere Metallisierungsschicht 22 bereitgestellt.
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Der keramische Schaltungsträger 2 und das elektrische Bauelement 3 sind in einem Substrat 10 angeordnet. Bei dem Substrat 10 handelt es sich in Ausführungsbeispielen um ein Leiterplattenmaterial wie zum Beispiel FR4 oder ein Vergussmaterial.
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Der keramische Schaltungsträger 2 ist mit seiner an der Unterseite der Keramikschicht 21 angeordneten Metallisierungsschicht 23 über ein Wärmeleitmaterial 14 mit einem Kühlkörper 9 verbunden. Der keramische Schaltungsträger 2 mit der Keramikschicht 21 dient der elektrischen Isolation des auf dem keramischen Schaltungsträger 2 angeordneten elektrischen Bauelements 3 zum Kühlkörper und stellt gleichzeitig eine thermische Anbindung zum Kühlkörper 9 bereit. Über den Kühlkörper 6 wird dabei Verlustwärme des elektrischen Bauelements 3 abgeführt.
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Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrischen Moduls, das entsprechend den 1 und 2 ausgebildet ist, in einer teilweise transparenten Ansicht von oben. Aufgrund der teilweise transparenten Ansicht sind das elektrische Bauelement 3 und die Keramikschicht 21 zu erkennen, auf der das elektrische Bauelement 3 angeordnet ist. Weiter sind die elektrischen Kontakte bzw. Kontaktflächen 6, 7, 8 zu erkennen, über die beispielsweise ein Drain-Potential, ein Source-Potential und ein Gate-Potential bereitgestellt werden, sowie die Durchkontaktierungen 5, 50 gemäß der 2.
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Gemäß der 3 ist der Randbereich zur Kriechstreckenverlängerung auf der Oberseite 11 verlängert, wobei insbesondere verlängerte Kriechstrecken K2 zwischen den elektrischen Kontakten 6, 7, 8 und dem Rand 111 bereitgestellt sind. Eine Verlängerung der Kriechstrecken K1 zwischen den Kontakten 7, 8 (z.B. Source und Gate) ist dabei typischerweise nicht erforderlich, da die Spannungsdifferenz zwischen diesen Kontakten typischerweise gering ist. Gegebenenfalls kann aber natürlich auch dieser Abstand vergrößert werden.
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Die 4 zeigt die Draufsicht der 3 unter Darstellung ausschließlich der Fläche A_p der Oberseite 11 und der Fläche A_k der Keramikschicht 21 des elektrischen Moduls 1. Die vorgesehene Vergrößerung der Abstände der elektrischen Kontakte 6, 7, 8 bewirkt dabei, dass das Verhältnis der Fläche A_p zur Fläche A_k größer als 2,5 ist (wobei die 4 insofern nicht maßstabsgerecht ist).
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne von den hier beschriebenen Konzepten abzuweichen. Weiter wird darauf hingewiesen, dass beliebige der beschriebenen Merkmale separat oder in Kombination mit beliebigen anderen Merkmalen eingesetzt werden können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Die Offenbarung dehnt sich auf alle Kombinationen und Unterkombinationen eines oder mehrerer Merkmale aus, die hier beschrieben werden und umfasst diese. Sofern Bereiche definiert sind, so umfassen diese sämtliche Werte innerhalb dieser Bereiche sowie sämtliche Teilbereiche, die in einen Bereich fallen.
