DE19931694B4 - Verfahren zum Herstellen von elektrischen Schaltkreisen oder Modulen sowie elektrischer Schaltkreis oder elektrisches Modul hergestellt nach diesem Verfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Verfahren zum Herstellen von elektrischen Schaltkreisen oder Modulen mit jeweils wenigstens einem Substrat, welches aus wenigstens einer Isolierschicht besteht und an einer Oberseite wenigstens eine erste Metallisierung und an einer Unterseite wenigstens eine zweite Metallisierung aufweist, wobei zumindest die erste Metallisierung zur Bildung von Kontaktflächen, Leiterbahnen usw. strukturiert ist und das Substrat an der Oberseite mit wenigstens einem elektrischen Bauelement bestückt ist.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen nach einem solchen Verfahren hergestellten elektrischen Schaltkreis.
• Bekannt ist es, die zum Herstellen von Leiterbahnen, Anschlüssen usw. benötigte Metallisierung auf einer Keramik, z.B. auf einer Aluminium-Oxid-Keramik mit Hilfe des sogenannten „DCB-Verfahrens" (Direct-Copper-Bond-Technology) herzustellen, und zwar unter Verwendung von die Metallisierung bildenden Metall- bzw. Kupferfolien oder Metall- bzw. Kupferblechen, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug (Aufschmelzschicht) aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US 37 44 120 oder in der DE 23 19 854 C2 beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug (Aufschmelzschicht) ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls (z.B. Kupfers), so daß durch Auflegen der Folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht.
• Dieses DCB-Verfahren weist dann z.B. folgende Verfahrensschritte auf:
• • Oxidieren einer Kupferfolie derart, daß sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt;
• • Auflegen des Kupferfolie auf die Keramikschicht;
• • Erhitzen des Verbundes auf eine Prozeßtemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, z.B. auf ca. 1071°C;
• • Abkühlen auf Raumtemperatur.
• Bekannt sind insbesondere auch elektrische Schaltkreise bzw. Module, die aus einem. mit dem DCB-Verfahren hergestellten und mit elektrischen Leistungs-Bauelementen bzw. Leistungs-Halbleiterchip bestückten Substrat bestehen, dessen Isolier- bzw. Keramikschicht beispielsweise an beiden Oberflächenseiten mit einer Metallisierung versehen ist. Von diesen ist dann zumindest die an der Oberseite des Substrates vorgesehene Metallisierung strukturiert. Das Substrat ist dabei in der Regel Bestandteil eines Gehäuses, aus welchem abgedichtet äußere Anschlüsse (Leads) herausgeführt sind.
• Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen von Substraten ( DE 195 27 611 A1 ), bei dem Substrate bestehend aus einer Keramikschicht und einer Metallisierung an einer Oberflächenseite der Keramikschicht an von einem Lead-Frame oder Leiterrahmen gebildeten Stegen durch Laser-Bonden fixiert werden, wobei diese Stege dann in einem weiteren Verfahrensschritt von dem übrigen Leiterrahmen durch Freistanzen getrennt und so an den einzelnen Substraten verbleibende und über diese wegstehende Anschlüsse bilden.
• Bekannt ist weiterhin JP 06-10 43 75 A. In: Pat.Abstr. of Japan, Sect. E. Vol. 18 (1994), Nr. 372) eine Isolierschicht aufweisende Substrate in einem Leiterrahmen durch Verbinden mit Stegen dieses Leiterrahmens zu halten, wobei auf diese Substrate dann Halbleiter-Bauelemente angeordnet werden.
• Bekannt ist weiterhin auch (JP 06-28 36 56) Halbleiteranordnungen in einem Leiterrahmen vor dem Freistanzen zur Bildung eines Gehäuses in einer Isoliermatte einzubetten.
• Bekannt ist weiterhin eine mehrlagige Leiterplatte mit Kontaktflächen an einem Randbereich einer oberen Isolierschicht dieser Leiterplatte (JP 10-178141 A), wobei die Kontaktflächen mit Stegen eines Leiterrahmens verbunden sind. In Eckbereichen der Leiterplatte vorgesehene Metallflächen sind mit zusätzlichen, diagonal zu der Leiterplatte verlaufenden Fixierstegen des Leiterrahmens verbunden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches in besonders rationeller Weise die Herstellung von elektrischen Schaltkreisen oder Modulen, insbesondere auch für hohe Leistungen ermöglicht.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
• Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf nach diesen Verfahren hergestellte Schaltkreise gemäß Patentanspruch.
• Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine sehr rationelle Fertigung von elektrischen Schaltkreisen oder Modulen, insbesondere auch unter Verwendung von Substraten, deren Isolierschicht aus Keramik besteht und den an beiden Oberflächenseiten flächig mit der ersten bzw. zweiten Metallisierung versehen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist gewährleistet, daß die zweite Metallisierung an der Unterseite des hergestellten Schaltkreises freiliegt, so daß ein optimales Kühlen bzw. Ableiten von Verlustwärme auch bei Leistungs-Modulen möglich ist, und zwar insbesondere auch ohne zusätzliche Zwischenschichten aus Lot, die (Zwischenschichten) die Wärmeleitfähigkeit und damit das Kühlen verschlechtern würde.
• Wesentliche Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind somit unter anderem, daß das Einbetten in der Isoliermasse derart erfolgt, daß die von der zweiten Metallisierung gebildete Unterseite des Substrates zumindest teilweise freiliegt, die zweite Metallisierung also mit geringem Wärmewiderstand mit einem Kühler verbunden werden kann, daß darüber hinaus das Einbetten derart erfolgt, daß die Isoliermasse das Substrat an seinem Rand übergreift und bis an die Unterseite in dort zumindest im Randbereicht vorgesehene Ausnehmungen reicht, d. h. durch das Vergreifen des Randes des Substrates durch die Isoliermasse ein dichter Abschluß gewährleistet ist und durch die Verankerung der Isoliermasse in den Ausnehmungen an der Unterseite des Substrates eine zuverlässige Verzahnung zwischen der Isoliermasse und dem Substrat erreicht ist, die (Verzahnung) trotz des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Substrat und Isoliermasse die Dichtigkeit der Einbettung gewährleistet.
• Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht eine kurze Teillänge eines Lead-Frame oder Leiterrahmens;
• 2 in vergrößerter perspektivischer Darstellung einen Abschnitt des Leiterrahmens der 1;
• 3 eine Darstellung ähnlich 2, allerdings in einer Ansicht auf die Unterseite des Leiterrahmens;
• 4 in vereinfachter Darstellung einen Teilschnitt durch ein unter Verwendung des Leiterrahmens hergestellten Schaltkreises bzw. Moduls.
• Der in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Lead-Frame oder Leiterrahmen ist aus einem geeigneten, elektrisch leitenden Flachmaterial bzw. aus Flachmaterial aus Metall durch Stanzen und/oder Ätzen oder auf andere geeignete Weise hergestellt, und zwar einstückig mit einer Struktur, die im wesentlichen folgende Elemente aufweist:
• – Zwei streifenförmige, sich in Längsrichtung des Leiterrahmens 1 erstreckende, parallele und voneinander beabstandete Längsabschnitte 2 und 3;
• – Querstege 4, die jeweils senkrecht zur Längserstreckung des Leiterrahmens 1 zwischen den Abschnitten 2 und 3 verlaufen und diese Abschnitte miteinander verbinden sowie in vorgegebenen Abständen in Längsrichtung des Leiterrahmens vorgesehen sind;
• – Verschiedene, sich von den Abschnitten 2 und 3 in den Raum zwischen diesen Abschnitten sich erstreckende Stege 5, die mit ihrer Längserstreckung senkrecht zur Längserstreckung des Leiterrahmens liegen und jeweils im Abstand von dem zugehörigen Abschnitt 2 bzw. 3 ein freies Ende 5' bzw. 6' bilden;
• – Verschiedene Stege 6, die jeweils beidseitig von den Querstegen 4 ausgehend und in den jeweiligen, zwischen zwei Querstegen 4 und den Abschnitten 2 und 3 gebildeten Raum hineinreichen, dort freie Enden 7' bilden und mit ihrer Längserstreckung parallel oder im wesentlichen parallel zur Längserstreckung des Leiterrahmens 1 liegen;
• – Vier Fixierstäbe 7, die bei der dargestellten Ausführungsform jeweils von einem Abschnitt 2 bzw. 3 ausgehen, und zwar in der Nähe der von diesem Abschnitt und einem Quersteg 4 gebildeten Ecke, schräg zur Längserstreckung des Leiterrahmens 1 verlaufen und mit freien Enden 7' in den zwischen zwei benachbarten Querstegen 4 und den Abschnitten 2 und 3 begrenzten Bereich hineinreichen;
• – Eine Rahmenstruktur 8, die mit ihren rechtwinklig aneinander anschließenden Seiten parallel zu den Abschnitten 2 und 3 bzw. parallel zu den Querstegen 4 liegt und die sämtliche Stege 5–7 miteinander verbindet, und zwar derart, daß diese Stege mit ihren freien Enden 5', 6' und 7' mit einer gewissen Länge in den von der Rahmenstruktur 8 umschlossenen Bereich 9 vorstehen bzw. hineinreichen.
• Die Abschnitte 2 und 3, die Querstege 4, die Stege 5, 7 und die Rahmenstruktur 8 definieren eine gemeinsame Leiterrahmen-Ebene E (4).
• Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, weist der Leiterrahmen 1 eine Vielzahl von in Längsrichtung aufeinander folgende Abschnitte 10 auf, von denen jeder zwischen zwei Querstegen 4 gebildet ist, die Steg 5–7 und die Rahmenstruktur 8 aufweist. Bei dem dargestellten Leiterrahmen 1 ist an jedem Abschnitt 10 im Leiterrahmen ein Substrat 11 vorgesehen, und zwar an dem von der Rahmenstruktur umschlossenen Bereich 9. Das jeweilige Substrat 11, welches bei der dargestellten Ausführungsform einen quadratischen Umfang aufweist, besteht aus einer Isolierschicht 12, die vorzugsweise eine Keramikschicht (z.B. Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid-Schicht) ist. Die Isolierschicht 12 ist beidseitig mit einer Metallisierung 13 bzw. 14 versehen, welche bei Verwendung einer Keramikschicht als Isolierschicht 12 jeweils von Metallfolien, beispielsweise Kupferfolien gebildet sind, die mit Hilfe der sog. DCB-Technik oder aber durch Aktivlöten flächig mit der jeweiligen Oberflächenseite der Isolierschicht 12 verbunden sind. Zur Bildung von Leiterbahnen, Kontakt- und/oder Verbindungsflächen usw. ist die Metallisierung 13 strukturiert, wie dies insbesondere auch in der 2 durch die unterschiedlichen, von der Metallisierung 13 gebildeten Metall-Bereiche 13' und 13'' angedeutet ist. An der von der strukturierten Metallisierung 13 gebildeten Oberseite wird das Substrat 11 dann mit den benötigten elektrischen Bauelementen 15 bestückt. Diese Bauelemente sind zumindest zum Teil Leistungs-Bauelemente, beispielsweise Leistungs-Halbleiter-Chips, wie z.B. Dioden, auch steuerbare Dioden, Thyristoren usw.
• Wie die 3 zeigt, ist auch die die Unterseite des Substrates 11 bildende Metallisierung 14 strukturiert, wie dies in der 3 mit den Bereichen 14' angedeutet ist. Diese Strukturierung der Metallisierung 14 ist an die Strukturierung der Metallisierung 13 derart angepaßt, daß eine Erwärmung des Substrates 11, die von der Verlustleistung der Leistungs-Bauelemente 15 herrührt, trotz des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Metalls der Metallisierungen 13 und 14 und des Materials der Isolierschicht 12 nicht zu einer Verwölbung des Substrates 11 führt. Die Strukturierung der Metallisierung 14 ist vorzugsweise so ausgeführt, daß dort, wo an der Oberseite des Substrates 11 ein eine höhere Verlustleistung verursachendes Bauelement 15, beispielsweise ein Leistungsbauelement auf einer von der Metallisierung 13 gebildeten Metallbereich 13' angeordnet ist, auf der Unterseite des Substrates 11 eine von der strukturierten Metallisierung 14 gebildeter Metallbereich 14' mit wenigstens gleichem Volumen und damit bei gleicher Dicke der Metallisierungen 13 und 14 mit wenigstens gleicher Fläche, vorzugsweise mit einer gegenüber dem Metallbereich 13' an der Oberseite etwas vergrößerten Fläche, beispielsweise mit einer um 10% vergrößerten Fläche vorgesehen ist. Die etwas größere Fläche des Metallbereiches 14' an der Unterseite berücksichtigt zum einen die Temperaturdifferenze zwischen der Oberfläche und Unterseite des Substrates 1, die sich nicht vermeiden läßt, und ermöglicht weiterhin durch Wärmespreizung eine verbesserte Kühlung.
• Fixiert ist das jeweilige Substrat 11 im Leiterrahmen 1 bzw. in dem jeweiligen Bereich 9 innerhalb der Rahmenstruktur 8 dadurch, daß von der strukturierten Metallisierung 13 gebildete Metallbereiche 13'' an den Ecken des Substrates 11 durch Schweißen, vorzugsweise durch Laser-Schweißen oder Laser-Punktschweißen oder auf eine andere, geeignete Weise jeweils mit dem freien Ende des Fixiersteges 7 verbunden sind, von denen dann jeder mit seinem Ende 7' flächig gegen die Oberseite eines Metallbereichs 13'' anliegt. Die Enden 5' und 6' der Stege 5 und 6 liegen jeweils einem weiteren Metallbereich 13' am Rand gegenüber, der als Kontaktfläche dient und beispielsweise Teil einer nicht dargestellten ist, mit dem auch die Anschlüsse der Bauelemente 15 elektrisch verbunden sind. Die Enden 5' und 6' sind jeweils über Draht-Bonds 16 mit dem zugehörigen Metallbereich 13' elektrisch verbunden, wobei die Draht-Bonds 16 von einem Draht extrem guter Leitfähigkeit, beispielsweise von einem Gold- oder Silberdraht gebildet sind, dessen Querschnitt aber kleiner ist als der Querschnitt der Stege 5 und 6.
• Das Strukturieren der Metallisierung 13 und 14 erfolgt unter Verwendung der üblichen, dem Fachmann bekannten Techniken, beispielsweise mittels einer Maskierungs-Ätz-Technik. Wie die Figuren weiterhin zeigen, sind die Metallisierungen 13 und 14 so gewählt, daß die Isolierschicht 12 mit einem Randbereich 12' über den Rand der Metallisierungen 13 und 14 vorsteht.
• Die Bestückung der Substrate 11 mit den Bauelementen 15 an der von der Metallisierung 13 gebildeten Oberseite erfolgt vorzugsweise erst dann, wenn diese Substrate 11 unter Verwendung der Fixierstege 7 im Leiterrahmen 1 fixiert sind. Bei dem Bestücken mit den Bauelementen 15 werden dann auch die Verbindungen zwischen den Stegen 5 und 6 und den Metallbereichen 13' am Rand mittels der Drahtbonds 16 hergestellt. Gleichzeitig werden dann auch die elektrischen Verbindungen zwischen den Bauelementen 15 und den zugehörigen Kontaktflächen am Substrat 11 erzeugt, und zwar beispielsweise ebenfalls durch Draht-Bonds.
• Die Strukturierung der Metallisierungen 13 und 14 erfolgt vor dem Fixieren der Substrate 11 im Leiterrahmen 1, wobei die Substrate 11 vorzugsweise im Mehrfachnutzen unter Verwendung einer großformatigen Isolier- oder Keramikplatte mit großflächigen Metallisierungen hergestellt werden, die dann nach dem Strukturieren der großflächigen Metallisierungen in die einzelnen Substrate 11 beispielsweise durch Brechen zertrennt wird. Die Sustrate 11 können auch im bestückten zustand am Leiterrahmen 1 fixiert werden.
• Nach dem Bestücken der Substrate 11 mit den Bauelementen 15 und/oder nach dem Fixieren der bestückten Substrate am Leiterrahmen 1 erfolgt das Einbetten der einzelnen Substrate 11 in eine elektrisch isolierende Einbett- oder Kunststoffmasse 17 zur Bildung eines beispielsweise gaderförmigen Gehäuses 18, wie dies in der 4 dargestellt ist.
• Grundsätzlich erfolgt das Einbetten durch Spritzgießen unter Verwendung einer geeigneten Spritzgießform in der Weise, daß der Umfang der hergestellten Gehäuse 18 der Module 19 bis in die Nähe der Innenseite der Rahmenstruktur 8 reicht, diese Rahmenstruktur 8 aber außerhalb des Gehäuses 18 liegt, so daß mit einem geeigneten Trenn- oder Stanzwerkzeug beim Freistanzen des jeweiligen Moduls 19 aus dem Leiterrahmen 1 die Fixierstege 7 unmittelbar am Umfang des Gehäuses 18 und die Stege 5 und 6 unter Abtrennen der Rahmenstruktur 8 mit einer größeren, vom Umfang des Gehäuses 18 wegstehenden Länge vom Leiterrahmen 1 abgetrennt werden, so daß die Stege 5 und 6 Anschlüsse bzw. Leads mit der benötigten Länge bilden.
• Eine Besonderheit besteht darin, daß das Einbetten des jeweiligen, bestückten Substrates 11 in die Einbettmasse 17 derart erfolgt, daß die strukturierte Metallisierung 14 an der Unterseite des Moduls 19 frei liegt und über diese Metallisierung 14 zur Erzielung einer optimalen Kühlung eine unmittelbare thermische Verbindung zu einem nicht dargestellten Kühler oder einer nicht dargestellten Wärmesenke möglich ist. Um zu erreichen, daß die Metallisierung 14 an der Unterseite des Moduls 19 frei liegt, wird das jeweilige Substrat 11 beim Spritzen des Gehäuses 18 mit in der Spritzgießform vorgesehenen Niederhaltern gegen eine Fläche der Spritzgießform derart angedrückt, daß die der Isolierschicht 12 abgewandte Oberflächenseite der Metallisierung 14 von der Einbett- oder Kunststoffmasse nicht abgedeckt wird. Lediglich die durch die Strukturierung der Metallisierung 14 zwischen den Metallbereichen 14' gebildeten Nuten 20 sind von der Einbettmasse 17 ausgefüllt, so daß schon hierdurch eine Verankerung des Substrates 11 in der Einbettmasse 17 bzw. in dem Gehäuse 18 gewährleistet ist. Eine weitere Verankerung wird dadurch erreicht, daß die Metallbereiche 14' an ihren Rändern mit Ausnehmungen 21 versehen sind, die in die Nuten 20 hineinreichende Hinterschneidungen bildenden, welche bei der in der 3 dargestellten Ausführungsform eine schwalbenschwanzartige Formgebung aufweisen und ebenfalls von der Einbettmasse 17 ausgefüllt sind. Selbstverständlich sind auch andere, Hinterschneidungen bildende Formgebungen für die Ausnehmungen 21 denkbar. Beispielsweise können die Ausnehmungen 21 entsprechend der 5 teilkreisförmig ausgeführt sein. Die Ausnehmungen 21 werden selbstverständlich jeweils bei der Strukturierung der Metallisierung 14 erzeugt.
• Eine weitere Verankerung des Substrates 11 wird dadurch erreicht, daß die Isolierschicht 12 mit ihrem Randbereich 12' über den äußeren Rand der Metallisierung 14 vorsteht, so daß dieser Randbereich 12' von der Einbettmasse 17 klammerartig umgriffen ist, und zwar sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Isolierschicht 12.
• Bei der in der 4 dargestellten Ausführungsform ist weiterhin in jedem Substrat 11 eine durchgehende Bohrung 22 vorgesehen, die durch die Metallisierungen 13 und 14 und durch die Isolierschicht 12 hindurchreicht und im Bereich der Metallisierung 14 über einen bei der Strukturierung erzeugten kanal- oder nutenartigen Abschnitt 23 mit wenigstens einer der Nuten 20 in Verbindung steht. Auch diese Bohrung 22 und der Abschnitt 23 sind dann vollständig von der Einbettmasse 17 ausgefüllt, wodurch eine zusätzliche Verankerung erreicht ist.
• Die Herstellung der Gehäuse 18 erfolgt, wie oben ausgeführt wurde, durch Spritzgießen unter Verwendung einer an einer entsprechenden Spritzgießmaschine vorgesehenen Form, wobei diese Form beispielsweise mehrere Formräume aufweist, so daß in einem Spritzvorgang gleichzeitig mehrere Gehäuse 18 gespritzt werden. Nach dem Spritzen und Wiederöffnen der Form wird der Leiterrahmen 1 um eine vorgegebene Länge weiterbewegt, so daß dann das Spritzen des nächsten Gehäuses oder der nächsten Gehäuse erfolgen kann.
• Nach dem Einbetten des jeweiligen Substrates 11 in die Einbettmasse 17 bzw. in das Gehäuse 18 ist dieses Substrat auch über die verbleibenden Fixierstäbe 7 im Gehäuse 18 verankert, wobei die von den Draht-Bonds 16 gebildeten Verbindungen ausreichend elastisch sind, um beispielsweise auch beim späteren Formen bzw. Biegen der die Anschlüsse bildenden, abgetrennten Stege 5 und 6 die Übertragung von mechanischen Spannungen von diesen äußeren Anschlüssen auf das Substrat 11 zuverlässig zu vermeiden.
• Da bei der beschriebenen Ausbildung die Fixierstäbe 7 mit den Metallbereichen 13" an der Oberseite des Substrates 11 verbunden sind, ist eine ebene Unterseite des Moduls 19 möglich, an der das Modul 19 mit der Metallisierung 14 flächig an einem Kühler usw. befestigt werden kann.
• Um die Oberseite des Substrates 11 möglichst vollflächig für die Bestückig mit den Bauelementen 15 nutzen zu können, sind die Fixierstege 7 mit ihren Enden 7' mit den in den Eckbereichen des Substrates 11 gebildeten Metallbereichen 13'' verbunden.
• Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So wurde vorstehend davon ausgegangen, daß der Leiterrahmen 1 lediglich in einer, sich in Leiterrahmen-Längsrichtung erstreckenden Reihe Abschnitte 10 mit jeweils einem Substrat 11 aufweist. Selbstverständlich können am Leiterrahmen auch mehrere Reihen von Abschnitten 10 mit jeweils einem Substrat im Leiterrahmen-Querrichtung gegeneinander versetzt vorgesehen sein.

1

Lead-Frame oder Leiterrahmen

2, 3

Leiterrahmen-Längsabschnitte

4

Quersteg

5, 6

Steg

5', 6'

freies Ende

7

Fixiersteg

8

Rahmenstruktur

9

Bereich

10

Abschnitt

11

Substrat

12

Isolierschicht

12'

Randbereich

13, 14

Metallisierung

13', 13'', 14'

Metallbereich

15

Bauelement

16

Draht-Bond

17

Einbettmasse

18

Gehäuse

19

Modul

20

Nut

21

Ausnehmung

22

Bohrung

23

Kanal

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen von elektrischen Schaltkreisen oder Modulen mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Substrats (11), welches aus einer Isolierschicht (12) besteht und an einer Oberseite wenigstens eine erste Metallisierung (13) und an einer Unterseite wenigstens eine zweite Metallisierung (14) aufweist, wobei die erste Metallisierung (13) zur Bildung von Kontaktflächen (13') und Leiterbahnen sowie von Bereichen (13") zum Fixieren eines Leiterrahmens strukturiert ist, und wobei in der zweiten Metallisierung (14) zumindest in einem Randbereich Ausnehmungen (21) gebildet sind; b) Bereitstellen des Leiterrahmens (1) mit Fixierstegen (7) zum Fixieren des Substrats (11) und mit weiteren Stegen (5, 6) zum Bilden von äußeren elektrischen Anschlüssen für den Schaltkreis (19); c) Verbinden der weiteren Stege (5, 6) des Leiterrahmens (1) mit den Kontaktflächen (13') zum Bilden von äußeren elektrischen Anschlüssen für den Schaltkreis (19) und zum Fixieren der Fixierstege (7) des Leiterrahmens (1) mit wenigstens einem der Bereiche (13") der Metallisierung (13); d) Einbetten des mit wenigstens einem Bauelement (15) bestückten Substrats (11), des Leiterrahmens (1) und des wenigstens einen elektrischen Bauelementes (15) in eine Isoliermasse (17) zur Bildung eines Gehäuses derart, daß die zweite Metallisierung (14) zumindest in einem Teilbereich an der Unterseite des Substrats (11) freiliegt und die Isoliermasse (17) das Substrat (11) an seinem Umfang übergreift und bis in die an der Unterseite des Substrats (11) gebildeten Ausnehmungen (21) der zweiten Metallisierung (14) hineinreicht, und e) Entfernen des Schaltkreises (19) aus dem Leiterrahmen (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Strukturierung der zweiten Metallisierung gebildeten und von der Isoliermasse ausgefüllten Ausnehmungen Kanäle oder Nuten sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Strukturierung der zweiten Metallisierung gebildeten und von der Isoliermasse ausgefüllten Ausnehmungen Hinterschneidungen bilden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Isoliermasse Kunststoff verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbetten des jeweiligen Substrates (11) durch Spritzgießen erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbetten durch Spritzgießen in einer Spritzgießform mit wenigstens einem Formraum erfolgt, und zwar vorzugsweise unter Verwendung eines in diesem Formraum vorgesehenen Niederhalters, der das jeweilige Substrat (11) mit seiner Unterseite bzw. mit der dortigen zweiten Metallisierung (14) gegen eine Fläche des Formraumes für die Isoliermasse abgedichtet andrückt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen des Schaltkreises (19) aus dem Leiterrahmen (1) durch Freistanzen. erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen den die äußeren Anschlüsse des Schaltkreises bildenden Stegen (5, 6) und den Kontaktflächen des Substrates (11) durch Draht-Boden erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines durch Stanzen und/oder Ätzen hergestellten Leiterrahmen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Leiterrahmen (1), der in wenigstens einer, sich in Leiterrahmen-Längsrichtung erstreckenden Reihe mehrere in vorgegebenen Abständen aufeinanderfolgende Bereiche (9) zur Aufnahme jeweils eines Substrates (11) aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Leiterrahmen, der an den Bereichen (9) zur Aufnahme jeweils eines Substrates mehrere an diesen Bereich reichende Stege (5, 6, 7) besitzt, die durch eine den jeweiligen Bereich (9) zumindest teilweise umschließende Verstärkungsstruktur, beispielsweise durch eine Rahmen- oder Ringstruktur miteinander verbunden sind.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Substraten (11), deren Isolierschicht eine Keramikschicht, beispielsweise eine Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitrid-Keramik ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Substraten (11), deren Metallisierungen (13, 14) von Metallfolien, beispielsweise Kupferfolien gebildet sind, die flächig mit den Oberflächenseiten der Isolierschicht (12) verbunden sind, und zwar vorzugsweise mit der DCB-Technik oder durch Aktivlöten.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden des wenigstens einen Fixiersteges (7) mit einer der Metallisierungen durch Schweißen, vorzugsweise durch Laser-Schweißen erfolgt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Substrat (11) an wenigstens zwei Fixierstegen (7) des Leiterrahmens (1) fixiert wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Substrat (11) mit seiner ersten Metallisierung oder mit wenigstens einem durch die Strukturierung der ersten Metallisierung erzeugten Metallbereich (13'') an einem Fixiersteg (7) des Leiterrahmen (1) gehalten ist.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei strukturierter zweiter Metallisierung (14) auch zwischen den Metallbereichen (14') dieser Metallisierung gebildete Kanäle, Ausnehmungen, Nuten (20) usw. mit der Isoliermasse ausgefüllt werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verankerung des Substrates (11) in dem von der Isoliermasse (17) gebildeten Gehäuse (18) diese Isoliermasse auch in wenigstens eine im Substrat (11) vorgesehene Bohrung (22) eingebracht wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Stubstrat (11) nach dem Strukturieren der Metallisierungen (13, 14) am Leiterrahmen (1) fixiert wird.
20. Elektrischer Schaltkreis bzw. Modul, gekennzeichnet durch seine Herstellung nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.