WO2016188702A1 - Verfahren zur herstellung eines elektronischen bauelements mit einem trägerelement und elektronisches bauelement mit einem trägerelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines elektronischen bauelements mit einem trägerelement und elektronisches bauelement mit einem trägerelement Download PDF

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layer
metal
ceramic
carrier element
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Thomas Schwarz
Michael Zitzlsperger
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • a method for producing a carrier element, a carrier element, a method for producing an electronic component with a carrier element and an electronic component with a carrier element are specified.
  • substrates are often required that have a high thermal conductivity at the same time
  • Such substrates are used, for example, for the assembly of semiconductor chips in the context of a so-called COB assembly (COB: “chip-on-board”) or together with surface-mountable SMD components (SMD: "surface-mounted device”).
  • COB chip-on-board
  • SMD surface-mountable SMD components
  • Ceramic substrates to use for example
  • MBC metal core board
  • DCB direct bonded copper
  • Method for producing a carrier element in particular for an electronic component, such a carrier element, a method for producing an electronic device
  • the first metal layer has, in particular, a first and a second main surface which are remote from one another.
  • Main surface refers to those surfaces that have the largest extent of the surfaces of the first metal layer
  • Metal foil or metal plate which has two opposing main surfaces which are interconnected by side surfaces, wherein the
  • Main surfaces may have.
  • the first metal layer can be unstructured and thus provided as a continuous plate or sheet-like structure. Alternatively, it may also be possible to use the first metal layer provide structured, so for example with
  • a structured first metal layer in the form of a structured leadframe can be provided.
  • the first metal layer can be provided.
  • the first metal layer by means of a suitable composition, thickness and structure, has sufficient stability for the method steps described below and in the finished carrier element can be that element which corresponds to the element
  • Carrier element gives its basic stability and strength.
  • a second metal layer is applied to at least one of the main surfaces. This means that either a second metal layer is applied to the first main surface or a second metal layer is applied to the second main surface or a second metal layer is applied to each of the first and second main surfaces.
  • the second metal layer is applied over a large area and contiguously on the respective main surface of the first metal layer, so that the second metal layer preferably covers the entire surface on which it is applied over the whole area. If a second metal layer is applied to each of the two main surfaces, these two second metal layers thus preferably cover the respective main surfaces in each case over a large area and coherently. Moreover, it may also be possible for side surfaces of the first metal layer that connect the main surfaces to one another to be covered by the second metal layer.
  • Metal material of the first metal layer may in particular be different from the second metal material of the second
  • the first metal material becomes
  • the first metal material may be one or more of the following
  • the second metal material can be formed by a material that can be applied galvanically on the first metal material.
  • the second metal material may comprise or be aluminum, in particular aluminum with a purity of greater than or equal to 99.99%.
  • Metal layer applied by means of a galvanic process on the first metal layer In order to apply a very high-purity second metal material, in particular aluminum, as the second metal layer, it is particularly advantageous if the electroplating process takes place with the exclusion of oxygen and water.
  • Metal layer or from the first metal layer between two second metal layers in direct contact with them is provided.
  • a part of the second metal layer is converted into a dielectric ceramic layer.
  • the conversion may be started from an outside of the second metal layer formed by a surface of the second metal layer remote from the first metal layer.
  • the process of converting a part of the second metal layer from an outside or both outside of the laminate of the first metal layer and one or two second metal layers on one or both main surfaces of the first metal layer is started.
  • the ceramic layer may form a surface facing away from the first metal layer over the second metal layer.
  • the unconverted part of the second metal layer is interposed between the first metal layer and the dielectric ceramic layer.
  • converting a portion of the second metal layer produces a three-layer laminate formed by the first metal layer, the unconverted portion of the second metal layer thereon, and the dielectric ceramic layer thereabove. If a second metal layer is applied to both main surfaces of the first metal layer, the conversion of each of a portion of the second metal layers produces a five-layer composite formed by a dielectric ceramic layer having an unconverted portion of a second metal layer thereon
  • the first metal layer on this in turn an unconverted part of a second
  • the ceramic layer is produced over a large area and coherently so that the dielectric ceramic layer covers the unconverted part of the second metal layer over a large area and in a continuous manner
  • the second metal layer and the ceramic layer may both be large-area and contiguous on at least one of the main surfaces of the first
  • the dielectric ceramic layer comprises a material which is formed by an oxide of the second metal material. Indicates the second
  • Aluminum material consists of or consists of aluminum, the dielectric ceramic layer, in particular aluminum oxide or be formed by alumina.
  • the dielectric ceramic layer is formed by means of electrolytic oxidation
  • the ceramic layer is not removed by anodization
  • a ceramic aluminum oxide layer which is suitable in particular for electrotechnical applications, may be produced, which may mean in particular that the ceramic layer has a high thermal conductivity, for example greater than or equal to 5 W / mK , and a high one
  • Dielectric strength in particular greater than or equal to
  • Aluminum as the second metal material whereas other materials such as copper or steel can not be converted to an oxide that can be used for electronics applications.
  • the first metal layer with a second metal layer or the second metal layers deposited thereon may be placed in an aqueous electrolyte solution.
  • the ceramic layer is formed here as an oxygen-containing reaction product of the second Metal material with the electrolyte solution.
  • the electrolyte solution an alkaline aqueous solution
  • the aqueous electrolyte solution may include, for example, an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide or sodium hydroxide.
  • Has structure so a ceramic structure with crystalline particles having an average diameter of less than 200 nm and preferably less than 100 nm. By such a small particle size, the material of the dielectric ceramic layer, a large
  • the electrolytic oxidation process may be particularly advantageous in connection with the previously described electroplating process for applying the second metal layer, since the second metal material can be applied with a high degree of purity by the electroplating process, again in the context of the process for converting a part of the second metal layer into one high-quality ceramic material, in particular a high-quality nanoceramics, can lead.
  • dielectric ceramic layer with the one described here Method has the one described here
  • Carrier element which in addition to the second metal layer still has the first metal layer as a supporting element, the advantage that as the first metal material of the first metal layer, a material may be used which has a higher thermal conductivity than the second metal material of the second metal layer. Furthermore, the first metal material used may be a material which is more stable than the second metal material, that is to say has a higher modulus of elasticity, for example. This can be a
  • first metal layer a first metal material can be used, which has a better structurability, for example by etching, compared to the second metal material. This allows finer structures in one
  • resulting components can be sized smaller. This can also be a cost savings by a
  • the material of the first metal layer a material which has a lower coefficient of thermal expansion compared to the second metal material, from which, depending on the material environment such as chips and / or printed circuit boards, lower mechanical stresses can result.
  • a carrier element has a first metal layer with a first metal material.
  • the first metal layer has, in particular, a first and a second main surface which are remote from one another.
  • the carrier element has at least one the main surfaces on a second metal layer with a second metal material.
  • the carrier element on the second metal layer has a dielectric
  • Ceramic layer wherein the second metal material of the second metal layer forms a part of the ceramic layer and the ceramic layer forms a surface facing away from the first metal layer over the second metal layer.
  • an electronic component has such a carrier element and at least one electronic semiconductor chip thereon.
  • Method for producing an electronic component made a carrier element and arranged on the carrier element at least one electronic semiconductor chip.
  • the structured third metal layer may at least partially be patterned, for example
  • the structured third metal layer may be provided to further components, which on the support element
  • the structured third metal layer is produced by means of a galvanic process
  • a seed layer can be applied over a large area directly on the ceramic layer, onto which the third metal layer is then applied by means of the electroplating process.
  • Metal layer for example, by means of a
  • Photolithographic process can be achieved.
  • a photoresist can be applied in a structured manner to the seed layer.
  • areas of the third metal layer are then applied only in areas where no photoresist is present.
  • the photoresist can then be removed.
  • the third metal layer is first applied to the seed layer over a large area. Subsequently, a photoresist can be patterned on the unstructured third metal layer. By an etching process, the third metal layer in the areas where no photoresist is present, can be removed again. Then the photoresist can be removed.
  • the seed layer can subsequently be removed again, so that in the areas in which no structured third metal layer is present, the ceramic layer has an outwardly facing surface of the
  • Carrier element can form and the structured areas of the structured third metal layer from each other are electrically isolated.
  • the third metal layer may comprise a third metal material, which may in particular have a high conductivity and easy structurability, for example copper.
  • Metal layer provided with at least one opening.
  • the opening may extend from one of the main surfaces into the first metal layer.
  • the opening has a wall surface.
  • Process steps, the second metal layer and the ceramic layer are applied to the wall surface of the opening.
  • a third metal layer is applied to the ceramic layer on the wall surface of the opening for forming an electrical feed through the first metal layer and the second metal layer and the ceramic layer on the at least one
  • Main surface of the first metal layer passes through.
  • the carrier element described here can be used in particular for an electronic component in which at least one electronic semiconductor chip is mounted on the carrier element.
  • the electronic semiconductor chip can be any electronic semiconductor chip.
  • the carrier element described here can thus be used for surface mounting or as a substrate for SMD components or as a substrate for non-SMD components may be provided, for example in the context of the production of a so-called light kernel, an IGBT module, a substrate for a component for through-mounting or similar components.
  • a process for producing a carrier element for example for use in an electronic device
  • Component has the following steps:
  • Aspect 2 The method according to aspect 1, wherein the first
  • Metal material one or more materials selected from copper, nickel, titanium, steel, stainless steel and alloys with it.
  • Aspect 3 The method according to aspect 1 or 2, wherein the second metal material comprises aluminum, in particular aluminum with a purity greater than or equal to 99.99%.
  • Aspect 4 The method according to aspect 1, 2 or 3, wherein the second metal layer is applied to the first metal layer by means of a galvanic process.
  • Aspect 5 The method according to aspect 4, wherein the
  • Aspect 6 The method according to aspect 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the ceramic layer is produced by means of electrolytic oxidation.
  • Aspect 7 The method according to aspect 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the second metal layer is deposited directly on the first metal layer.
  • Aspect 8 The method according to aspect 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the second metal layer and the ceramic layer over a large area and contiguous on at least one of
  • Main surfaces of the first metal layer are applied.
  • Aspect 9 The method according to aspect 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, wherein a structured third metal layer is applied to the ceramic layer, wherein a seed layer is applied directly to the ceramic layer, on which by means of a galvanic process the third metal layer is applied.
  • Aspect 10 The method according to aspect 9, wherein the
  • Aspect 11 The method according to aspect 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
  • Metal layer and the ceramic layer are applied to a wall surface of the opening.
  • Aspect 12 The method of aspect 11, wherein a third metal layer on the ceramic layer is disposed on the wall surface of the opening to form an electrical feedthrough
  • Aspect 13 The method according to aspect 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12, wherein the method steps B and C are performed on each of the two main surfaces.
  • a support member for example, for use in an electronic device
  • a first metal layer having a first metal material and having first and second major surfaces
  • a second metal layer with a second metal material on at least one of the main surfaces, a second metal layer with a second metal material and
  • Part of the ceramic layer forms and the ceramic layer forms a surface facing away from the first metal layer over the second metal layer.
  • Aspect 15 The support member of aspect 14, wherein the first metal material comprises one or more materials selected from Copper, nickel, titanium, steel, stainless steel and alloys with it and the second metal material aluminum, in particular
  • Aspect 16 The support element according to aspect 14 or 15, wherein the second metal layer is directly on the first
  • Metal layer and the ceramic layer are arranged directly on the second metal layer.
  • Aspect 17 The support element according to aspect 14, 15 or 16, wherein on the ceramic layer a structured third
  • Metal layer is arranged, at least partially
  • Aspect 18 The support element according to aspect 14, 15, 16 or 17, wherein
  • the first metal layer has at least one opening
  • the second metal layer and the ceramic layer are arranged on a wall surface of the opening
  • Ceramic layer extends on the at least one main surface of the first metal layer.
  • Aspect 19 The support member of aspect 14, 15, 16, 17 or 18, wherein the support member has on each of the major surfaces of the first metal layer a second metal layer and over it a ceramic layer.
  • FIGS. 1A to IC are schematic representations of
  • FIGS. 2A and 2B are schematic representations of
  • FIGS. 3A and 3B are schematic representations of
  • FIGS 4A to 7B are schematic representations of
  • FIGS. 1A to 1C show an exemplary embodiment of method steps of a method for producing a carrier element 100, which can be used in particular for an electronic component. For this purpose, in a first method step, as in FIG. 1A
  • first metal layer 1 provided with a first metal material.
  • Metal layer 1 is in particular as a metal foil or
  • Metal plate formed and may, for example, as the first metal material copper or be it.
  • the first metal layer may be another
  • the first metal layer 1 has a first main surface 10 and a second main surface 11, the main surfaces 10, 11 facing away from each other.
  • the first metal layer 1 is self-supporting and can be provided as an unstructured metal foil or metal plate or else as a structured metal foil or metal plate.
  • the first metal layer can be formed by a structured leadframe.
  • the first metal layer 1 can be
  • a second metal layer 2 with a second metal material is applied to at least one of the main surfaces 10, 11 of the first metal layer 1.
  • Embodiment is on each of the main surfaces 10, 11 each have a second metal layer with a second Applied metal material.
  • the second metal material may in particular comprise or be of aluminum.
  • the second metal layer is deposited on the main surfaces 10, 11, respectively, by a plating process. To ensure the highest possible purity of the second metal material,
  • the electroplating process is carried out in the absence of oxygen and water.
  • the multilayer laminate of the first metal layer 1 and the second metal layers 2 shown in FIG. 1B is produced on the main surfaces 10, 11 of the first metal layer 1.
  • the electroplating process can be immediate on the first
  • Metal layer 1 are performed so that between the second metal layers 2 and the first metal layer 1 on the main surfaces 10, 11 of the first metal layer 1 no further layers are present and the second
  • Metal layers 2 are arranged directly on the first metal layer 1.
  • the second metal layers 2 become
  • Main surfaces 10, 11 of the first metal layer 1 with or made of copper may in particular have the following advantages in comparison to a monolayer substrate, which is formed only by a self-supporting aluminum foil:
  • Copper is also much more stable than aluminum and in particular has a higher modulus of elasticity, which can result in an easier processing in a placement and subsequent electroplating process.
  • Aluminum is difficult and coarse to etch compared to copper, in particular the etching factors are larger in the case of aluminum.
  • Metal layers 2 forms, converted into alumina.
  • the second metal material thus forms part of the ceramic layers 3.
  • the one produced by the conversion process described here is the one produced by the conversion process described here.
  • electrolytic oxidation can in particular a dense and crack-free ceramic layer 3 each on the
  • Metal layers 2 each have a large area, so that the dielectric ceramic layers 3, the remaining second metal layers 2 cover a large area and contiguous.
  • the ceramic layers 3 thus each form a surface 30 facing away from the first metal layer 1 over the second metal layers 2.
  • Metal layers 2 can be achieved. Furthermore, there may be a risk of undefined conversion of the first
  • Metal material of the first metal layer 1 are avoided if all the second metal material of the second metal layers 2 is used up.
  • the carrier element 100 produced in this way thus has in the exemplary embodiment shown a five-layered structure in which two second metal layers 2 are arranged between two ceramic layers 3 and between these, in turn, a first metal layer 1, wherein the aforementioned
  • Layers are each applied directly to one another.
  • a second metal layer 2 may be applied to only one of the main surfaces 10, 11 and to be partly converted into a dielectric ceramic layer 3, so that the carrier element produced thereby has a three-layered structure and through which first metal layer 1,
  • a third metal layer 6 is applied in each case to the ceramic layers 3, which can form, for example, structured contact surfaces and / or conductor tracks.
  • a large area and unstructured surface are respectively formed on the surface 30 of the ceramic layer 3 Seed layer 4 applied.
  • a photoresist 5 is applied in a structured manner, which represents a negative structure to be produced structured third metal layer 6.
  • a galvanic process is the third
  • Metal layer 6 characterized in a structured manner on the
  • the third metal layer may include or be copper.
  • Seed layer 4 is removed, so that the surfaces 30 of the
  • the photoresist in this case, one
  • Metal layer 6 is not covered by the photoresist, the third metal layer 6 and the seed layer 4 can be removed, so that after a subsequent removal of the photoresist turn the carrier element shown in Figure 2B 100th
  • FIG. 3A shows a further exemplary embodiment of a carrier element 100, which is in particular in a
  • Ceramic layer 3 applied. Such an embodiment with only one-sided, through the structured third
  • Metallization formed metal layer 6 may be advantageous, for example, when on the through the second
  • Main surface 11 of the first metal layer 1 formed underside of the support member 100 has a large area
  • FIG. 3B shows a further exemplary embodiment of a carrier element 100, which is in particular in a
  • Opening 7 has.
  • the opening 7 is already produced as part of the provision of the first metal layer 1, so that in the above-described following method steps on the wall surface of the opening 7, as can be seen in Figure 3B, and the second metal layer 2 and the dielectric
  • Ceramic layer 3 are produced.
  • the opening 7, which projects from the first main surface 10 to the second main surface 11 through the first metal layer 1, can be
  • the third metal layer 6 is also additionally applied on the wall surface of the opening 7, so that an electrical feedthrough 70 can be formed, which extends through the first metal layer 1 and through the second metal layer 2 and the ceramic layer 3 on the main surfaces 10, 11 of the first metal layer 1 extends through and thus electrically connects the top and bottom of the support member 100 together.
  • an electrical feedthrough 70 can be formed, which extends through the first metal layer 1 and through the second metal layer 2 and the ceramic layer 3 on the main surfaces 10, 11 of the first metal layer 1 extends through and thus electrically connects the top and bottom of the support member 100 together.
  • electronic devices 200 which have carrier elements 100, which are manufactured according to the method described in connection with the previous embodiments.
  • an electronic component such as the components 200 shown below, an electronic semiconductor chip is arranged on the carrier element 100 in addition to the method steps and features described above.
  • the electronic components 200 described below are purely exemplary as optoelectronic components and in particular as a light-emitting
  • FIGS. 4A to 4C show various views of an electronic component 200 having a carrier element 100 and at least one electronic semiconductor chip 21 on the carrier element 100.
  • FIGS. 4A and 4B are plan views of an upper and a lower side of the
  • Component 200 is shown, wherein in Figure 4A, the potting 24 is not shown.
  • FIG. 4C shows a sectional view of the component 200.
  • the electronic component 200 has a plurality of electronic semiconductor chips 21, which each serve as light-emitting semiconductor chips, in particular as light
  • a wavelength conversion layer 22 is applied, which at least a portion of the light emitting from the light
  • semiconductor chips 21 can convert light generated in operation into light of a different wavelength. Alternatively, it may also be possible that on one, several or all semiconductor chips 21 also no
  • Wavelength conversion layer 22 is applied.
  • Contact surfaces 60 are arranged and electrically conductively connected to these, which are formed by parts of the above-described structured metal layer 6. about
  • Metal layer 3 formed contact surfaces 61 on the
  • a further contact surface 62 is formed, which is electrically isolated from the remaining contact surfaces 61 and which is provided for a thermal connection of the electronic component 200 to an external heat sink.
  • a potting 24 is further applied, in which the
  • Wavelength conversion layers 22 and the bonding wires are arranged.
  • the encapsulation 24 can be produced, for example, by means of a foil-assisted molding process (FAM) Furthermore, it may also be possible for a dam to be formed around the semiconductor chips 1, for example, which is filled up with the encapsulation 24.
  • FIG Potting 24 may include or be made of a plastic material that may be transparent, reflective, or light-absorbing, and that in that
  • Connection may have corresponding fillers.
  • FIGS. 5A to 5C a further exemplary embodiment of an electronic component 200 is shown which, as compared to the previous exemplary embodiment, revolves around the semiconductor chips 21 by a part of the structured third metal layer 6
  • Contact surface 63 has, on which a frame 25 is mounted, as shading and thus as so-called
  • the frame 25 may for example be made of a metal or a plastic and on the
  • Potting 24 be filled, for example with a Plastic material having scattering particles or reflective particles, such as titanium dioxide particles.
  • a plan view is still shown without mounted frame 25 and without encapsulation 24 in FIG. 5A, while FIG. 5B shows a plan view with already mounted frame 25, but still without encapsulation 24 ,
  • FIGS. 6A to 6C a further exemplary embodiment of an electronic component 200 is shown which, like the electronic component of the previous exemplary embodiment, has a frame 25 which is applied circumferentially around semiconductor chips 21 on the carrier element 100 on a corresponding contact surface 60 , FIGS. 6A and 6B show a plan view without and with mounted frame 25, respectively. Within the frame 25 is above the semiconductor chips 21, a lens 26,
  • the frame 25 can facilitate handling of the electronic component 200 as well as provide mechanical protection for the lens 26 while preventing lateral light emission.
  • an electronic component 200 which comprises a carrier element 100 which, as described above in connection with FIG. 3A, has the second metal layer 2 and only on the first main surface 10
  • holes 8 may be provided for mounting and / or facilitated positioning in the support member 100.
  • the potting 24 is not shown.

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements mit einem Trägerelement (100) angegeben mit den Schritten: - Herstellung des Trägerelements (100), aufweisend die Schritte : A) Bereitstellen einer ersten Metallschicht (1) mit einem ersten Metallmaterial, wobei die erste Metallschicht (1) eine erste und eine zweite Hauptoberfläche (10, 11) aufweist, die voneinander abgewandt sind, B) Aufbringen einer zweiten Metallschicht (2) mit einem zweiten Metallmaterial auf zumindest einer der Hauptoberflächen (10, 11), C) Umwandeln eines Teils der zweiten Metallschicht (2) in eine dielektrische Keramikschicht (3), wobei das zweite Metallmaterial einen Bestandteil der Keramikschicht (3) bildet und die Keramikschicht (3) eine der ersten Metallschicht (1) abgewandte Oberfläche (30) über der zweiten Metallschicht (2) bildet; - Anordnung zumindest eines elektronischen Halbleiterchips (21) auf dem Trägerelement (100). Weiterhin wird ein elektronisches Bauelement mit einem Trägerelement (100) angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements mit einem Trägerelement und elektronisches Bauelement mit einem Trägerelement
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 108 420.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines Trägerelements, ein Trägerelement, ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements mit einem Trägerelement und ein elektronisches Bauelement mit einem Trägerelement angegeben.
Für Elektronikanwendungen werden oftmals Substrate benötigt, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig
isolierenden Eigenschaften, insbesondere einer hohen
elektrischen Isolationsfestigkeit, sowie eine hohe
mechanische Festigkeit und dabei geringe Kosten aufweisen.
Derartige Substrate werden beispielsweise für die Montage von Halbleiterchips im Rahmen einer so genannten COB-Montage (COB: „chip-on-board" ) verwendet oder auch zusammen mit oberflächenmontierbaren SMD-Komponenten (SMD: „surface- mounted device") . Hierzu ist es beispielsweise bekannt,
Keramiksubstrate zu verwenden, beispielsweise aus
Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid. Weiterhin sind Leiterplatten wie beispielsweise Metallkernplatinen („metal core board", MCB) bekannt, die aus einem Kupfer- oder Aluminium-Substrat mit einem ein- oder beidseitig
aufgebrachten organischen Dielektrikum mit anorganischen Füllstoffe bestehen. Weiterhin sind auch Kupfer-Keramik- Kupfer-Laminate unter dem Stichwort „direct bonded copper" (DCB) bekannt.
Aufgaben von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein
Verfahren zur Herstellung eines Trägerelements, insbesondere für ein elektronisches Bauelement, ein solches Trägerelement, ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen
Bauelements mit einem Trägerelement und ein elektronisches Bauelement mit einem Trägerelement anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch Verfahren und Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei einem
Verfahren zur Herstellung eines Trägerelements eine erste Metallschicht bereitgestellt. Die erste Metallschicht weist insbesondere eine erste und eine zweite Hauptoberfläche auf, die voneinander abgewandt sind. Insbesondere werden als
Hauptoberfläche diejenigen Flächen bezeichnet, die die größte Ausdehnung der Oberflächen der ersten Metallschicht
aufweisen. Insbesondere kann die erste Metallschicht als
Metallfolie oder Metallplatte bereitgestellt werden, die zwei sich gegenüberliegende Hauptoberflächen aufweist, die durch Seitenflächen miteinander verbunden sind, wobei die
Seitenflächen eine geringere Flächenausdehnung als die
Hauptoberflächen aufweisen können. Die erste Metallschicht kann unstrukturiert und damit als zusammenhängendes platten- oder folienförmiges Gebilde bereitgestellt werden. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, die erste Metallschicht strukturiert bereitzustellen, also beispielsweise mit
Aussparungen, Öffnung, Löchern, Einbuchtungen und/oder
Ausbuchtungen. Beispielsweise kann eine strukturierte erste Metallschicht in Form eines strukturierten Leiterrahmens bereitgestellt werden. Die erste Metallschicht kann
insbesondere selbsttragend sein. Das bedeutet, dass die erste Metallschicht durch eine geeignete Zusammensetzung, Dicke und Struktur für die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte eine ausreichende Stabilität aufweist und im fertiggestellten Trägerelement dasjenige Element sein kann, das dem
Trägerelement seine grundlegende Stabilität und Festigkeit verleiht .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird auf zumindest einer der Hauptoberflächen eine zweite Metallschicht aufgebracht. Das bedeutet, dass entweder auf der ersten Hauptoberfläche eine zweite Metallschicht aufgebracht wird oder auf der zweiten Hauptoberfläche eine zweite Metallschicht aufgebracht wird oder auf jeder der ersten und zweiten Hauptoberfläche jeweils eine zweite Metallschicht aufgebracht wird.
Insbesondere wird die zweite Metallschicht großflächig und zusammenhängend auf der jeweiligen Hauptoberfläche der ersten Metallschicht aufgebracht, sodass die zweite Metallschicht die Hauptoberfläche, auf der sie aufgebracht wird, bevorzugt ganzflächig bedeckt. Wird eine zweite Metallschicht auf jeder der beiden Hauptoberflächen aufgebracht, bedecken diese zwei zweiten Metallschichten die jeweiligen Hauptoberflächen somit bevorzugt jeweils großflächig und zusammenhängend. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass auch Seitenflächen der ersten Metallschicht, die die Hauptoberflächen miteinander verbinden, mit der zweiten Metallschicht bedeckt werden.
Weist die erste Metallschicht eine Strukturierung,
beispielsweise in Form von Öffnungen, Löchern oder Aussparungen auf, so kann es insbesondere auch möglich sein, dass die zweite Metallschicht auf Seitenwänden dieser
Strukturen aufgebracht wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die erste
Metallschicht ein erstes Metallmaterial und die zweite
Metallschicht ein zweites Metallmaterial auf. Das erste
Metallmaterial der ersten Metallschicht kann insbesondere unterschiedlich zum zweiten Metallmaterial der zweiten
Metallschicht sein. Das erste Metallmaterial wird
insbesondere durch ein Material gebildet, das eine hohe
Wärmeleitfähigkeit und/oder eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, sodass die erste Metallschicht wie oben beschrieben insbesondere selbsttragend ist. Das erste Metallmaterial kann insbesondere durch eines oder mehrere der folgenden
Materialien gebildet sein: Kupfer, Nickel, Titan, Stahl, Edelstahl und Legierungen damit. Das zweite Metallmaterial kann insbesondere durch ein Material gebildet werden, das galvanisch auf dem ersten Metallmaterial aufgebracht werden kann. Insbesondere kann das zweite Metallmaterial Aluminium, insbesondere Aluminium mit einer Reinheit von größer oder gleich 99,99%, aufweisen oder daraus sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die zweite
Metallschicht mittels eines Galvanikverfahrens auf der ersten Metallschicht aufgebracht. Um ein möglichst hochreines zweites Metallmaterial, insbesondere Aluminium, als zweite Metallschicht aufzubringen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Galvanikverfahrung unter Ausschluss von Sauerstoff und Wasser erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die zweite
Metallschicht unmittelbar auf der ersten Metallschicht aufgebracht. Das bedeutet mit anderen Worten, dass nach dem Aufbringen der zweiten Metallschicht auf einer oder beiden Hauptoberflächen der ersten Metallschicht ein Laminat zur Weiterverarbeitung bereitgestellt wird, das aus der ersten Metallschicht und unmittelbar darauf einer zweiten
Metallschicht oder auch aus der ersten Metallschicht zwischen zwei zweiten Metallschichten in unmittelbarem Kontakt zu diesen bereitgestellt wird. Insbesondere kann es möglich sein, Aluminium als zweites Metallmaterial auf einem der vorgenannten ersten Metallmaterialien ohne Zwischenschicht und damit unmittelbar auf einer oder beiden Hauptoberflächen der ersten Metallschicht aufzubringen. Dies kann die
Schichtaufbringung vereinfachen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Teil der zweiten Metallschicht in eine dielektrische Keramikschicht umgewandelt. Insbesondere kann die Umwandlung von einer Außenseite der zweiten Metallschicht her begonnen werden, die durch eine Oberfläche der zweiten Metallschicht gebildet wird, die abgewandt von der ersten Metallschicht ist. Mit anderen Worten wird der Prozess zur Umwandlung eines Teils der zweiten Metallschicht von einer Außenseite oder von beiden Außenseiten des Laminats aus der ersten Metallschicht und einer oder zwei zweiten Metallschichten auf einer oder beiden Hauptoberflächen der ersten Metallschicht begonnen. Insbesondere kann das zweite Metallmaterial nach dem
Umwandeln einen Bestandteil der Keramikschicht bilden. Die Keramikschicht kann eine der ersten Metallschicht abgewandte Oberfläche über der zweiten Metallschicht bilden. Das bedeutet mit anderen Worten, dass nach der Umwandlung eines Teils der zweiten Metallschicht der nicht umgewandelte Teil der zweiten Metallschicht zwischen der ersten Metallschicht und der dielektrischen Keramikschicht angeordnet ist. Wird eine zweite Metallschicht nur auf einer Hauptoberfläche der ersten Metallschicht aufgebracht, so wird durch das Umwandeln eines Teils der zweiten Metallschicht ein dreischichtiger Schichtverbund hergestellt, der gebildet wird durch die erste Metallschicht, darauf der nicht umgewandelte Teil der zweiten Metallschicht und darüber die dielektrische Keramikschicht. Wird auf beiden Hauptoberflächen der ersten Metallschicht eine zweite Metallschicht aufgebracht, so wird durch die Umwandlung jeweils eines Teils der zweiten Metallschichten ein fünfschichtiger Schichtverbund hergestellt, der gebildet wird durch eine dielektrische Keramikschicht, auf der ein nicht umgewandelter Teil einer zweiten Metallschicht
angeordnet ist, darüber der ersten Metallschicht, auf dieser wiederum ein nicht umgewandelter Teil einer zweiten
Metallschicht und über dieser eine weitere dielektrische Keramikschicht .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Keramikschicht großflächig und zusammenhängend hergestellt, sodass die dielektrische Keramikschicht den nicht umgewandelten Teil der zweiten Metallschicht großflächig und zusammenhängend
bedeckt. Somit können insbesondere die zweite Metallschicht und die Keramikschicht beide großflächig und zusammenhängend auf zumindest einer der Hauptoberflächen der ersten
Metallschicht aufgebracht bzw. hergestellt werden. Das kann weiterhin bedeuten, dass die verbleibende zweite
Metallschicht gänzlich von der ersten Metallschicht und der dielektrischen Keramikschicht umschlossen ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die dielektrische Keramikschicht ein Material auf, das durch ein Oxid des zweiten Metallmaterials gebildet wird. Weist das zweite
Metallmaterial Aluminium auf oder besteht daraus, kann die dielektrische Keramikschicht insbesondere Aluminiumoxid aufweisen oder durch Aluminiumoxid gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die dielektrische Keramikschicht mittels elektrolytischer Oxidation
hergestellt. Insbesondere kann es möglich sein, dass die Keramikschicht nicht durch Anodisierung,
plasma-elektrolytische Oxidation oder Aufsprühen („spray coating") aufgebracht wird, da diese Verfahren üblicherweise eine mehr oder weniger poröse oder rissige Schicht, im Falle von Aluminium entsprechend eine mehr oder weniger poröse oder rissige Aluminiumoxidschicht, erzeugen. Durch elektrolytische Oxidation hingegen kann eine dichte, bevorzugt möglichst rissfreie Keramikschicht, im Falle von Aluminium als zweites Metallmaterial somit eine keramische Aluminiumoxidschicht, hergestellt werden, die insbesondere für elektrotechnische Anwendungen geeignet ist. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Keramikschicht eine hohe Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise größer oder gleich 5 W/mK, und eine hohe
Durchschlagsfestigkeit, insbesondere größer oder gleich
30 V/ym, aufweist. Besonders vorteilhaft kann hierbei im Hinblick auf das elektrolytische Oxidationsverfahren
Aluminium als zweites Metallmaterial sein, wohingegen andere Materialien wie beispielsweise Kupfer oder Stahl nicht in ein Oxid umgewandelt werden können, das für Elektronik- Anwendungen verwendet werden kann.
Zur Herstellung der dielektrischen Keramikschicht kann die erste Metallschicht mit der darauf aufgebrachten einen zweiten Metallschicht oder den darauf aufgebrachten zwei zweiten Metallschichten in eine wässrige Elektrolytlösung gegeben werden. Die Keramikschicht entsteht hierbei als sauerstoffhaltiges Reaktionsprodukt des zweiten Metallmaterials mit der Elektrolytlösung. Beispielsweise kann als Elektrolytlösung eine alkalische wässrige Lösung
verwendet werden, die beispielsweise einen pH-Wert von 9 oder mehr aufweist. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Elektrolytlösung eine elektrische Leitfähigkeit von mehr als 1 mS/cm aufweist. Die wässrige Elektrolytlösung kann beispielsweise ein Alkalimetall-Hydroxid wie beispielsweise Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid aufweisen. Durch das elektrolytische Oxidationsverfahren kann insbesondere eine Keramikschicht gebildet werden, die eine nanokristalline
Struktur aufweist, also eine Keramikstruktur mit kristallinen Partikeln, die einen durchschnittlichen Durchmesser von weniger als 200 nm und bevorzugt von weniger als 100 nm aufweisen. Durch eine derartig geringe Partikelgröße kann das Material der dielektrischen Keramikschicht eine große
Homogenität und Stabilität aufweisen. Ein Verfahren zur
Herstellung einer Keramikschicht mittels elektrolytischer Oxidation ist beispielsweise in der Druckschrift
US 2014/0293554 AI beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich hiermit vollumfänglich durch Rückbezug
aufgenommen wird. Das elektrolytische Oxidationsverfahren kann insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit dem vorab beschriebenen Galvanikverfahren zum Aufbringen der zweiten Metallschicht sein, da durch das Galvanikverfahren das zweite Metallmaterial mit einer großen Reinheit aufgebracht werden kann, was wiederum im Rahmen des Verfahrens zur Umwandlung eines Teils der zweiten Metallschicht zu einem qualitativ hochwertigen Keramikmaterial, insbesondere einer qualitativ hochwertigen Nanokeramik, führen kann.
Im Vergleich zu einem beispielsweise einschichtigen
selbsttragenden Aluminiumsubstrat, das mit einer
dielektrischen Keramikschicht mit dem hier beschriebenen Verfahren versehen wird, weist das hier beschriebene
Trägerelement, das zusätzlich zu der zweiten Metallschicht noch die erste Metallschicht als tragendes Element aufweist, den Vorteil auf, dass als erstes Metallmaterial der ersten Metallschicht ein Material verwendet werden kann, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das zweite Metallmaterial der zweiten Metallschicht aufweist. Weiterhin kann als erstes Metallmaterial ein Material verwendet werden, das stabiler als das zweite Metallmaterial ist, also beispielsweise einen höheren Elastizitätsmodul aufweist. Dadurch kann eine
leichtere Prozessierung des Trägerelements bei einer
Bestückung mit weiteren Komponenten und/oder bei weiteren Galvanikverfahren, beispielsweise zur Herstellung von
Leiterbahnen, erreicht werden. Darüber hinaus kann für die erste Metallschicht ein erstes Metallmaterial verwendet werden, das im Vergleich zum zweiten Metallmaterial eine bessere Strukturierbarkeit , beispielsweise durch Ätzen, aufweist. Hierdurch können feinere Strukturen bei einer
Strukturierung erreicht werden, wodurch letztendlich
resultierende Bauteile kleiner dimensioniert werden können. Daraus kann auch eine Kostenersparnis durch einen
Flächengewinn resultieren. Weiterhin kann es möglich sein, als Material der ersten Metallschicht ein Material zu wählen, das im Vergleich zum zweiten Metallmaterial einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, woraus, je nach Materialumfeld wie etwa Chips und/oder Leiterplatten, geringere mechanische Spannungen resultieren können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Trägerelement eine erste Metallschicht mit einem ersten Metallmaterial auf. Die erste Metallschicht weist insbesondere eine erste und eine zweite Hauptoberfläche auf, die voneinander abgewandt sind. Weiterhin weist das Trägerelement auf zumindest einer der Hauptoberflächen eine zweite Metallschicht mit einem zweiten Metallmaterial auf. Weiterhin weist das Trägerelement auf der zweiten Metallschicht eine dielektrische
Keramikschicht auf, wobei das zweite Metallmaterial der zweiten Metallschicht einen Bestandteil der Keramikschicht bildet und die Keramikschicht eine der ersten Metallschicht abgewandte Oberfläche über der zweiten Metallschicht bildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein elektronisches Bauelement ein solches Trägerelement und darauf zumindest einen elektronischen Halbleiterchip auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden bei einem
Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelements ein Trägerelement hergestellt und auf dem Trägerelement zumindest ein elektronischer Halbleiterchip angeordnet.
Die vorab und im Folgenden genannten Ausführungsformen und Merkmale gelten gleichermaßen für das Verfahren zur
Herstellung des Trägerelements, für das Trägerelement sowie für das Verfahren zur Herstellung des elektronischen
Bauelements mit dem Trägerelement und für das elektronische Bauelement mit dem Trägerelement.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird auf der
Keramikschicht eine strukturierte dritte Metallschicht aufgebracht. Die strukturierte dritte Metallschicht kann zumindest teilweise beispielsweise strukturierte
Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen bilden. Insbesondere kann die strukturierte dritte Metallschicht dazu vorgesehen sein, weitere Komponenten, die auf dem Trägerelement
angeordnet sind, beispielsweise einen oder mehrere
elektronische Halbleiterchips oder andere elektronische oder elektrische Bauelemente, zu montieren und/oder elektrisch zu kontaktieren .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die strukturierte dritte Metallschicht mittels eines Galvanikverfahrens
aufgebracht. Hierzu kann unmittelbar auf der Keramikschicht großflächig eine Keimschicht aufgebracht werden, auf der dann mittels des Galvanikverfahrens die dritte Metallschicht aufgebracht wird. Eine Strukturierung der dritten
Metallschicht kann beispielsweise mittels eines
fotolithografischen Verfahrens erreicht werden. Hierzu kann beispielsweise vor der Durchführung des Galvanikverfahrens zur Aufbringung der dritten Metallschicht ein Fotolack strukturiert auf der Keimschicht aufgebracht werden. Im
Rahmen des Galvanikverfahrens werden dann nur in Bereichen, in denen kein Fotolack vorhanden ist, Bereiche der dritten Metallschicht aufgebracht. Der Fotolack kann anschließend entfernt werden. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass die dritte Metallschicht auf der Keimschicht zuerst großflächig aufgebracht wird. Anschließend kann ein Fotolack strukturiert auf der unstrukturierten dritten Metallschicht aufgebracht werden. Durch ein Ätzverfahren kann die dritte Metallschicht in den Bereichen, in denen kein Fotolack vorhanden ist, wieder entfernt werden. Anschließend kann der Fotolack entfernt werden.
In Bereichen, in denen keine dritte Metallschicht auf der Keimschicht angeordnet ist, kann die Keimschicht anschließend wieder entfernt werden, sodass in den Bereichen, in denen keine strukturierte dritte Metallschicht vorhanden ist, die Keramikschicht eine nach außen liegende Oberfläche des
Trägerelements bilden kann und die strukturierten Bereiche der strukturierten dritten Metallschicht voneinander elektrisch isoliert sind. Die dritte Metallschicht kann ein drittes Metallmaterial aufweisen, das insbesondere eine hohe Leitfähigkeit und eine leichte Strukturierbarkeit aufweisen kann, beispielsweise Kupfer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die erste
Metallschicht mit zumindest einer Öffnung bereitgestellt. Die Öffnung kann sich insbesondere von einer der Hauptoberflächen in die erste Metallschicht hinein erstrecken. Insbesondere kann es hierbei auch möglich sein, dass sich die Öffnung von der ersten Hauptoberfläche zur zweiten Hauptoberfläche durch die erste Metallschicht hindurch erstreckt. Die Öffnung weist eine Wandfläche auf. Im Rahmen der vorab beschriebenen
Verfahrensschritte kann die zweite Metallschicht und die Keramikschicht auf der Wandfläche der Öffnung aufgebracht werden .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird gemäß den oben beschriebenen Verfahrensschritten eine dritte Metallschicht auf der Keramikschicht auf der Wandfläche der Öffnung zur Bildung einer elektrischen Durchführung aufgebracht, die durch die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht und die Keramikschicht auf der zumindest einen
Hauptoberfläche der ersten Metallschicht hindurch reicht.
Das hier beschriebene Trägerelement kann insbesondere für ein elektronisches Bauelement verwendet werden, bei dem zumindest ein elektronischer Halbleiterchip auf dem Trägerelement montiert ist. Der elektronische Halbleiterchip kann
insbesondere auf der strukturierten dritten Metallschicht montiert und/oder mittels dieser elektrisch kontaktiert sein. Insbesondere kann das hier beschriebene Trägerelement somit für eine Oberflächenmontage oder als Substrat für SMD-Bauteile oder auch als Substrat für Nicht-SMD-Bauteile vorgesehen sein, beispielsweise im Rahmen der Herstellung eines so genannten Light-Kernels, eines IGBT-Moduls, eines Substrats für ein Bauteil zur Durchsteckmontage oder ähnliche Bauteile.
Besonders vorteilhafte Aspekte der vorab beschriebenen
Ausführungsformen sind im Folgenden angegeben: Aspekt 1: Ein Verfahren zur Herstellung eines Trägerelements, beispielsweise zur Verwendung in einem elektronischen
Bauelement, weist die folgenden Schritte auf:
A) Bereitstellen einer ersten Metallschicht mit einem ersten Metallmaterial, wobei die erste Metallschicht eine erste und eine zweite Hauptoberfläche aufweist, die
voneinander abgewandt sind,
B) Aufbringen einer zweiten Metallschicht mit einem zweiten Metallmaterial auf zumindest einer der Hauptoberflächen,
C) Umwandeln eines Teils der zweiten Metallschicht in eine dielektrische Keramikschicht, wobei das zweite Metallmaterial einen Bestandteil der Keramikschicht bildet und die
Keramikschicht eine der ersten Metallschicht abgewandte
Oberfläche über der zweiten Metallschicht bildet. Aspekt 2: Das Verfahren gemäß Aspekt 1, bei dem das erste
Metallmaterial eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Kupfer, Nickel, Titan, Stahl, Edelstahl und Legierungen damit aufweist . Aspekt 3: Das Verfahren gemäß Aspekt 1 oder 2, bei dem das zweite Metallmaterial Aluminium, insbesondere Aluminium mit einer Reinheit von größer oder gleich 99,99%, aufweist. Aspekt 4: Das Verfahren gemäß Aspekt 1, 2 oder 3, bei dem die zweite Metallschicht mittels eines Galvanikverfahrens auf der ersten Metallschicht aufgebracht wird. Aspekt 5: Das Verfahren gemäß Aspekt 4, bei dem das
Galvanikverfahren unter Ausschluss von Sauerstoff und Wasser erfolgt .
Aspekt 6: Das Verfahren gemäß Aspekt 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem die Keramikschicht mittels elektrolytischer Oxidation hergestellt wird.
Aspekt 7: Das Verfahren gemäß Aspekt 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem die zweite Metallschicht unmittelbar auf der ersten Metallschicht aufgebracht wird.
Aspekt 8: Das Verfahren gemäß Aspekt 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei dem die zweite Metallschicht und die Keramikschicht großflächig und zusammenhängend auf zumindest einer der
Hauptoberflächen der ersten Metallschicht aufgebracht werden.
Aspekt 9: Das Verfahren gemäß Aspekt 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, bei dem auf der Keramikschicht eine strukturierte dritte Metallschicht aufgebracht wird, wobei unmittelbar auf der Keramikschicht eine Keimschicht aufgebracht wird, auf der mittels eines Galvanikverfahrens die dritte Metallschicht aufgebracht wird.
Aspekt 10: Das Verfahren gemäß Aspekt 9, bei dem die
strukturierte dritte Metallschicht zumindest teilweise strukturierte Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen bildet. Aspekt 11: Das Verfahren gemäß Aspekt 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
9 oder 10, bei dem die erste Metallschicht mit zumindest einer Öffnung bereitgestellt wird und die zweite
Metallschicht und die Keramikschicht auf einer Wandfläche der Öffnung aufgebracht werden.
Aspekt 12: Das Verfahren gemäß Aspekt 11, bei dem eine dritte Metallschicht auf der Keramikschicht auf der Wandfläche der Öffnung zur Bildung einer elektrischen Durchführung
aufgebracht wird, die durch die erste Metallschicht und durch die zweite Metallschicht und die Keramikschicht auf der zumindest einen Hauptoberfläche der ersten Metallschicht hindurchreicht . Aspekt 13: Das Verfahren gemäß Aspekt 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, bei dem die Verfahrensschritte B und C auf jeder der beiden Hauptoberflächen durchgeführt werden.
Aspekt 14: Ein Trägerelement, beispielsweise zur Verwendung in einem elektronischen Bauelement, aufweisend
eine erste Metallschicht mit einem ersten Metallmaterial und mit einer ersten und zweiten Hauptoberfläche, die
voneinander abgewandt sind,
auf zumindest einer der Hauptoberflächen eine zweite Metallschicht mit einem zweiten Metallmaterial und
auf der zweiten Metallschicht eine dielektrische
Keramikschicht, wobei das zweite Metallmaterial einen
Bestandteil der Keramikschicht bildet und die Keramikschicht eine der ersten Metallschicht abgewandte Oberfläche über der zweiten Metallschicht bildet.
Aspekt 15: Das Trägerelement gemäß Aspekt 14, wobei das erste Metallmaterial eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Kupfer, Nickel, Titan, Stahl, Edelstahl und Legierungen damit und das zweite Metallmaterial Aluminium, insbesondere
Aluminium mit einer Reinheit von größer oder gleich 99, 99%, aufweist .
Aspekt 16: Das Trägerelement gemäß Aspekt 14 oder 15, wobei die zweite Metallschicht unmittelbar auf der ersten
Metallschicht und die Keramikschicht unmittelbar auf der zweiten Metallschicht angeordnet sind.
Aspekt 17: Das Trägerelement gemäß Aspekt 14, 15 oder 16, wobei auf der Keramikschicht eine strukturierte dritte
Metallschicht angeordnet ist, die zumindest teilweise
strukturierte Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen bildet.
Aspekt 18: Das Trägerelement gemäß Aspekt 14, 15, 16 oder 17, wobei
die erste Metallschicht zumindest eine Öffnung aufweist, die zweite Metallschicht und die Keramikschicht auf einer Wandfläche der Öffnung angeordnet sind
und
eine dritte Metallschicht auf der Keramikschicht auf der Wandfläche der Öffnung zur Bildung einer elektrischen
Durchführung angeordnet ist, die durch die erste
Metallschicht und durch die zweite Metallschicht und die
Keramikschicht auf der zumindest einen Hauptoberfläche der ersten Metallschicht hindurchreicht.
Aspekt 19: Das Trägerelement gemäß Aspekt 14, 15, 16,17 oder 18, wobei das Trägerelement auf jeder der Hauptoberflächen der ersten Metallschicht eine zweite Metallschicht und drüber eine Keramikschicht aufweist. Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figuren 1A bis IC schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Trägerelements gemäß einem
Ausführungsbeispiel ,
Figuren 2A und 2B schematische Darstellungen von
Verfahrensschritten zur Herstellung eines Trägerelements gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel ,
Figuren 3A und 3B schematische Darstellungen von
Trägerelementen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen,
Figuren 4A bis 7B schematische Darstellungen von
elektronischen Bauelementen mit einem Trägerelement gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. In den Figuren 1A bis IC ist ein Ausführungsbeispiel für Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Trägerelements 100, das insbesondere für ein elektronisches Bauelement verwendet werden kann, gezeigt. Hierzu wird in einem ersten Verfahrensschritt, wie in Figur 1A
ausschnittsweise gezeigt ist, eine erste Metallschicht 1 mit einem ersten Metallmaterial bereitgestellt. Die erste
Metallschicht 1 ist insbesondere als Metallfolie oder
Metallplatte ausgebildet und kann beispielsweise als erstes Metallmaterial Kupfer aufweisen oder daraus sein. Alternativ hierzu kann die erste Metallschicht auch ein anderes
Metallmaterial, insbesondere eines oder mehrere der oben im allgemeinen Teil genannten Materialien, aufweisen. Die erste Metallschicht 1 weist eine erste Hauptoberfläche 10 und eine zweite Hauptoberfläche 11 auf, wobei die Hauptoberflächen 10, 11 voneinander abgewandt sind. Die erste Metallschicht 1 ist selbsttragend und kann als unstrukturierte Metallfolie oder Metallplatte oder auch als strukturierte Metallfolie oder Metallplatte bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die erste Metallschicht durch einen strukturierten Leiterrahmen gebildet werden. Die erste Metallschicht 1 kann
beispielsweise als so genannter QFN-Leadframe, als gestanztes Leadframe, als gepresste Laserwärmesenke oder Ähnliches ausgebildet sein.
In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in Figur 1B gezeigt ist, wird auf zumindest einer der Hauptoberflächen 10, 11 der ersten Metallschicht 1 eine zweite Metallschicht 2 mit einem zweiten Metallmaterial aufgebracht. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel wird auf jeder der Hauptoberflächen 10, 11 jeweils eine zweite Metallschicht mit einem zweiten Metallmaterial aufgebracht. Das zweite Metallmaterial kann insbesondere Aluminium aufweisen oder daraus sein.
Die zweite Metallschicht wird auf den Hauptoberflächen 10, 11 jeweils mittels eines Galvanikverfahrens aufgebracht. Um eine möglichst hohe Reinheit des zweiten Metallmaterials,
insbesondere von größer oder gleich 99, 99%, zu erreichen, wird das Galvanikverfahren unter Ausschluss von Sauerstoff und Wasser durchgeführt. Hierdurch wird das in Figur 1B gezeigte mehrschichtige Laminat aus der ersten Metallschicht 1 und den zweiten Metallschichten 2 auf den Hauptoberflächen 10, 11 der ersten Metallschicht 1 hergestellt.
Das Galvanikverfahren kann unmittelbar auf der ersten
Metallschicht 1 durchgeführt werden, sodass zwischen den zweiten Metallschichten 2 und der ersten Metallschicht 1 auf den Hauptoberflächen 10, 11 der ersten Metallschicht 1 keine weiteren Schichten vorhanden sind und die zweiten
Metallschichten 2 unmittelbar auf der ersten Metallschicht 1 angeordnet sind. Die zweiten Metallschichten 2 werden
insbesondere großflächig und zusammenhängend und damit möglichst die gesamten Hauptoberflächen 10, 11 bedeckend auf der ersten Metallschicht 1 aufgebracht. Die Bildung eines Laminats aus der ersten Metallschicht und einer oder zwei zweiten Metallschichten 2 auf einer oder beiden
Hauptoberflächen 10, 11 der ersten Metallschicht 1 mit oder aus Kupfer kann im Vergleich zu einem einschichten Substrat, das nur durch eine selbsttragende Aluminiumfolie gebildet wird, insbesondere folgende Vorteile aufweisen:
- Kupfer weist eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium und Aluminiumlegierungen auf, sodass das in Figur 1B gezeigte Laminat und somit auch das
fertiggestellte Trägerelement 100 eine höhere Wärmeleitfähigkeit als eine einschichtige Aluminiumfolie aufweist .
- Kupfer ist weiterhin deutlich stabiler als Aluminium und weist insbesondere einen höheren Elastizitätsmodul auf, was eine leichtere Prozessierung bei einer Bestückung und nachfolgenden Galvanikverfahren zur Folge haben kann.
Die Strukturierung von Kupfer, beispielsweise zur
Herstellung von Leiterrahmen und insbesondere im Rahmen von Ätzverfahren, ist leichter als von Aluminium. Im
Vergleich zu Kupfer ist Aluminium nur schwer und grob zu ätzen, insbesondere sind bei Aluminium die Ätzfaktoren größer .
- Durch feinere Strukturen eines Kupfer-Leiterrahmens als erste Metallschicht 1 können kleinere Bauteile hergestellt werden, wodurch eine Kostenersparnis, beispielsweise durch einen Flächengewinn, erreicht werden kann.
- Kupfer hat mit 18 ppm/K einen geringeren
Wärmeausdehnungskoeffizienten als Aluminium mit 23 ppm/K, sodass je nach Materialumfeld hieraus geringere
mechanische Spannungen folgen können.
Die vorab genannten Merkmale und Vorteile können entsprechend auch für andere erste Metallmaterialien gelten. In einem weiteren Verfahrensschritt, wie in Figur IC gezeigt ist, wird jeweils ein Teil der zweiten Metallschichten 2 in eine dielektrische Keramikschicht 3 umgewandelt. Die
Umwandlung der zweiten Metallschichten 2 erfolgt mittels eines elektrochemischen Verfahrens, insbesondere mittels elektrolytischer Oxidierung, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist. Hierdurch wird von einer der ersten
Metallschicht 1 abgewandten Oberfläche der zweiten
Metallschichten 2 her eine Umwandlung des zweiten Metallmaterials der zweiten Metallschicht in ein Metalloxid erreicht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird somit das Aluminium, das das zweite Metallmaterial der zweiten
Metallschichten 2 bildet, in Aluminiumoxid umgewandelt. Das zweite Metallmaterial bildet somit einen Bestandteil der Keramikschichten 3. Insbesondere wird das durch das hier beschriebene Umwandlungsverfahren hergestellte
Keramikmaterial der dielektrischen Keramikschichten 3 als nanokristallines Keramikmaterial ausgebildet, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist. Durch die oben beschriebene elektrolytische Oxidation kann insbesondere eine möglichst dichte und rissfreie Keramikschicht 3 jeweils auf der
Oberfläche der zweiten Metallschichten 2 erzeugt werden, die eine hohe Durchschlagsfestigkeit bei einer gleichzeitig hohen Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Insbesondere wird die Umwandlung des Teils der zweiten
Metallschichten 2 jeweils großflächig ausgeführt, sodass die dielektrischen Keramikschichten 3 die verbleibenden zweiten Metallschichten 2 großflächig und zusammenhängend bedecken. Die Keramikschichten 3 bilden somit jeweils eine der ersten Metallschicht 1 abgewandte Oberfläche 30 über den zweiten Metallschichten 2. Bei der Durchführung des Verfahrens zur Umwandlung jeweils eines Teils der zweiten Metallschichten 2 in dielektrische Keramikschichten 3 ist es von Vorteil, wenn zumindest eine dünne zweite Metallschicht 2 nach der
Umwandlung verbleibt, da hierdurch eine gute Haftung der dielektrischen Keramikschichten 3 auf der ersten
Metallschicht 1 vermittels der verbleibenden zweiten
Metallschichten 2 erreicht werden kann. Weiterhin kann ein Risiko einer Undefinierten Umwandlung des ersten
Metallmaterials der ersten Metallschicht 1 vermieden werden, falls das ganze zweite Metallmaterial der zweiten Metallschichten 2 aufgebraucht ist.
Das derartig hergestellte Trägerelement 100 weist somit im gezeigten Ausführungsbeispiel einen fünfschichtigen Aufbau auf, bei dem zwischen zwei Keramikschichten 3 zwei zweite Metallschichten 2 und zwischen diesen wiederum eine erste Metallschicht 1 angeordnet sind, wobei die genannten
Schichten jeweils unmittelbar aufeinander aufgebracht sind.
Alternativ zum gezeigten Verfahren kann es auch möglich sein, dass nur auf einer der Hauptoberflächen 10, 11 eine zweite Metallschicht 2 aufgebracht wird und diese zum Teil in eine dielektrische Keramikschicht 3 umgewandelt wird, sodass das dadurch hergestellte Trägerelement dann einen dreischichtigen Aufbau aufweist und durch die erste Metallschicht 1,
unmittelbar darauf die zweite Metallschicht 2 und unmittelbar darauf die dielektrische Keramikschicht 3 gebildet wird. In Verbindung mit den Figuren 2A und 2B ist ein
Ausführungsbeispiele für weitere Verfahrensschritte im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung eines Trägerelements 100, insbesondere für die Verwendung in einem elektronischen
Bauelement, beschrieben, die an die in Verbindung mit den Figuren 1A bis IC gezeigten Verfahrensschritte anschließen können. Insbesondere wird in den nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritten eine dritte Metallschicht 6 jeweils auf den Keramikschichten 3 aufgebracht, die beispielsweise strukturierte Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen bilden kann.
Wie in Figur 2A gezeigt ist, wird jeweils auf der Oberfläche 30 der Keramikschicht 3 großflächig und unstrukturiert eine Keimschicht 4 aufgebracht. Auf dieser wird in strukturierter Weise ein Fotolack 5 aufgebracht, der eine Negativstruktur zur herzustellenden strukturierten dritten Metallschicht 6 darstellt. Durch ein Galvanikverfahren wird die dritte
Metallschicht 6 dadurch in strukturierter Weise auf der
Keimschicht 4 aufgewachsen. Beispielsweise kann die dritte Metallschicht Kupfer aufweisen oder daraus sein.
Anschließend wird, wie in Figur 2B gezeigt ist, der Fotolack 5 entfernt. In Bereichen, in denen keine strukturierte dritte Metallschicht 6 vorhanden ist, wird weiterhin auch die
Keimschicht 4 entfernt, sodass die Oberflächen 30 der
Keramikschichten 3 in den Bereichen, in denen keine dritte Metallschicht 6 vorhanden ist, eine Oberfläche des so
hergestellten Trägerelements 100 bilden und die
strukturierten Bereiche der dritten Metallschicht 6
voneinander elektrisch isoliert sind.
Alternativ zum Aufbringen eines strukturierten Fotolacks 5 vor der Durchführung des Galvanikverfahrens zum Aufbringen der strukturierten dritten Metallschicht 6 kann es auch möglich sein, die dritte Metallschicht 6 auf der Keimschicht 4 unstrukturiert und großflächig aufzubringen und auf dieser anschließend einen Fotolack in strukturierter Weise
aufzubringen. Der Fotolack stellt in diesem Fall eine
Positivstruktur der herzustellenden strukturierten dritten Metallschicht 6 dar. In Bereichen, in denen die dritte
Metallschicht 6 nicht vom Fotolack bedeckt ist, können die dritte Metallschicht 6 und die Keimschicht 4 entfernt werden, sodass nach einem anschließenden Entfernen des Fotolacks wiederum das in Figur 2B gezeigte Trägerelement 100
erhältlich ist. In Figur 3A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Trägerelement 100 gezeigt, das insbesondere in einem
elektronischen Bauelement verwendet werden kann und das im Vergleich zu den vorab beschriebenen Ausführungsbeispielen eine wie oben in Verbindung mit den Figuren 1A bis IC
erwähnte nur einseitige Anordnung der zweiten Metallschicht 2 und der Keramikschicht 3 auf nur einer Hauptoberfläche 10 der ersten Metallschicht 1 aufweist. Entsprechend ist auch eine strukturierte dritte Metallschicht 6 nur über der einen
Hauptoberfläche 10 der ersten Metallschicht 1 auf der
Keramikschicht 3 aufgebracht. Eine derartige Ausführung mit nur einer einseitigen, durch die strukturierte dritte
Metallschicht 6 gebildeten Metallisierung kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn auf der durch die zweite
Hauptoberfläche 11 der ersten Metallschicht 1 gebildeten Unterseite des Trägerelements 100 eine großflächige
Wärmeabfuhr erfolgen soll.
In Figur 3B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Trägerelement 100 gezeigt, das insbesondere in einem
elektronischen Bauelement verwendet werden kann und das im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen eine
Öffnung 7 aufweist. Die Öffnung 7 wird bereits im Rahmen der Bereitstellung der ersten Metallschicht 1 hergestellt, sodass in den oben beschriebenen folgenden Verfahrensschritten auf der Wandfläche der Öffnung 7, wie in Figur 3B zu sehen ist, auch die zweite Metallschicht 2 und die dielektrische
Keramikschicht 3 hergestellt werden. Die Öffnung 7, die von der ersten Hauptoberfläche 10 zur zweiten Hauptoberfläche 11 durch die erste Metallschicht 1 hindurch ragt, kann
beispielsweise durch Bohren, Stanzen, Ätzen oder mit Hilfe eines Lasers erzeugt werden. Die dritte Metallschicht 6 wird ebenfalls zusätzlich auf der Wandfläche der Öffnung 7 aufgebracht, sodass eine elektrische Durchführung 70 gebildet werden kann, die durch die erste Metallschicht 1 und durch die zweite Metallschicht 2 und die Keramikschicht 3 auf den Hauptoberflächen 10, 11 der ersten Metallschicht 1 hindurch reicht und somit die Oberseite und die Unterseite des Trägerelements 100 elektrisch miteinander verbindet . In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden
elektronische Bauelemente 200 beschrieben, die Trägerelemente 100 aufweisen, die gemäß den in Verbindung mit den vorherigen Ausführungsbeispielen beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Zur Herstellung eines elektronischen Bauelements wie den nachfolgend gezeigten Bauelementen 200 wird zusätzlich zu den vorab beschriebenen Verfahrensschritten und Merkmalen ein elektronischer Halbleiterchip auf dem Trägerelement 100 angeordnet. Die nachfolgend beschriebenen elektronischen Bauelemente 200 sind rein beispielhaft als optoelektronische Bauelemente und insbesondere als Licht emittierende
elektronische Bauelemente ausgebildet. Alternativ hierzu können unter Verwendung der hier beschriebenen Trägerelemente 100 aber auch andere elektronische Bauelemente, insbesondere auch mit nicht-optoelektronischen Funktionalitäten,
hergestellt werden.
In den Figuren 4A bis 4C sind verschiedene Ansichten eines elektronischen Bauelements 200 gezeigt, das ein Trägerelement 100 und zumindest einen elektronischen Halbleiterchip 21 auf dem Trägerelement 100 aufweist. Insbesondere ist das
elektronische Bauelement 200 des Ausführungsbeispiels der Figuren 4A bis 4C als so genanntes Multichip-SMD-Bauelement ausgebildet, das das Trägerelement 100 als elektrisch isolierende Wärmesenke aufweist. In den Figuren 4A und 4B sind Aufsichten auf eine Ober- und eine Unterseite des
Bauelements 200 gezeigt, wobei in Figur 4A der Verguss 24 nicht gezeigt ist. In Figur 4C ist eine Schnittdarstellung des Bauelements 200 zeigt.
Das elektronische Bauelement 200 weist eine Mehrzahl von elektronischen Halbleiterchips 21 auf, die jeweils als Licht emittierende Halbleiterchips, insbesondere als Licht
emittierende Dioden, ausgebildet sind. Auf diesen ist jeweils eine Wellenlängenkonversionsschicht 22 aufgebracht, die zumindest einen Teil des von den Licht emittierenden
Halbleiterchips 21 im Betrieb erzeugten Lichts in Licht mit einer anderen Wellenlänge umwandeln kann. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass auf einem, mehreren oder allen Halbleiterchips 21 auch keine
Wellenlängenkonversionsschicht 22 aufgebracht ist. Die
Halbleiterchips 21 sind jeweils auf strukturierten
Kontaktflächen 60 angeordnet und mit diesen elektrisch leitend verbunden, die durch Teile der vorab beschriebenen strukturierten Metallschicht 6 gebildet werden. Über
Bonddrähte 23 sind die Halbleiterchips 21 miteinander in Serie verschaltet. Über vorab beschriebene Durchkontaktierungen 70 sind
Kontaktflächen 60 auf der Oberseite des elektronischen
Bauelements 200 mit durch eine weitere strukturierte
Metallschicht 3 gebildete Kontaktflächen 61 auf der
Unterseite des elektronischen Bauelements 200 verbunden, sodass über die Kontaktflächen 61 eine elektrische
Kontaktierung des elektronischen Bauelements 200 erfolgen kann. Die Kontaktflächen 61 auf der Unterseite des
elektronischen Bauelements 200 bilden somit eine Anode und eine Kathode zum Anschluss des elektronischen Bauelements 200. Weiterhin ist auf der Unterseite des elektronischen Bauelements 200 eine weitere Kontaktfläche 62 ausgebildet, die elektrisch isoliert von den übrigen Kontaktflächen 61 ist und die für einen thermischen Anschluss des elektronischen Bauelements 200 an eine externe Wärmesenke vorgesehen ist.
Auf der Oberseite des elektronischen Bauelements 200 ist weiterhin ein Verguss 24 aufgebracht, in dem die
Halbleiterchips 21, zumindest teilweise die
Wellenlängenkonversionsschichten 22 und die Bonddrähte angeordnet sind. Der Verguss 24 kann beispielsweise mittels eines folienunterstützten Formverfahrens („foil-assisted molding", FAM) hergestellt werden. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass beispielsweise um die Halbleiterchips 1 herum ein Damm ausgebildet wird, der mit dem Verguss 24 aufgefüllt wird. Der Verguss 24 kann ein Kunststoffmaterial aufweisen oder daraus sein, dass transparent, reflektierend oder Licht absorbierend sein kann und das in diesem
Zusammenhang entsprechende Füllstoffe aufweisen kann.
In Verbindung mit den Figuren 5A bis 5C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein elektronisches Bauelement 200 gezeigt, das im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel umlaufend um die Halbleiterchips 21 eine durch einen Teil der strukturierten dritten Metallschicht 6 gebildete
Kontaktfläche 63 aufweist, auf der ein Rahmen 25 montiert ist, der als Abschattung und damit als so genannter
Shutter-Frame dient. Der Rahmen 25 kann beispielsweise aus einem Metall oder einem Kunststoff sein und auf der
Kontaktfläche 63 aufgeklebt oder aufgelötet sein. Der vom Rahmen 25 umschlossene Bereich kann wiederum mit einem
Verguss 24 aufgefüllt sein, beispielsweise mit einem Kunststoffmaterial , das Streupartikel oder reflektierende Partikel, beispielsweise Titandioxid-Partikel, aufweist. Im Vergleich zum fertiggestellten Bauelement 200, das in Figur 5C gezeigt ist, ist in Figur 5A eine Aufsicht noch ohne montierten Rahmen 25 und ohne Verguss 24 gezeigt, während in Figur 5B eine Aufsicht mit bereits montierten Rahmen 25, aber noch ohne Verguss 24 gezeigt ist.
In Verbindung mit den Figuren 6A bis 6C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein elektronisches Bauelement 200 gezeigt, das wie das elektronische Bauelement des vorherigen Ausführungsbeispiels einen Rahmen 25 aufweist, der umlaufend um Halbleiterchips 21 auf dem Trägerelement 100 auf einer entsprechend dafür vorgesehenen Kontaktfläche 60 aufgebracht ist. In den Figuren 6A und 6B ist eine Aufsicht jeweils ohne und mit montierten Rahmen 25 gezeigt. Innerhalb des Rahmens 25 ist über den Halbleiterchips 21 eine Linse 26,
beispielsweise in Form einer Fresnel-Linse, angeordnet.
Alternativ hierzu kann auch ein anderes optisches Element über den Halbleiterchips 21 aufgebracht sein. Der Rahmen 25 kann eine Handhabbarkeit des elektronischen Bauelements 200 erleichtern sowie einen mechanischen Schutz für die Linse 26 darstellen und gleichzeitig eine seitliche Lichtabstrahlung verhindern. Das elektronische Bauelement 200 des
Ausführungsbeispiels der Figuren 6A bis 6C kann
beispielsweise als Blitzlicht-Bauelement verwendet werden.
In Verbindung mit den Figuren 7A und 7B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein elektronisches Bauelement 200 gezeigt, das ein Trägerelement 100 aufweist, das, wie oben im Zusammenhang mit Figur 3A beschrieben ist, nur auf der ersten Hauptoberfläche 10 die zweite Metallschicht 2 und die
dielektrische Keramikschicht 3 aufweist, sodass über die freiliegende zweite Hauptoberfläche 11 der ersten Metallschicht 1 des Trägerelements 100 ein großflächiger thermischer Anschluss des elektronischen Bauelements 200 möglich ist. Dadurch ist eine direkte Montage auf einem
Kühlkörper möglich, wobei hierfür, wie im gezeigten
Ausführungsbeispiel dargestellt, beispielsweise auch Löcher 8 für eine Montage und/oder erleichterte Positionierung im Trägerelement 100 vorgesehen sein können. In der in Figur 7A gezeigten Aufsicht ist wiederum der Verguss 24 nicht gezeigt.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 erste Metallschicht
2 zweite Metallschicht
3 dielektrische Keramikschicht
4 Keimschicht
5 Fotolack
6 dritte Metallschicht
7 Öffnung
8 Loch
10, 11 Hauptoberfläche
21 Halbleiterchip
22 WellenlängenkonversionsSchicht
23 Bonddraht
24 Verguss
25 Rahmen
26 Linse
10, 11 Hauptoberfläche
30 Oberfläche
70 Durchkontaktierung
60, 61, 62, 63 Kontaktfläche
100 Trägerelement
200 elektronisches Bauelement

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen
Bauelements mit einem Trägerelement (100) mit den
Schritten :
- Herstellung des Trägerelements (100), aufweisend die
Schritte :
A) Bereitstellen einer ersten Metallschicht (1) mit einem ersten Metallmaterial, wobei die erste Metallschicht (1) eine erste und eine zweite Hauptoberfläche (10, 11) aufweist, die voneinander abgewandt sind,
B) Aufbringen einer zweiten Metallschicht (2) mit einem
zweiten Metallmaterial auf zumindest einer der
Hauptoberflächen (10, 11),
C) Umwandeln eines Teils der zweiten Metallschicht (2) in eine dielektrische Keramikschicht (3) , wobei das zweite Metallmaterial einen Bestandteil der Keramikschicht (3) bildet und die Keramikschicht (3) eine der ersten
Metallschicht (1) abgewandte Oberfläche (30) über der zweiten Metallschicht (2) bildet;
- Anordnung zumindest eines elektronischen Halbleiterchips (21) auf dem Trägerelement (100) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste
Metallmaterial eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Kupfer, Nickel, Titan, Stahl, Edelstahl und
Legierungen damit aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das zweite Metallmaterial Aluminium, insbesondere
Aluminium mit einer Reinheit von größer oder gleich 99,99%, aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zweite Metallschicht (2) mittels eines
Galvanikverfahrens auf der ersten Metallschicht (1) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das
Galvanikverfahren unter Ausschluss von Sauerstoff und Wasser erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Keramikschicht (3) mittels elektrolytischer
Oxidation hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zweite Metallschicht (2) unmittelbar auf der ersten Metallschicht aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die zweite Metallschicht (2) und die Keramikschicht (3) großflächig und zusammenhängend auf zumindest einer der Hauptoberflächen (10, 11) der ersten Metallschicht (1) aufgebracht werden.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem auf der Keramikschicht (3) eine strukturierte dritte Metallschicht (6) aufgebracht wird, wobei unmittelbar auf der Keramikschicht (3) eine Keimschicht (4)
aufgebracht wird, auf der mittels eines
Galvanikverfahrens die dritte Metallschicht (6)
aufgebracht wird.
10. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die
strukturierte dritte Metallschicht (6) zumindest teilweise strukturierte Kontaktflächen (60, 61, 62, 63) und/oder Leiterbahnen bildet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die erste Metallschicht (1) mit zumindest einer Öffnung (7) bereitgestellt wird und die zweite Metallschicht (2) und die Keramikschicht (3) auf einer Wandfläche der Öffnung (7) aufgebracht werden. 12. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem eine
dritte Metallschicht (6) auf der Keramikschicht (3) auf der Wandfläche der Öffnung (7) zur Bildung einer
elektrischen Durchführung (70) aufgebracht wird, die durch die erste Metallschicht (1) und durch die zweite Metallschicht (2) und die Keramikschicht (3) auf der zumindest einen Hauptoberfläche (10, 11) der ersten Metallschicht (1) hindurchreicht.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei die Verfahrensschritte B und C auf jeder der beiden Hauptoberflächen (10, 11) durchgeführt werden.
Elektronisches Bauelement, aufweisend ein Trägerelement (100) und zumindest einen elektronischen Halbleiterchip (21) auf dem Trägerelement (100), das Trägerelement (100) aufweisend
eine erste Metallschicht (1) mit einem ersten
Metallmaterial und mit einer ersten und zweiten
Hauptoberfläche (10, 11), die voneinander abgewandt sind,
auf zumindest einer der Hauptoberflächen (10, 11) eine zweite Metallschicht (2) mit einem zweiten
Metallmaterial und auf der zweiten Metallschicht (2) eine dielektrische Keramikschicht (3) , wobei das zweite Metallmaterial einen Bestandteil der Keramikschicht (3) bildet und die Keramikschicht (3) eine der ersten Metallschicht (1) abgewandte Oberfläche (30) über der zweiten
Metallschicht (2) bildet.
15. Elektronisches Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei das erste Metallmaterial eines oder mehrere
Materialien ausgewählt aus Kupfer, Nickel, Titan, Stahl,
Edelstahl und Legierungen damit und das zweite
Metallmaterial Aluminium, insbesondere Aluminium mit einer Reinheit von größer oder gleich 99,99%, aufweist. 16. Elektronisches Bauelement nach Anspruch 14 oder 15,
wobei die zweite Metallschicht (2) unmittelbar auf der ersten Metallschicht (1) und die Keramikschicht (3) unmittelbar auf der zweiten Metallschicht (2) angeordnet sind .
17. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei auf der Keramikschicht (3) eine
strukturierte dritte Metallschicht (6) angeordnet ist, die zumindest teilweise strukturierte Kontaktflächen (60, 61, 62, 63) und/oder Leiterbahnen bildet.
18. Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei
die erste Metallschicht (1) zumindest eine Öffnung (7) aufweist,
die zweite Metallschicht (2) und die Keramikschicht (3) auf einer Wandfläche der Öffnung (7) angeordnet sind und eine dritte Metallschicht (6) auf der Keramikschicht (3) auf der Wandfläche der Öffnung (7) zur Bildung einer elektrischen Durchführung (70) angeordnet ist, die durch die erste Metallschicht (1) und durch die zweite
Metallschicht (2) und die Keramikschicht (3) auf der zumindest einen Hauptoberfläche (10, 11) der ersten Metallschicht (1) hindurchreicht.
Elektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Trägerelement auf jeder der
Hauptoberflächen (10, 11) der ersten Metallschicht (1) eine zweite Metallschicht (2) und drüber eine
Keramikschicht (3) aufweist.
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