DE102004019442A1 - Method for manufacturing low power converters, involves applying layer of electrically insulating material to substrate and component - Google Patents

Method for manufacturing low power converters, involves applying layer of electrically insulating material to substrate and component Download PDF

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electrically insulating
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Abstract

A method for manufacturing a device with a component (2) arranged on a substrate (10), in which a component has an electric contact surface and in which a layer (3) of electrically insulating material is applied to the substrate (10) and the component (2), in which the electric contact surface of the component is partially exposed with application of the layer (3) of electrically insulating material and/or following application of the layer (3) of electrically insulating material, in which a layer (4) of electrically conducting material is applied to the layer (3) of electrically insulating material and the electric contact surface of the component, and in which on the side of the device lying opposite the substrate (10) is arranged a heat-sink (6). An independent claim is included for a device with component and substrate and/or a further component.

Description

Bei der Entwicklung und Fertigung von Umrichtern kleiner Leistung geht der Trend immer weiter in Richtung Kompaktheit bei geringen Kosten. Diesem Trend sind durch die heutigen Bauteile und geltendem Normen Grenzen gesetzt, die nur mit neueren Technologien durchbrochen werden können.at the development and manufacturing of low power converters the trend continues towards compactness at low cost. This trend is due to today's components and applicable standards Limits set, which are broken only with newer technologies can.

Bei heutigen Lösungen werden für solche Umrichter meist diskrete Bauteile eingesetzt. Diese haben den Nachteil, dass sie meist nicht mit einem Automaten bestückbar sind und ihre Luft- und Kriechstrecken nicht ausreichen, weshalb die Systeme teilweise vergossen werden müssen. Dadurch wird wiederum die Kühlung negativ beeinflusst.at today's solutions be for Such converters usually used discrete components. These have the disadvantage that they are usually not equipped with a machine and their creepage distances are insufficient, which is why the Systems must be partially shed. This will turn the cooling negatively influenced.

Aus WO 03/030247 A2 ist eine planare Verbindungstechnik bekannt.Out WO 03/030247 A2 discloses a planar connection technique.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine effiziente Kühlung von Vorrichtungen mit Leistungsbauelementen, insbesondere von Umrichtern, zu ermöglichen.task The invention is to provide efficient cooling of devices with To enable power components, in particular of converters.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.These The object is achieved by those specified in the independent claims Inventions solved. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Dementsprechend wird in einem Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung mit einem auf einem Substrat angeordneten Bauelement eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material auf dem Substrat und dem Bauelement aufgebracht. Die elektrische Kontaktfläche des Bauelements bleibt beim Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material frei und/oder wird nach dem Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material freigelegt, insbesondere durch Öffnen eines Fensters.Accordingly is in a process for producing a device with a arranged on a substrate device a layer of electrical insulating material applied to the substrate and the device. The electrical contact surface of the device remains electrically when applying the layer of insulating material free and / or will after application of the layer made of electrically insulating material exposed, in particular by opening a Window.

Weiterhin wird eine Schicht aus elektrisch leitendem Material auf der Schicht aus elektrisch isolierendem Material und der elektrischen Kontaktfläche des Bauelements aufgebracht. Die Schicht aus elektrisch isolierendem Material ist also eine Trägerschicht für die Schicht aus elektrisch leitendem Material. An der dem Substrat gegenüberliegenden Seite der Vorrichtung, also an der Seite der Schicht aus elektrisch leitendem Material, wird ein Kühlkörper angeordnet.Farther is a layer of electrically conductive material on the layer made of electrically insulating material and the electrical contact surface of the Applied component. The layer of electrically insulating Material is therefore a carrier layer for the Layer of electrically conductive material. At the opposite of the substrate Side of the device, so on the side of the layer of electrical conductive material, a heat sink is placed.

Durch die Kombination mit der mit Schichten arbeitenden planaren Verbindungstechnik ergibt sich hierbei der ganz besondere Effekt, dass der Kühlkörper in unmittelbarer Nähe des Bauelements angeordnet werden kann und dieses damit sehr effizient entwärmt.By the combination with the planar connection technology working with layers this results in the very special effect that the heat sink in in close proximity to of the component can be arranged and this very efficient entwärmt.

Dazu kann der Kühlkörper sogar direkt an der Schicht aus elektrisch leitendem Material angeordnet werden.To the heat sink can even arranged directly on the layer of electrically conductive material become.

Alternativ wird, wenn eine Potentialtrennung erwünscht ist, auf die Schicht aus elektrisch leitendem Material eine weitere Schicht aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht und der Kühlkörper an der weiteren Schicht aus elektrisch isolierendem Material angeordnet.alternative When potential separation is desired, it is applied to the layer made of electrically conductive material another layer of electrical applied insulating material and the heat sink to the other layer arranged of electrically insulating material.

Wenn Substrat und Bauelement eine Oberflächenkontur bilden, wird die Schicht aus elektrisch isolierendem Material vorteilhaft auf dem Substrat und dem Bauelement so aufgebracht, dass die sie in ihrer Gesamtheit der aus Substrat und Bauelement gebildeten Oberflächenkontur folgt. Die Schicht aus elektrisch leitendem Material wird oder ist dann auf der Schicht aus elektrisch isolierendem Material so angeordnet bzw. nachträglich bearbeitet, dass ihre an der Schicht aus elektrisch isolierendem Material angeordnete Seite auf der Schicht aus elektrisch isolierendem Material verläuft und dort der aus Substrat und Bauelement gebildeten Oberflächenkontur folgt, während die der Schicht aus elektrisch isolie rendem Material abgewandte Seite der Schicht aus elektrisch leitendem Material plan ist.If Substrate and component form a surface contour, the Layer of electrically insulating material advantageous on the Substrate and the device so applied that they are in their Entity of the surface contour formed from substrate and component follows. The layer of electrically conductive material is or is then arranged on the layer of electrically insulating material so or subsequently machined theirs on the layer of electrically insulating Material arranged side on the layer of electrically insulating Material runs and there the surface contour formed from substrate and component follows while facing away from the layer of electrically insulating material Side of the layer of electrically conductive material is flat.

Dazu kann die Schicht aus elektrisch leitendem Material gleich so aufgebracht werden, dass ihre der Schicht aus elektrisch isolierendem Material abgewandte Seite bereits während des Prozesses des Aufbringens plan wird.To The layer of electrically conductive material can be applied the same way be that their the layer of electrically insulating material away side already during the process of applying becomes plan.

Alternativ wird die Schicht aus elektrisch leitendem Material an ihrer der Schicht aus elektrisch isolierendem Material abgewandten Seite plan gemacht.alternative is the layer of electrically conductive material at their the Layer of electrically insulating material facing away from plan made.

Selbstverständlich liegt es auch im Rahmen der Erfindung bei einem Substrat, auf dem mehrere Bauelemente mit Kontaktflächen angeordnet sind, und/oder bei Bauelementen mit mehreren Kontaktflächen entsprechend vorzugehen.Of course it lies it also in the context of the invention in a substrate on which several components with contact surfaces are arranged, and / or in components having a plurality of contact surfaces accordingly proceed.

Die Dicke der Schicht aus elektrisch isolierendem Material über dem Substrat weicht in ihrem geradlinig verlaufenden Bereich um weniger als 50% von ihrer Dicke über dem Bauelement in ihrem dort geradlinig verlaufenden Bereich ab, insbesondere um weniger als 20%. Vorzugsweise sind die Dicken in etwa gleich, weichen also um weniger als 5% oder sogar weniger als 1% voneinander ab. Die Prozentangaben beziehen sich insbesondere auf die Dicke der Schicht über dem Bauelement in deren geradlinig verlaufenden Bereich, die dementsprechend die 100% angibt. Auf den geradlinig verlaufenden Bereich wird abgestellt, da die Schicht in Innenkanten von Substrat und Bauelement in der Regel dicker, über den dem Substrat abgewandten Kanten des Bauelements in der Regel dünner verläuft.The thickness of the layer of electrically insulating material above the substrate differs in its rectilinear region by less than 50% of its thickness over the device in its rectilinear region, in particular by less than 20%. Preferably, the thicknesses are approximately the same, ie deviate from one another by less than 5% or even less than 1%. In particular, the percentages refer to the thickness of the layer over the device in its rectilinear region, which correspondingly indicates the 100%. On the rectilinear area is turned off, as the layer in inner edges Of substrate and component usually thicker, over which the substrate facing away from the edges of the component is usually thinner.

Zur Kontaktierung des Bauelements mit dem Substrat weist das Substrat vorzugsweise eine elektrische Kontaktfläche auf, die beim Aufbringen der Schicht aus elektrisch leitendem Material frei bleibt oder nach dem Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material freigelegt wird und auf die die Schicht aus elektrisch leitendem Material ebenfalls aufge bracht wird. So wird die Kontaktfläche des Bauelements über die Schicht aus elektrisch leitendem Material mit der Kontaktfläche des Substrats verbunden.to Contacting of the component with the substrate has the substrate preferably an electrical contact surface, which during application the layer of electrically conductive material remains free or after the application of the layer of electrically insulating material is exposed and on which the layer of electrically conductive Material is also brought up. So the contact surface of the Component over the layer of electrically conductive material with the contact surface of the Substrate connected.

Die Kontaktfläche des Bauelements und die Kontaktfläche des Substrats sind vorzugsweise in etwa gleich groß, um einen durchgängigen Stromfluss zu gewährleisten.The contact area of the device and the contact surface of the substrate are preferably about the same size, to a consistent To ensure flow of electricity.

Die elektrische Kontaktfläche des Bauelements kann beim Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material freigelassen und/oder später freigelegt werden. Das vollständige oder partielle Freilassen schon beim Aufbringen lässt sich besonders vorteilhaft verwirklichen, wenn die Schicht aus elektrisch isolierendem Material mit Öffnungen aufgebracht wird. Dann lässt sich nämlich von vornherein eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material mit einer oder mehreren entsprechenden Öffnungen bzw. Fenstern verwenden, die sich beispielsweise zuvor durch kostengünstiges Ausstanzen oder Ausschneiden schaffen lassen.The electrical contact surface of the device can during the application of the layer of electric isolating material released and / or exposed later. The full or partial release already during application can be realize particularly advantageous if the layer of electrical applied insulating material with openings becomes. Then lets Namely from the outset a layer of electrically insulating material use with one or more corresponding openings or windows, for example, previously by cost punching or cutting let create.

Wird durch das Freilegen der Kontaktfläche ein Fenster mit mehr als 60% der Größe der Seite und/oder Fläche des Bauelementes geöffnet, an der das Fenster geöffnet wird, insbesondere mehr als 80%, so kann das Verfahren für Leistungsbauelemente verwendet werden, deren Kontaktfläche ein entsprechende Größe aufweisen. Um eine saubere Kantenverarbeitung zu gewährleisten, sollte die Größe des Fensters aber andererseits nicht mehr als 99,9% der Größe der Seite und/oder Fläche des Bauelementes betragen, an der das Fenster geöffnet wird, insbesondere nicht mehr als 99% und weiter bevorzugt nicht mehr als 95%. Das Fenster wird insbesondere an der größten und/oder an der vom Substrat abgewandten Seite des Bauelements geöffnet und hat vorzugsweise eine absolute Größe von mehr als 50 mm2, insbesondere mehr als 70 mm2.If, by exposing the contact surface, a window with more than 60% of the size of the side and / or surface of the component is opened, at which the window is opened, in particular more than 80%, the method can be used for power components whose contact surface is a have appropriate size. On the other hand, in order to ensure clean edge processing, the size of the window should not be more than 99.9% of the size of the side and / or face of the device at which the window is opened, in particular not more than 99% and more preferably not more than 95%. The window is opened in particular on the largest and / or on the side facing away from the substrate side of the device and preferably has an absolute size of more than 50 mm 2 , in particular more than 70 mm 2 .

Als Substrate kommen beliebige Schaltungsträger auf organischer oder anorganischer Basis in Frage. Solche Substrate sind beispielsweise PCB (Printed Circuit Board)-, DCB-, IM (Insulated Metal)-, HTCC (High Temperature Cofired Ceramics)- und LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics)-Substrate.When Substrates come any circuit carrier on organic or inorganic Base in question. Such substrates are for example PCB (Printed Circuit Board), DCB, IM (Insulated Metal), HTCC (High Temperature Cofired Ceramics) - and LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) substrates.

Die Schicht aus elektrisch isolierendem Material ist insbesondere aus Kunststoff. Je nach Weiterverarbeitung kann sie fotoempfindlich oder nicht fotoempfindlich sein.The Layer of electrically insulating material is made in particular Plastic. Depending on the processing, it can be photosensitive or not be photosensitive.

Sie wird vorzugsweise mit einer oder mehreren der folgenden Vorgehensweisen aufgebracht: Auflaminieren einer Folie, Vorhanggießen, Tauchen, insbesondere einseitiges Tauchen, Sprühen, insbesondere elektrostatisches Sprühen, Drucken, insbesondere Siebdrucken, Overmolden, Dispensen, Spincoaten.she is preferably with one or more of the following procedures applied: lamination of a film, curtain coating, dipping, in particular one-sided diving, spraying, in particular electrostatic spraying, printing, in particular Screen printing, overmolding, dispensing, spincoating.

Zum Aufbringen der Schicht aus elektrisch leitendem Material, also zum flächigen Kontaktieren, wird vorteilhaft ein physikalisches oder chemisches Abscheiden des elektrisch leitenden Materials durchgeführt. Derartige physikalische Verfahren sind Sputtern und Bedampfen (Physical Vapor Deposition, PVD). Das chemische Abscheiden kann aus gasförmiger Phase (Chemical Vapor Deposition, CVD) und/oder flüssiger Phase (Liquid Phase Chemical Vapor Deposition) erfolgen. Denkbar ist auch, dass zunächst durch eines dieser Verfahren eine dünne elektrisch leitende Teilschicht beispielsweise aus Titan/Kupfer aufgetragen wird, auf der dann eine dickere elektrisch leitende Teilschicht beispielsweise aus Kupfer galvanisch abgeschieden wird.To the Applying the layer of electrically conductive material, ie to flat Contact, advantageously, a physical or chemical deposition carried out of the electrically conductive material. Such physical Methods are sputtering and vapor deposition (Physical Vapor Deposition, PVD). The chemical deposition can from gaseous phase (Chemical Vapor Deposition, CVD) and / or liquid Phase (Liquid Phase Chemical Vapor Deposition). Conceivable is also that first by one of these methods a thin electrically conductive sublayer for example, is applied from titanium / copper, then on the one thicker electrically conductive sub-layer, for example made of copper is electrodeposited.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Substrat mit einer Oberfläche verwendet, die mit einem oder mehreren Halbleiterchips, insbesondere Leistungshalbleiterchips bestückt ist, auf deren jedem je eine oder mehrere zu kontaktierende Kontaktflächen vorhanden ist oder sind, und wobei die Schicht aus elektrisch isolierendem Material auf dieser Oberfläche unter Vakuum aufgebracht wird, so dass die Schicht aus elektrisch isolierendem Material diese Oberfläche einschließlich jedes Halbleiterchips und jeder Kontaktfläche eng anliegend bedeckt und auf dieser Oberfläche einschließlich jedes Halbleiterchips haftet.Preferably is in the inventive method a substrate with a surface used with one or more semiconductor chips, in particular Power semiconductor chips populated is on each of which each one or more to be contacted contact surfaces available is or are, and wherein the layer of electrically insulating Material on this surface is applied under vacuum, so that the layer of electrically insulating Material this surface including each semiconductor chip and each contact surface is tightly covered and covered on this surface including each one Semiconductor chips adheres.

Die Schicht aus elektrisch isolierendem Material ist dabei so gestaltet, dass ein Höhenunterschied von bis zu 1000 μm überwunden werden kann. Der Höhenunterschied ist unter anderem durch die Topologie des Substrats und durch die auf dem Substrat angeordneten Halbleiterchips verursacht.The Layer of electrically insulating material is designed in this way that a height difference overcome by up to 1000 microns can be. The height difference is partly due to the topology of the substrate and by the caused on the substrate arranged semiconductor chips.

Die Dicke der Schicht aus elektrisch isolierendem Material kann 10 μm bis 500 μm betragen. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material mit einer Dicke von 25 bis 150 μm aufgebracht.The Thickness of the layer of electrically insulating material may be 10 μm to 500 μm. Preferably is in the inventive method a layer of electrically insulating material having a thickness from 25 to 150 μm applied.

In einer weiteren Ausgestaltung wird das Aufbringen sooft wiederholt, bis eine bestimmte Dicke der Schicht aus elektrisch isolierendem Material erreicht ist. Beispielsweise werden Teilschichten aus elektrisch isolierendem Material geringerer Dicke zu einer Schicht aus elektrisch isolierendem Material höherer Dicke verarbeitet. Diese Teilschichten aus elektrisch isolierendem Material bestehen vorteilhaft aus einer Art Kunststoffmaterial. Denkbar ist dabei auch, dass die Teilschichten aus elektrisch isolierendem Material aus mehreren unterschiedlichen Kunststoffmaterialen bestehen. Es resultiert eine aus Teilschichten aufgebaute Schicht aus elektrisch isolierendem Material.In a further embodiment, the application is repeated until a certain thickness of the layer of electrically insulating material is reached. For example, partial layers are made out electrically insulating material of lesser thickness processed to a layer of electrically insulating material of higher thickness. These sub-layers of electrically insulating material advantageously consist of a kind of plastic material. It is also conceivable that the sub-layers of electrically insulating material consist of several different plastic materials. The result is a built-up layers of layer of electrically insulating material.

In einer besonderen Ausgestaltung wird zum Freilegen der elektrischen Kontaktfläche des Bauelements ein Fenster in der Schicht aus elektrisch isolierendem Material durch Laserablation geöffnet. Eine Wellenlänge eines dazu verwendeten Lasers beträgt zwischen 0,1 μm und 11 μm. Die Leistung des Lasers beträgt zwischen 1 W und 100 W. Vorzugsweise wird ein CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 9,24 μm verwendet. Das Öffnen der Fenster erfolgt dabei ohne eine Beschädigung eines even tuell unter der Schicht aus isolierendem Material liegenden Chipkontakts aus Aluminium, Gold oder Kupfer.In a particular embodiment, a window in the layer of electrically insulating material is opened by laser ablation to expose the electrical contact surface of the device. One wavelength of a laser used for this purpose is between 0.1 μm and 11 μm. The power of the laser is between 1 W and 100 W. Preferably, a CO 2 laser with a wavelength of 9.24 microns is used. The opening of the window is carried out without damaging any ever under the layer of insulating material lying chip contact made of aluminum, gold or copper.

In einer weiteren Ausgestaltung wird eine fotoempfindliche Schicht aus elektrisch isolierendem Material verwendet und zum Freilegen der elektrischen Kontaktfläche des Bauelements ein Fenster durch einen fotolithographischen Prozess geöffnet. Der fotolithographische Prozess umfasst ein Belichten der fotoempfindlichen Schicht aus elektrisch isolierendem Material und ein Entwickeln und damit Entfernen der belichteten oder nicht belichteten Stellen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material.In In another embodiment, a photosensitive layer made of electrically insulating material and used for exposure the electrical contact surface of the device a window through a photolithographic process open. Of the Photolithographic process involves exposing the photosensitive Layer of electrically insulating material and developing and thus removing the exposed or unexposed areas of the Layer of electrically insulating material.

Nach dem Öffnen der Fenster erfolgt gegebenenfalls ein Reinigungsschritt, bei dem Reste der Schicht aus elektrisch isolierendem Material entfernt werden. Der Reinigungsschritt erfolgt beispielsweise nasschemisch. Denkbar ist insbesondere auch ein Plasmareinigungsverfahren.To opening the window is optionally carried out a cleaning step in which Remains of the layer of electrically insulating material are removed. The cleaning step takes place, for example, wet-chemically. Conceivable is in particular also a plasma cleaning process.

In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Schicht aus mehreren übereinander angeordneten Teilschichten aus unterschiedlichem, elektrisch leitendem Material verwendet. Es werden beispielsweise verschiedene Metalllagen übereinander aufgetragen. Die Anzahl der Teilschichten beziehungsweise Metalllagen beträgt insbesondere 2 bis 5. Durch die aus mehreren Teilschichten aufgebaute elektrisch leitende Schicht kann beispielsweise eine als Diffusionsbarriere fungierende Teilschicht integriert sein. Eine derartige Teilschicht besteht beispielsweise aus einer Titan-Wolfram-Legierung (TiW). Vorteilhafterweise wird bei einem mehrschichtigen Aufbau direkt auf der zu kontaktierenden Oberfläche eine die Haftung vermittelnde oder verbessernde Teilschicht aufgebracht. Eine derartige Teilschicht besteht beispielsweise aus Titan.In In another embodiment, a layer of several superimposed arranged sub-layers of different, electrically conductive Material used. For example, different metal layers are stacked on top of each other applied. The number of partial layers or metal layers is in particular 2 to 5. By the built up of several sub-layers electrically conductive layer, for example, as a diffusion barrier functioning sub-layer to be integrated. Such a sub-layer For example, it consists of a titanium-tungsten alloy (TiW). Advantageously, in a multi-layered construction directly on the surface to be contacted an adhesion mediating or improving partial layer applied. Such a sub-layer consists for example of titanium.

In einer besonderen Ausgestaltung wird nach dem flächigen Kontaktieren in und/oder auf der Schicht aus dem elektrisch leitenden Material mindestens eine Leiterbahn erzeugt. Die Leiterbahn kann auf der Schicht aufgetragen werden. Insbesondere wird zum Erzeugen der Leiterbahn ein Strukturieren der Schicht durchgeführt. Dies bedeutet, dass die Leiterbahn in dieser Schicht erzeugt wird. Die Leiterbahn dient beispielsweise der elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterchips.In a particular embodiment is after the surface contacting in and / or on the layer of the electrically conductive material at least generates a conductor track. The trace can be applied to the layer become. In particular, structuring is used to produce the conductor track the shift performed. This means that the trace is created in this layer. The conductor serves, for example, the electrical contact a semiconductor chip.

Das Strukturieren erfolgt üblicherweise in einem fotolithographischen Prozess. Dazu kann auf der elektrisch leitenden Schicht ein Fotolack aufgetragen, getrocknet und anschließend belichtet und entwickelt werden. Unter Umständen folgt ein Temperschritt, um den aufgetragenen Fotolack gegenüber nachfolgenden Behandlungsprozessen zu stabilisieren. Als Fotolack kommen herkömmliche positive und negative Resists (Beschichtungsmaterialien) in Frage. Das Auftragen des Fotolacks erfolgt beispielsweise durch einen Sprüh- oder Tauchprozess. Electro-Deposition (elektrostatisches oder elektrophoretisches Abscheiden) ist ebenfalls denkbar.The Structuring is usually done in a photolithographic process. This can be done on the electric applied a photoresist layer, dried and then exposed and be developed. Under certain circumstances, an annealing step, to the applied photoresist against subsequent treatment processes to stabilize. The photoresist is conventional positive and negative Resists (coating materials) in question. Applying the photoresist for example, by a spraying or dipping process. Electro-Deposition (electrostatic or electrophoretic deposition) is also conceivable.

Statt eines Fotolacks kann auch ein anderes strukturierbares Material mit einer oder mehreren der folgenden Vorgehensweisen aufgebracht werden: Vorhanggießen, Tauchen, insbesondere einseitiges Tauchen, Sprühen, insbesondere elektrostatisches Sprühen, Drucken, insbesondere Siebdrucken, Overmolden, Dispensen, Spincoaten, Auflaminieren einer Folie.Instead of A photoresist can also be another structurable material applied with one or more of the following procedures be: curtain coating, Dipping, especially one-sided dipping, spraying, in particular electrostatic spraying, printing, especially screen printing, overmolding, dispensing, spincoating, laminating a slide.

Zum Strukturieren können auch fotoempfindliche Folien eingesetzt werden, die auflaminiert und vergleichbar mit der aufgetragenen Fotolackschicht belichtet und entwickelt werden.To the Can structure Also photosensitive films are used, which lamination and exposed comparable to the applied photoresist layer and be developed.

Zum Erzeugen der Leiterbahn kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden: In einem ersten Teilschritt wird die elektrisch leitende Schicht strukturiert und in einem darauf folgenden Teilschritt wird auf der erzeugten Leiterbahn eine weitere Metallisierung aufgebracht. Durch die weitere Metallisierung wird die Leiterbahn verstärkt. Beispielsweise wird auf der durch Strukturieren erzeugten Leiterbahn Kupfer galvanisch in einer Dicke von 1 μm bis 400 μm abgeschieden. Da nach wird die Fotolackschicht beziehungsweise die auflaminierte Folie oder das alternativ verwendete strukturierbare Material abgelöst. Dies gelingt beispielsweise mit einem organischen Lösungsmittel, einem alkalischen Entwickler oder dergleichen. Durch nachfolgendes Differenzätzen wird die flächige, nicht mit der Metallisierung verstärkte, metallisch leitende Schicht wieder entfernt. Die verstärkte Leiterbahn bleibt erhalten.To the Generating the conductor can, for example, proceed as follows In a first partial step, the electrically conductive Layer is structured and in a subsequent sub-step applied on the generated trace another metallization. The further metallization strengthens the printed circuit. For example on the conductor track copper produced by structuring in a thickness of 1 micron up to 400 μm deposited. Since after the photoresist layer or the laminated film or alternatively structurable used Material detached. This is achieved, for example, with an organic solvent, an alkaline developer or the like. By following differential etching becomes the plane, non metallization reinforced, metallically conductive layer removed again. The amplified Track remains intact.

In einer besonderen Ausgestaltung werden zum Herstellen einer mehrlagigen Vorrichtung die Schritte Auflaminieren, Freilegen, Kontaktieren und Erzeugen der Leiterbahn mehrmals durchgeführt.In a particular embodiment, the manufacture of a multilayer device Steps laminating, exposing, contacting and creating the trace performed several times.

Es wird eine Technologie zur elektrischen Kontaktierung und Verdrahtung von Anschlusspads bzw. -kontaktflächen, die auf Halbleiterchips, insbesondere auf Leistungshalbleiterchips angeordnet sind, bereitgestellt. Zusätzlich ergibt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die flächige Anbindung und die besondere Isolierung eine niederinduktive Verbindung, um schnelles und verlustarmes Schalten zu ermöglichen.It becomes a technology for electrical contacting and wiring of connection pads or pads on semiconductor chips, are arranged in particular on power semiconductor chips provided. additionally results in the inventive method the areal Connection and the special isolation of a low-inductive compound, to enable fast and low-loss switching.

Durch das Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material wird eine elektrische Isolationsschicht hergestellt. Die Herstellung der Isolationsschicht durch das Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material bietet folgende Vorteile:

  • – Anwendung bei hohen Temperaturen. Eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material ist bei geeigneter Materialwahl hitzebeständig bis zu 300°C.
  • – Geringe Prozesskosten.
  • – Es sind hohe Isolationsfeldstärken durch Verwendung dicker Isolationslagen möglich.
  • – Hoher Durchsatz, z.B. können DCB-Substrate im Nutzen prozessiert werden.
  • – Homogene Isolationseigenschaften, da Lufteinschlüsse durch die Verarbeitung der Schicht aus elektrisch isolierendem Material im Vakuum verhindert werden.
  • – Die gesamte Chipkontaktfläche kann genützt werden, so dass hohe Ströme abgeleitet werden können.
  • – Durch die flächige Kontaktierung können die Chips homogen angesteuert werden.
  • – Die Induktivität des Kontaktes bei einer Kontaktfläche ist durch die flächenhafte Geometrie kleiner als beim Dickdrahtbonden.
  • – Die Kontaktierung führt zu hoher Zuverlässigkeit bei Vibrations- und mechanischer Schockbelastung.
  • – Höhere Lastwechselfestigkeit im Vergleich zu konkurrierenden Methoden wegen geringer thermomechanischer Spannungen.
  • – Es sind mehrere Verdrahtungsebenen zugänglich.
  • – Die beschriebene, planare Verbindungstechnik beansprucht eine geringe Bauhöhe. Es resultiert ein kompakter Aufbau.
  • – Bei mehrlagigen Verbindungsebenen sind großflächige Metallisierungslagen zur Abschirmung realisierbar. Dies wirkt sich insbesondere auf das EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit)-Verhalten der Schaltung (Störemission, Störfestigkeit) sehr positiv aus.
By applying the layer of electrically insulating material, an electrical insulation layer is produced. The production of the insulating layer by applying the layer of electrically insulating material offers the following advantages:
  • - Application at high temperatures. A layer of electrically insulating material is heat resistant up to 300 ° C with a suitable choice of material.
  • - Low process costs.
  • - High insulation field strengths are possible by using thick insulation layers.
  • - High throughput, eg DCB substrates can be processed in the benefit.
  • - Homogeneous insulation properties, since air pockets are prevented by the processing of the layer of electrically insulating material in a vacuum.
  • - The entire chip contact surface can be used, so that high currents can be derived.
  • - Due to the surface contacting the chips can be controlled homogeneously.
  • - The inductance of the contact at a contact surface is smaller by the areal geometry than the thick wire bonding.
  • - The contact leads to high reliability in vibration and mechanical shock load.
  • - Higher fatigue strength compared to competing methods due to low thermo-mechanical stresses.
  • - Several wiring levels are accessible.
  • - The described planar connection technology claimed a low height. It results in a compact construction.
  • - In multi-layer connection levels large-scale metallization layers for shielding can be realized. This has a particularly positive effect on the EMC (Electromagnetic Compatibility) behavior of the circuit (interference emission, immunity to interference).

Da der Kühlkörper als tragendes Element fungieren kann, ist es bei Bedarf möglich, das Substrat nach dem Anordnen des Kühlkörpers zu entfernen.There the heat sink as If necessary, it can be done if necessary Substrate after placing the heat sink to remove.

Insbesondere in diesem Fall, aber auch sonst, wird vorteilhaft an der dem Kühlkörper gegenüberliegenden Seite der Vorrichtung ein weiterer Kühlkörper angeordnet.Especially In this case, but also otherwise, is advantageous to the heat sink opposite Side of the device arranged another heat sink.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt.preferred and advantageous embodiments of the device emerge the preferred embodiments of the method and vice versa.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:Further Features and advantages will be apparent from the description based on Drawing. Showing:

1 ein Verfahren zum Kontaktieren eines Bauelements; 1 a method of contacting a device;

2 eine Vorrichtung mit einem Kühlkörper; 2 a device with a heat sink;

3 eine alternative Vorrichtung mit einem Kühlkörper. 3 an alternative device with a heat sink.

In der 1 ist ein Substrat 1 zu erkennen. Dieses Substrat 1 weist beispielsweise ein DCB-Substrat auf, das aus einer Substratschicht 10 aus Keramikmaterial, einer auf eine untere Oberfläche der Substratschicht 10 aufgebrachten Schicht 12 aus Kupfer und einer auf einer von der unteren Oberfläche abgekehrten Oberfläche der Substratschicht 10 aufgebrachten Schicht 11 aus Kupfer besteht.In the 1 is a substrate 1 to recognize. This substrate 1 has, for example, a DCB substrate that consists of a substrate layer 10 of ceramic material, one on a lower surface of the substrate layer 10 applied layer 12 of copper and a surface of the substrate layer facing away from the lower surface 10 applied layer 11 made of copper.

Die Schicht 11 auf der oberen Oberfläche der Substratschicht 10 ist bereichsweise bis auf die obere Oberfläche der Substratschicht 10 herab entfernt, so dass dort die obere Oberfläche frei liegt. Durch die Schichten 11 und 12 aus Kupfer werden Leiterbahnen auf dem Substrat gebildet.The layer 11 on the upper surface of the substrate layer 10 is partially to the upper surface of the substrate layer 10 down so that the upper surface is exposed there. Through the layers 11 and 12 copper conductors are formed on the substrate.

Auf die von der Substratschicht 10 abgekehrte Oberfläche der verbliebenen Schicht 11 aus Kupfer sind ein oder mehrere Halbleiterchips 2 aufgebracht, die zueinander gleich und/oder voneinander verschieden sein können.On the from the substrate layer 10 uneven surface of the remaining layer 11 Copper is one or more semiconductor chips 2 applied, which may be the same and / or different from each other.

Der Halbleiterchip 2, der vorzugsweise ein Leistungshalbleiterchip ist, kontaktiert mit einer nicht dargestellten Kontaktfläche, die auf einer der Schicht 11 aus Kupfer zugekehrten unteren Oberfläche des Halbleiterchips 2 vorhanden ist, flächig die obere Oberfläche der Schicht 11 aus Kupfer. Beispielsweise ist diese Kontaktfläche mit der Schicht 11 aus Kupfer verlötet.The semiconductor chip 2 , which is preferably a power semiconductor chip, contacted with a contact surface, not shown, on one of the layer 11 copper-facing lower surface of the semiconductor chip 2 is present, flat the upper surface of the layer 11 made of copper. For example, this contact surface is with the layer 11 soldered from copper.

Auf der von der Schicht 11 aus Kupfer und der unteren Oberfläche abgekehrten oberen Oberfläche des Chips 2 ist je ein Kontakt mit einer vom Halbleiterchip 2 abgekehrten Kontaktfläche 210 vorhanden.On the of the layer 11 of copper and the lower surface averted upper Oberflä of the chip 2 is ever a contact with one of the semiconductor chip 2 remote contact surface 210 available.

Ist beispielsweise der Halbleiterchip 2 ein Transistor, insbesondere ein IGBT, ist die Kontaktfläche auf der unteren Oberfläche dieses Halbleiterchips 2 die Kontaktfläche eines Kollektor- bzw. Drainkontaktes und der Kontakt auf der oberen Oberfläche des Halbleiterchips 2 ein Emitter- bzw. Sourcekontakt, dessen Kontaktfläche die Kontaktfläche 210 ist.For example, is the semiconductor chip 2 a transistor, in particular an IGBT, is the contact surface on the lower surface of this semiconductor chip 2 the contact surface of a collector or drain contact and the contact on the upper surface of the semiconductor chip 2 an emitter or source contact whose contact surface is the contact surface 210 is.

Die gesamte obere Oberfläche des mit dem Halbleiterchip 2 bestückten Substrats 1 ist durch die freiliegenden Teile der oberen Oberfläche der Substratschicht 10, der oberen Oberfläche der Schicht 11 aus Kupfer außerhalb der Halbleiterchips 2 und durch die freie Oberfläche jedes Halbleiterchips 2 selbst gegeben, die durch die obere Oberfläche und die seitliche Oberfläche dieses Chips 2 bestimmt ist.The entire upper surface of the with the semiconductor chip 2 equipped substrate 1 is through the exposed portions of the upper surface of the substrate layer 10 , the upper surface of the layer 11 made of copper outside the semiconductor chips 2 and through the free surface of each semiconductor chip 2 even given by the top surface and the side surface of this chip 2 is determined.

Auf die gesamte Oberfläche des mit dem Halbleiterchip 2 bestückten Substrats 1 wird im Schritt 301 eine Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial unter Vakuum aufgebracht, so dass die Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material die Oberfläche des mit dem Halbleiterchip 2 bestückten Substrats 1 mit den Kontaktflächen eng anliegend bedeckt und auf dieser Oberfläche haftet. Die Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material folgt dabei der durch die freiliegenden Teile der oberen Oberfläche der Substratschicht 10, der oberen Oberfläche der Schicht 11 aus Kupfer außerhalb der Halbleiterchips 2 und durch die freie Oberfläche jedes Halbleiterchips 2 selbst, die durch die obere Oberfläche und die seitliche Oberfläche dieses Chip 2 bestimmt ist, gegebenen Oberflächenkontur.On the entire surface of the with the semiconductor chip 2 equipped substrate 1 is in the step 301 a layer 3 made of electrically insulating plastic material applied under vacuum, so that the layer 3 made of electrically insulating material, the surface of the semiconductor chip 2 equipped substrate 1 covered closely with the contact surfaces and adheres to this surface. The layer 3 made of electrically insulating material follows the through the exposed parts of the upper surface of the substrate layer 10 , the upper surface of the layer 11 made of copper outside the semiconductor chips 2 and through the free surface of each semiconductor chip 2 even through the top surface and the side surface of this chip 2 is determined, given surface contour.

Das Aufbringen der Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material in Schritt 301 erfolgt vorzugsweise mit einer oder mehreren der folgenden Vorgehensweisen: Vorhanggießen, Tauchen, insbesondere einseitiges Tauchen, Sprühen, insbesondere elektrostatisches Sprühen, Drucken, insbesondere Siebdrucken, Overmolden, Dispensen, Spincoaten.Applying the layer 3 made of electrically insulating material in step 301 is preferably carried out with one or more of the following procedures: curtain coating, dipping, especially one-sided dipping, spraying, in particular electrostatic spraying, printing, in particular screen printing, overmolding, dispensing, spincoating.

Die Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material dient als Isolator und als Träger einer im Weiteren aufgebrachten Schicht 4 aus elektrisch leitendem Material.The layer 3 made of electrically insulating material serves as an insulator and as a carrier of a subsequently applied layer 4 made of electrically conductive material.

Typische Dicken der Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material liegen im Bereich von 25-150 μm, wobei größere Dicken auch aus Schichtenfolgen von dünneren Teilschichten aus elektrisch isolierendem Material erreicht werden können. Damit lassen sich vorteilhafter Weise Isolationsfeldstärken im Bereich von einigen 10 kV/mm realisieren.Typical thicknesses of the layer 3 of electrically insulating material are in the range of 25-150 microns, with larger thicknesses can also be achieved from layer sequences of thinner sub-layers of electrically insulating material. Insulation field strengths in the range of a few 10 kV / mm can thus be advantageously realized.

Nun wird in Schritt 302 jede zu kontaktierende Kontaktfläche auf der Oberfläche des Substrats 1 einschließlich des Bauelements 2 durch Öffnen jeweiliger Fenster 31 in der Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material freigelegt.Now in step 302 Each contact surface to be contacted on the surface of the substrate 1 including the component 2 by opening respective windows 31 in the layer 3 made of electrically insulating material exposed.

Eine zu kontaktierende Kontaktfläche ist nicht nur eine Kontaktfläche 210 auf einem Halbleiterchip 2, sondern kann auch jeder durch Öffnen eines Fensters 31 in der Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material freigelegte Bereich der oberen Oberfläche der Schicht 11 aus Kupfer oder einem sonstigen Metall sein.A contact surface to be contacted is not just a contact surface 210 on a semiconductor chip 2 But everyone can also by opening a window 31 in the layer 3 made of electrically insulating material exposed portion of the upper surface of the layer 11 be made of copper or other metal.

Die Größe des Fensters, das zum Kontaktieren der Kontaktfläche 210 geöffnet wird, beträgt mehr als 60% der Größe des Bauelements, insbesondere mehr als 80%.The size of the window used to contact the contact surface 210 is opened, is more than 60% of the size of the device, in particular more than 80%.

Das Öffnen eines der Fenster 31 in der Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material wird vorzugsweise durch Laserablation vorgenommen.Opening one of the windows 31 in the layer 3 made of electrically insulating material is preferably made by laser ablation.

Danach wird in Schritt 303 jede freigelegte Kontaktfläche 210 des Bauelements und freigelegte Kontaktfläche 112 des Substrats mit einer Schicht 4 aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise Metall, flächig kontaktiert, indem die freigelegten Kontaktflächen 210 und 112 mit den üblichen Verfahren metallisiert und strukturiert und somit planar kontaktiert werden.After that, in step 303 every exposed contact area 210 of the device and exposed contact surface 112 of the substrate with a layer 4 made of electrically conductive material, preferably metal, surface contacted by the exposed contact surfaces 210 and 112 metallized and patterned using the usual methods and thus contacted in a planar manner.

Beispielsweise kann die Schicht 4 aus elektrisch leitendem Material ganzflächig sowohl auf jede Kontaktfläche 210 und 112 als auch auf die von der Oberfläche des Substrats 1 abgekehrte obere Oberfläche der Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht und danach beispielsweise fotolithographisch so strukturiert werden, dass jede Kontaktfläche 210 und 112 flächig kontaktiert bleibt und über die Kontaktflächen 210 und 112 und die Schicht 3 aus isolierendem Material verlaufende Leiterbahnen entstehen, die von der Schicht 4, 4a aus elektrisch leitendem Material gebildet werden.For example, the layer 4 made of electrically conductive material over the entire surface on each contact surface 210 and 112 as well as on the surface of the substrate 1 Abgewandten upper surface of the layer 3 be applied from electrically insulating material and then, for example, photolithographically structured so that each contact surface 210 and 112 surface contacted and over the contact surfaces 210 and 112 and the layer 3 made of insulating material running tracks, which arise from the layer 4 . 4a be formed of electrically conductive material.

Vorzugsweise werden dazu folgende Prozessschritte (semiadditiver Aufbau) durchgeführt:

  • – Sputtern einer Ti-Haftschicht von ca. 100 nm Dicke und einer Cu-Leitschicht 4 von ca. 200 nm Dicke (Schritt 303).
  • – Fotolithographie unter Verwendung dicker Lackschichten oder von Fotofolien 5 (Schritt 304).
  • – Galvanische Verstärkung der freientwickelten Bereiche der Schicht 4 aus elektrisch leitendem Material mit einer weiteren Teilschicht 4a. Hier sind Schichtdicken bis 500 μm möglich (Schritt 305).
  • – Lackentschichtung und Differenzätzen von Cu und Ti (Schritt 306).
The following process steps (semi-additive construction) are preferably carried out for this purpose:
  • - Sputtering a Ti-adhesive layer of about 100 nm thickness and a Cu-conductive layer 4 of about 200 nm thickness (step 303 ).
  • - Photolithography using thick layers of paint or photographic film 5 (Step 304 ).
  • Galvanic amplification of the freely wound areas of the layer 4 made of electrically conductive material with a further partial layer 4a , Layer thicknesses of up to 500 μm are possible here (step 305 ).
  • - Lackentschichtung and differential etching of Cu and Ti (step 306 ).

Es kann auch so vorgegangen werden, dass auf die von der Oberfläche des Substrats 1 abgekehrte obere Oberfläche der Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material eine Maske aufgebracht wird, welche die Kontaktflächen 210 und 112 sowie Bereiche für die über die Kontaktflächen 210 und 112 und die Schicht 3 aus isolierendem Material verlaufenden Leiterbahnen freilässt, die von der Schicht 4, 4a aus elektrisch leitendem Material gebildet werden, und dass dann die Schicht 4, 4a aus dem elektrisch leitenden Material ganzflächig auf die Maske und die Kontaktflächen 210 und 112 sowie die von der Maske freien Bereiche aufgebracht wird. Danach wird die Maske mit der darauf befindlichen Schicht 4 entfernt, so dass nur die flächig kontaktierten Kontaktflächen 210 und 112 und die über die Kontaktflächen 210 und 112 und die Schicht 3 aus isolierendem Material verlaufenden Leiterbahnen, die von der Schicht 4, 4a aus elektrisch leitendem Material gebildet werden, auf den maskenfreien Bereichen übrig bleiben.It can also be done so that on the surface of the substrate 1 Abgewandten upper surface of the layer 3 made of electrically insulating material, a mask is applied, which the contact surfaces 210 and 112 as well as areas for over the contact areas 210 and 112 and the layer 3 made of insulating material running tracks leaves free from the layer 4 . 4a be formed of electrically conductive material, and then that the layer 4 . 4a from the electrically conductive material over the entire surface of the mask and the contact surfaces 210 and 112 as well as the mask-free areas is applied. Then the mask with the layer on it 4 removed, leaving only the area contacted contact surfaces 210 and 112 and the over the contact surfaces 210 and 112 and the layer 3 made of insulating material extending tracks, from the layer 4 . 4a are formed of electrically conductive material, remain on the mask-free areas.

Jedenfalls ist danach eine Vorrichtung aus einem Substrat 1 mit Bauelement 2 mit einer Oberfläche, auf der elektrische Kontaktflächen 210, 112 angeordnet sind, bereitgestellt, bei der auf der Oberfläche ein Isolator in Form einer Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht ist, die eng an der Oberfläche anliegt und an der Oberfläche haftet und bei der die Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material bei den Kontaktflächen 210 und 112 jeweils Fenster 31 aufweist, in welchem diese Kontaktfläche 210, 112 frei von der Schicht 3 aus elektrisch isolierendem Material und flächig mit der Schicht 4, 4a aus elektrisch leitendem Material kontaktiert ist.Anyway, after that, a device is made of a substrate 1 with component 2 with a surface on the electrical contact surfaces 210 . 112 are arranged, provided on the surface of an insulator in the form of a layer 3 is applied from electrically insulating material, which rests close to the surface and adheres to the surface and in which the layer 3 made of electrically insulating material at the contact surfaces 210 and 112 each window 31 in which this contact surface 210 . 112 free from the shift 3 made of electrically insulating material and flat with the layer 4 . 4a made of electrically conductive material is contacted.

An der Schicht 4, 4a aus elektrisch leitendem Material wird ein Kühlkörper 6 angeordnet.At the shift 4 . 4a electrically conductive material becomes a heat sink 6 arranged.

Die 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele für beidseitig kühlbare Leistungshalbleiter, die komplett in einem Automatenprozess mit anderen SMD-Komponenten verarbeitet werden können. Die Bauelemente 2 in Form von Chips, ein IGBT und eine Freilaufdiode, werden dabei auf einer vorab strukturierten Substratschicht 10 aus Keramik angeordnet. Notwendige Isolationen und Verbindungen werden mittels der oben erläuterten planaren Verbindungstechnik mit Schichten hergestellt.The 2 and 3 show exemplary embodiments of both sides coolable power semiconductors that can be completely processed in a machine process with other SMD components. The components 2 In the form of chips, an IGBT and a free-wheeling diode, they are placed on a pre-structured substrate layer 10 arranged from ceramic. Necessary insulations and connections are made by means of the above-described planar connection technology with layers.

Dabei wird bei der Schicht 4 aus elektrisch leitendem Material eine plane Kupferoberfläche erreicht, auf die dann ein Kühlkörper in Form eines SMD-Kühlers montiert wird.This is at the layer 4 made of electrically conductive material reaches a flat copper surface on which then a heat sink in the form of an SMD cooler is mounted.

Dieser kann wahlweise auf Chippotential liegen oder potentialfrei sein. Eine Potentialfreiheit lässt sich erreichen, wenn als letzte Lage bei der Fertigung der SMD-Vorrichtung eine weitere Schicht aus isolierendem Material aufgebracht wird. Bei einem nicht potentialfreien Bauteil muss man für jedes Potential einen eigenen Kühler vorsehen.This can either be at chip potential or potential-free. A freedom of potential can be reach, if as the last layer in the production of the SMD device another layer of insulating material is applied. With a non-potential-free component one must for each Potential a separate cooler provide.

Die Kühlung nach unten kann durch ein geeignetes Substratmaterial ähnlich wie auf der Oberseite realisiert werden, indem an den entsprechenden Stellen ein weiterer SMD-Kühler vorgesehen wird.The cooling down can be similar by a suitable substrate material be realized on the top by referring to the corresponding Make another SMD cooler is provided.

Bei der Ausführungsform nach 2 ist auf die Keramik verzichtet, indem das Substrat nur bei der Herstellung verwendet und danach wieder entfernt worden ist. Dadurch werden die Kosten weiter verringert. Eine Vorraussetzung dafür ist, dass die Schichten 3, 4 aus elektrisch leitendem und isolierendem Material in Zusammenwirkung mit den Bauelementen 2 und dem Kühlkörper 6 robust genug sind, um auf die Keramik verzichten zu können.In the embodiment according to 2 is dispensed with the ceramic by the substrate used only in the production and then removed again. This further reduces costs. A prerequisite for this is that the layers 3 . 4 of electrically conductive and insulating material in cooperation with the components 2 and the heat sink 6 are robust enough to be able to do without the ceramic.

Die Herstellung eines wie beschrieben aufgebauten Leistungshalbleitermoduls wird nur möglich, wenn man einen Schritt weg von der herkömmlichen Verbindungstechnik mittels Bonden hin zu einer planaren Verbindungstechnik macht. Denn nur dadurch ist eine planare Oberfläche zur Montage des Kühlers zu erreichen. Auf die keramische Trägerstruktur kann ebenfalls nur verzichtet werden, wenn man die Bauelemente, beispielsweise in Form des Leistungshalbleiters und der Freilaufdiode durch die elektrische Verbindung mechanisch fixieren kann, was durch einen Bondprozess nicht möglich ist.The Production of a power semiconductor module constructed as described becomes possible only if you take a step away from the conventional joining technique using bonding to a planar connection technology makes. Because only this is a planar surface for mounting the radiator to to reach. On the ceramic support structure can also be dispensed with only if the components, for example in the form of the power semiconductor and the freewheeling diode through the electrical connection can mechanically fix what through a bonding process is not possible is.

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Claims (20)

Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung mit einem auf einem Substrat (1) angeordneten Bauelement (2), wobei das Bauelement (2) eine elektrische Kontaktfläche (210) aufweist, – bei dem eine Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material auf dem Substrat (1) und dem Bauelement (2) aufgebracht wird, – bei dem die elektrische Kontaktfläche (210) des Bauelements zumindest teilweise beim Aufbringen der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material frei bleibt und/oder nach dem Aufbringen der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material freigelegt wird, – bei dem eine Schicht (4, 4a) aus elektrisch leitendem Material auf der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material und der elektrischen Kontaktfläche (210) des Bauelements aufgebracht wird, – bei dem an der dem Substrat (1) gegenüberliegenden Seite der Vorrichtung ein Kühlkörper (6) angeordnet wird.Method for producing a device with a device on a substrate ( 1 ) arranged component ( 2 ), wherein the component ( 2 ) an electrical contact surface ( 210 ), in which a layer ( 3 ) of electrically insulating material on the substrate ( 1 ) and the component ( 2 ) is applied, - in which the electrical contact surface ( 210 ) of the component at least partially during the application of the layer ( 3 ) remains free of electrically insulating material and / or after the application of the layer ( 3 ) is exposed from electrically insulating material, - in which a layer ( 4 . 4a ) of electrically conductive material on the layer ( 3 ) of electrically insulating material and the electrical contact surface ( 210 ) of the component is applied, - in which at the the substrate ( 1 ) opposite side of the device a heat sink ( 6 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kühlkörper (6) an der Schicht (4, 4a) aus elektrisch leitendem Material angeordnet wird.Method according to Claim 1, in which the heat sink ( 6 ) at the layer ( 4 . 4a ) is arranged made of electrically conductive material. Verfahren nach Anspruch 1, – bei dem auf die Schicht (4, 4a) aus elektrisch leitendem Material eine weitere Schicht aus elektrisch isolierendem Material aufgebracht wird, – bei dem der Kühlkörper (6) an der weiteren Schicht (4, 4a) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet wird.Method according to claim 1, - in which on the layer ( 4 . 4a ) electrically conduct the material another layer of electrically insulating material is applied, - in which the heat sink ( 6 ) at the further layer ( 4 . 4a ) is arranged from electrically insulating material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem Substrat (1) und Bauelement (2) eine Oberflächenkontur bilden, – bei dem die Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material auf dem Substrat (1) und dem Bauelement (2) so aufgebracht wird, dass die Schicht (3) aus elektrisch isolieren dem Material der aus Substrat (1) und Bauelement (2) gebildeten Oberflächenkontur folgt, – wobei die an der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material angeordnete Seite der Schicht (4, 4a) aus elektrisch leitendem Material auf der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material der aus Substrat (1) und Bauelement (2) gebildeten Oberflächenkontur folgt, – während die der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material abgewandte Seite der Schicht (4, 4a) aus elektrisch leitendem Material plan istMethod according to one of the preceding claims, - in the substrate ( 1 ) and component ( 2 ) form a surface contour, - in which the layer ( 3 ) of electrically insulating material on the substrate ( 1 ) and the component ( 2 ) is applied so that the layer ( 3 ) electrically isolate the material from the substrate ( 1 ) and component ( 2 ) surface contour follows, - whereby the at the layer ( 3 ) of electrically insulating material side of the layer ( 4 . 4a ) of electrically conductive material on the layer ( 3 ) of electrically insulating material of substrate ( 1 ) and component ( 2 ) surface contour follows, - while that of the layer ( 3 ) of electrically insulating material facing away from the layer ( 4 . 4a ) is made of electrically conductive material plan Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Schicht (4, 4a) aus elektrisch leitendem Material so aufgebracht wird, dass die der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material abgewandte Seite der Schicht (4, 4a) aus elektrisch leitendem Material plan ist.Method according to Claim 4, in which the layer ( 4 . 4a ) is applied from electrically conductive material so that the layer ( 3 ) of electrically insulating material facing away from the layer ( 4 . 4a ) is made of electrically conductive material plan. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Schicht (4, 4a) aus elektrisch leitendem Material an ihrer der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material abgewandten Seite plan gemacht wird.Method according to Claim 4, in which the layer ( 4 . 4a ) of electrically conductive material at its layer ( 3 ) made of electrically insulating material facing away from plan. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material über dem Substrat (1) in ihrem geradlinig verlaufenden Bereich um weniger als 50% von der Dicke der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material über dem Bauelement (2) in ihrem geradlinig verlaufenden Bereich abweicht, insbesondere um weniger als 20%.Method according to one of the preceding claims, in which the thickness of the layer ( 3 ) of electrically insulating material over the substrate ( 1 ) in its rectilinear region by less than 50% of the thickness of the layer ( 3 ) of electrically insulating material over the device ( 2 ) deviates in its rectilinear region, in particular by less than 20%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (1) eine elektrische Kontaktfläche (112) aufweist, die elektrische Kontaktfläche (112) des Substrats zumindest teilweise beim Aufbringen der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material frei bleibt und/oder nach dem Aufbringen der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material freigelegt wird und die Schicht (4, 4a) aus elektrisch leitendem Material auch auf der elektrischen Kontaktfläche (112) des Substrats aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, in which the substrate ( 1 ) an electrical contact surface ( 112 ), the electrical contact surface ( 112 ) of the substrate at least partially during the application of the layer ( 3 ) remains free of electrically insulating material and / or after the application of the layer ( 3 ) is exposed from electrically insulating material and the layer ( 4 . 4a ) of electrically conductive material also on the electrical contact surface ( 112 ) of the substrate is applied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bauelement (2) in Richtung der Flächennormalen des Substrats (1) mindestens 70 μm dick ist, insbesondere mindestens 100 μm.Method according to one of the preceding claims, in which the component ( 2 ) in the direction of the surface normal of the substrate ( 1 ) is at least 70 microns thick, in particular at least 100 microns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (1) eine Leiterbahn (11, 12) aufweist, die mindestens 100 μm dick ist, insbesondere mindestens 150 μm.Method according to one of the preceding claims, in which the substrate ( 1 ) a conductor track ( 11 . 12 ) which is at least 100 μm thick, in particular at least 150 μm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, in the substrate is removed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an der dem Kühlkörper gegenüberliegenden Seite der Vorrichtung ein weiterer Kühlkörper angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, in at the opposite of the heat sink Side of the device another heat sink is arranged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material mithilfe einer oder mehrerer der folgenden Vorgehensweisen aufgebracht wird: Auflaminieren einer Folie, Vorhanggießen, Tauchen, insbesondere einseitiges Tauchen, Sprühen, insbesondere elektrostatisches Sprühen, Drucken, insbesondere Siebdrucken, Overmolden, Dispensen, Spincoaten.Method according to one of the preceding claims, in which the layer ( 3 ) is applied from electrically insulating material by one or more of the following methods: laminating a film, curtain coating, dipping, in particular dipping on one side, spraying, in particular electrostatic spraying, printing, in particular screen printing, overmolding, dispensing, spincoating. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bauelement (2) ein Leistungselektronikbauelement ist, insbesondere ein Leistungshalbleiter.Method according to one of the preceding claims, in which the component ( 2 ) is a power electronics device, in particular a power semiconductor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrische Kontaktfläche (210) des Bauelements zumindest teilweise beim Aufbringen der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material frei bleibt und/oder nach dem Aufbringen der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Mate rial freigelegt wird, indem in der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material ein Fenster mit mehr als 60% der Größe der Seite und/oder Fläche des Bauelementes geöffnet ist und/oder wird, an der das Fenster geöffnet ist und/oder wird, insbesondere mehr als 80%.Method according to one of the preceding claims, in which the electrical contact surface ( 210 ) of the component at least partially during the application of the layer ( 3 ) remains free of electrically insulating material and / or after the application of the layer ( 3 ) is exposed from electrically insulating Mate rial by in the layer ( 3 ) is made of electrically insulating material, a window with more than 60% of the size of the side and / or surface of the device is open and / or will, where the window is open and / or is, in particular more than 80%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrische Kontaktfläche (210) des Bauelements zumindest teilweise durch Laserablation freigelegt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the electrical contact surface ( 210 ) of the device is at least partially exposed by laser ablation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für die Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material ein fotoempfindliches Material verwendet wird und die elektrische Kontaktfläche des Bauelements zumindest teilweise durch einen fotolithographischen Prozess freigelegt wird.Method according to one of the preceding claims, in which for the layer ( 3 ) of electrically insulating material, a photosensitive material is used and the electrical contact surface of the device is at least partially exposed by a photolithographic process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schicht (4, 4a) aus elektrisch leitendem Material in mehreren übereinander angeordneten Teilschichten aus unterschiedlichem, elektrisch leitenden Material aufgebracht wird, wobei insbesondere eine obere Teilschicht durch galvanisches Aufwachsen aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, in which the layer ( 4 . 4a ) of electrically conductive material in several superposed sub-layers of different, elec is applied trically conductive material, in particular an upper sub-layer is applied by electroplating. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Herstellen einer mehrlagigen Vorrichtung die Schritte Aufbringen der Schicht aus elektrisch isolierendem Material, Freilegen der Kontaktflächen und Aufbringen der Schicht aus elektrisch leitendem Material mehrmals durchgeführt werden. Method according to one of the preceding claims, in to apply the steps of making a multilayer device the layer of electrically insulating material, exposing the contact surfaces and Applying the layer of electrically conductive material several times be performed. Vorrichtung mit – einem Bauelement (2) sowie einem Substrat (1) und/oder einem weiteren Bauelement (2), – einer Verbindung des Bauelements (2) mit dem Substrat (1) und/oder dem weiteren Bauelement (2) aufweisend – eine Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material, die an dem Bauelement (2) sowie dem Substrat (1) und/oder dem weiteren Bauelement (2) angeordnet ist, – eine Schicht (4) aus elektrisch leitendem Material, die an der Schicht (3) aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist und das Bauelement (2) mit dem Substrat (1) und/oder dem weiteren Bauelement (2) elektrisch verbindet, – einem Kühlkörper (6), der an der Verbindung angeordnet ist.Device with - a component ( 2 ) and a substrate ( 1 ) and / or another component ( 2 ), - a connection of the component ( 2 ) with the substrate ( 1 ) and / or the further component ( 2 ) - a layer ( 3 ) of electrically insulating material attached to the device ( 2 ) as well as the substrate ( 1 ) and / or the further component ( 2 ), - a layer ( 4 ) of electrically conductive material attached to the layer ( 3 ) is arranged from electrically insulating material and the component ( 2 ) with the substrate ( 1 ) and / or the further component ( 2 ) electrically connects, - a heat sink ( 6 ) located at the connection.
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