DE102005034873B4 - Anordnung eines elektrischen Bauelements und eines auf dem Bauelement auflaminierten Folienverbunds und Verfahren zur Herstellung der Anordnung - Google Patents

Anordnung eines elektrischen Bauelements und eines auf dem Bauelement auflaminierten Folienverbunds und Verfahren zur Herstellung der Anordnung Download PDF

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Abstract

Anordnung (1) mindestens eines elektrischen Bauelements (2) und mindestens eines auf einer Bauelementoberfläche (21) des Bauelements (2) auflaminierten Folienverbunds (3), der mindestens eine elektrisch isolierende Isolier-Kunststofffolie (31) aufweist, wobei der Folienverbund (3) mindestens eine elektrisch leitende Leiter-Kunststofffolie (32) mit einem elektrisch leitfähigen Leiterwerkstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter-Kunststofffolie (32) einen aus dem Bereich von einschließlich 1·108 Ω bis einschließlich 1·1013 Ω ausgewählten elektrischen Oberflächenwiderstand aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung mindestens eines elektrischen Bauelements und mindestens eines auf einer Bauelementoberfläche des Bauelements auflaminierten Folienverbunds, der mindestens eine elektrisch isolierende Isolier-Kunststofffolie aufweist. Daneben wird ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung angegeben.
  • Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus DE 103 35 155 A1 bekannt. Das Bauelement ist ein Leistungshalbleiterbauelement, das auf einem Substrat aufgebracht ist. Das Leistungshalbleiterbauelement verfügt über eine elektrische Kontaktfläche, die dem Substrat abgekehrt ist. Auf das Leistungshalbleiterbauelement und auf das Substrat ist ein Folienverbund aus mehreren elektrisch isolierenden Isolier-Kunststofffolien auflaminiert. Das Auflaminieren der einzelnen Isolier-Kunststofffolien erfolgt unter Vakuum. Dadurch entsteht ein besonders fester und inniger Kontakt zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement, dem Substrat und dem Folienverbund. Durch das Auflaminieren ist eine Oberflächenkontur, die durch eine Bauelementoberfläche des Leistungshalbleiterbauelements und eine Substratoberfläche des Substrats gegeben ist, durch eine Oberflächenkontur des Folienverbunds abgebildet, die der Bauelementoberfläche und der Substratoberfläche abgekehrt ist. Es wird die durch das Bauelement und das Substrat vorgegebene Topographie abgebildet.
  • Das Leistungshalbleiterbauelement ist derart auf das Substrat aufgelötet, dass eine elektrischen Kontaktfläche des Bauelements dem Substrat abgekehrt ist. Die elektrische Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements ist mit Hilfe einer elektrischen Verbindungsleitung elektrisch kontaktiert. Die elektrische Verbindungsleitung wird von einer großflächigen, elektrischen Verbindungsbahn gebildet, die auf dem Folienverbund aufgebracht und durch ein Fenster des Folienverbunds geführt ist.
  • Beim Anlegen einer Betriebsspannung an die Verbindungsbahn von hunderten bis wenigen tausend Volt kann es an einer Kante oder Ecke der auf dem Folienverbund liegenden Verbindungsbahn zu einem hohen lateralen elektrischen Feld kommen. Das hohe elektrische Feld kann an Luft zu einer Gleitentladung auf dem Folienverbund führen. Aufgrund der Gleitentladung kann es zu einer Schädigung des Folienverbunds kommen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie bei der oben beschriebenen Anordnung eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Gleitentladungen verringert werden kann.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anordnung mindestens eines elektrischen Bauelements und mindestens eines auf einer Bauelementoberfläche des Bauelements auflaminierten Folienverbunds angegeben, der mindestens eine elektrisch isolierende Isolier-Kunststofffolie aufweist. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Folienverbund mindestens eine elektrisch leitende Leiter-Kunststofffolie mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Leiterwerkstoff aufweist. Vorzugsweise bildet die elektrisch leitende Leiter-Kunststofffolie eine Folienoberfläche des Folienverbunds.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung mit folgenden Verfahrensschritten angegeben: a) Bereitstellen des elektrischen Bauelements mit einer Bauelementoberfläche und b) Erzeugen des auflaminierten Folienverbunds auf der Bauelementoberfläche.
  • Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, einen Folienverbund bereitzustellen, der über die Isolier-Kunststofffolie elektrisch isolierend wirkt und darüber hinaus über die Leiter-Kunststofffolie eine gewisse elektrische Leitfähigkeit aufweist. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Leiter-Kunststofffolie werden laterale elektrische Feldstärken an Leiterbahnkanten deutlich gesenkt. Die Leiter-Kunststofffolie verhindert den Aufbau elektrischer Felder. Auf der Folienverbund-Oberfläche des Folienverbunds auftretende elektrische Ladung kann abfließen.
  • In einer besonderen Ausgestaltung weist der Folienverbund mindestens eine weitere isolierende Isolier-Kunststofffolie und/oder mindestens eine weitere elektrisch leitende Leiter-Kunststofffolie mit einem weiteren elektrisch leitfähigen Leiterwerkstoff auf. Der Folienverbund weist mehrere elektrisch leitende und/oder mehrere elektrisch isolierende Kunststofffolien auf. Dabei können eine oder mehrere Leiter-Kunststofffolien und/oder eine oder mehrere isolierende Isolier-Kunststofffolien vorhanden sein. Die Leiter-Kunststofffolien sind dabei derart im Folienverbund angeordnet, dass es im Betrieb des elektrischen Bauelements zu keinen hohen elektrischen Feldern kommt, die an Luft zu Gleitentladungen auf der Isolationsschicht führen könnten. Dies bedeutet, dass die Leiter-Kunststofffolien vorzugsweise äußere Schichten einer Sandwich-Struktur bilden. Die inneren Schichten der Sandwich-Struktur werden von den Isolier-Kunststofffolien gebildet. Die Isolier-Kunststofffolien sind zwischen den Leiter-Kunststofffolien angeordnet.
  • Die elektrisch leitenden Leiter-Kunststofffolien weisen eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf. Sie sind hochohmige Leiterfolien. In einer besonderen Ausgestaltung weisen die Leiter-Kunststofffolie und/oder die weitere Leiter-Kunststofffolie einen aus dem Bereich von einschließlich 1·108 Ω bis einschließlich 1·1013 Ω und insbesondere einen aus dem Bereich von einschließlich 1·1010 Ω bis einschließlich 1·1013 Ω ausgewählten elektrischen Oberflächenwiderstand auf. Der Oberflächenwiderstand ist so gering, dass auftretende elektrische Ladung abfließen kann. Dies betrifft insbesondere Ecken und Kanten des elektrischen Bauelements, auf das der Folienverbund auflaminiert ist. Dies betrifft insbesondere aber auch Ecken und Kanten einer elektrischen Verbindungsleitung zur elektrischen Kontaktierung des Bauelements. Gerade auch hier können im Betrieb besonders hohe elektrische Felder auftreten.
  • Der elektrisch leitfähige Leiterwerkstoff und/oder der weitere elektrisch leitfähige Leiterwerkstoff können beliebige organische oder anorganische Leiterwerkstoffe sein. In einer besonderen Ausgestaltung weist der Leiterwerkstoff und/oder der weitere Leiterwerkstoff elementaren Kohlenstoff auf. Der Kohlenstoff liegt beispielsweise als Ruß oder als Graphit in einem Teilchenverbund vor (siehe unten). Daneben können der Leiterwerkstoff und/oder der weitere Leiterwerkstoff auch ein Leiterpolymer sein. Denkbar sind auch metallische und keramische Leiterwerkstoffe.
  • Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weisen die Leiter-Kunststofffolie einen Teilchenverbund mit einem Basiskunststoff und dem Leiterwerkstoff und/oder die weitere Kunststofffolie einen weiteren Teilchenverbund mit einem weiteren Basiskunststoff und dem weiteren Leiterwerkstoff als Füllstoff auf. Wesentlicher Bestandteil der Leiter-Kunststofffolien sind Verbundmaterialien. Der Teilchenverbund bzw. der weitere Teilchenverbund besteht zumindest aus zwei Phasen. Eine der Phasen wird vom jeweiligen Basiskunststoff gebildet. Im jeweiligen Basiskunststoff ist der jeweilige Leiterwerkstoff als Pulver enthalten und wenn möglich homogen verteilt. Ein mittlerer Partikeldurchmesser des Pulvers richtet sich dabei u. a. nach der Folienstärke der jeweiligen Leiter-Kunststofffolie. Beispielsweise liegt der durchschnittliche Partikeldurchmesser bei einer Folienstärke von etwa 20 μm vorzugsweise bei weniger als 1 μm. Besonders Ruß oder Graphit eignen sich als elektrisch leitfähige Füllstoffe. Diese Materialien führen dazu, dass die Leiter-Kunststofffolie schwarz wird. Die Wahrscheinlichkeit für eine Schädigung der Leiter-Kunststofffolie durch Licht, insbesondere durch UV-Licht wird deutlich erniedrigt. Darüber hinaus verbessert die schwarze Kunststofffolie die Verwendung der Laserablation für das Öffnen von Fenstern im Folienverbund zur elektrischen Kontaktierung (siehe unten). Ebenso können Überreste der Laserablation leichter erkannt und entfernt werden.
  • Prinzipiell ist es möglich, für jede der Kunststofffolien unterschiedliche Basismaterialien zu verwenden. Im Hinblick auf einen besonders festen und innigen Kontakt innerhalb des Folienverbunds ist es von besonderem Vorteil, für alle bzw. für mehrere Kunststofffolien den gleichen Basiskunststoff zu verwenden. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Delaminationsprozesses zwischen den Kunststofffolien des Folienverbunds. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weist daher die Isolier-Kunststofffolie den Basiskunststoff des Teilchenverbunds der Leiter-Kunststofffolie und/oder den weiteren Basiskunststoff der weiteren Leiter-Kunststofffolie auf. Insbesondere sind auch der Basiskunststoff und der weitere Basiskunststoff identisch. Als Basiskunststoffe sind beliebige Thermoplasten, Duroplasten und Mischungen davon denkbar. Solche Basiskunststoffe sind beispielsweise Polyimid (PI), Polyethylen (PE), Polyphenol und Epoxide.
  • Die bisherigen Ausführungen beziehen sich im Wesentlichen auf Gleichstromanwendungen. Im Hinblick auf Hochfrequenzanwendungen, die sowohl Gleich- als auch Wechselströme beinhalten können, ist es besonders vorteilhaft, hochdielektrisches Material in den Leiter-Kunststofffolien mit zu verarbeiten. Das hochdielektrische Material, das ebenfalls als Füllstoff in den Leiter-Kunststofffolien verwendet wird, dient zur Regulierung der hochfrequenten elektrischen Wechselfelder, die bei Hochfrequenzanwendungen auftreten können. In einer besonderen Ausgestaltung weisen daher die Leiter-Kunststofffolie und/oder die weitere Leiter-Kunststofffolie mindestens einen dielektrischen Füllstoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von über 10 und insbesondere von über 50 auf. Der dielektrische Füllstoff basiert beispielsweise auf dem Barium-Strontium-Titanat-System. Bei dieser Keramik sind Barium und Strontium in unterschiedlichen Anteilen zueinander enthalten. Denkbar sind auch reines Bariumtitanat oder reines Strontiumtitanat.
  • Die Folienstärken der Kunststofffolien des Folienverbunds richten sich nach verschiedenen Gesichtspunkten. So spielt die Laminierbarkeit bzw. die Verarbeitbarkeit der Kunststofffolien eine wichtige Rolle. Darüber hinaus ist es wichtig, die Folienstärken der Kunststofffolien derart zu wählen, dass die nötigen elektrischen bzw. dielektrischen Eigenschaften der einzelnen Kunststofffolien erzielt werden. So wird beispielsweise über die Folienstärke der Isolier-Kunststofffolien die Durchschlagfestigkeit des Folienverbunds gesteuert. In Abhängigkeit vom Basiskunststoff können die Folienstärken 10 μm bis 150 μm betragen. Vorzugsweise ist Folienstärke der Isolier-Kunststofffolie aus dem Bereich von 20 μm bis 100 μm ausgewählt.
  • Bei den Leiter-Kunststofffolien ist es wichtig, durch die Auswahl der Folienstärke für eine benötigte elektrische Oberflächenleitfähigkeit zu sorgen. In einer besonderen Ausgestaltung weisen die Leiter-Kunststofffolie und die weitere Leiter-Kunststofffolie eine Folienstärke auf, die aus dem Bereich von einschließlich 1 μm bis einschließlich 50 μm und insbesondere aus dem Bereich von einschließlich 5 μm bis einschließlich 20 μm ausgewählt ist. Beispielsweise beträgt der elektrische Widerstand der Leiter-Kunststofffolie weniger als 1011 Ω·cm. Bei einer Folienstärke (Schichtdicke) von 10 μm würde ein Oberflächenwiderstand von unter 1·1013 Ω resultieren. Dieser Oberflächenwiderstand genügt beispielsweise, um eine elektrische Aufladung der Folienverbund-Oberfläche durch einen auftretenden Leckstrom bei Gleichspannung von mehreren hundert V zu verhindern. Für Wechselstrom kann auch ein niedrigerer Oberflächenwiderstand nötig sein, um zusätzlich kapazitive Umladeströme abzuführen.
  • Gemäß einer besonderen Ausgestaltung stehen das Bauelement und die Kunststofffolie oder das Bauelement und die Leiter-Kunststofffolien in direktem Kontakt miteinander. Elektrische Ladung, die gewollt oder ungewollt auf dem Bauelement auftritt, kann auf diese Weise effizient abgeleitet werden. Zu bevorzugen ist ein Mehrschichtaufbau des Folienverbunds aus mindestens zwei Leiter-Kunststofffolien und einer zwischen den Kunststofffolien angeordneten Isolier-Kunststofffolien.
  • Gemäß einer besonderen Ausgestaltung werden zum Erzeugen des auflaminierten Folienverbunds folgende weitere Verfahrensschritte durchgeführt: c) Bereitstellen eines vorgefertigten Folienverbunds und d) Auflaminieren des vorgefertigten Folienverbunds auf die Bauelementoberfläche des Bauelements. Der Folienverbund wird vor dem Auflaminieren hergestellt. Das Auflaminieren erfolgt vorzugsweise unter Vakuum. Dadurch wird ein besonders fester und inniger Kontakt zwischen der Bauelementoberfläche und dem Folienverbund hergestellt.
  • Gemäß einer weiteren Variante des Herstellverfahrens werden zum Erzeugen des auflaminierten Folienverbunds einzelne Kunststofffolien des Folienverbunds auflaminiert. Die einzelnen Kunststofffolien können dabei in einem einzigen Laminierungsschritt auflaminiert werden. Dazu werden die Kunststofffolien übereinander auf das Bauelement gelegt. Anschließend wird laminiert, wobei der Folienverbund entsteht. Denkbar ist auch, dass die Kunststofffolien nacheinander in separaten Laminierschritten auflaminiert und zum Folienverbund verarbeitet werden.
  • Die Anordnung kann ein beliebiges elektrisches Bauelement aufweisen, beispielsweise eine elektrische Verbindungsleitung oder einen Kondensator. In einer besonderen Ausgestaltung ist das Bauelement ein Halbleiterbauelement und insbesondere ein Leistungshalbleiterbauelement. Das Leistungshalbleiterbauelement ist aus der Gruppe IGBT, Diode, MOSFET, Tyristor und Bipolartransistor ausgewählt. Gerade diese Leistungshalbleiterbauelemente werden bei Spannungen von einigen hundert V bis kV betrieben. Mit Hilfe des Folienverbunds wird das Auftreten von Feldspitzen insbesondere an Ecken und Kanten effizient unterdrückt.
  • In einer besonderen Ausgestaltung ist das Bauelement auf einem Substrat angeordnet und der Folienverbund derart auf der Bauelementoberfläche des Bauelements und auf einer Substratoberfläche des Substrats auflaminiert ist, dass eine Oberflächenkontur, die von der Bauelementoberfläche des Bauelements und von der Substratoberfläche des Substrats gebildet ist, in einer Oberflächenkontur des Folienverbunds abgebildet ist, die der Bauelementoberfläche und der Substratoberfläche abgekehrt ist. Die Oberflächenkontur (Topographie) des Bauelements und des Substrats wird durch den Folienverbund abgeformt. Der Folienverbund folgt der Oberflächenkontur des Bauelements und des Substrats. Dies betrifft insbesondere Ecken und Kanten des Bauelements und des Substrats. Ein Abformen der Oberflächenkontur des Bauelements und des Substrats wird dadurch erreicht, dass der Folienverbund auf das Bauelement und auf das Substrat auflaminiert wird (siehe oben).
  • In einer besonderen Ausgestaltung ist zur Kontaktierung der elektrischen Kontaktfläche des Bauelements eine elektrische Durchkontaktierung durch den Folienverbund vorhanden. Beispielsweise ist das Bauelement auf einem Substrat aufgebracht. Die Durchkontaktierung kann ein Bestandteil einer elektrischen Verbindungsleitung zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktfläche des Bauelements sein, die dem Substrat abgekehrt ist. Zum Herstellen einer derartigen Anordnung wird beispielsweise nach dem Auflaminieren des Folienverbunds mindestens ein Fenster im Folienverbund geöffnet. Durch das Öffnen des Fensters wird die elektrische Kontaktfläche des Bauelements freigelegt. Das Öffnen des Fensters erfolgt beispielsweise durch Laserablation oder durch einen Photolithographieprozess. Nachfolgend wird elektrisch leitfähiges Leitermaterial abgeschieden.
  • Bei einem elektrischen Bauelement in Form eines Halbleiterbauelements bzw. Leistungshalbleiterbauelements hat es sich bewährt, unterschiedliche Leitermaterialien zu einer mehrschichtigen Verbindungsleitung abzuscheiden. Die Verbindungsleitung besteht aus übereinander angeordneten Metallisierungsschichten. Beispielsweise besteht die Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements aus Aluminium. Eine unterste Metallisierungsschicht, die direkt auf die Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements aufgebracht wird, besteht beispielsweise aus Titan und fungiert als Haftvermittlungsschicht. Eine darüber angeordnete Metallisierungsschicht besteht aus einer Titan-Wolfram-Legierung, die als Sperrschicht für Kupfer-Ionen fungiert. Zusätzlich wird noch eine Kupferschicht aufgetragen. Die genannten Metallisierungsschichten werden mit Hilfe von Dampfabscheideverfahren, insbesondere mit Hilfe von PVD (Physical Vapour Deposition)- oder CVD (Chemical Vapour Deposition) mit Schichtdicken von unter 50 nm erzeugt. Die letzte Kupferschicht fungiert als so genannte Seed-Layer für eine galvanische abzuscheidende Kupferschicht. Diese Kupferschicht, deren Schichtdicke bis zu einigen hundert μm betragen kann, sorgt für eine notwendige Stromtragfähigkeit, insbesondere im Hinblick auf die Ansteuerung von Leistungshalbleiterbauelementen.
  • Zusammenfassend ergeben sich mit der Erfindung folgende wesentlichen Vorteile:
    • – Der Folienverbund ist aufgrund der elektrischen Isolier-Kunststofffolie in Dickenrichtung elektrisch isoliert. Mit der elektrischen Leiter-Kunststofffolie wird für eine laterale elektrische Leitfähigkeit des Folienverbunds gesorgt. Somit können am Folienverbund auftretende elektrische Ladungen lateral abgeführt werden.
    • – Insbesondere durch die Anordnung der Leiter-Kunststofffolie an einer Oberfläche des Folienverbunds kann die laterale Feldstärke an Leiterbahnkanten so weit gesenkt werden, dass die Isolationsfestigkeit der Luft nicht überschritten wird. Als Folge davon unterbleiben Gleitentladungen.
    • – Bei der großflächigen Kontaktierung elektrischer Bauelemente mit Hilfe der Laminiertechnik zum Herstellen von Modulen kann auf einen Verguss des Moduls zur zusätzlichen elektrischen Isolierung verzichtet werden.
    • – Steht die elektrisch leitfähige Leiter-Kunststofffolie direkt mit dem Bauelement, beispielsweise einem Leistungshalbleiterbauelement, in Kontakt, wird an Kanten des Bauelements die Höhe der auftretenden elektrischen Felder verringert. Zudem wird das Problem von Teilentladungen verringert, die beispielsweise an einer Grenzfläche zwischen einen Keramiksubstrat und dem Bauelement auftreten können. Teilentladungen können die Ursache für das Ablösen des auflaminierten Folienverbundes sein.
    • – Zum Herstellen kann auf bisher bekannte Laminiertechniken zurückgegriffen werden.
    • – Die Leiter-Kunststofffolie verhindert eine elektrische Aufladung des Folienverbunds bei der Verarbeitung.
  • Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.
  • 1 und 2 zeigt jeweils einen Ausschnitt einer Anordnung in einem seitlichen Querschnitt.
  • 3 zeigt einen Ausschnitt eines Folienverbunds der Anordnung in einem seitlichen Querschnitt.
  • Die Ausführungsbeispiele betreffen jeweils eine Anordnung 1 mindestens eines elektrischen Bauelements 2 und mindestens eines auf einer Bauelementoberfläche 21 des Bauelements 2 auflaminierten Folienverbunds 3.
  • Das elektrische Bauelement 2 ist ein Leistungshalbleiterbauelement in Form eines MOSFETs. In einer dazu alternativen Ausführungsform ist das Leistungshalbleiterbauelement 2 ein IGBT.
  • Der Folienverbund 3 weist einen Mehrschichtaufbau mit mindestens einer elektrisch isolierenden Isolier-Kunststofffolie 31 und mindestens einer elektrisch leitenden Leiter-Kunststofffolie 32 auf.
  • Die Leiter-Kunststofffolie 32 besteht aus elektrisch hochohmig leitendem Material. Dieses hochohmig leitende Material ist ein Teilchenverbund aus einem elektrisch isolierenden Basiskunststoff und pulverförmigen, elektrisch leitfähigen Leiterwerkstoff als Füllstoff. Der Leiterwerkstoff ist pulverförmiger elementarer Kohlenstoff. Ein mittlerer Teilchendurchmesser des pulverförmigen Kohlenstoffs liegt bei unter 1 μm. In einem dazu alternativen Ausführungsbeispiel ist der Leiterwerkstoff ein pulverförmiges Metall mit entsprechenden Teilchendurchmessern. Ein Füllstoffgehalt des elementaren Kohlenstoffs bzw. des Metalls am jeweiligen Teilchenverbund und eine Folienstärke 321 der elektrisch leitenden Leiter-Kunststofffolie sind jeweils derart gewählt, dass ein elektrischer Oberflächenwiderstand der Leiter-Kunststofffolie von etwa 1·1011 Ω resultiert. Die Folienstärke 321 der Leiter-Kunststofffolie beträgt etwa 10 μm.
  • Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich dadurch, dass der Teilchenverbund der Leiter-Kunststofffolie zusätzlich einen pulverförmigen dielektrischen Füllstoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von über 50 aufweist. Der dielektrische Füllstoff ist ein Barium-Strontium-Titanat. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Barium-Strontium-Titanat-Pulvers liegt ebenfalls bei unter 1 μm. Diese Ausführungsform ist besonders für Hochfrequenz-Anwendungen im MHz- bis GHz-Bereich vorteilhaft.
  • Die Isolier-Kunststofffolie 31 besteht aus dem Basiskunststoff der Leiter-Kunststofffolie 32. In einer dazu alternativen Ausführungsform besteht die Isolier-Kunststofffolie 31 aus einem anderen Kunststoff, als der Basiskunststoff der Leiter-Kunststofffolie 32.
  • Der Folienverbund 3 ist derart auf der Bauelementoberfläche 21 Leistungshalbleiterbauelements 2 auflaminiert, dass die Isolier-Kunststofffolie 31 direkt mit der Bauelementoberfläche 21 in Kontakt steht (1). In einer dazu alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform steht nicht die Isolier-Kunststofffolie 32, sondern die Leiter-Kunststofffolie 32 direkt mit der Bauelementoberfläche 21 in Kontakt.
  • Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich dadurch, dass mindestens eine weitere Isolier-Kunststofffolien 33 und/oder mindestens eine weitere Leiter-Kunststofffolien 34 verwendet werden. Gemäß 2 besteht der Folienverbund 3 aus einer Leiter-Kunststofffolie 32, einer weiteren Leiter-Kunststofffolie 34 und einer zwischen den Leiter-Kunststofffolien 32 und 34 angeordneten Isolier-Kunststofffolie 31. Die weitere Leiter-Kunststofffolie 34 ist identisch zur Leiter-Kunststofffolie 34. Dies bedeutet, dass der weitere Teilchenverbund der weiteren Leiter-Kunststofffolie 34 der gleiche Teilchenverbund ist, aus dem die Leiter-Kunststofffolie 32 besteht. Darüber hinaus sind die Folienstärke 321 der Leiter-Kunststofffolie und die Folienstärke 341 der weiteren Leiter-Kunststofffolie gleich. Somit resultieren gleiche elektrische Oberflächenwiderstände für die beiden Leiter-Kunststofffolien 32 und 34. Aufgrund dieser symmetrischen Sandwich-Struktur ergibt sich der weitere Vorteil, dass beim Herstellen keine Verwechslung der Seiten beim Auflaminieren des Folienverbunds auftreten kann. Der Folienverbund 3 ist derart auf das Leistungshalbleiterbauelement 2 auflaminiert, dass die weitere Leiter-Kunststofffolie 34 direkt mit der Bauelementoberfläche 21 des Leistungshalbeiterbauelements 2 in Kontakt steht.
  • Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch die Verwendung von weiteren Leiter-Kunststofffolien 34 und weiteren Isolier-Kunststofffolien 33. Die Anordnung 1 weist einen auf die Bauelementoberfläche 21 auflaminierten Folienverbund 3 mit einer Vielzahl von verschiedenen Kunststofffolien 31, 32, 33 und 34 auf. In 3 ist ein Folienverbund 3 dargestellt, der neben der Isolier-Kunststofffolie 31 eine weitere, zwischen den Leiter-Kunststofffolien 32 und 34 angeordnete Isolier-Kunststofffolie 33 aufweist. Die Folienstärken 311 und 331 der Isolier-Kunststofffolien 31 und 33 betragen jeweils etwa 50 μm. In dazu alternativen Ausführungsbeispielen weisen die Isolier-Kunststofffolien 31 und 32 unterschiedliche Folienstärken 311 und 331 auf. Gleiches gilt für die Folienstärken 321 und 341 der Leiter-Kunststofffolien 32 und 34. Gemäß einer ersten Ausführungsform weisen alle Kunststofffolie 31, 32, 33 und 34 den gleichen Kunststoff auf. In einer dazu alternativen Ausführungsform weisen die Kunststofffolien 31, 32, 33 und 34 unterschiedliche Kunststoffe auf.
  • Das Leistungshalbleiterbauelement 2 ist derart auf einem Subrat 4 aufgebracht, dass eine elektrische Kontaktfläche 22 des Leistungshalbleiterbauelements 2 vom Substrat abgekehrt ist (1). Das Substrat 4 ist ein DCB(Direct Copper Bonding)-Substrat. Bei dem DCB-Substrat 4 ist eine Keramikschicht 42 beidseitig mit Kupferschichten 43 versehen. Auf die Kupferschicht 43 ist das Leistungshalbleiterbauelement 2 aufgelötet. Die Kupferschicht 43 dient der elektrischen Kontaktierung einer weiteren, dem Substrat 4 zugekehrten elektrischen Kontaktfläche 25 des Leistungshalbleiterbauelements 2.
  • Das Leistungshalbleiterbauelement 2 ist Bestandteil eines nicht dargestellten, gesamten Moduls, bei dem mehrere Leistungshalbleiterbauelemente 2 auf einem einzigen, gemeinsamen Substrat 4 angeordnet und verdrahtet sind.
  • Die vom Substrat 4 wegweisende elektrische Kontaktfläche 22 des Leistungshalbleiterbauelements 2 ist großflächig elektrisch kontaktiert. Dazu wird der Folienverbund 3 derart auf die Bauelementoberfläche 21 des Leistungshalbleiterbauelements 2 und die Substratoberfläche 41 des Substrats 4 auflaminiert, dass eine Oberflächenkontur 24, die vom der Bauelementoberfläche 21 des Leistungshalbleiterbauelement 2 und von der Substratoberfläche 41 des Substrats 4 gebildet wird, in der Oberflächenkontur 35 des Folienverbunds 3 abgebildet wird, die der Bauelementoberfläche 21 des Leistungshalbleiterbauelements 2 und der Substratoberfläche 41 des Substrats 4 abgekehrt ist. Es wird ein vorgefertigter Folienverbund 3 auflaminiert. In einer dazu alternativen Ausführungsform werden die Isolier-Kunststofffolie 31 und die Leiter-Kunststofffolie 32 einzeln auflaminiert, so dass der Folienverbund 3 beim Auflaminieren entsteht. Es wird kein vorgefertigter Folienverbund 3 auflaminiert.
  • Nachdem Auflaminieren wird in den Folienverbund 3 zum Freilegen der Kontaktfläche 22 des Leistungshalbleiterbauelements 2 Material des Folienverbunds 3 abgetragen. Dies erfolgt durch Laserablation. In einer dazu alternativen Ausführung wird zum Abtragen des Materials ein Photolithographie-Verfahren benutzt. Durch das Abtragen des Materials entsteht im Folienverbund 3 ein Fenster 37. Die Kontaktfläche 22 des Leistungshalbleiterbauelements 2 ist frei zugänglich. Eine frei zugängliche Kontaktfläche 22 wird in einer zu den beschriebenen Verfahren alternativen Ausführungsform durch Auflaminieren eines vorgefertigten Folienverbunds 3 erhalten, der bereits das Fenster 37 für die freie Zugänglichkeit der Kontaktfläche 22 aufweist.
  • Nach dem Freilegen der Kontaktfläche 22 wird eine elektrische Verbindungsleitung 23 zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktfläche 21 auf der Kontaktfläche 22 und auf dem Folienverbund 3 aufgebracht. Dabei wird die elektrische Durchkontaktierung 36 durch den Folienverbund 3 gebildet. Dazu werden auf der Kontaktfläche 21 und auf einer Folienoberfläche des Folienverbunds 3, die dem Substrat 4 und dem Leistungshalbleiterbauelement 2 abgekehrt ist, elektrisch leitende Materialien mehrschichtig aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt mittels PVD, wobei eine Titanschicht als Haftvermittlungsschicht, eine Titan-Wolfram-Schicht als Barrierenschicht für Kupferionen und eine Kupferschicht mit Schichtdicken von jeweils unter 50 nm entstehen. Die mittels PVD abgeschiedene Kupferschicht fungiert als Seed-Layer für anschließend galvanisch mit einer Schichtdicke von etwa 200 μm abgeschiedenes Kupfer. Diese galvanisch abgeschiedene Kupferschicht sorgt für eine für den Betrieb des Leitungshalbleiterbauelements 2 notwendige Stromtragfähigkeit.

Claims (16)

  1. Anordnung (1) mindestens eines elektrischen Bauelements (2) und mindestens eines auf einer Bauelementoberfläche (21) des Bauelements (2) auflaminierten Folienverbunds (3), der mindestens eine elektrisch isolierende Isolier-Kunststofffolie (31) aufweist, wobei der Folienverbund (3) mindestens eine elektrisch leitende Leiter-Kunststofffolie (32) mit einem elektrisch leitfähigen Leiterwerkstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter-Kunststofffolie (32) einen aus dem Bereich von einschließlich 1·108 Ω bis einschließlich 1·1013 Ω ausgewählten elektrischen Oberflächenwiderstand aufweist.
  2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitende Leiter-Kunststofffolie (32) eine Folienverbund-Oberfläche des Folienverbunds (3) bildet.
  3. Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Folienverbund (3) mindestens eine weitere elektrische isolierende Isolier-Kunststofffolie (33) und/oder mindestens eine weitere elektrisch leitende Leiter-Kunststofffolie (34) mit einem weiteren elektrisch leitfähigen Leiterwerkstoff aufweist.
  4. Anordnung (1) nach Anspruch 3, wobei die weitere Leiter-Kunststofffolie (34) einen aus dem Bereich von einschließlich 1·108 Ω bis einschließlich 1·1013 Ω und insbesondere einen aus dem Bereich von einschließlich 1·1010 Ω bis einschließlich 1·1013 Ω ausgewählten elektrischen Oberflächenwiderstand aufweist.
  5. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Leiterwerkstoff und/oder der weitere Leiterwerkstoff elementaren Kohlenstoff aufweisen.
  6. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Leiter-Kunststofffolie (32) einen Teilchenverbund mit einem Basiskunststoff und dem Leiterwerkstoff und/oder die weitere Leiter-Kunststofffolie (34) einen weiteren Teilchenverbund mit einem weiteren Basiskunststoff und dem weiteren Leiterwerkstoff als weiteren Füllstoff aufweist.
  7. Anordnung (1) nach Anspruch 6, wobei die Isolier-Kunststofffolie (31) und/oder die weitere Isolier-Kunststofffolie (33) den Basiskunststoff des Teilchenverbunds der Leiter-Kunststofffolie (32) und/oder den weiteren Basiskunststoff des weiteren Teilchenverbunds der weiteren Leiter-Kunststofffolie (34) aufweisen.
  8. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Leiter-Kunststofffolie (32) und/oder die weitere Leiter-Kunststofffolie (34) mindestens einen dielektrischen Füllstoff mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von über 10 und insbesondere von über 50 aufweist.
  9. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Leiter-Kunststofffolie (32) und/oder die weitere Leiter-Kunststofffolie (34) eine Folienstärke (321, 341) aufweisen, die aus dem Bereich von einschließlich 1 μm bis einschließlich 50 μm und insbesondere aus dem Bereich von einschließlich 5 μm bis einschließlich 20 μm ausgewählt ist.
  10. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Bauelement (2) auf einem Substrat angeordnet ist und der Folienverbund (3) derart auf der Bauelementoberfläche (21) des Bauelements (2) und auf einer Substratoberfläche des Substrats auflaminiert ist, dass eine Oberflächenkontur, die von der Bauelementoberfläche (21) des Bauelements (2) und von der Substratoberfläche des Substrats gebildet ist, in einer Oberflächenkontur des Folienverbunds (3) abgebildet ist, die der Bauelementoberfläche und der Substratoberfläche abgekehrt ist.
  11. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Bauelement (2) eine elektrische Kontaktfläche (22) aufweist, die über eine elektrische Durchkontaktierung durch den Folienverbund (3) hindurch kontaktiert ist.
  12. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Bauelement (2) ein Halbleiterbauelement ist.
  13. Anordnung (1) nach Anspruch 12, wobei das Halbleiterbauelement ein aus der Gruppe IGBT, Diode, MOSFET, Tyristor und Bipolartransistor ausgewähltes Leistungshalbleiterbauelement ist.
  14. Verfahren zum Herstellen der Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen des elektrischen Bauelements (2) mit der Bauelementoberfläche (21) und b) Erzeugen des auflaminierten Folienverbunds (3) auf der Bauelementoberfläche (21).
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei zum Erzeugen des auflaminierten Folienverbunds (3) folgende weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden: c) Bereitstellen eines vorgefertigten Folienverbunds (3) und d) Auflaminieren des vorgefertigten Folienverbunds (3) auf die Bauelementoberfläche (21) des Bauelements (2).
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei zum Erzeugen des auflaminierten Folienverbunds (3) einzelne Kunststofffolien (31...34) des Folienverbunds (3) auflaminiert werden.
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