DE102020134563A1 - Power module and method of manufacturing a power module - Google Patents

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Jacek Rudzki
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Abstract

Leistungsmodul (10) mit einem Schaltungsträger (20), wenigstens einem auf dem Schaltungsträger (20) angeordneten elektronischen Bauelement (30), einer den Schaltungsträger (20) und das elektronische Bauelement (30) wenigstens teilweise umgebenden Formpressmasse (40) und einem den Schaltungsträger (20) oder das elektronische Bauelement (30) kontaktierenden elektrischen Leiter (50), der in einem in der Formpressmasse (40) ausgebildeten, sich quer zur Ebene des Schaltungsträgers (20) erstreckenden Kanal angeordnet ist und den Schaltungsträger (20) oder das elektronische Bauelement (30) mit einer auf der dem Schaltungsträger (20) abgewandten Oberfläche der Formpressmasse (40), vom Leiter (50) ausgebildeten Kontaktfläche verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (50) wenigstens abschnittsweise aus einem geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet ist.

Figure DE102020134563A1_0000
Power module (10) with a circuit carrier (20), at least one electronic component (30) arranged on the circuit carrier (20), a molding compound (40) at least partially surrounding the circuit carrier (20) and the electronic component (30), and a circuit carrier (20) or the electronic component (30) contacting electrical conductor (50), which is arranged in a molding compound (40) formed, transverse to the plane of the circuit carrier (20) extending channel and the circuit carrier (20) or the electronic connects the component (30) to a contact surface formed by the conductor (50) on the surface of the compression molding compound (40) facing away from the circuit carrier (20), characterized in that the electrical conductor (50) is formed at least in sections from a foamed, electrically conductive material is.
Figure DE102020134563A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul mit einem Schaltungsträger, wenigstens einem auf dem Schaltungsträger angeordneten elektronischen Bauelement, einer den Schaltungsträger und das elektronische Bauelement wenigstens teilweise umgebenden Formpressmasse und einem den Schaltungsträger oder das elektronische Bauelement kontaktierenden elektrischen Leiter, der in einem in der Formpressmasse ausgebildeten, sich quer zur Ebene des Schaltungsträgers erstreckenden Kanal angeordnet ist und den Schaltungsträger oder das elektronische Bauelement mit einer auf der dem Schaltungsträger abgewandten Oberfläche der Formpressmasse, vom Leiter ausgebildeten Kontaktfläche verbindet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls.The invention relates to a power module with a circuit carrier, at least one electronic component arranged on the circuit carrier, a compression molding compound at least partially surrounding the circuit carrier and the electronic component, and an electrical conductor which contacts the circuit carrier or the electronic component and is formed in a self-contained conductor formed in the compression molding compound is arranged transversely to the plane of the circuit carrier extending channel and connects the circuit carrier or the electronic component with a on the circuit carrier facing away from the surface of the molding compound, formed by the conductor contact surface. In addition, the invention relates to a method for producing such a power module.

Ein Leistungsmodul der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2015 120 109 B4 bekannt, bei der ein Topkontakt eines Halbleiters mittels einer Glob-Top-Vergussmasse hergestellt ist, die aus einem intrinsisch elektrisch leitfähigen, hochwärmeleitfähigen Polymer besteht.A power module of the type mentioned is from DE 10 2015 120 109 B4 known in which a top contact of a semiconductor is produced by means of a glob-top potting compound, which consists of an intrinsically electrically conductive, highly thermally conductive polymer.

Wenngleich diese Ausgestaltung sehr vorteilhaft ist, gibt es weiterhin einen Bedarf, einen derartigen Topkontakt auch mit herkömmlichen leitfähigen, insbesondere metallischen Werkstoffen herzustellen. Dabei kommen massive aus Vollmaterial bestehende Kontaktsäulen zum Einsatz, die insbesondere aus Kupfer (Cu) gebildet sein können. Dabei besteht jedoch das Problem, dass Fertigungstoleranzen beim Vergießen der Baugruppe immer dazu führen, dass die Abstände zwischen der Kontaktoberfläche des Schaltungsträgers oder der Chipoberfläche und der Außenseite des auszubildenden Formgehäuses immer unterschiedlich sind und dadurch eine massive Kontaktsäule relativ zum Formgehäuse entweder zu hoch oder zu niedrig ist. Im zuerst genannten Fall zerstört der Pressdruck beim Schließen des Formstempels möglicherweise den unter der Kontaktsäule angeordneten Halbleiter. Im anderen Fall, wenn die Kontaktsäule zu niedrig ist, verbleibt ein Spalt zwischen dem Formstempel und der Kontaktsäule, sodass die Kontaktsäule Vom Formstempel nicht in Position gehalten, angepresst und nicht vernünftig verbunden werden kann. Im Übrigen dringt die Formmasse in den Spalt zwischen Kontaktkörper und Formstempel ein, sodass die Oberfläche des Kontaktkörpers nach Ausbildung des Gehäuses in einem weiteren Arbeitsschritt wieder vom sogenannten Overmold befreit und freigelegt werden muss.Although this configuration is very advantageous, there is still a need to also produce such a top contact with conventional conductive, in particular metallic, materials. In this case, solid contact columns made of solid material are used, which can be made of copper (Cu), in particular. However, there is the problem that manufacturing tolerances when casting the assembly always mean that the distances between the contact surface of the circuit carrier or the chip surface and the outside of the molded housing to be formed are always different, and as a result a solid contact column relative to the molded housing is either too high or too low is. In the first case, the pressure when the mold is closed may destroy the semiconductor located under the contact column. On the other hand, if the contact column is too low, a gap remains between the forming die and the contact column, so that the contact column cannot be held in position, pressed and connected properly by the forming die. In addition, the molding compound penetrates the gap between the contact body and the mold stamp, so that after the housing has been formed, the surface of the contact body has to be freed from the so-called overmold and exposed again in a further work step.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leistungsmodul zu schaffen, dass weniger arbeitsaufwändig herzustellen ist.The object of the invention is therefore to create a power module that is less labor-intensive to produce.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Leistungsmodul mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.According to the invention, this object is achieved by the power module having the features of claim 1 and by the method having the features of claim 10 . The dependent claims reflect advantageous refinements of the invention.

Grundgedanke der Erfindung ist es, zur Ausbildung eines Topkontakts einen porösen oder anderweitig komprimierbaren, elastischen oder plastisch verformbaren und elektrisch sowie thermisch leitfähigen Formkörper zu verwenden. Dieser wird beim Moldprozess zwischen der Oberseite des elektronischen Bauelements und dem Moldwerkzeug eingeschlossen und unter dem Pressdruck des Moldwerkzeugs kontrolliert verdichtet.The basic idea of the invention is to use a porous or otherwise compressible, elastic or plastically deformable and electrically and thermally conductive shaped body to form a top contact. During the molding process, this is enclosed between the upper side of the electronic component and the mold tool and compressed under the pressure of the mold tool in a controlled manner.

Dessen plastische Verformbarkeit wird dafür genutzt, den Kontaktkörper in seiner ursprünglichen Ausprägung höher zu gestalten als es der Abstand zwischen Chipoberfläche und Moldwerkzeug an sich erfordert. Beim Schließen des Moldwerkzeugs wird der poröse, jedenfalls teilweise plastisch verformbare Kontaktkörper vom Chip und vom Moldwerkzeug eingeschlossen und auf die Höhe gestaucht, die dem Abstand zwischen Chip und Moldwerkzeug entspricht.Its plastic deformability is used to make the contact body in its original form higher than the distance between the chip surface and the mold tool itself requires. When the mold is closed, the porous, at least partially plastically deformable, contact body is enclosed by the chip and the mold and compressed to the height that corresponds to the distance between the chip and the mold.

Besonders vorteilhaft für die Kontaktierung der Kontaktkörper auf Aluminiummetallisierungen von Leistungshalbleitern ist die Tatsache, dass die Verformung des Kontaktkörpers beim Schließen der Moldpresse nicht nur eine Stauchung in Richtung senkrecht zur Halbleiteroberfläche sondern auch eine den Kontaktkörper ausbreitende Scherbewegung des porösen Körpers auf der Halbleiteroberfläche mit sich bringt. Diese ist geeignet, das natürliche Aluminiumoxid der Halbleitermetallisierung aufzubrechen und einen niedrigen Kontaktwiderstand zu fördern. Dies ermöglicht vor allem in Verbindung mit Sinterpasten in den Poren des porösen Kontaktkörpers eine sehr gute stoffschlüssige Anbindung.Particularly advantageous for the contacting of the contact body on aluminum metallization of power semiconductors is the fact that the deformation of the contact body when the molding press is closed not only causes compression in the direction perpendicular to the semiconductor surface, but also a shearing movement of the porous body on the semiconductor surface that spreads the contact body. This is capable of breaking up the natural aluminum oxide of the semiconductor metallization and promoting low contact resistance. This enables a very good material connection, especially in connection with sintering pastes in the pores of the porous contact body.

Erfindungsgemäß ist entsprechend ein Leistungsmodul mit einem Schaltungsträger, wenigstens einem auf dem Schaltungsträger angeordneten elektronischen Bauelement, einer den Schaltungsträger und das elektronische Bauelement wenigstens teilweise umgebenden Formpressmasse und einem den Schaltungsträger oder das elektronische Bauelement kontaktierenden elektrischen Leiter, der in einem in der Formpressmasse ausgebildeten, sich quer zur Ebene des Schaltungsträgers erstreckenden Kanal angeordnet ist und den Schaltungsträger oder das elektronische Bauelement mit einer auf der dem Schaltungsträger abgewandten Oberfläche der Formpressmasse, vom Leiter ausgebildeten Kontaktfläche verbindet, vorgesehen, wobei der elektrische Leiter wenigstens abschnittsweise aus einem geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet ist.According to the invention, a power module with a circuit carrier, at least one electronic component arranged on the circuit carrier, a compression molding compound at least partially surrounding the circuit carrier and the electronic component, and an electrical conductor which contacts the circuit carrier or the electronic component and is contained in a circuit carrier formed in the compression molding compound is arranged transversely to the plane of the circuit carrier extending channel and connects the circuit carrier or the electronic component with a contact surface formed on the surface of the molding compound facing away from the circuit carrier, provided by the conductor, the electrical conductor at least in sections consisting of a foamed, electrically conductive material is formed.

Der geschäumte Werkstoff ist im unverarbeiteten Zustand insbesondere von 10 % bis 90 %, speziell von 20 % bis 50 % porenhaltig und weist damit ein starkes Potential für eine Kompression auf. Nach dem Komprimieren weist der geschäumte Werkstoff bevorzugt eine Restporosität von 5 % - 30 %, speziell von 10 - 20 % auf.In the unprocessed state, the foamed material contains in particular from 10% to 90%, especially from 20% to 50%, porosity and thus has a high potential for compression. After compression, the foamed material preferably has a residual porosity of 5%-30%, especially 10-20%.

Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist der geschäumte, elektrisch leitfähige Werkstoff ein Metallschaum oder ein Carbonschaum, wobei der geschäumte, elektrisch leitfähige Werkstoff besonders bevorzugt ein offenporiger Schaum ist. Speziell sind die Poren des den elektrischen Leiter bildenden geschäumten Werkstoffs wenigstens teilweise mit der Formpressmasse verfüllt.According to a first preferred embodiment, the foamed, electrically conductive material is a metal foam or a carbon foam, the foamed, electrically conductive material particularly preferably being an open-pored foam. Specifically, the pores of the foamed material forming the electrical conductor are at least partially filled with the molding compound.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der elektrische Leiter aus wenigstens zwei Abschnitten gebildet, die jeweils aus einem sich voneinander unterscheidenden geschäumten Werkstoff gebildet sind.According to a further preferred embodiment, the electrical conductor is formed from at least two sections, each of which is formed from a foamed material that differs from one another.

Speziell weist der elektrische Leiter einen ersten Abschnitt aus einem geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff und einen zweiten Abschnitt aus einem massiven, elektrisch leitfähigen Werkstoff auf, wobei der erste Abschnitt zwischen dem Schaltungsträger oder dem elektronischen Bauelement und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist.In particular, the electrical conductor has a first section made of a foamed, electrically conductive material and a second section made of a solid, electrically conductive material, the first section being arranged between the circuit carrier or the electronic component and the second section.

Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem elektrischen Leiter und dem Schaltungsträger oder dem elektronischen Bauelement ein Verbindungswerkstoff angeordnet ist. Dieser Verbindungswerkstoff ist speziell eine Sinterpaste.Provision is also preferably made for a connecting material to be arranged between the electrical conductor and the circuit carrier or the electronic component. This connection material is specifically a sinter paste.

Der Metallschaum ist bevorzugt aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Nickel (Ni) oder einer Kombination aus diesen gebildet. Speziell lassen sich derartige elektrische Leiter aus Folien bestimmter Dicke schneiden und als Formkörper auf den Chip aufbringen. Dort können sie beispielsweise durch lokal oder flächig aufgebrachten Klebstoff oder durch Lot bzw. durch Sintermaterial fixiert werden.The metal foam is preferably formed from aluminum (Al), copper (Cu) or nickel (Ni) or a combination of these. In particular, such electrical conductors can be cut from foils of a certain thickness and applied to the chip as a shaped body. There they can be fixed, for example, by locally or extensively applied adhesive or by solder or by sintered material.

Als besonders vorteilhafte Variante für die Metallformkörper haben sich in Experimenten solche erwiesen, die zusätzlich eine Masse aus vorgetrocknetem, vormals pastösem Verbindungswerkstoff (z. B. Lot oder Sinterpaste) enthalten. Damit sind die Poren des Kontaktkörpers z. T. mit mikroporösem Verbindungswerkstoff gefüllt und es entsteht nach der Stauchung des Körpers nicht nur eine dichtere und damit besser leitfähige Struktur, sondern auch eine gelötete oder gesinterte Verbindung zur Halbeiteroberfläche. Vor allem in Verbindung mit Cu- oder Ag-Sinterpasten lassen sich sehr gut verarbeitbare und sehr gut thermisch und elektrisch leitfähige Chipoberseitenkontakte aus einem Moldmodul herausführen.Experiments have shown that a particularly advantageous variant for the shaped metal bodies is ones that additionally contain a mass of pre-dried, formerly pasty connecting material (e.g. solder or sintering paste). So that the pores of the contact body z. T. filled with microporous connecting material and after compression of the body not only a denser and thus better conductive structure is created, but also a soldered or sintered connection to the semiconductor surface. Particularly in connection with Cu or Ag sinter pastes, chip top side contacts that are very easy to process and have good thermal and electrical conductivity can be brought out of a mold module.

Gleichermaßen vorteilhaft ist es, den offenporigen Metallformkörper erst im Anschluss an den Moldprozess mit pastösem Verbindungswerkstoff zu füllen. Dies könnte z. B. in einem Vakuumlötverfahren geschehen, in dem die Anschlussschienen an die oberseitigen Kontakte des Moldmoduls angeschlossen werden und gleichzeitig das Porenvolumen der Kontaktkörper mit Lotwerkstoff infiltriert wird.It is equally advantageous to only fill the open-pored shaped metal body with pasty connecting material after the molding process. This could e.g. B. done in a vacuum soldering process, in which the connecting rails are connected to the top contacts of the mold module and at the same time the pore volume of the contact body is infiltrated with solder material.

Schließlich ist bevorzugt vorgesehen, dass das elektronische Bauelement ein Halbleiter ist.Finally, it is preferably provided that the electronic component is a semiconductor.

Zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls ist auch Verfahren zu dessen Herstellung vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist:

  1. a. Bestücken eines Schaltungsträgers oder eines elektronischen Bauelements mit einem elektrischen Leiter, der wenigstens abschnittsweise aus einem geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet ist,
  2. b. Anordnen des bestückten Schaltungsträgers oder des bestückten elektronischen Bauelements in einem Formwerkzeug,
  3. c. Verschließen des Formwerkzeugs mit einem Stempel unter partiellem Komprimieren des elektrischen Leiters,
  4. d. Einleiten einer Formpressmasse in den vom Formwerkzeug und Stempel gebildeten Raum,
  5. e. Verpressen der Formpressmasse unter weiterem Verformen des elektrischen Leiters und Ausbilden einer auf der dem Schaltungsträger abgewandten Oberfläche der Formpressmasse vom Leiter ausgebildeten, bündig mit der Formpressmasse abschließenden Kontaktfläche, und
  6. f. Entnehmen des mit der Formpressmasse verpressten Leistungsmoduls aus dem Formwerkzeug
For the production of such a power module, a method for its production is also provided, which has the following steps:
  1. a. Equipping a circuit carrier or an electronic component with an electrical conductor which is formed at least in sections from a foamed, electrically conductive material,
  2. b. arranging the assembled circuit carrier or the assembled electronic component in a mold,
  3. c. Closing the mold with a stamp while partially compressing the electrical conductor,
  4. i.e. Introducing a molding compound into the space formed by the mold and stamp,
  5. e. Compressing the compression molding compound with further deformation of the electrical conductor and forming a contact surface formed by the conductor on the surface of the compression molding compound facing away from the circuit carrier and terminating flush with the compression molding compound, and
  6. f. Removal of the power module pressed with the compression molding compound from the mold

Bei der Gestaltung des elektrischen Leiters aus geschäumtem, porösem Material kann die Höhe des Leiters so variiert werden, dass durch das Stauchen des Leiters beim Schließen des Moldwerkzeugs eine höhere Materialdichte erzielt wird. Einhergehend damit wird die elektrische und die thermische Leitfähigkeit erhöht. Ausgehend von der ursprünglichen Porosität des Leiters kann die Leitfähigkeit also im gleichen Maß erhöht werden, wie der Leiter gestaucht und verdichtet wird.When designing the electrical conductor from foamed, porous material, the height of the conductor can be varied in such a way that a higher material density is achieved by compressing the conductor when the mold is closed. Along with this, the electrical and thermal conductivity is increased. Starting from the original porosity of the conductor, the conductivity can be increased to the same extent as the conductor is compressed and compacted.

Der geschäumte Werkstoff ist im unverarbeiteten Zustand insbesondere von 10 % bis 90 %, speziell von 20 % bis 50 % porenhaltig und weist damit ein starkes Potential für eine Kompression auf. Nach dem Komprimieren weist der geschäumte Werkstoff bevorzugt eine Restporosität von 5 % - 30 %, speziell von 10 - 20 % auf.In the unprocessed state, the foamed material contains in particular from 10% to 90%, especially from 20% to 50%, porosity and thus has a high potential for compression. After compression, the foamed material preferably has a residual porosity of 5%-30%, especially 10-20%.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Bestücken des Schaltungsträgers oder des elektronischen Bauelements mit einem elektrischen Leiter vor dem Anordnen des ein elektronisches Bauelement aufweisenden Schaltungsträgers in dem Formwerkzeug.According to a preferred embodiment, the circuit carrier or the electronic component is fitted with an electrical conductor before the circuit carrier having an electronic component is arranged in the mold.

Das Bestücken in Schritt a. oder das Verpressen in Schritt e. erfolgt bevorzugt unter Ausbilden einer stoff-, kraft- oder formschlüssigen Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und dem elektrischen Leiter oder zwischen dem elektronischen Bauelement und dem elektrischen Leiter, wobei das Ausbilden der Verbindung besonders bevorzugt mittels Kleben, Löten oder Sintern erfolgt.The loading in step a. or the pressing in step e. preferably takes place with the formation of a material, non-positive or positive connection between the circuit carrier and the electrical conductor or between the electronic component and the electrical conductor, the formation of the connection particularly preferably taking place by means of gluing, soldering or sintering.

Wird nach dem Schließen des Moldwerkzeugs das Mold-Compound in das Werkzeug eingespritzt, wird es z. T. auch in die äußeren Poren des elektrischen Leiters eindringen und diese im umgebenden Mold-Compound fixieren. Dabei erlaubt die verbleibende Flexibilität des komprimierten elektrischen Leiters eine gewisse Anpresskraft des elektrischen Leiters auf die Halbleitermetallisierung aufrechtzuerhalten und einen guten elektrischen und thermischen Kontakt zu gewährleisten. Dies ist besonders dann wichtig, wenn der elektrische Leiter nicht mittels einer Verbindungstechnik (z. B. Kleben, Löten oder Sintern) mit der Halbleitermetallisierung verbunden sind. Für eine dauerhaft gute elektrische Verbindung ist es zudem vorteilhaft, dass Scherbewegungen des im Mold-Compound eingeschlossenen elektrischen Leiters bei thermomechanischer Belastung des Leistungsmoduls für ein stetiges Wiederaufbrechen von Passivierungsschichten auf der Halbleitermetalliserung sorgen, ähnlich wie des durch Vibration von Federkontakten auf Oberflächen der Fall ist.If the mold compound is injected into the mold after the mold is closed, it is e.g. T. also penetrate into the outer pores of the electrical conductor and fix them in the surrounding mold compound. The remaining flexibility of the compressed electrical conductor makes it possible to maintain a certain pressing force of the electrical conductor on the semiconductor metallization and to ensure good electrical and thermal contact. This is particularly important when the electrical conductor is not connected to the semiconductor metallization by means of a connection technique (e.g. gluing, soldering or sintering). For a permanently good electrical connection, it is also advantageous that shearing movements of the electrical conductor enclosed in the mold compound when the power module is subjected to thermomechanical stress ensure that the passivation layers on the semiconductor metallization are constantly broken up again, similar to the vibration of spring contacts on surfaces.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, den geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungswerkstoff, insbesondere nach dem Verpressen der Formpressmasse zu füllen.Alternatively or additionally, it is possible to fill the foamed, electrically conductive material with an electrically conductive connecting material, in particular after the molding compound has been pressed.

Anstelle von Metallschaumkörpern können auch poröse Strukturen aus Carbon oder carbonbasierten Materialien genutzt werden.Instead of metal foam bodies, porous structures made of carbon or carbon-based materials can also be used.

Um die bruchempfindlichen Halbleiterstrukturen zu schützen und um für eine sehr gute elektrische und thermische Anbindung des Halbleiterkontakts an den elektrischen Leiter zu sorgen, kann es vorteilhaft sein, die übliche Al-Halbleitermetallisierung nachträglich zu verstärken. Dieses kann entweder durch die Beschichtung mit dickem Kupfer (Cu) geschehen oder z. B. durch das nachträgliche Aufbringen von aufgesinterten Metallformkörpern. Diese Maßnahmen sind geeignet, die Halbleiter vor Beschädigungen während der Prozessierung des Leistungsmoduls zu schützen, den elektrischen und die thermischen Übergänge zu verbessern und die stoffschlüssige Anbindung des elektrischen Leiters, z. B. durch Lot oder Sinterwerkstoff zu ermöglichen. Letzteres gilt auch für klassische Oberflächenveredelungen der Halbleitermetalliserung mit Silber, Nickel, Palladium oder Gold oder ähnlichen Schichtsystemen.In order to protect the fragile semiconductor structures and to ensure a very good electrical and thermal connection of the semiconductor contact to the electrical conductor, it can be advantageous to subsequently reinforce the usual aluminum semiconductor metallization. This can either be done by coating with thick copper (Cu) or z. B. by the subsequent application of sintered metal moldings. These measures are suitable for protecting the semiconductors from damage during the processing of the power module, improving the electrical and thermal transitions and the integral connection of the electrical conductor, e.g. B. by solder or sintered material. The latter also applies to classic surface refinements of semiconductor metallization with silver, nickel, palladium or gold or similar layer systems.

Zudem lassen sich die porösen Kontaktkörper wahlweise auch durch Metall-Spacer aus Vollmaterial ergänzen.In addition, the porous contact bodies can optionally be supplemented with metal spacers made from solid material.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 den schematischen Aufbau eines ersten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels während dessen Herstellungsprozesses;
  • 2 den schematischen Aufbau eines zweiten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels während dessen Herstellungsprozesses; und
  • 3 den schematischen Ablauf eines besonders bevorzugten Verfahrens zur Herstellung des Leistungsmoduls.
The invention is explained in more detail below with the aid of particularly preferred exemplary embodiments illustrated in the attached drawings. Show it:
  • 1 the schematic structure of a first particularly preferred embodiment during its manufacturing process;
  • 2 the schematic structure of a second particularly preferred embodiment during its manufacturing process; and
  • 3 the schematic sequence of a particularly preferred method for producing the power module.

1 zeigt den schematischen Aufbau eines ersten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels während seines Herstellungsprozesses. Insbesondere zeigt 1 den schematischen Aufbau eines Leistungsmoduls 10 mit einem Schaltungsträger 20 und einem auf dem Schaltungsträger 20 angeordneten elektronischen Bauelement 30, nämlich einem Halbleiter. 1 shows the schematic structure of a first particularly preferred embodiment during its manufacturing process. In particular shows 1 the schematic structure of a power module 10 with a circuit carrier 20 and arranged on the circuit carrier 20 electronic component 30, namely a semiconductor.

Der Schaltungsträger 20 und der Hableiter 30 sind in einem durch einen Stempel 110 verschlossenen Formwerkzeug 100 angeordnet, wobei Schaltungsträger 20 und Hableiter 30 wenigstens teilweise von einer Formpressmasse 40 umgeben sind.The circuit carrier 20 and the semiconductor 30 are arranged in a mold 100 closed by a stamp 110 , the circuit carrier 20 and the semiconductor 30 being at least partially surrounded by a molding compound 40 .

Der Schaltungsträger 20 und der Halbleiter 30 sind jeweils von einem elektrischen Leiter 50 kontaktiert, der jeweils in einem in der Formpressmasse 40 ausgebildeten, sich quer zur Ebene des Schaltungsträgers 20 erstreckenden Kanal angeordnet ist und den Schaltungsträger 20 bzw. den Halbleiter 30 mit jeweils einer auf der dem Schaltungsträger 20 abgewandten Oberfläche der Formpressmasse 40, vom jeweiligen Leiter 50 ausgebildeten Kontaktfläche verbindet.The circuit carrier 20 and the semiconductor 30 are each contacted by an electrical conductor 50, which is arranged in a formed in the molding compound 40, extending transversely to the plane of the circuit carrier 20 channel and the circuit carrier 20 and the semiconductor 30 each with one the surface of the molding compound 40 facing away from the circuit carrier 20, contact surface formed by the respective conductor 50 connects.

Der elektrische Leiter 50 jeweils ist einstückig aus einem geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet ist, der beispielsweise ein Metallschaum oder ein Carbonschaum sein kann. Insbesondere ist der geschäumte Werkstoff ein offenporiger Schaum, der speziell aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Nickel (Ni) oder einer Kombination aus diesen gebildet sein kann.The electrical conductor 50 is formed in one piece from a foamed, electrically conductive material, which can be a metal foam or a carbon foam, for example. In particular, the foamed material is an open-pored foam that can be made specifically of aluminum (Al), copper (Cu) or nickel (Ni) or a combination of these.

Alternativ zur einstückigen Ausgestaltung des elektrischen Leiters zeigt 2 bei ansonsten identischem Aufbau ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem der elektrische Leiter 50 einen ersten Abschnitt 52 aus einem geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff und einen zweiten Abschnitt 54 aus einem massiven, elektrisch leitfähigen Werkstoff aufweist. Der erste Abschnitt 52 ist dabei zwischen dem Schaltungsträger 20 bzw. dem Halbleiter 30 und dem zweiten Abschnitt 54 angeordnet.As an alternative to the one-piece configuration of the electrical conductor 2 with an otherwise identical structure, a second particularly preferred exemplary embodiment, in which the electrical conductor 50 has a first section 52 made of a foamed, electrically conductive material and a second section 54 made of a solid, electrically conductive material. The first section 52 is arranged between the circuit carrier 20 or the semiconductor 30 and the second section 54 .

Schließlich zeigt 3 den schematischen Ablauf eines besonders bevorzugten Verfahrens zur Herstellung des Leistungsmoduls.Finally shows 3 the schematic sequence of a particularly preferred method for producing the power module.

In einem ersten Schritt 200 wird ein ein elektronisches Bauelement 30 aufweisender Schaltungsträger 20 in einem Formwerkzeug 100 angeordnet. Darauf erfolgt in Schritt 210 das Bestücken des Schaltungsträgers 20 und/oder des elektronischen Bauelements 30 mit einem elektrischen Leiter 50, der wenigstens abschnittsweise aus einem geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet ist. Alternativ kann das Bestücken in Schritt 210 auch vor dem in Schritt 200 erfolgten Anordnen erfolgen, wobei das Bestücken des Schaltungsträgers 20 oder des elektronischen Bauelements 30 mit dem elektrischen Leiter 50 beispielsweise mittels Kleben, Löten oder Sintern erfolgt.In a first step 200 , a circuit carrier 20 having an electronic component 30 is arranged in a mold 100 . Then, in step 210, the circuit carrier 20 and/or the electronic component 30 is fitted with an electrical conductor 50 which is formed at least in sections from a foamed, electrically conductive material. Alternatively, the populating in step 210 can also take place before the arranging that took place in step 200, with the populating of the circuit carrier 20 or the electronic component 30 with the electrical conductor 50 taking place, for example, by means of gluing, soldering or sintering.

In Schritt 220 wird das Formwerkzeug mit einem Stempel 110 verschlossen, woraufhin in Schritt 230 eine Formpressmasse 40 in den vom Formwerkzeug 100 und Stempel 110 gebildeten Raum eingeleitet wird. Das Verpressen der Formpressmasse 40 erfolgt unter Verformen des elektrischen Leiters 50 und Ausbilden einer auf der dem Schaltungsträger 20 abgewandten Oberfläche der Formpressmasse 40 vom Leiter 50 ausgebildeten, bündig mit der Formpressmasse 40 abschließenden Kontaktfläche in Schritt 240.In step 220 the molding tool is closed with a punch 110, whereupon in step 230 a molding compound 40 is introduced into the space formed by the molding tool 100 and punch 110. The compression molding compound 40 is pressed by deforming the electrical conductor 50 and forming a contact surface formed by the conductor 50 on the surface of the compression molding compound 40 facing away from the circuit carrier 20 and terminating flush with the compression molding compound 40 in step 240.

Schließlich wird das mit der Formpressmasse 40 verpresste Leistungsmodul 10 in Schritt 250 aus dem Formwerkzeug 100 entnommen. An diesen Schritt kann sich noch das Verfüllen des geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoffs mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungswerkstoff von der Seite der offenliegenden Kontaktfläche anschließen.Finally, the power module 10 pressed with the compression molding compound 40 is removed from the mold 100 in step 250 . This step can be followed by the filling of the foamed, electrically conductive material with an electrically conductive connecting material from the side of the exposed contact surface.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102015120109 B4 [0002]DE 102015120109 B4 [0002]

Claims (13)

Leistungsmodul (10) mit a. einem Schaltungsträger (20), b. wenigstens einem auf dem Schaltungsträger (20) angeordneten elektronischen Bauelement (30), c. einer den Schaltungsträger (20) und das elektronische Bauelement (30) wenigstens teilweise umgebenden Formpressmasse (40) und d. einem den Schaltungsträger (20) oder das elektronische Bauelement (30) kontaktierenden elektrischen Leiter (50), der in einem in der Formpressmasse (40) ausgebildeten, sich quer zur Ebene des Schaltungsträgers (20) erstreckenden Kanal angeordnet ist und den Schaltungsträger (20) oder das elektronische Bauelement (30) mit einer auf der dem Schaltungsträger (20) abgewandten Oberfläche der Formpressmasse (40), vom Leiter (50) ausgebildeten Kontaktfläche verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (50) wenigstens abschnittsweise aus einem geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet ist.Power module (10) with a. a circuit carrier (20), b. at least one electronic component (30) arranged on the circuit carrier (20), c. a molding compound (40) at least partially surrounding the circuit carrier (20) and the electronic component (30), and d. an electrical conductor (50) which contacts the circuit carrier (20) or the electronic component (30) and is arranged in a channel which is formed in the molding compound (40) and extends transversely to the plane of the circuit carrier (20), and the circuit carrier (20) or connects the electronic component (30) to a contact surface formed by the conductor (50) on the surface of the compression molding compound (40) that is remote from the circuit carrier (20), characterized in that the electrical conductor (50) consists, at least in sections, of a foamed, electrically conductive material is formed. Leistungsmodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geschäumte Werkstoff ein Metallschaum oder ein Carbonschaum ist.Power module (10) after claim 1 , characterized in that the foamed material is a metal foam or a carbon foam. Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der geschäumte Werkstoff ein offenporiger Schaum ist.Power module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the foamed material is an open-pore foam. Leistungsmodul (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren des den elektrischen Leiter (50) bildenden geschäumten Werkstoffs wenigstens teilweise mit der Formpressmasse (40) verfüllt sind.Power module (10) after claim 3 , characterized in that the pores of the electrical conductor (50) forming foamed material are at least partially filled with the molding compound (40). Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (50) aus wenigstens zwei Abschnitten gebildet ist, die j eweils aus einem sich voneinander unterscheidenden geschäumten Werkstoff gebildet sind.Power module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical conductor (50) is formed from at least two sections which are each formed from a foamed material which differs from one another. Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass der elektrische Leiter (50) einen ersten Abschnitt (52) aus einem geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff und einen zweiten Abschnitt (54) aus einem massiven, elektrisch leitfähigen Werkstoff aufweist, wobei der erste Abschnitt (52) zwischen dem Schaltungsträger (20) oder dem elektronischen Bauelement (30) und dem zweiten Abschnitt (54) angeordnet ist.Power module (10) according to one of the preceding claims, that the electrical conductor (50) has a first section (52) made of a foamed, electrically conductive material and a second section (54) made of a solid, electrically conductive material, the first section (52) is arranged between the circuit carrier (20) or the electronic component (30) and the second section (54). Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem elektrischen Leiter (50) und dem Schaltungsträger (20) oder dem elektronischen Bauelement (30) ein Verbindungswerkstoff angeordnet ist.Power module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a connecting material is arranged between the electrical conductor (50) and the circuit carrier (20) or the electronic component (30). Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Nickel (Ni) oder einer Kombination aus diesen gebildet ist.Power module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the metal foam is formed from aluminum (Al), copper (Cu) or nickel (Ni) or a combination of these. Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (30) ein Halbleiter ist.Power module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic component (30) is a semiconductor. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: a. Bestücken eines Schaltungsträgers (20) oder eines elektronischen Bauelements (30) mit einem elektrischen Leiter (50), der wenigstens abschnittsweise aus einem geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet ist, b. Anordnen des bestückten Schaltungsträgers (20) oder des bestückten elektronischen Bauelements (30) in einem Formwerkzeug (100), c. Verschließen des Formwerkzeugs mit einem Stempel (110) unter partiellem Komprimieren des elektrischen Leiters (50), d. Einleiten einer Formpressmasse (40) in den vom Formwerkzeug (100) und Stempel (110) gebildeten Raum, e. Verpressen der Formpressmasse (40) unter weiterem Verformen des elektrischen Leiters (50) und Ausbilden einer auf der dem Schaltungsträger (20) abgewandten Oberfläche der Formpressmasse (40) vom Leiter (50) ausgebildeten, bündig mit der Formpressmasse (40) abschließenden Kontaktfläche, und f. Entnehmen des mit der Formpressmasse (40) verpressten Leistungsmoduls (10) aus dem Formwerkzeug (100).Method for manufacturing a power module (10) according to one of the preceding claims, with the steps: a. Equipping a circuit carrier (20) or an electronic component (30) with an electrical conductor (50) which is formed at least in sections from a foamed, electrically conductive material, b. Arranging the assembled circuit carrier (20) or the assembled electronic component (30) in a mold (100), c. Closing the mold with a stamp (110) with partial compression of the electrical conductor (50), i.e. Introducing a molding compound (40) into the space formed by the mold (100) and stamp (110), e. Compressing the compression molding compound (40) with further deformation of the electrical conductor (50) and forming a contact surface formed by the conductor (50) on the surface of the compression molding compound (40) facing away from the circuit carrier (20) and terminating flush with the compression molding compound (40), and f. removing the power module (10) pressed with the compression molding compound (40) from the mold (100). Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b. vor Schritt a. erfolgt.procedure after claim 10 , characterized in that step b. before step a. he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestücken in Schritt a. oder das Verpressen in Schritt e. unter Ausbilden einer stoff-, kraft- oder formschlüssigen Verbindung zwischen dem Schaltungsträger (20) und dem elektrischen Leiter (50) oder zwischen dem elektronischen Bauelement (30) und dem elektrischen Leiter (50) erfolgt.Procedure according to one of Claims 10 and 11 , characterized in that the assembly in step a. or the pressing in step e. while forming a material, non-positive or positive connection between the circuit carrier (20) and the electrical conductor (50) or between the electronic component (30) and the electrical conductor (50). Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch Verfüllen des geschäumten, elektrisch leitfähigen Werkstoffs mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungswerkstoff.Procedure according to one of Claims 10 until 12 , characterized by filling the foamed, electrically conductive material with an electrically conductive connecting material.
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