WO2008148741A1 - Subassembly with glued power component - Google Patents

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WO2008148741A1
WO2008148741A1 PCT/EP2008/056804 EP2008056804W WO2008148741A1 WO 2008148741 A1 WO2008148741 A1 WO 2008148741A1 EP 2008056804 W EP2008056804 W EP 2008056804W WO 2008148741 A1 WO2008148741 A1 WO 2008148741A1
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WO
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layer
aluminum
adhesive
power module
electronic component
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PCT/EP2008/056804
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Inventor
Andreas Hammermann
Markus Guber
Stefan Bachmann
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
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Definitions

  • the invention relates to an assembly according to the preamble of claim 1.
  • Modules of the type mentioned are used inter alia in alternators of motor vehicles.
  • the power module is therefore preferably made of copper, which has excellent thermal conductivity.
  • the electronic component is attached either by gluing or soldering to the adjacent top of the line module, while the bottom of the power module is fixed by gluing the heat sink.
  • the present invention seeks to improve an assembly of the type mentioned above and a method for their production to the effect that the adhesive bond between the power module and the heat sink can be made easier without affecting the thermal conductivity of the power module and even under humid conditions has excellent adhesion and a long life.
  • the assembly according to the invention characterized in that the power module on the side adjacent to the heat sink side at least partially covered with a layer of aluminum or an aluminum alloy whose surface is in contact with the adhesive.
  • a layer of aluminum or an aluminum alloy facilitates the production of the adhesive bond and its adhesion can be maintained even under moist ambient conditions without affecting the thermal conductivity at the transition from the power module to the heat sink over a long period of time.
  • the layer is preferably applied only to those parts of the semifinished product, where on the later performance modules, the adhesive joints, attachment points for bonding wires and or other functional areas, while other areas of the power modules where they are to be routed or fixed are not covered with the layer.
  • the layer consists of an aluminum-silicon alloy, which can be applied by roller cladding in a layer thickness of 5 to 100 .mu.m and preferably from 10 to 50 .mu.m to the intended for subsequent adhesive application surface areas of the semifinished product.
  • the semifinished product is annealed after roll cladding according to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, forms in the region of the interface between the layer of aluminum or an aluminum alloy and the copper of the semifinished product, a diffusion layer, which leads to a stabilization of the layer on the copper .
  • the annealing is expediently continued until the diffusion layer has a layer thickness of 0.2 to 10 microns, and preferably from 0.5 to 8 microns, which has proven in numerous interface investigations as sufficient for good stabilization of the layer of aluminum or an aluminum alloy on the surface of the power module made of copper.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides to apply the layer of aluminum or an aluminum alloy not only on the heat sink side facing the power module, but also on the side adjacent to the electronic component, for example, as a replacement for a previously provided nickel layer.
  • the layer of aluminum or an aluminum alloy can be applied by roll cladding and thus without the disadvantages associated with a galvanic process, such as the requirement of downstream cleaning processes, the control of the cleanliness of the adhesive surfaces or the disposal of the galvanic baths.
  • roll cladding allows the semi-finished product used to produce the power module to be provided on both sides simultaneously with the layer of aluminum or an aluminum alloy.
  • These layers then serve as an adhesive application surface for adhering to the heat sink or for adhering the electronic component, wherein they can also serve for Drahtbondung on the side of the electronic component when the electronic component or other components are connected by bonding wires to the power module ,
  • the double-sided coating of the power device with the same material, i. aluminum or aluminum alloy also reduces the risk of forming a galvanic element.
  • Fig. 1 is a schematic side view of an assembly according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic side view of another assembly according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view through part of the semifinished product or of a power module
  • FIG. 4 shows a section of a power module corresponding to the sectional view from FIG. 3;
  • Fig. 5 is a plan view of a roll-plated semi-finished product for the production of the power module.
  • the assemblies 2 for a regulator of an alternator shown in Figures 1 and 2 consist essentially of an integrated circuit (IC) 4 for controlling the alternator, a heat sink made of aluminum 6 for dissipating the heat generated during operation of the IC 4, and a for heat spreading and to accelerate the heat dissipation between the IC 4 and the heat sink 6 used power module 8 made of copper.
  • the IC 4 is glued or soldered to the top of the power module 8, while the power module 8 is glued with its underside on the heat sink 6.
  • the assemblies 2 are not only suitable for regulators of alternators, but can also be used elsewhere.
  • the power module 8 shown in FIG. 2 is also provided with a coating 18 on its upper side from AISiI, which serves as a replacement for the nickel layer 14 for sticking the IC 4 on the power module 8 and for fixing any bonding wires (not shown) by wire bonding.
  • Both the AISM layer 12 (FIGS. 1 and 2) arranged on the underside of the power module 8 and the AISiI layer 18 (FIG. 2) arranged on the upper side of the power module 8 are produced by means of a roll plating method with a layer thickness of 10 to 50 ⁇ m is applied to a semifinished product 20 (FIG. 5) made of copper 22, which is used to produce the power module 8, wherein the coating can take place either only on one side (FIG. 1) or simultaneously on both sides (FIG. 2).
  • the copper semifinished product 20 coated with the AISiI 12 or 12 and 18 is annealed in order to stabilize the layer 12 or the layers 12 and 18 of AISiI on the semifinished product 20.
  • the stabilization is effected by the formation of a diffusion zone 24 shown in FIGS. 3 and 4 using the example of the AISiI layer 12 between the copper 22 and the AISiI 12 on the underside of the semifinished product 20, which after annealing has a thickness D of more than 0 , 5 ⁇ m, and preferably about 3 ⁇ m.
  • the semifinished product 20 becomes expedient on its upper or lower side only in a functional area serving as a contact surface for the adhesive 10 or 16 or as a contact surface for possible bonding wires is coated with AISiI, as shown in FIG. 5 using the example of a section of a narrow semifinished product 20 already equipped with ICs 4 after the coating.
  • the power modules 8 produced from such a semifinished product 20 with an AISiI layer 12 or with AISM layers 12 and 18 could not only be applied more easily than power components 8 with copper surfaces to the aluminum heat sink 6 when using conventional silicone-based adhesive compositions 10 , but also showed a significantly higher after sticking and after performing the pressure cooker test

Abstract

The invention relates to a subassembly (2), particularly for the controller of a generator, with an electronic component (4) which generates heat during operation, a cooling body (6), and a power component (8) made of copper (22) oriented between the electronic component (4) and the cooling body (6) and connected to the cooling body (8) by an adhesive (10). The invention provides that the power component (8) be at least partially coated on the side proximal to the cooling body (6) with a layer (12) of aluminum or an aluminum alloy, with the surface of said layer in contact with the adhesive (10).

Description

Beschreibung description
Titel Baugruppe mit geklebtem LeistungsbausteinTitle Module with glued power module
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an assembly according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Baugruppen der eingangs genannten Art werden unter anderem in Lichtmaschinenreglern von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Der zwischen dem elektronischen Bauelement, bei Lichtmaschinenreglern einer integriertenModules of the type mentioned are used inter alia in alternators of motor vehicles. The between the electronic component, in alternator regulators of an integrated
Schaltung (IC), und dem Kühlkörper angeordnete Leistungsbaustein dient dort dazu, die im Betrieb von der integrierten Schaltung erzeugte Wärme möglichst schnell und unter Wärmespreizung in den Kühlkörper abzuführen. Der Leistungsbaustein besteht daher vorzugsweise aus Kupfer, das eine exzellente Wärmeleitfähigkeit besitzt. Üblicherweise wird das elektronische Bauelement entweder durch Kleben oder Löten an der benachbarten Oberseite des Leitungsbausteins befestigt, während die Unterseite des Leistungsbausteins durch Kleben am Kühlkörper fixiert wird.Circuit (IC), and the heat sink arranged power module is there to dissipate the heat generated during operation of the integrated circuit as quickly as possible and under heat spreading in the heat sink. The power module is therefore preferably made of copper, which has excellent thermal conductivity. Usually, the electronic component is attached either by gluing or soldering to the adjacent top of the line module, while the bottom of the power module is fixed by gluing the heat sink.
Jedoch bereitet Kupfer beim Kleben Schwierigkeiten und zeigt insbesondere unter feuchten Umgebungsbedingungen an der Grenzfläche zum Klebstoff eine mit der Zeit deutlich abnehmende Haftfestigkeit. Beispielsweise führt der zur Untersuchung der Scherfestigkeit einer Klebeverbindung nach einer bestimmten Verweilzeit unter vorgegebenen Druck- und Feuchtigkeitsbedingungen dienende sogenannte Pressure Cooker Test im Falle einer Klebeverbindung zwischen einem aus Kupfer bestehenden Leistungsbaustein und einem aus Aluminium bestehenden Kühlkörper häufig bereits nach wenigen Stunden zu einem vollständigen Ablösen des Klebstoffs vom Leistungsbaustein. Da dies im Betrieb zu einem Ausfall der Lichtmaschine und einer Störung der Stromversorgung des Kraftfahrzeugs führen würde, wird eine Verlängerung der Lebensdauer der Klebeverbindung angestrebt.However, copper presents difficulties in sticking and, in particular under wet environmental conditions at the interface with the adhesive, shows a significantly decreasing adhesive strength over time. For example, in the case of an adhesive bond between a power component made of copper and a heat sink made of aluminum, the pressure cooker test used to examine the shear strength of an adhesive bond after a certain residence time under predetermined pressure and moisture conditions often leads to complete detachment of the adhesive after only a few hours Adhesive from the service module. Since this leads to a failure of the alternator and a power failure in operation Motor vehicle would lead, an extension of the life of the adhesive joint is sought.
In der DE 197 22 355 A1 der Anmeldehn ist bereits eine Baugruppe der eingangs genannten Art beschrieben, bei der sowohl zur Fixierung des elektronischen Bauelements am Leistungsbaustein als auch zur Fixierung des Leistungsbausteins an dem aus Eisen oder Aluminium bestehenden Kühlkörper ein wärmeleitender Klebstoff verwendet wird. Um ein Eindringen von Feuchtigkeit zwischen das Kupfer des Leitungsbausteins und den Klebstoff zu verhindern, wird vorgeschlagen, das elektronische Bauelement bzw. den Leistungsbaustein nach einer Vorhärtung des Klebstoffs mit einem Gel zu umhüllen und nach einem Vergelungsprozess das Gel und den Klebstoff zusammen in einem Ofenprozess zu härten. Dieses Verfahren ist jedoch relativ aufwändig.In DE 197 22 355 A1 of Anmeldehn an assembly of the type mentioned is already described, in which both for fixing the electronic component to the power module as well as for fixing the power module to the existing iron or aluminum heat sink, a heat-conductive adhesive is used. In order to prevent moisture from penetrating between the copper of the line component and the adhesive, it is proposed to gel the electronic component or power component after pre-curing the adhesive and, after a gelation process, to apply the gel and the adhesive together in a furnace process cure. However, this method is relatively expensive.
Weiter ist es auch bekannt, die zum elektronischen Bauelement benachbarte Oberseite des Leistungsbausteins zum Festkleben oder Löten des elektronischen Bauelements und zur Drahtbondung mit Nickel zu überziehen. Jedoch erfordert eine Vernickelung den Einsatz galvanischer Bäder und nachgeschalteter Reinigungsprozesse, wodurch relativ hohe Kosten verursacht werden.Furthermore, it is also known to coat the electronic component adjacent top of the power module for sticking or soldering of the electronic component and wire bonding with nickel. However, nickel plating requires the use of galvanic baths and downstream cleaning processes, which causes relatively high costs.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu ihrer Herstellung dahingehend zu verbessern, dass sich die Klebeverbindung zwischen dem Leistungsbaustein und dem Kühlkörper ohne eine Beeinträchtigung der Wärmeleitfähigkeit des Leistungsbausteins leichter herstellen lässt und selbst unter feuchten Bedingungen eine ausgezeichnete Haftfestigkeit und eine lange Lebensdauer besitzt.Proceeding from this, the present invention seeks to improve an assembly of the type mentioned above and a method for their production to the effect that the adhesive bond between the power module and the heat sink can be made easier without affecting the thermal conductivity of the power module and even under humid conditions has excellent adhesion and a long life.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Baugruppe dadurch gelöst, dass der Leistungsbaustein auf der zum Kühlkörper benachbarten Seite mindestens teilweise mit einer Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bedeckt bzw. überzogen ist, deren Oberfläche im Kontakt mit dem Klebstoff steht. In Versuchen hat sich gezeigt, dass durch eine solche Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung die Herstellung der Klebeverbindung erleichtert und deren Haftfestigkeit auch unter feuchten Umgebungsbedingungen ohne eine Beeinträchtigung der Wärmeleitfähigkeit am Übergang vom Leistungsbaustein zum Kühlkörper über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden kann.This object is achieved in the assembly according to the invention characterized in that the power module on the side adjacent to the heat sink side at least partially covered with a layer of aluminum or an aluminum alloy whose surface is in contact with the adhesive. In experiments it has been found that such a layer of aluminum or an aluminum alloy facilitates the production of the adhesive bond and its adhesion can be maintained even under moist ambient conditions without affecting the thermal conductivity at the transition from the power module to the heat sink over a long period of time.
Außerdem ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, eine solche Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ohne das Erfordernis eines galvanischen Verfahrens durch Walzplattieren auf ein zur Fertigung von Leistungsbausteinen dienendes Halbzeug aufzubringen. Dadurch können die nachfolgenden Fertigungsschritte im Wesentlichen unverändert bleiben.In addition, it is possible with the inventive method to apply such a layer of aluminum or an aluminum alloy without the requirement of a galvanic process by roll cladding on a serving for the production of power modules semi-finished product. As a result, the subsequent production steps can essentially remain unchanged.
Um ein Verschmieren der Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bei den nachfolgenden Fertigungsschritten, zum Beispiel beim Ausstanzen der Leistungsbausteine, zu verhindern, wird die Schicht vorzugsweise nur auf diejenigen Teile des Halbzeugs aufgebracht, wo sich auf den späteren Leistungsbausteinen die Klebeverbindungen, Befestigungspunkte für Bonddrähte und/oder andere Funktionsbereiche befinden sollen, während andere Bereiche der Leistungsbausteine, wo diese geführt oder fixiert werden sollen, nicht mit der Schicht überzogen werden.In order to prevent smearing of the layer of aluminum or an aluminum alloy in subsequent manufacturing steps, for example, when punching the power modules, the layer is preferably applied only to those parts of the semifinished product, where on the later performance modules, the adhesive joints, attachment points for bonding wires and or other functional areas, while other areas of the power modules where they are to be routed or fixed are not covered with the layer.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Schicht aus einer Aluminium-Silizium-Legierung, die sich durch Walzplattieren in einer Schichtdicke von 5 bis 100 μm und vorzugsweise von 10 bis 50 μm auf die für einen anschließenden Klebstoffauftrag vorgesehenen Oberflächenbereiche des Halbzeugs aufbringen lässt.According to an advantageous embodiment of the invention, the layer consists of an aluminum-silicon alloy, which can be applied by roller cladding in a layer thickness of 5 to 100 .mu.m and preferably from 10 to 50 .mu.m to the intended for subsequent adhesive application surface areas of the semifinished product.
Wenn das Halbzeug gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem Walzplattieren geglüht wird, bildet sich im Bereich der Grenzfläche zwischen der Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und dem Kupfer des Halbzeugs eine Diffusionsschicht aus, die zu einer Stabilisierung der Schicht auf dem Kupfer führt. Das Glühen wird zweckmäßig solange fortgesetzt, bis die Diffusionsschicht eine Schichtdicke von 0,2 bis 10 μm und vorzugsweise von 0,5 bis 8 μm erreicht, was sich in zahlreichen Grenzflächenuntersuchungen als ausreichend für eine gute Stabilisierung der Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf der Oberfläche des Leistungsbausteins aus Kupfer erwiesen hat.If the semifinished product is annealed after roll cladding according to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, forms in the region of the interface between the layer of aluminum or an aluminum alloy and the copper of the semifinished product, a diffusion layer, which leads to a stabilization of the layer on the copper , The annealing is expediently continued until the diffusion layer has a layer thickness of 0.2 to 10 microns, and preferably from 0.5 to 8 microns, which has proven in numerous interface investigations as sufficient for good stabilization of the layer of aluminum or an aluminum alloy on the surface of the power module made of copper.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung nicht nur auf der dem Kühlkörper zugewandten Seite des Leistungsbausteins aufzubringen, sondern auch auf der Seite, die zu dem elektronischen Bauelement benachbart ist, zum Beispiel als Ersatz für eine bisher vorgesehene Nickelschicht. Im Unterschied zu einer Nickelschicht kann die Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Walzplattieren und damit ohne die mit einem galvanischen Verfahren verbundenen Nachteile, wie das Erfordernis nachgeschalteter Reinigungsprozesse, die Kontrolle der Sauberkeit der Klebeflächen oder die Entsorgung der galvanischen Bäder aufgebracht werden. Zudem erlaubt es das Walzplattieren, das zur Fertigung des Leistungsbausteins dienende Halbzeug auf beiden Seiten gleichzeitig mit der Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu versehen. Diese Schichten dienen dann als Klebstoffauftragsfläche zum Aufkleben auf den Kühlkörper bzw. zum Aufkleben des elektronischen Bauelements, wobei sie auf der Seite des elektronischen Bauelements darüber hinaus auch zur Drahtbondung dienen können, wenn das elektronische Bauelement bzw. andere Bauelemente durch Bonddrähte mit dem Leistungsbaustein verbunden werden. Die beidseitige Beschichtung des Leistungsbausteins mit demselben Material, d.h. dem Aluminium oder der Aluminiumlegierung, verringert darüber hinaus das Risiko einer Bildung eines galvanischen Elements.A further advantageous embodiment of the invention provides to apply the layer of aluminum or an aluminum alloy not only on the heat sink side facing the power module, but also on the side adjacent to the electronic component, for example, as a replacement for a previously provided nickel layer. In contrast to a nickel layer, the layer of aluminum or an aluminum alloy can be applied by roll cladding and thus without the disadvantages associated with a galvanic process, such as the requirement of downstream cleaning processes, the control of the cleanliness of the adhesive surfaces or the disposal of the galvanic baths. In addition, roll cladding allows the semi-finished product used to produce the power module to be provided on both sides simultaneously with the layer of aluminum or an aluminum alloy. These layers then serve as an adhesive application surface for adhering to the heat sink or for adhering the electronic component, wherein they can also serve for Drahtbondung on the side of the electronic component when the electronic component or other components are connected by bonding wires to the power module , The double-sided coating of the power device with the same material, i. aluminum or aluminum alloy also reduces the risk of forming a galvanic element.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigenIn the following the invention will be explained in more detail with reference to some embodiments shown in the drawing. Show it
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Baugruppe; Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Baugruppe;Fig. 1 is a schematic side view of an assembly according to the invention; Fig. 2 is a schematic side view of another assembly according to the invention;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht durch einen Teil des Halbzeugs bzw. eines Leistungsbausteins;3 shows a schematic sectional view through part of the semifinished product or of a power module;
Fig. 4 einen Anschliff eines Leistungsbausteins entsprechend der Schnittansicht aus Fig. 3;FIG. 4 shows a section of a power module corresponding to the sectional view from FIG. 3; FIG.
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein walzplattiertes Halbzeug zur Herstellung des Leistungsbausteins.Fig. 5 is a plan view of a roll-plated semi-finished product for the production of the power module.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Baugruppen 2 für einen Regler einer Lichtmaschine bestehen im Wesentlichen aus einem integrierten Schaltkreis (IC) 4 zur Steuerung der Lichtmaschine, einem aus Aluminium bestehenden Kühlkörper 6 zum Abführen der im Betrieb vom IC 4 erzeugten Wärme, sowie einem zur Wärmespreizung und zur Beschleunigung der Wärmeabfuhr zwischen den IC 4 und den Kühlkörper 6 eingesetzten Leistungsbaustein 8 aus Kupfer. Der IC 4 ist auf die Oberseite des Leistungsbausteins 8 geklebt oder gelötet, während der Leistungsbaustein 8 mit seiner Unterseite auf den Kühlkörper 6 geklebt ist. Die Baugruppen 2 eignen sich jedoch nicht nur für Regler von Lichtmaschinen, sondern können auch an anderer Stelle eingesetzt werden.The assemblies 2 for a regulator of an alternator shown in Figures 1 and 2 consist essentially of an integrated circuit (IC) 4 for controlling the alternator, a heat sink made of aluminum 6 for dissipating the heat generated during operation of the IC 4, and a for heat spreading and to accelerate the heat dissipation between the IC 4 and the heat sink 6 used power module 8 made of copper. The IC 4 is glued or soldered to the top of the power module 8, while the power module 8 is glued with its underside on the heat sink 6. However, the assemblies 2 are not only suitable for regulators of alternators, but can also be used elsewhere.
Da sich Kupfer zum einen schlecht kleben lässt und zum anderen eine Klebeverbindung zwischen dem Leistungsbaustein 8 und dem Kühlkörper 6 mit üblicherweise als Serien klebstoff verwendeten Klebstoffen 10 auf Silikonbasis (z.B. Q1 -9226 von Dow Corning oder Semicosil® 988 1 K von Wacker Chemie) insbesondere unter feuchten Bedingungen wegen eines Versagens der Adhäsion der Klebstoffe 10 am Kupfer des Leistungsbausteins 8 häufig eine begrenzte Lebensdauer aufweist, ist der Leistungsbaustein 8 auf seiner dem Kühlkörper 6 zugewandten Unterseite zum Teil mit einer Beschichtung 12 aus AISiI versehen, deren Oberfläche an Stelle des Kupfers im Kontakt mit dem Klebstoff 10 steht. Während die Oberseite des Leistungsbausteins 8 in Fig. 1 mit einer galvanisch aufgebrachten Nickelschicht 14 versehen ist, auf die der IC 4 mittels eines Leit- Klebstoffs 16 aufgeklebt ist, ist der in Fig. 2 dargestellte Leistungsbaustein 8 auch auf seiner Oberseite mit einer Beschichtung 18 aus AISiI versehen, die als Ersatz für die Nickelschicht 14 zum Festkleben des IC 4 auf dem Leistungsbaustein 8 und zur Befestigung eventueller Bonddrähte (nicht dargestellt) durch Drahtbonden dient.On the one hand, because copper can be glued poorly and, on the other hand, an adhesive bond between the power module 8 and the heat sink 6 with adhesives 10, which are commonly used as series adhesives, based on silicone (eg Q1 -9226 from Dow Corning or Semicosil® 988 1 K from Wacker Chemie) Under moist conditions due to a failure of the adhesion of the adhesives 10 on the copper of the power module 8 often has a limited life, the power module 8 on its side facing the heat sink 6 is partially provided with a coating 12 of AISiI whose surface instead of copper in the Contact with the adhesive 10 is. While the upper side of the power module 8 in FIG. 1 is provided with a galvanically applied nickel layer 14 to which the IC 4 is adhesively bonded by means of a conductive adhesive 16, the power module 8 shown in FIG. 2 is also provided with a coating 18 on its upper side from AISiI, which serves as a replacement for the nickel layer 14 for sticking the IC 4 on the power module 8 and for fixing any bonding wires (not shown) by wire bonding.
Sowohl die auf der Unterseite des Leistungsbausteins 8 angeordnete AISM - Schicht 12 (Fig. 1 und 2) als auch die auf der Oberseite des Leistungsbausteins 8 angeordnete AISiI -Schicht 18 (Fig. 2) wird mittels eines Walzplattierverfahrens mit einer Schichtdicke von 10 bis 50 μm auf ein aus Kupfer 22 bestehendes, zur Herstellung des Leistungsbausteins 8 dienendes Halbzeug 20 (Fig. 5) aufgebracht, wobei die Beschichtung entweder nur auf einer Seite (Fig. 1 ) oder gleichzeitig auf beiden Seiten (Fig. 2) erfolgen kann.Both the AISM layer 12 (FIGS. 1 and 2) arranged on the underside of the power module 8 and the AISiI layer 18 (FIG. 2) arranged on the upper side of the power module 8 are produced by means of a roll plating method with a layer thickness of 10 to 50 μm is applied to a semifinished product 20 (FIG. 5) made of copper 22, which is used to produce the power module 8, wherein the coating can take place either only on one side (FIG. 1) or simultaneously on both sides (FIG. 2).
Nach der Beschichtung wird das mit dem AISiI 12 bzw. 12 und 18 beschichtete Kupfer-Halbzeug 20 geglüht, um die Schicht 12 bzw. die Schichten 12 und 18 aus AISiI auf dem Halbzeug 20 zu stabilisieren. Die Stabilisierung wird durch die Ausbildung einer in Fig. 3 und 4 am Beispiel der AISiI -Schicht 12 dargestellten Diffusionszone 24 zwischen dem Kupfer 22 und dem AISiI 12 an der Unterseite des Halbzeugs 20 bewirkt, die nach dem Glühen eine Dicke D von mehr als 0,5 μm und vorzugsweise von etwa 3 μm aufweisen sollte.After the coating, the copper semifinished product 20 coated with the AISiI 12 or 12 and 18 is annealed in order to stabilize the layer 12 or the layers 12 and 18 of AISiI on the semifinished product 20. The stabilization is effected by the formation of a diffusion zone 24 shown in FIGS. 3 and 4 using the example of the AISiI layer 12 between the copper 22 and the AISiI 12 on the underside of the semifinished product 20, which after annealing has a thickness D of more than 0 , 5 μm, and preferably about 3 μm.
Um beim anschließenden Ausstanzen der Leistungsbausteine 8 aus dem beschichteten Kupfer-Halbzeug 20 ein Verschmieren der zuvor durch das Walzplattieren aufgebrachten AISiI -Schicht 12 bzw. der AISiI -Schichten 12 und 18 zu vermeiden, wird das Halbzeug 20 auf seiner Ober- bzw. Unterseite zweckmäßig nur in einem als Kontaktfläche für den Klebstoff 10 bzw. 16 bzw. als Kontaktfläche für eventuelle Bonddrähte dienenden Funktionsbereich mit AISiI beschichtet, wie in Fig. 5 am Beispiel eines nach der Beschichtung bereits mit ICs 4 bestückten Abschnitts eines schmalen Halbzeugs 20 dargestellt. Bei diesem Halbzeug 20 wurde beim Walzplattieren der Oberseite nur ein Bereich unterhalb der ICs 4 und um diese herum mit dem AISiI 18 beschichtet, während zwei unterbrochene, zur Herstellung von Montageführungen dienende oder Fixierpunkte enthaltende Bereiche entlang der beiden entgegengesetzten Längsseitenränder des Halbzeugs 20 aus unbeschichtetem Kupfer 22 bestehen.In order to avoid smearing of the AISiI layer 12 or the AISiI layers 12 and 18 previously applied by the roll cladding during the subsequent punching out of the power components 8 from the coated copper semifinished product 20, the semifinished product 20 becomes expedient on its upper or lower side only in a functional area serving as a contact surface for the adhesive 10 or 16 or as a contact surface for possible bonding wires is coated with AISiI, as shown in FIG. 5 using the example of a section of a narrow semifinished product 20 already equipped with ICs 4 after the coating. In this semifinished product 20, only a region below and around the ICs 4 was coated with the AISiI 18 in the roll cladding of the upper side, while FIG two discontinuous, serving for the preparation of mounting guides or fixing points containing areas along the two opposite longitudinal side edges of the semifinished product 20 of uncoated copper 22 consist.
Die aus einem solchen Halbzeug 20 mit einer AISiI -Schicht 12 bzw. mit AISM- Schichten 12 und 18 hergestellten Leistungsbausteine 8 ließen sich bei Verwendung üblicher Serien klebstoff 10 auf Silikonbasis nicht nur leichter als Leistungsbausteine 8 mit Kupferoberflächen auf die aus Aluminium bestehenden Kühlkörper 6 aufkleben, sondern zeigten nach dem Aufkleben und nach einer Durchführung des Pressure Cooker Tests auch eine wesentliche höhereThe power modules 8 produced from such a semifinished product 20 with an AISiI layer 12 or with AISM layers 12 and 18 could not only be applied more easily than power components 8 with copper surfaces to the aluminum heat sink 6 when using conventional silicone-based adhesive compositions 10 , but also showed a significantly higher after sticking and after performing the pressure cooker test
Festigkeit gegen Abscheren. Infolge der Fertigung des Leistungsbausteins 8 aus Kupfer blieb weiterhin eine gute Wärmeabfuhr und Wärmespreizung gewährleistet, die durch die dünnen Schichten 12, 18 aus AISiI keinerlei Beeinträchtigung erfuhr. Strength against shearing. As a result of the production of the power module 8 made of copper, a good heat dissipation and heat spread was still ensured, which was not affected by the thin layers 12, 18 of AISiI any impairment.

Claims

Ansprüche claims
1. Baugruppe, insbesondere für einen Regler einer Lichtmaschine, mit einem im Betrieb Wärme erzeugenden elektronischen Bauelement, einem Kühlkörper, sowie einem zwischen dem elektronischen Bauelement und dem Kühlkörper angeordneten, durch einen Klebstoff mit dem Kühlkörper verbundenen Leistungsbaustein aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbaustein (8) auf der zum Kühlkörper (6) benachbarten Seite mindestens teilweise mit einer Schicht (12) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung überzogen ist, deren Oberfläche im Kontakt mit dem Klebstoff (10) steht.1. assembly, in particular for a regulator of an alternator, with a heat generating in operation electronic component, a heat sink, and arranged between the electronic component and the heat sink, connected by an adhesive to the heat sink power module made of copper or a copper alloy, characterized in that the power module (8) on the side adjacent to the heat sink (6) is at least partially covered by a layer (12) of aluminum or an aluminum alloy whose surface is in contact with the adhesive (10).
2. Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (12) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine Schichtdicke von 5 bis 100 μm und vorzugsweise von 10 bis 50 μm aufweist.2. Assembly according to claim 1, characterized in that the layer (12) made of aluminum or an aluminum alloy has a layer thickness of 5 to 100 microns, and preferably from 10 to 50 microns.
3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (12) aus einer Aluminium-Silizium-Legierung besteht.3. Assembly according to claim 1 or 2, characterized in that the layer (12) consists of an aluminum-silicon alloy.
4. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Kupfer (22) oder der Kupferlegierung des Leistungsbausteins (8) und der Schicht (12) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildete Diffusionszone (24).4. Assembly according to one of the preceding claims, characterized by a formed between the copper (22) or the copper alloy of the power module (8) and the layer (12) made of aluminum or an aluminum alloy diffusion zone (24).
5. Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die5. Assembly according to claim 4, characterized in that the
Diffusionszone (24) eine Dicke von 0,2 bis 10 μm und vorzugsweise von 0,5 bis 8 μm aufweist.Diffusion zone (24) has a thickness of 0.2 to 10 microns and preferably from 0.5 to 8 microns.
6. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (10) ein Silikonklebstoff ist.6. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive (10) is a silicone adhesive.
7. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbaustein (8) durch einen Klebstoff (16) oder durch ein Lot mit dem elektronischen Bauelement (4) verbunden ist und auf der zum elektronischen Bauelement (4) benachbarten Seite mindestens teilweise mit einer Schicht (14) aus Nickel oder einer Nickellegierung überzogen ist, deren Oberfläche im Kontakt mit dem Klebstoff (16) oder dem Lot steht.7. Assembly according to one of claims 1 to 6, characterized in that the power module (8) by an adhesive (16) or by a solder to the electronic component (4) is connected and on the electronic component (4) adjacent side at least partially with a layer (14) of nickel or a nickel alloy is coated whose surface is in contact with the adhesive (16) or the solder.
8. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbaustein (8) durch einen Klebstoff (16) mit dem elektronischen Bauelement (4) verbunden ist und auf der zum elektronischen Bauelement (4) benachbarten Seite mindestens teilweise mit einer Schicht (18) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung überzogen ist, deren Oberfläche im Kontakt mit dem Klebstoff (16) steht.8. Assembly according to one of claims 1 to 6, characterized in that the power module (8) by an adhesive (16) to the electronic component (4) is connected and on the electronic component (4) adjacent side at least partially with a Layer (18) of aluminum or an aluminum alloy is coated whose surface is in contact with the adhesive (16).
9. Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (12, 18) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung die zum Kühlkörper (8) und/oder die zum elektronischen Bauelement (4) benachbarte Seite des Leistungsbausteins (8) nur teilweise bedeckt.9. Assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the layer (12, 18) of aluminum or an aluminum alloy to the heat sink (8) and / or the electronic component (4) adjacent side of the power module (8) only partially covered.
10. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (12, 18) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Walzplattieren auf ein zur Fertigung des Leistungsbausteins (8) dienendes Halbzeug (20) aufgebracht wird.10. A method for producing an assembly according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer (12, 18) of aluminum or an aluminum alloy by roll cladding on a for the production of the power module (8) serving semi-finished product (20) is applied.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (12, 18) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Glühen stabilisiert wird. 11. The method according to claim 10, characterized in that the layer (12, 18) made of aluminum or an aluminum alloy is stabilized by annealing.
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