WO2013061183A1 - Elektrisch isolierendes harz - gehäuse für halbleiterbauelemente oder baugruppen und herstellungsverfahren mit einem moldprozess - Google Patents

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    • H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge

Definitions

  • the invention relates to a method according to claim 10 and an assembly according to claim 1 is claimed (thermoactive assembly), as a product by process claim.
  • IPMs Integrated Power Modules
  • the principle is applicable and advantageous for all requirements in which electrical insulation as well as good heat conduction are required.
  • Transfermolding also called RTM (Resin Transfer Molding)
  • RTM Resin Transfer Molding
  • a tool chamber is filled from a reservoir with initially solid or liquid molding compound under pressure and heat via injection channels as a liquid mass.
  • the molding compound is cured with heat.
  • the transfermolding is known and includes many
  • Chip size package housing for miniaturized semiconductors Today, both small and large semiconductors are manufactured in RTM housings, also referred to as plastic housings. While thermoplastic housings have become increasingly popular in many other applications, the RTM process has remained the state of the art in the semiconductor industry.
  • thermoplastic spraying The advantage of transfer molding compared to thermoplastic spraying is the low viscosity of the molding compositions during injection compared with non-reactive thermoplastic spraying processes. In contrast, so far with significantly higher
  • the molding compositions consist of a thermosetting reactive curing material which z. B. epoxy.
  • silicone or compound materials are also used as molding compounds, especially in LEDs. The material is often filled to the
  • thermosets have very good insulation properties, but only very limited thermal conductivities. Typical for optimized materials are thermal conductivities of 2W / mK achieved. Comparing this with aluminum and copper, the difference is immediately noticeable (thermal conductivity of copper is about 300W / mK).
  • insulators also have good thermal conductivities. Examples are aluminum oxide, aluminum nitride and especially diamond (2300W / mK). The very good properties have also stimulated many researches in the field of carbon nanoparticles.
  • the degree of filling of such masses can be increased to> 90% and the resin content (binder) are kept low.
  • Transfermoldings are the very good flow properties of the potting compounds, which is why electronic components can not yet be wrapped thermoplastic.
  • the rheology in the transfermolding achieves flow properties of the molding compounds which are in part better (lighter) than water. This ensures that the thin bonding wires are not torn and deformed when injecting the molding compound into the tool contained in the assembly and the circuit board (leadframe) do not bend much.
  • thermally highly conductive materials with a very high degree of filling of the conductive particles and the relatively large particle size of up to 300 ⁇ only with very poor flow properties (ie pasty or as a powder with a powdery in the initial state proportion of binder) can be produced. These materials can not be injected after heating and liquefaction like the usual materials.
  • the entire circuit carrier is often placed on an insulating and thermally highly conductive material. This substrate can then be in
  • the thermally conductive insulating material is z. B. as DCB (direct copper bonding) method by applying
  • Copper interconnects made on ceramic materials (eg, alumina). there the electrical conductor is connected in a thermal process with a thermally highly conductive ceramic in a sintering process, see. Michael Pecht, Handbook of Electronic Package Design, CRC Press, 1991. That is, the circuit carrier is no longer shrouded but the insulating side forms the outside of the housing.
  • ceramic materials eg, alumina
  • Substrates disseminated from the printed circuit board technology. These are created on a metal core by casting and screen printing technique with a highly filled mass. In both
  • IPM modules are manufactured by various manufacturers, and represent the known prior art.
  • the object of the claimed invention (s) is to reduce the number of process steps and to reduce the required use of materials.
  • Circuit carrier in a transfer molding process the process is extended so that a similar result is achieved cheaper and more reliable process (claim 1, 10).
  • the circuit carrier with the at least one component is preferably one
  • metallic leadframe (claim 8), as it is used today in almost all IC packages.
  • the leadframe has - since made of metal - a high thermal conductivity and is placed directly on the formed by screen printing or press-fitting first layer and adhesively bonded to this in the molding process.
  • the joint curing in a molding process under pressure and heat results in particularly good thermal conduction properties, which are in no way inferior to those of previously used techniques with injected ceramic substrates or IMS substrates, but cheaper and cheaper can be produced more reliable.
  • the second material forming the top layer may be transparent (claim 7, claim 17).
  • Possible materials for the first material are aluminum oxide powder or Keramit, AINi or diamonds.
  • the second material can come from the known transfer molding, z.
  • FIG. 1 shows an opening of a tool with upper tool half 5
  • thermally conductive compound 1 in viscous or viscous powder form by screen printing or dispensing and pressing shows the case of the screen printing method; Doctor blade 8 with a movement 8a in the arrow direction distributes the pasty or powdery material 1 with binder in the cavity 4a of the lower mold half 4 with a defined
  • Layer thickness d (outlined here in the screen printing process), where it forms a layer la with a defined layer thickness d by the screen printing process.
  • Figure 2a illustrates Fig. 2 from above with the doctor blade 8 in his
  • FIG. 3 shows the insertion of an assembly on a circuit carrier 6 (eg as
  • Figure 4 is a closing of the tool and injecting a low viscosity
  • Figure 5 is an opening of the tool 4,5 for removing the cured
  • Figures 6 illustrate the flow of Figure 2 in an upstream
  • FIGS. 7 illustrate the process with a stamp 13.
  • FIG. 8 illustrates an additional functional part 12.
  • the additional process step according to FIG. 2 allows thermally highly conductive masses, which preferably have the same chemical base for the reactive curing adhesive (resin) but can not be injected, with the proven method of FIG.
  • Another advantage is the easily controllable layer thickness d of the thermally conductive material 1 as layer la.
  • very low defined layer thicknesses 'd' can be achieved by screen printing or the defined dispensing and pressing.
  • the mass 1 in the introduced state la forms a buffer against the flow forces of the molding compound 2 and stabilizes the assembly against bending.
  • layer thicknesses of 0.1mm to 0.3mm or up to 500 ⁇ can be achieved to ensure sufficient electrical insulation.
  • controllable layer thickness d is possible.
  • process step 2 filling the lower cavity 4a of the tool 4 with thermally conductive compound
  • a "preform” eg of PTFE
  • circuit carrier lead frame with soldered semiconductors
  • the process is very advantageous in industrialization, since the molding machines are either additionally equipped with a small screen printing device (doctor blade 8 and a mask as in SMD soldering process), cf. Fig. 2, or the process step in an upstream machine in a z. B. deep-drawn shape can be done, see. Fig. 6.
  • a small screen printing device doctor blade 8 and a mask as in SMD soldering process
  • cf. Fig. 2 or the process step in an upstream machine in a z. B. deep-drawn shape can be done, see. Fig. 6.
  • the good thermally conductive and highly viscous mass 1 is introduced by screen printing in a recessed sheet 10 in a tool 4 as a layer la.
  • the mold is cured under pressure and heat in one process step.
  • the film carrier 10 also serves as a release agent to almost completely avoid tool wear. After hardening of the layers 2a, la, the leadframes are then punched out and the carrier foil 10 is peeled off.
  • the parting plane T of the mold 4.5 is shown, also with respect to the
  • Auxiliary level 10 ' The film 10 is inserted into the cavity 4a of the lower mold half 4 as a "recessed film". On the recessed in the cavity 4a film 10 is the first
  • Dispens and a mold (punch) are installed, which introduces the thermally conductive mass 1 in the tool-half 4.
  • the thermally conductive powder or the paste 1 is first pressed with a resin as a binder in a filled out by a film 10 form with the sketched on the left in Fig. 7 pressing tool 13.
  • the circuit carrier 6 is placed and both introduced together into the mold 4.5 and cured together under injection of the low-viscosity mass 2 under pressure and heat.
  • the pre ssvon (according to FIG. 7) is used, as well as viscous pasty masses with a liquid binder and powdery masses can be used.
  • the advantage of powdery materials is the high
  • the illustrated leadframe 6 as a circuit carrier can also be continuous or extend in size and extent beyond the dimension of the lower layer 1a.
  • the outer edge is then die-cut during the molding process or thereafter.
  • Components 7, 7 a which are applied to the one or more part carrier 6, are fastened to the circuit carrier by soldering or gluing.
  • One option is chip-on-chip mounting where the controls are mounted on the power semiconductor.
  • Part of the implementation examples is the introduction of one or more poorly flowing - so pasty or powdery - materials using a different method than in the molding process (RTM) is used.
  • RTM molding process
  • the injection of the mass 2 takes place in a liquid, low-viscous state.
  • Advantageous methods for introducing the first mass 1 are screen printing and pressing. This results in a hybrid process with two different methods for

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Abstract

In einem Transfermoldingverfahren werden zwei unterschiedlich thermisch leitfähige Materialien (1, 2) mittels reaktiver Bindemittel verbunden, wobei das erste Material (1) nicht einspritzfähig ist und vor dem Transfermolding-Prozess die nicht spritzfähige Schicht mit einem Anteil thermisch leitfähigen körnigem Material durch Siebdruck oder Einpressen in eine Form (4) eingebracht wird. Anschließend wird das Gehäuse samt elektronischer Baugruppe (6) insgesamt durch Transfermolding unter Druck gefüllt und beide Materialien (1, 2) werden gleichzeitig reaktiv ausgehärtet. Elektrisch isolierende und thermisch gut leitfähige Gehäuse für z. B. integrierte Powermodule und Leistungs-LED-Module werden so möglich.

Description

ELEKTRISCH ISOLIERENDES HARZ - GEHAUSE FÜR HALBLEITERBAUELEMENTE ODER BAUGRUPPEN UND HERSTELLUNGSVERFAHREN MIT EINEM MOLDPROZESS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 10 und eine Baugruppe nach Anspruch 1 ist beansprucht (thermoaktive Baugruppe), als Product by Process Claim.
Eine der wesentlichen Forderungen an verlustbehaftete elektronische Schaltungen ist eine Aufbau- und Verbindungstechnik, die sowohl die einzelnen Potentiale elektrisch isoliert wie auch eine gute Wärmeabfuhr erlaubt. Beispiele sind IPMs (integrated Power Modules), die eine wesentliche Rolle in der energieeffizienten Steuerung z. B. in der Antriebstechnik, in der Photovoltaik und Klimatechnik spielen, aber auch die LED-Technik für Beleuchtung hat ähnliche Anforderungen. Grundsätzlich ist das Prinzip bei allen Anforderungen, in denen elektrische Isolation wie auch gute Wärmeleitung gefordert sind, einsetzbar und vorteilhaft.
Seit Jahrzehnten hat sich das Transfermolding, auch als RTM (Resin Transfer Molding) bezeichnet, bei der Umhüllung elektronischer Schaltungen bewährt. Dabei wird aus einem Reservoir mit zunächst fester bzw. flüssiger Moldmasse eine Werkzeugkammer unter Druck und Wärme über Einspritzkanäle als flüssige Masse gefüllt. Die Moldmasse wird unter Wärmezufuhr ausgehärtet. Das Transfermolding ist bekannt und umfasst viele
Anwendungen in der Elektrotechnik von Lampensockeln (Bakelite) bis zum
Chip-Size-Package-Gehäuse für miniaturisierte Halbleiter. Heute werden sowohl kleinste wie große Halbleiter in RTM-Gehäusen, auch als Kunststoffgehäuse bezeichnet, hergestellt. Während sich bei vielen anderen Anwendungen zusehends thermoplastische Gehäuse durchgesetzt haben, ist in der Halbleiterindustrie das RTM-Verfahren Stand der Technik geblieben.
Der Vorteil des Transfermoldings gegenüber dem thermoplastischen Verspritzen ist die niedrige Viskosität der Moldmassen beim Einspritzen gegenüber den nicht reaktiven thermoplastischen Spritzverfahren. Dagegen muss bisher mit deutlich höheren
Werkzeughaltezeiten auf Grund der reaktiven Aushärtung gerechnet werden. Vorteilhaft sind insbesondere die mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen.
Die Moldmassen bestehen aus einem duroplastisch reaktiv aushärtenden Material welches z. B. Epoxid ist. Heute werden auch Silicon- oder Compound-Material als Moldmassen eingesetzt, besonders bei LEDs. Das Material wird häufig gefüllt, um den
Wärmeausdehnungskoeffizient an anderen Materialien anzupassen, oder mechanische und chemische Eigenschaften zu beeinflussen.
Derartige Duroplaste haben sehr gute Isolationseigenschaften, aber nur sehr eingeschränkte thermische Leitwerte. Typisch werden bei optimierten Materialien thermische Leitwerte von 2W/mK erreicht. Vergleicht man dies mit Aluminium und Kupfer, so fällt der Unterschied sofort auf (thermischer Leitwert von Kupfer beträgt in etwa 300W/mK.)
Aber auch einige Isolatoren haben teilweise gute thermische Leitwerte. Beispiele sind Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und insbesondere Diamant (2300W/mK). Die sehr guten Eigenschaften haben auch viele Forschungen auf dem Gebiet von Kohlenstoff-Nanopartikeln angeregt.
Diese festen Isolatoren können als Pulver nur mit einem schwachen Füllgrad in die
Moldmassen eingebaut werden, da dadurch die Fließeigenschaften nachteilig beeinträchtigt werden. Daher wird bei Halbleitermodulen, bei denen gute elektrische und thermische Isolation gefordert sind, das bekannte Transfermolden nur zur Teilumhüllung der Baugruppe eingesetzt. In pastösen und pulvrigen Massen lassen sich auch hohe Füllgrade >70% erreichen, wobei die thermischen Eigenschaften der Grundmaterialien (Aluminiumoxid, Diamant u.a.) weitgehend erhalten bleiben können. Durch geeignete Wahl der
Korngrößenverteilung kann der Füllgrad derartiger Massen auf >90% gesteigert werden und der Harzanteil (Bindemittel) gering gehalten werden.
Einer der wesentlichen Gründe für den Einsatz des Transfermoldings sind die sehr guten Fließeigenschaften der Vergussmassen, weswegen auch elektronische Bauelemente bisher nicht thermoplastisch umhüllt werden können. Die Rheologie im Transfermolding erreicht dagegen Fließeigenschaften der Moldmassen die teilweise besser (leichtflüssiger) als Wasser sind. Damit wird erreicht, dass die dünnen Bonddrähte beim Einspritzen der Moldmasse in das die Baugruppe enthaltene Werkzeug nicht abgerissen und verformt werden und sich die Schaltungsträger (Leadframe) nicht stark durchbiegen.
Dagegen sind thermisch hochleitfähige Massen mit sehr hohem Füllgrad der leitfähigen Partikel und durch die relativ große Partikelgröße von bis zu 300μιη nur mit sehr schlechten Fließeigenschaften (also pastös oder als Pulver mit einem im Ausgangszustand pulvrigen Anteil von Bindemittel) herstellbar. Diese Materialien lassen sich nicht nach Aufheizung und Verflüssigung wie die üblichen Materialien einspritzen.
Gute thermische Leitfähigkeit und gute Fließeigenschaften schließen sich bisher aus.
Um diese Nachteile zu umgehen, greift man bisher auf andere Techniken. Beispielsweise wird häufig in der Leistungselektronik der gesamte Schaltungsträger auf einem isolierenden und thermisch hochleitfähigen Material aufgesetzt. Dieses Substrat kann dann im
Transfermolding so umhüllt werden, dass die keramische Wärmeübertragungsfläche nach außen liegt und nicht umhüllt wird, vgl. JP 2007 165426. Das thermisch leitfähige isolierende Material wird z. B. als DCB (direct Copper Bonding) Verfahren durch Aufbringen von
Kupferleiterbahnen auf keramischen Materialien (z. B. Aluminiumoxid) hergestellt. Dabei wird die elektrische Leiterbahn in einem thermischen Prozess mit einer thermisch gut leitenden Keramik in einem Sinterprozess verbunden, vgl. Michael Pecht, Handbook of Electronic Package Design, CRC Press, 1991. Das heißt, der Schaltungsträger wird nicht mehr umhüllt sondern die isolierende Seite bildet die Außenseite des Gehäuses.
Als preisgünstige Alternative haben sich in den letzten Jahren IMS (Insulated Metal
Substrates) aus der Leiterplattentechnik verbreitet. Diese werden auf einem Metallkern durch Gieß- und Siebdrucktechnik mit einer hochgefüllten Masse erstellt. In beiden
Verfahren sind ausschließlich planare Baugruppen herstellbar. Diese können durch
Verschweißen oder Löten mit einem Leadframe und einem anschließenden Mold-Prozess zu einer Einheit verbunden werden. Derartige IPM-Module werden von diversen Herstellern hergestellt, und stellen den bekannten Stand der Technik dar.
Aufgabe der beanspruchten Erfindung(en) ist es, die Anzahl der Prozessschritte zu reduzieren und einen benötigten Materialeinsatz zu verringern.
Statt des bisher üblichen Einbettens von hochwärmeleitfähigen Substraten mit dem
Schaltungsträger in einem Transfermoldingprozess wird der Prozess so erweitert, dass ein ähnliches Ergebnis preiswerter und prozesssicherer erreicht wird (Anspruch 1, 10).
Dies wird gemäß Anspruch 1 dadurch erreicht, dass zusätzlich einfach zu integrierende Prozessschritte im Moldingprozess integriert werden, bei denen in zwei verschiedenen Prozessschritten in einem Moldingprozess zunächst die Materialien, die sich nicht einspritzen lassen - also hoch gefüllte wärmeleitfähige Materialien (Anspruch 1) - in einem Siebdruck oder Einpressschritt vor dem Molding in das Werkzeug eingebracht werden. Die entstehende Schicht ist pastös oder pulvrig, je nach verwendetem Bindemittel (Harz). Durch diese vorher gebildete Schicht wird zudem die Schichtdicke im Moldingprozess deutlich besser kontrollierbar, was die Planarität verbessert.
Es können so Schichtdicken zwischen 50μιη und 500μιη mit Dickenvarianzen im Bereich <20μιη reproduzierbar hergestellt werden.
Der Schaltungsträger mit dem zumindest einen Bauelement ist vorzugsweise ein
metallischer Leadframe (Anspruch 8), wie er heute in nahezu allen IC-Gehäusen eingesetzt wird. Der Leadframe hat - da aus Metall - eine hohe Wärmeleitfähigkeit und wird direkt auf die durch Siebdruck oder Einpressen gebildete erste Schicht aufgesetzt und mit dieser in dem Moldingprozess stoffschlüssig verklebt.
In einem weiteren Prozessschritt wird die Moldmasse, welche nach Erwärmung gute
Fließeigenschaften besitzt, durch heißes Einspritzen in ein (geschlossenes) Werkzeug wie beim Transfermolden üblich, in das Werkzeug eingespritzt. Damit wird die Baugruppe, die auf der ersten Schicht aus der ersten Masse aufliegt, zusammen mit der zweiten Moldmasse in einem Transfermolding zu einer Einheit verbunden.
Hierdurch ergibt sich ein Gehäuse für Halbleiter-Bauelemente und Module (IPM), welches Gehäuse durch die eingesetzten Massen (>3W/mK) eineseits eine sehr gute
Wärmeleitfähigkeit aufweist und andererseits in sehr dünnen Schichten hergestellt werden kann (herstellbar ist), was den Wärmewiderstand erheblich reduziert.
Durch die gemeinschaftliche Aushärtung in einem Moldingprozess unter Druck und Wärme (mehr als lObar entsprechend IMPa und mehr als 100°C) ergeben sich besonders gute Wärmeleiteigenschaften, die denen bisher eingesetzter Techniken mit eingespritzten keramischen Substraten oder IMS-Substraten in nichts nachstehen, jedoch preiswerter und prozesssicherer hergestellt werden können.
Für LEDs kann das zweite Material, welches die obere Lage/Schicht bildet, transparent sein (Anspruch 7, Anspruch 17).
Mögliche Materialien für das erste Material sind Aluminium Oxid Pulver oder Keramit, AINi oder Diamanten. Das zweite Material kann aus dem bekannten Transfermolding stammen, z. B. ein Epoxyd als 1K oder 2K Werkstoff.
Beispiele erläutern und ergänzen die beanspruchte Erfindung.
Folgende Komponenten oder Schritte sind in einem Beispiel eines Herstellungsverfahrens vorhanden, gleichermaßen für ein damit hergestelltes Produkt, welches auch unabhängig vom Herstellverfahren offenbart ist.
Figur 1 zeigt ein Öffnen eines Werkzeuges mit oberer Werkzeughälfte 5,
unterer Werkzeughälfte 4 und Form 3 der vorgesehenen Umhüllung.
Figur 2 mit Füllen der unteren Kavität 4a mit einem Material 1 als
wärmeleitfähige Masse 1 in zäh viskoser oder pulvriger Form mittels Siebdruck oder Dispensen und Einpressen. Die Fig. 2 zeigt den Fall des Siebdruckverfahrens; Rakel 8 mit einer Bewegung 8a in Pfeilrichtung verteilt das pastöse oder pulvrige Material 1 mit Bindemittel in der Kavität 4a der unteren Werkzeughälfte 4 mit einer definierten
Schichtdicke d (hier im Siebdruckverfahren skizziert), wo es durch den Siebdruckprozess eine Schicht la mit definierter Schichtdicke d bildet.
Figur 2a veranschaulicht Fig. 2 von oben mit dem Rakel 8 in seiner
Bewegungsrichtung 8a und einen Blick auf das untere Werkzeugteil 4 von oben (vom Werkzeugteil 5) her.
Figur 3 ist das Einlegen einer Baugruppe auf einem Schaltungsträger 6 (z. B. als
Leadframe) mit dem/den Leistungs-Halbleiter(n) 7 und
Steuerbaugruppe(n) 7a.
Figur 4 ist ein Schließen des Werkzeuges und Einspritzen einer niedrigviskosen
Moldmasse 2 in das Werkzeug 4,5, wo diese Masse die gesamte
restliche Kavität 5a als Schicht oder Lage 2a ausfüllt. Es erfolgt ein
Aushärten einer Baugruppe 9, bestehend aus der aus Material 1
gebildeten Schicht la, dem Material 2a und dem Schaltungsträger 6 unter Druck und Wärme.
Figur 5 ist ein Öffnen des Werkzeuges 4,5 zur Entnahme der ausgehärteten
Baugruppe 9.
Figuren 6 veranschaulichen den Ablauf von Figur 2 in einer vorgelagerten
Maschine.
Figuren 7 veranschaulichen den Vorgang mit einem Stempel 13.
Figur 8 veranschaulicht ein zusätzliches funktionales Teil 12. Durch den zusätzlichen Prozessschritt nach Fig. 2 lassen sich thermisch hoch-leitfähige Massen, die vorzugsweise die gleiche chemische Basis für den reaktiv aushärtenden Kleber (Resin) haben, aber sich nicht einspritzen lassen, mit dem bewährten Verfahren der
Umhüllung elektronischer Bauelemente und Baugruppen mittels Transfermolding kombinieren.
Ein weiterer Vorteil ist die gut kontrollierbare Schichtdicke d des thermisch leitfähigen Materials 1 als Schicht la. Hier lassen sich über Siebdruck oder das definiertes Dispensen und Verpressen sehr geringe definierte Schichtdicken 'd' erreichen. Gerade durch den bevorzugten hohen Anteil an festen Körnern bildet die Masse 1 im eingebrachten Zustand la einen Puffer gegen die Fließkräfte der Moldmasse 2 und stabilisiert die Baugruppe gegen Durchbiegen.
Bei den bekannten Durchschlagfestigkeiten der ausgehärteten Massen von typisch
>10kV/mm können Schichtdicken von 0,1mm bis 0,3mm oder bis 500μιη erreicht werden, um eine ausreichende elektrische Isolation zu gewährleisten.
Derart dünne Schichten la lassen sich auch nicht mit niedrig-viskosen Moldmassen erreichen, da beim Einspritzen ein Druck auf den Schaltungsträger erfolgt, der im Prozess zum Verbiegen des Schaltungsträgers 6 - und damit Undefinierten Abständen - führen kann. Durch die zähe, hochgefüllte Masse la in der unteren Werkzeughälfte wird die
Durchbiegung nahezu vollständig verhindert, wodurch eine bis auf wenige μιη
kontrollierbare Schichtdicke d möglich wird.
Werden besonders hohe Anforderungen gestellt, so kann man der der Masse 1 einen kleinen Anteil von Kugeln aus einem nichtleitenden Material (z. B. Glas) als Abstandshalter (Spacer) zufügen. Ähnliche Verfahren werden z. B. bei der Abstandsdefinition in LCD benutzt.
Bei besonders dünnen Schichten la wie sie hier eingesetzt werden, kann es sinnvoll sein, den Prozessschritt 2 (Füllen der unteren Kavität 4a des Werkzeuges 4 mit thermisch leitfähiger Masse) auch außerhalb in einer "Preform" (z. B. aus PTFE) durchzuführen und zusammen mit dem Schaltungsträger (Leadframe mit aufgelöteten Halbleitern) als Einheit in einen Standard-Moldprozess zu geben. Die Nutzung von dünnen PTFE-Filmen ist in der Molding-Industrie ein bekanntes Verfahren um insbesondere die Verformung und
Werkzeugabnutzung wesentlich zu reduzieren. Die Filme 10 werden anschließend abgezogen.
Das Verfahren ist sehr vorteilhaft in der Industrialisierung, da die Moldmaschinen entweder nur zusätzlich mit einer kleinen Siebdruckvorrichtung (Rakel 8 und einer Maske wie bei SMD-Lötprozess) zusätzlich ausgerüstet werden, vgl. Fig. 2, oder der Prozessschritt in einer vorgelagerten Maschine in einer z. B. tiefgezogenen Form erfolgen kann, vgl. Fig. 6. Dabei wird zunächst die gut thermisch leitfähige und hochviskose Masse 1 mittels Siebdruck in eine vertiefte Folie 10 in einem Werkzeug 4 als Schicht la eingebracht. Anschließend wird der Schaltungsträger 6 mit den Halbleitern 7,7a stoffschlüssig auf die Schicht la aufgelegt (und verklebt) und diese "Preform" in das Moldwerkzeug 4,5 eingebracht und in dem bekannten Moldprozess unter Druck und Wärme die niedrig-viskose zweite Masse 2 in das Werkzeug als obere Lage 2a in die obere Kavität 5a eingespritzt. Die Form wird unter Druck und Wärme in einem Prozessschritt ausgehärtet.
Der Filmträger 10 dient hierbei auch als Trennmittel um den Werkzeugverschleiß fast gänzlich zu vermeiden. Nach Aushärtung der Schichten 2a, la werden dann die Leadframes ausgestanzt und die Trägerfolie 10 abgezogen.
Die Trennebene T des Moldwerkzeugs 4,5 ist eingezeichnet, auch mit Bezug auf das
Unterwerkzeug (die untere Werkzeughälfte 4) in den Vorstufen weiter links, hier als
Hilfsebene 10'. Der Film 10 wird in die Kavität 4a der unteren Werkzeughälfte 4 als "vertiefte Folie" eingebracht. Auf die vertieft in der Kavität 4a liegende Folie 10 wird das erste
Material 1 zur Bildung der Schicht la aufgelegt (eingebracht).
Auch kann gemäß Fig. 7 mit geringem Aufwand in die bekannten Maschinen eine
Dispenseinrichtung und ein Formwerkzeug (Stempel) eingebaut werden, welches die thermisch leitfähige Masse 1 in die Werkzeug-Unterhälfte 4 einbringt. Dabei wird mit dem links in Fig. 7 skizzierten Presswerkzeug 13 zunächst das thermisch leitfähige Pulver oder die Paste 1 mit einem Harz als Bindemittel in eine durch eine Folie 10 ausgefüllte Form eingepresst. Anschließend wird der Schaltungsträger 6 aufgesetzt und beides zusammen in die Moldform 4,5 eingebracht und gemeinsam unter Einspritzen der niedrigviskosen Masse 2 unter Druck und Wärmezufuhr ausgehärtet.
Wird anstelle des Siebdruckverfahrens (nach Fig. 2) das Pre ssverfahren (nach Fig. 7) eingesetzt, so können neben viskosen pastösen Massen mit einem flüssigen Bindemittel auch pulvrige Massen eingesetzt werden. Der Vorteil pulvriger Massen ist die hohe
Lagerfähigkeit, da die Reaktion erst durch Temperatureintrag gestartet wird.
Durch diese Zusatzeinrichtungen werden die Kosten der Fertigung und Maschinen nur mäßig erhöht, die thermisch-elektrischen Eigenschaften aber um Größenordnungen verbessert.
Mit den beschriebenen Verfahren lassen sich damit auch noch weitere Schichten aufbringen die gegebenenfalls aus anderem Material 12a (z. B. metallischem Sinterpulver aus Messing, also elektrisch leitfähig) gebildet werden. Damit werden zusätzlich auch noch funktionale Teile, wie Kühlkörper 12 mit Boden 12a und Kühlrippen 12b, vgl. Fig. 8, oder
Befestigungsteile (z. B. für LED-Strahler) im Prozess integriert. Hierdurch kann ein hochautomatisierter Prozess wesentliche Kosten für weitere Montageschritte einsparen. Vorteile, auch noch funktionale Formen oder Teile anzubringen, sind die wesentlich verbesserten thermischen Kopplungen der Grenzschichten zwischen Schaltungsträger 6, der elektrisch isolierenden, thermisch leitfähigen Schicht 1 und dem Funktionselement 12, z. B. als ein Kühlkörper.
Der dargestellte Leadframe 6 als Schaltungsträger kann auch durchgehend sein oder in seiner Größe und Erstreckung über die Abmessung der unteren Schicht la hinausgehen. Der äußere Rand wird dann während des Moldprozesses oder danach abgestanzt. Die
Bauelemente 7,7a, die auf dem einen oder mehrteiligen Träger 6 aufgebracht sind, sind durch Löten oder Kleben am Schaltungsträger befestigt. Eine Option ist eine Chip-on-Chip- Montage, bei der die Steuerelemente auf dem Leistungs-Halbleiter aufgebracht sind.
Bestandteil der Realisierungsbeispiele ist die Einbringung eines oder mehrerer schlecht fließender - also pastöser oder pulvriger - Materialien mittels eines anderen Verfahrens als es bei dem Moldprozess (RTM) eingesetzt wird. Beim Standard-RTM-Verfahren erfolgt das Einspritzen der Masse 2 in einem flüssigen niedrig-viskosen Zustand.
Vorteilhafte Verfahren zur Einbringung der ersten Masse 1 sind Siebdruck und Einpressen. Hierdurch ergibt sich ein hybrides Verfahren mit zwei verschiedenen Verfahren zur
Einbringung zweier in den Eigenschaften unterschiedlicher Moldmassen, die in einem Vorgang gleichzeitig auf Endhärte ausgehärtet werden.

Claims

Ansprüche ...
1. Baugruppe mit einem Schaltungsträger (6) aus Metall, mit darauf aufgebrachtem
mindestens einen Halbleiterbauelement (7) und zwei verschiedenen Materialien (1;2), wobei beide Materialien einen Harzanteil beinhalten, welche Materialien zumindest im ausgehärteten Zustand elektrisch isolierend sind, wobei
das erste Material (1) nicht im Transfermoldingprozess
einspritzfähig ist aber in pastöser oder pulvriger Form
verarbeitbar ist und
das erste Material (1) in ein erstes Werkzeug (4,4a) als erste
Schicht (la) eingebracht wird;
der Schaltungsträger (6) stoffschlüssig auf die erste Schicht (la)
aufgebracht wird;
das zweite Material (2) in einem Transfermolding unter Druck
in das geschlossene Werkzeug (4,5) eingespritzt wird und eine
obere Lage (2a) bildet;
die elektronische Baugruppe (9) gemeinschaftlich in einem
Prozessschritt unter einem Druck größer lObar (1 MPa) und bei
einer Temperatur größer 100°C aushärtet.
2. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das erste Material (1) in einem ersten
Prozessabschnitt als pastöses oder pulverförmiges Material durch Siebdruck in eine Form (4a) eingebracht wird (8) und der Schaltungsträger (6) im Transfermolding mit dem zweiten Material (2) gleichzeitig die beiden Materialien (la,2a) unter Druck und Wärme verbindet und in einem reaktiven Prozess die Baugruppe (9) aushärtet.
3. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das erste Material (1) in einem ersten
Prozessabschnitt als pastöses oder pulverförmiges Material durch Einpressen (13) in eine Form (4a) eingebracht wird und der Schaltungsträger (6) im Transfermolding mit dem zweiten Material (2) gleichzeitig die beiden Materialien (la,2a) unter Druck und Wärme verbindet und in einem reaktiven Prozess aushärtet.
4. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei zumindest ein weiteres Material (12a) als erstes in eine Form gepresst wird, auf welches anschließend die thermisch leitfähige und isolierende Schicht (la) aufgebracht wird und anschließend alle Materialien (la,2a) unter Druck und Wärmeeinwirkung gemeinsam ausgehärtet werden.
5. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die thermisch leitfähige Schicht (la) eine
Schichtdicke (d) zwischen 50μιη und 500μιη aufweist.
6. Baugruppe nach Anspruch 1, 5 oder 4, bei der zur Stabilisierung eines Abstands kugelförmige isolierende Materialien mit definiertem Durchmesser in einem kleinen Gew. -Prozentsatz <S% der ersten Masse (1) als Spacer beigesetzt sind, womit eine definierte Schichtdicke (d) erreicht wird.
7. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der das zweite Material (2) transparent ist und der zumindest eine Halbleiter (7) eine LED ist.
8. Baugruppe nach Anspruch 1, bei welcher der Schaltungsträger (6) ein metallischer Leadframe mit aufgelöteten Leistungshalbleitern (7) und deren Steuerelemente (7a) in Chip-on-Chip-Technik auf den Leistungshalbleitern aufgebracht sind.
9. Baugruppe nach Anspruch 1, bei welcher die Baugruppe (9) eine thermisch aktive Baugruppe ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe aus einem Schaltungsträger (6) aus Metall mit darauf aufgebrachtem mindestens einen Halbleiterbauelement (7) und zwei verschiedenen Materialien (1;2), wobei beide Materialien einen Harzanteil beinhalten, welche Materialien zumindest im ausgehärteten Zustand elektrisch isolierend sind, mit den Schritten das erste Material (1), welches nicht im Transfermoldingprozess
einspritzfähig ist aber in einer pastösen oder pulverigen Form so
verarbeitet wird (13,8), dass das erste Material (1) in ein erstes
Werkzeug (4,4a) als erste Schicht (la) eingebracht wird und der
Schaltungsträger (6) stoffschlüssig auf die erste Schicht (la) aufgebracht wird;
das zweite Material (2) in einem Transfermolding unter Druck in ein
zweites Werkzeug (4,5) eingespritzt wird;
die elektronische Baugruppe (9) gemeinschaftlich in einem
Prozessschritt unter einem Druck größer lObar (1 MPa) und bei einer
Temperatur größer 100°C ausgehärtet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Transfermolding in einem geschlossenen Werkzeug aus Oberteil (5) und Unterteil (4) erfolgt und das Unterteil das erste Werkzeug (4,4a) ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das erste Material (1) in einem ersten Prozessabschnitt als pastöses oder pulverförmiges Material durch Siebdruck in eine Form (4a) des ersten Werkzeugs eingebracht wird (8) und der Schaltungsträger (6) anschließend im Transfermolding mit dem zweiten Material (2) gleichzeitig die beiden Materialien (la,2a) unter Druck und Wärme verbindet und in einem reaktiven Prozess aushärtet.
13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das erste Material (1) in einem ersten
Prozessabschnitt als pastöses oder pulverförmiges Material durch Einpressen (13) in eine Form (4a) des ersten Werkzeugs (4) eingebracht wird und der Schaltungsträger (6) anschließend im Transfermolding mit dem zweiten Material (2) gleichzeitig die beiden Materialien (la,2a) unter Druck und Wärme verbindet und in einem reaktiven Prozess aushärtet.
14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei zumindest ein weiteres Material (12a) als erstes in eine Form gepresst wird, auf welches anschließend die thermisch leitfähige und isolierende Schicht (la) aufgebracht wird und anschließend alle Materialien (la,2a) unter Druck und Wärmeeinwirkung gemeinsam ausgehärtet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die thermisch leitfähige Schicht (la) eine
Schichtdicke zwischen 50μιη und 500μιη erhält.
16. Verfahren nach Anspruch 10, 15 oder 14, bei der zur Stabilisierung eines Abstands (d) kugelförmige isolierende Materialien mit definiertem Durchmesser in einem kleinen Gew. -Prozentsatz <5% der ersten Masse (1) als Spacer beigesetzt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 10, bei der das zweite Material (2) transparent ist und die eine oder mehreren Halbleiter (7) LEDs sind.
18. Verfahren nach Anspruch 10, bei welcher der Schaltungsträger (6) ein metallischer Leadframe mit aufgelöteten Leistungshalbleitern und deren Steuerelemente (7a) in einer Chip-on-Chip-Technik auf den Leistungshalbleitern (7) aufgebracht sind.
* * * *
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