DE102014115815B4

DE102014115815B4 - Verfahren zur herstellung eines schaltungsträgers, verfahren zur herstellung einer halbleiteranordung, verfahren zum betrieb einer halbleiteranordnung und verfahren zur herstellung eines halbleitermoduls

Info

Publication number: DE102014115815B4
Application number: DE102014115815.6A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Thomas Hunger; Carsten Ehlers
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: DE102014115815A1; CN105575936A; US9651979B2; US20160132069A1; CN105575936B

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers mit den Schritten:Bereitstellen eines dielektrischen Isolationsträgers (20), auf den eine obere Metallisierungsschicht (21) aufgebracht ist, die einen Metallisierungsabschnitt (25) aufweist, wobei der Metallisierungsabschnitt (25) eine dem Isolationsträger (20) zugewandte Unterseite (25b) aufweist, eine dem Isolationsträger (20) abgewandte Oberseite (25t), sowie eine ringförmig geschlossene Seitenfläche (25s), die den Metallisierungsabschnitt (25) seitlich begrenzt und die sich durchgehend zwischen der Oberseite (25t) und der Unterseite (25b) erstreckt; undErzeugen einer dielektrischen Beschichtung (3), die auf der Seitenfläche (25s) und der Oberseite (25t) aufliegt und die sich durchgehend von der Seitenfläche (25s) bis auf die Oberseite (25t) erstreckt;wobei die Oberseite (25t) einen ersten zusammenhängenden Abschnitt (25m) aufweist, der von der Seitenfläche (25s) beabstandet ist und der nicht von der dielektrischen Beschichtung (3) bedeckt ist;wobei die dielektrische Beschichtung (3) dadurch erzeugt wird, dassein dielektrisches Material als geschlossene Schicht (3') auf den Metallisierungsabschnitt (25) aufgebracht und dabei stoffschlüssig mit diesem verbunden wird, und die geschlossene Schicht (3') geöffnet wird, so dass der zusammenhängende Abschnitt (25m) frei liegt;wobei das Öffnen der geschlossenen Schicht (3') durch Photostrukturierung erfolgt, indem- die geschlossene Schicht (3') als photopositive oder photonegative lichtempfindliche Schicht ausgebildet ist, die selektiv belichtet und danach im Bereich des zusammenhängenden Abschnitts (25m) geöffnet wird, während aus einem verbleibenden Teil der geschlossenen Schicht (3') die dielektrische Beschichtung (3) gebildet wird; oder- auf der geschlossenen Schicht (3') eine strukturierte Maske (8) erzeugt und die geschlossene Schicht (3') unter Verwendung der strukturierten Maske (8) derart strukturiert wird, dass sie im Bereich des zusammenhängenden Abschnitts (25m) geöffnet wird, während aus einem verbleibenden Teil der geschlossenen Schicht (3') die dielektrische Beschichtung (3) gebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Halbleiteranordnung und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls.
Mit Hilfe von Schaltungsträgern werden häufig elektrische Schaltungsanordnungen realisiert, bei deren Betrieb die Schaltungsträger hohen elektrischen Spannungen ausgesetzt sind. Hierbei kann es zu unerwünschten Spannungsüberschlägen oder Teilentladungen kommen.
Die EP 2 302 676 A1 beschreibt ein Aluminiumnitrid-Substrat, das mit einer Kupferschicht versehen ist. Die seitlichen Ränder der Kupferschicht werden in einem PECVD-Abscheideverfahren mit Siliziumnitrid-Schichten abgedeckt, die sich ausgehend von dem Aluminiumnitrid-Substrat bis auf die Oberseite der Kupferschicht erstrecken. Vor dem Abscheiden der Siliziumnitrid-Schichten werden diejenigen Bereiche der Kupferschicht, die mit Chips, Bonddrähten, Pins, Anschlüssen etc. versehen werden sollen, mit einer Maske abgedeckt, da auf diesen Bereichen kein Siliziumnitrid abgeschieden werden soll.
Die EP 0 921 565 A2 beschreibt ein Keramiksubstrat, das mit einer Kupferschicht versehen ist. Die seitlichen Ränder der Kupferschicht sind mit einem isolierenden Material wie Epoxid- oder Polyesterharz abgedeckt, das sich ausgehend von dem Keramiksubstrat bis auf die Oberseite der Kupferschicht erstreckt.
Die DE 101 30 517 A1 beschreibt ein Hochspannungsmodul mit einem Metall-Keramik-Substrat. An den Außenkanten des Metall-Keramik-Substrats weist das Hochspannungsmodul einen Verguss mit einem Gel auf, das schwach leitfähige Partikel enthält, oder Partikel, die eine höhere Dielektrizitätskonstante als das Gel aufweisen.
Die US 2005 / 0 150 683 A1 betrifft Trägersubstrate zur Verwendung beim Verpacken auf Waferebene (engl.: „waver level packaging“). Bei diesem Verfahren wird eine Leiterbahn, die an einem Pad endet, mit einer dielektrischen Schicht abgedeckt, die zumindest einen Teil des Pads frei lässt.
Die US 2007 / 0 243 404 A1 beschreibt ein Glas-Substrat, das stapelartig übereinander liegende Metallschichten aufweist. Auf das Glas-Substrat ist seitlich neben den übereinander liegenden Metallschichten eine isolierende Schicht aufgebracht, die die übereinander liegenden Metallschichten überragt und im Randbereich abdeckt. Oberhalb der Metallschichten weist die isolierende Öffnung auf, in deren Bereich die Metallschichten mit einem elektronischen Bauelement bestückt werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers bereitzustellen, der eine hohe Festigkeit gegenüber Spannungsüberschlägen und eine hohe Teilentladungsfestigkeit aufweist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung bereitzustellen, die eine hohe Festigkeit gegenüber Spannungsüberschlägen und eine hohe Teilentladungsfestigkeit aufweist. Noch eine andere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb einer Halbleiteranordnung bereitzustellen, bei dem allenfalls geringfügige Teilentladungen auftreten.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers gemäß Patentanspruch 1, durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Patentanspruch 9 bzw. durch ein Verfahren zum Betrieb einer Halbleiteranordnung gemäß Patentanspruch 12 bzw. durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers. Hierzu wird ein dielektrischer Isolationsträger bereitgestellt, auf den eine obere Metallisierungsschicht aufgebracht ist, welche einen Metallisierungsabschnitt enthält. Der Metallisierungsabschnitt weist eine dem Isolationsträger zugewandte Unterseite auf, eine dem Isolationsträger abgewandte Oberseite, sowie eine ringförmig geschlossene Seitenfläche, die den Metallisierungsabschnitt seitlich begrenzt und die sich durchgehend zwischen der Oberseite und der Unterseite erstreckt. Weiterhin wird eine dielektrische Beschichtung erzeugt, die auf der Seitenfläche und der Oberseite aufliegt und die sich durchgehend von der Seitenfläche bis auf die Oberseite erstreckt. Die Oberseite weist einen ersten zusammenhängenden Abschnitt auf, der von der Seitenfläche beabstandet ist und der nicht von der dielektrischen Beschichtung bedeckt ist. Die die dielektrische Beschichtung wird dadurch erzeugt, dass ein dielektrisches Material als geschlossene Schicht auf den Metallisierungsabschnitt aufgebracht und dabei stoffschlüssig mit diesem verbunden und die geschlossene Schicht geöffnet wird, so dass der zusammenhängende Abschnitt frei liegt. Das Öffnen der geschlossenen Schicht erfolgt durch Photostrukturierung, indem die geschlossene Schicht als photopositive oder photonegative lichtempfindliche Schicht ausgebildet ist, die selektiv belichtet und danach im Bereich des zusammenhängenden Abschnitts geöffnet wird, während aus einem verbleibenden Teil der geschlossenen Schicht die dielektrische Beschichtung gebildet wird, oder indem auf der geschlossenen Schicht eine strukturierte Maske erzeugt und die geschlossenen Schicht unter Verwendung der strukturierten Maske derart strukturiert wird, dass sie im Bereich des zusammenhängenden Abschnitts geöffnet wird, während aus einem verbleibenden Teil der geschlossenen Schicht die dielektrische Beschichtung gebildet wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt lässt sich mit einem Schaltungsträger, der gemäß dem ersten Aspekt hergestellt ist, eine Halbleiteranordnung erzeugen. Hierzu wird ein Halbleiterbauteil bereitgestellt, das eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist. Der zusammenhängende Abschnitt wird mit dem Halbleiterbauteil bestückt, indem das Halbleiterbauteil an der zweiten Elektrode mittels einer Verbindungsschicht stoffschlüssig mit dem zusammenhängenden Abschnitt verbunden wird.
Gemäß einem dritten Aspekt wird zum Betrieb einer gemäß dem zweiten Aspekt hergestellten Halbleiteranordnung eine elektrische Spannung von wenigstens 10 V zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angelegt.
Gemäß einem vierten Aspekt wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls eine Halbeiteranordnung mit einem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt hergestellt. Außerdem wird ein Modulgehäuses bereitgestellt. Die Halbleiteranordnung wird mit dem Modulgehäuse verbunden. Nachfolgend wird eine dielektrische Vergussmasse, die optional eine kleinere Dielektrizitätskonstante und/oder eine kleinere Durchbruchfeldstärke aufweist als die dielektrische Beschichtung, so in das Modulgehäuse eingefüllt, dass die dielektrische Vergussmasse die dielektrische Beschichtung kontaktiert.
Diese sowie weitere Aspekte der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:

1 einen Querschnitt durch einen Schaltungsträger.
2 eine Draufsicht auf den Schaltungsträger gemäß 1.
3 einen Querschnitt durch den Schaltungsträger gemäß 1 nach dem Aufbringen einer dielektrischen Beschichtung.
4 eine Draufsicht auf den mit der dielektrischen Beschichtung versehenen Schaltungsträger gemäß 3.
5 einen Querschnitt durch den mit der dielektrischen Beschichtung versehenen und mit einem Halbleiterchip bestückten Schaltungsträger gemäß 3.
6 eine Draufsicht auf den mit der dielektrischen Beschichtung versehenen und mit einem Halbleiterchip bestückten Schaltungsträger gemäß 5.
7 einen Schritt während eines ersten Verfahrens zur Herstellung eines mit einer dielektrischen Beschichtung versehenen Schaltungsträgers.
8 einen Schritt während eines zweiten Verfahrens zur Herstellung eines mit einer dielektrischen Beschichtung versehenen Schaltungsträgers.
9 einen Schritt während eines dritten Verfahrens zur Herstellung eines mit einer dielektrischen Beschichtung versehenen Schaltungsträgers.
10 bis 12 verschiedene Schritte während noch eines vierten Verfahrens zur Herstellung eines mit einer dielektrischen Beschichtung versehenen Schaltungsträgers.
13 einen Querschnitt einen mit einer dielektrischen Beschichtung versehenen und mit einem Halbleiterchip bestückten Schaltungsträger.
14 eine Draufsicht auf den mit der dielektrischen Beschichtung versehenen und mit einem Halbleiterchip bestückten Schaltungsträger gemäß 13.
15 eine Draufsicht auf einen einer dielektrischen Beschichtung versehenen und mit einem Halbleiterchip bestückten Schaltungsträger, bei dem die dielektrische Beschichtung einen Steg aufweist, der einen zusammenhängenden Oberflächenabschnitt eines Metallisierungsabschnitts unterteilt.
16 einen mit einer dielektrischen Beschichtung versehenen und mit einem Halbleiterchip bestückten Schaltungsträger bei angelegter Spannung.
17 einen Querschnitt durch einen gemäß 5 ausgebildeten Schaltungsträger, bei dem die dielektrische Beschichtung bis zum seitlichen Rand des Isolationsträgers reicht.
18 eine Draufsicht auf den mit der dielektrischen Beschichtung versehenen und mit einem Halbleiterchip bestückten Schaltungsträger gemäß 17.
19 einen Querschnitt durch einen mit einer dielektrischen Beschichtung versehenen, bestückten Schaltungsträger, bei dem die dielektrische Beschichtung einen Steg aufweist, der auf einem Metallisierungsabschnitt aufliegt und auf diesem zwei Kontaktflächen des Metallisierungsabschnitts separiert.
20 eine Draufsicht auf den Schaltungsträger gemäß 19.
21 einen Querschnitt durch ein Halbleitermodul, in dem ein bestückter Schaltungsträger verbaut ist.

Die Darstellung in den Figuren ist nicht maßstäblich. Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
1 zeigt einen Querschnitt durch einen Schaltungsträger 2, und 2 eine Draufsicht. Die Schnittebene E1-E1 der Ansicht gemäß 1 ist in 2 dargestellt. Der Schaltungsträger 2 weist einen dielektrischen Isolationsträger 20 mit einer Oberseite 20t auf, auf die eine obere Metallisierungsschicht 21 aufgebracht ist, sowie eine optionale untere Metallisierungsschicht 22, die auf eine der Oberseite 20t abgewandte Unterseite 20b des dielektrischen Isolationsträgers 20 aufgebracht ist. Sofern eine obere und eine untere Metallisierungsschicht 21, 22 vorhanden sind, können sich diese also auf einander entgegengesetzten Seiten des Isolationsträgers 20 befinden. Die obere Metallisierungsschicht 21 kann bei Bedarf strukturiert sein, so dass sie Leiterbahnen aufweist, die beispielsweise zur elektrischen Verschaltung und/oder zur Chipmontage genutzt werden können. Der dielektrische Isolationsträger 20 kann dazu verwendet werden, die obere Metallisierungsschicht 21 und die untere Metallisierungsschicht 22 elektrisch voneinander zu isolieren. In jedem Fall weist die obere Metallisierungsschicht 21 zumindest einen zusammenhängenden Metallisierungsabschnitt 25 auf. Bei dem gezeigten Beispiel sind mehrere solcher Metallisierungsabschnitte 25 vorhanden, die voneinander beabstandet sind.
Bei dem Schaltungsträger 2 kann es sich um ein Keramiksubstrat handeln, bei dem der Isolationsträger 20 als dünne Schicht ausgebildet ist, die Keramik aufweist oder aus Keramik besteht. Als Materialien für die obere Metallisierungsschicht 21 und, soweit vorhanden, die untere Metallisierungsschicht 22 eignen sich elektrisch gut leitende Metalle wie beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen, aber auch beliebige andere Metalle oder Legierungen. Sofern der Isolationsträger 20 Keramik aufweist oder aus Keramik besteht, kann es sich bei der Keramik beispielsweise um Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) oder Zirkoniumoxid (ZrO₂) handeln, oder um eine Mischkeramik, die neben zumindest einem der genannten Keramikmaterialien noch wenigstens ein weiteres, von diesem verschiedenes Keramikmaterial aufweist. Zum Beispiel kann ein Schaltungsträger 2 als DCB-Substrat (DCB = Direct Copper Bonding), als DAB-Substrat (DAB = Direct Aluminum Bonding), als AMB-Substrat (AMB = Active Metal Brazing) oder als IMS-Substrat (IMS = Insulated Metal Substrate) ausgebildet sein. Die obere Metallisierungsschicht 21 und, soweit vorhanden, die untere Metallisierungsschicht 22 können, unabhängig voneinander, jeweils eine Dicke im Bereich von 0,05 mm bis 2,5 mm aufweisen. Die Dicke des Isolationsträgers 20 kann z. B. im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm liegen. Größere oder kleinere als die angegebenen Dicken sind jedoch ebenfalls möglich.
Wie sich aus der Zusammenschau der 1 und 2 ergibt, weist ein jeder zusammenhängende Metallisierungsabschnitt 25 eine dem Isolationsträger 20 zugewandte Unterseite 25b auf, eine dem Isolationsträger 20 abgewandte Oberseite 25t, und eine ringförmig geschlossene Seitenfläche 25s. Die ringförmig geschlossene Seitenfläche 25s begrenzt den Metallisierungsabschnitt 25 seitlich und sie erstreckt sich durchgehend zwischen der Oberseite 25t und der Unterseite. Zwischen der Oberseite 25t und der Seitenfläche 25s ist eine ringförmig geschlossene Kante 25k ausgebildet.
Um beim späteren Betrieb die Neigung zu Spannungsüberschlägen und Teilentladungen im Bereich der Kante 25k zu verringern, wird auf dem Metallisierungsabschnitt 25 jeweils eine feste dielektrische Beschichtung 3 erzeugt, die auf der Seitenfläche 25s und der Oberseite 25t aufliegt und die sich durchgehend von der Seitenfläche 25s bis auf die Oberseite 25t erstreckt, was unten in 3 im Querschnitt sowie in 4 in Draufsicht gezeigt ist. Anders ausgedrückt verläuft die dielektrische Beschichtung 3 des Metallisierungsabschnitts 25 um die Kante 25k herum. In 4 ist der Verlauf der durch die dielektrische Beschichtung 3 verdeckten Kanten 25k gestrichelt dargestellt. Optional kann die dielektrische Beschichtung 3 die Kante 25k eines Metallisierungsabschnitts 25 über deren gesamte Länge umgreifen. Alternativ kann die Kante 25k aber auch abschnittweise nicht von der dielektrischen Beschichtung 3 bedeckt sein, beispielsweise in Abschnitten, in denen beim späteren Betrieb keine allzu hohen elektrischen Feldstärken und damit keine Spannungsüberschläge und Teilentladungen zu erwarten sind. Ebenfalls optional kann die dielektrische Beschichtung 3 die Seitenfläche 25s eines Metallisierungsabschnitts 25 vollständig bedecken.
Wie 4 außerdem zu entnehmen ist, kann die Oberseite 25t eines Metallisierungsabschnitts 25 einen zusammenhängenden Abschnitt 25m aufweisen, der von der Seitenfläche 25s beabstandet ist und der nicht von der dielektrischen Beschichtung 3 bedeckt ist. Optional kann ein zusammenhängender Abschnitt 25m ringförmig von einem auf der Oberseite 25t angeordneten Abschnitt 25r der dielektrischen Beschichtung 3 umschlossen sein.
Im Bereich eines zusammenhängenden Abschnitts 25m kann der betreffende Metallisierungsabschnitt 25 frei liegen und jeweils mit einem oder mehreren elektronischen Bauteilen bestückt werden. Als Beispiel hierfür sind in 3 zwei bereitgestellte elektronische Bauteile 1 gezeigt, die mittels eines Verbindungsmittels 4 jeweils im Bereich eines zusammenhängenden Abschnitts 25m mit einem Metallisierungsabschnitt 25 verbunden werden sollen.
Grundsätzlich können beliebige elektronische Bauteile 1 verwendet werden. Insbesondere kann ein solches elektronisches Bauteil 1 ein beliebiges aktives oder passives Bauelement enthalten. Auch ist es möglich, dass in einem elektronischen Bauteil 1 ein oder mehrere aktive elektronische Bauelemente und ein oder mehrere passive elektronische Bauelemente miteinander integriert sind. Jedes elektronische Bauteil 1 weist eine erste Elektrode 11 und mindestens eine zweite Elektrode 12 auf.
Beispielsweise kann ein elektronisches Bauteil 1 als Halbleiterchip ausgebildet sein und einen Halbleiterkörper 10 aufweisen. Bei den Elektroden 11 und 12 kann es sich dann jeweils um eine Chipmetallisierung handeln, die auf den Halbleiterkörper 10 aufgebracht ist.
Ein optionales Bauteil 1 kann zum Beispiel eine Diode enthalten, oder einen steuerbaren Halbleiterschalter, der über einen Steuereingang (z. B. einen Gate- oder Basiseingang 13, wie er später in 6 gezeigt ist) angesteuert werden kann, beispielsweise einen MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), einen Thyristor, einen JFET (Junction Field Effect Transistor), einen HEMT (High Electron Mobility Transistor). Bei der ersten Elektrode 11 und der zweite Elektrode 12 eines Bauteils 1 kann es sich zum Beispiel um Anode bzw. Kathode, um Kathode bzw. Anode, um Source bzw. Drain, um Drain bzw. Source, um Emitter bzw. Kollektor oder um Kollektor bzw. Emitter des betreffenden Bauelements handeln.
Um ein elektrisches Bauteil 1 auf einem zusammenhängenden Abschnitt 25m zu montieren, wird jeweils ein in 3 schematisch dargestelltes Verbindungsmittel 4' verwendet, das zwischen dem zusammenhängenden Abschnitt 25m und dem darauf zu montierenden Bauteil 1 angeordnet wird. Aus dem Verbindungsmittel 4' entsteht während des Bestückens eine Verbindungsschicht 4, die das Bauteil 1 fest und stoffschlüssig mit dem zusammenhängenden Abschnitt 25m verbindet, was im Ergebnis in 5 im Querschnitt und in 6 in Draufsicht gezeigt ist.
Optional kann eine beliebige Elektrode des elektrischen Bauteils 1, in dem gezeigten Beispiel ist dies die zweite Elektrode 12, durch die Verbindungsschicht 4 elektrisch leitend mit einem Metallisierungsabschnitt 25 verbunden sein. In diesem Fall ist die Verbindungsschicht 4 elektrisch leitend und grenzt außerdem sowohl an die betreffende Elektrode (hier: die zweite Elektrode 12) als auch an den zusammenhängenden Abschnitt 25m des betreffenden Metallisierungsabschnitts 25 an.
Sofern als Verbindungsmittel 4' ein Lot verwendet wird, kann die dielektrische Beschichtung 3 auch als Lötstopp eingesetzt werden. Hierbei kann das Lot 4', wenn es während der Montage des elektrischen Bauteils 1 auf dem zusammenhängenden Abschnitt 25m aufgeschmolzen wird, im flüssigen Zustand und später auch im erstarrten Zustand bis an die dielektrische Beschichtung 3 heranreichen. Entsprechend kann auch bei der fertigen Halbleiteranordnung eine als Lotschicht ausgebildete, feste Verbindungsschicht 4 bis an die dielektrische Beschichtung 3 heranreichen.
Wie der Draufsicht gemäß 6 zu entnehmen ist, kann ein Bauteil 1, das ein steuerbares Bauelement, beispielsweise einen steuerbaren Halbleiterschalter, enthält, eine Steuerelektrode 13 aufweisen. Wie 6 ebenfalls zu entnehmen ist, kann die obere Metallisierungsschicht 21 eines Schaltungsträger 2 auch Metallisierungen 25 aufweisen, deren Kanten 25k wie erläutert - vollständig oder abschnittweise - von der dielektrischen Beschichtung 3 bedeckt sind, ohne dass die betreffende Metallisierung 25 bzw. ein zusammenhängender Abschnitt 25m dieser Metallisierung 25 mit einem aktiven oder passiven elektronischen Bauteil bestückt ist. Eine solche Metallisierung 25 kann beispielsweise als Leiterbahn verwendet werden, an die ein elektrischer Leiter durch Drahtbonden, Löten, Schweißen, Kleben oder Sintern angeschlossen ist. In diesem Zusammenhang wird ein elektrischer Leiter nicht als „elektrisches Bauelement“ verstanden.
Nachfolgend wird anhand verschiedener Beispiele erläutert, wie ein Schaltungsträger 2 mit einer dielektrischen Beschichtung 3 versehen werden kann, insbesondere mit einer dielektrischen Beschichtung 3, die die vorangehend erläuterten strukturellen Eigenschaften aufweist. In jedem Fall wird die dielektrische Beschichtung 3 dadurch erzeugt, dass ein dielektrisches Material zumindest teilweise auf einen Metallisierungsabschnitt 25 aufgebracht und dabei stoffschlüssig und fest mit diesem verbunden wird.
Gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Variante wird ein Vorprodukt 3" der dielektrischen Beschichtung 3, beispielsweise eine Paste, unter Verwendung eine Schablone 9 bzw. eines Siebes auf den Schaltungsträger 2 aufgebracht. Die Schablone 9 bzw. das Sieb ist so ausgestaltet, dass sie oberhalb der Kanten 25k, die durch eine dielektrische Beschichtung 3 geschützt werden soll, eine oder mehrere Öffnungen aufweist, so dass das durch die Öffnungen hindurch auf den Schaltungsträger 2 aufgebrachte Vorprodukt 3" die Kante 25k überdeckt. Demgegenüber können zusammenhängende Abschnitte 25m, die später mit einem elektrischen Bauelement 1 bestückt und/oder durch einen elektrischen Leiter kontaktiert werden sollen, durch die Schablone 9 oder das Sieb abgedeckt werden, so dass auf den Abschnitten 25m kein Auftrag des Vorproduktes 3" auf dem Schaltungsträger 2 erfolgt. Das aufgetragene Vorprodukt 3" kann dann ausgehärtet werden und - zuvor oder danach - kann die Schablone 9 oder das Sieb entfernt werden. Im Ergebnis bildet das Vorprodukt 3" nach dem Aushärten die dielektrische Beschichtung 3.
Durch die Verwendung einer Schablone 9 oder eines Siebs wird die dielektrische Beschichtung 3 dadurch erzeugt, dass ein dielektrisches Material, also das Vorprodukt 3", auf den Metallisierungsabschnitt 25 aufgebracht und dabei stoffschlüssig mit diesem verbunden wird. Das Aufbringen kann dabei so erfolgen, dass der zusammenhängende Abschnitt 25m während des Aufbringens des dielektrischen Materials nicht mit einem Material bedeckt ist, das identisch ist mit dem dielektrischen Material des Vorprodukts 3".
Wie in 7 gezeigt ist, kann es sich bei dem Vorprodukt 3" um eine Paste handeln, die mittels eines Rakels 40 über die Schablone 9 bzw. das Sieb gezogen und dabei in die Öffnungen der Schablone 9 bzw. des Siebs gepresst wird (Schablonen- bzw. Siebdruck).
Grundsätzlich kann ein Vorprodukt 3" jedoch auch mit beliebigen anderen Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD = Physical Vapor Deposition), mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD = Chemical Vapor Deposition), mittels Aufsprühen, durch Rotationsbeschichten („spin coating“ oder „spin-on“), oder mittels Tauchen.
Anstelle als Paste kann ein Vorprodukt 3" auch als Flüssigkeit auf den Schaltungsträger 2 aufgebracht oder aus der Gasphase auf diesem abgeschieden werden. Ebenso ist es möglich, als Vorprodukt 3" eine gestanzte Folie zu verwenden, die dann auf den Schaltungsträger 2 aufgelegt und beispielsweise thermisch erweicht wird, so dass sie sich um die Kante 25k herum an den Metallisierungsabschnitt 25 anlegt und nach dem anschließenden Abkühlen verfestigt und dabei fest und stoffschlüssig mit dem Metallisierungsabschnitt 25 verbindet.
Erfindungsgemäß wird die dielektrische Beschichtung 3 dadurch erzeugt, dass zunächst ein dielektrisches Material als geschlossene Schicht 3' auf den Metallisierungsabschnitt 25 aufgebracht und dabei stoffschlüssig mit diesem verbunden wird. Der Metallisierungsabschnitt 25 kann dabei vollständig von der geschlossenen Schicht 3' überdeckt sein. Danach wird die geschlossene Schicht 3' im Bereich des zusammenhängenden Abschnitts 25m geöffnet, so dass der zusammenhängende Abschnitt 25m frei liegt. Der dann frei liegende zusammenhängende Abschnitt 25m kann optional mit einem oder mehreren elektrischen Bauteilen 1 bestückt und/oder mittels eines elektrischen Leiters elektrisch angeschlossen werden.
Bei den Beispielen gemäß den 8 und 9 ist die geschlossene Schicht 3' als photosensitive Schicht ausgebildet und kann somit photolithographisch strukturiert werden. Das hierbei zur Belichtung verwendete Licht ist jeweils durch eine Vielzahl von Pfeilen schematisch dargestellt.
Bei dem Beispiel gemäß 8 ist die geschlossene Schicht 3' als photopositive Schicht ausgebildet, bei der die nach dem Aufbringen auf den Schaltungsträger 2 bereits verfestigte geschlossene Schicht 3' selektiv belichtet und in den belichteten Bereichen mittels eines Entwicklers entfernt und damit geöffnet wird, während die unbelichteten Reste der geschlossenen Schicht 3' auf dem Schaltungsträger 2 zurückbleiben. Die unbelichteten Reste können dann die dielektrische Beschichtung 3 bilden, oder die dielektrische Beschichtung 3 wird aus den unbelichteten Resten hergestellt. Als geeignetes Material für eine photopositive Schicht eignen sich beispielsweise herkömmliche Photopositiv-Lacke, wie sie in der elektronischen Fertigungstechnik, beispielsweise bei der Herstellung von Leiterplatten oder Halbleiterbauelementen, eingesetzt werden.
Bei dem Beispiel gemäß 9 ist die geschlossene Schicht 3' als photonegative Schicht ausgebildet, die nach dem Aufbringen auf den Schaltungsträger 2 selektiv belichtet wird. Hierbei polymerisiert das Material der geschlossenen Schicht 3' in den belichteten Bereichen und verbindet sich fest mit dem Schaltungsträger 2. Beim nachfolgenden Entwickeln werden die unbelichteten Reste der geschlossenen Schicht 3' entfernt und die geschlossene Schicht 3' dadurch geöffnet. Das polymerisierte Material kann dann die dielektrische Beschichtung 3 bilden, oder die dielektrische Beschichtung 3 wird aus dem polymerisierten Material hergestellt. Als geeignetes Material für eine photonegative Schicht eignen sich beispielsweise herkömmliche Photonegativ-Lacke, wie sie in der elektronischen Fertigungstechnik, beispielsweise bei der Herstellung von Leiterplatten oder Halbleiterbauelementen, eingesetzt werden.
Das selektive Belichten kann auf beliebige Weise erfolgen, zum Beispiel unter Verwendung einer geeignet strukturierten Maske 5 (8) oder 6 (9). Da die geschlossene Schicht 3' bei dem Beispiel gemäß 8 photopositiv ist und ihre belichteten Teile später entfernt werden, ist die Maske 5 oberhalb der späteren zusammenhängenden Abschnitte 25m, also oberhalb der zu öffnenden Bereiche, ebenfalls geöffnet. Demgegenüber ist die Maske 6 gemäß 9 oberhalb der späteren zusammenhängenden Abschnitte 25m, also oberhalb der zu öffnenden Bereiche, geschlossen, da die geschlossene Schicht 3' bei dem Beispiel gemäß 9 photonegativ ist und ihre unbelichteten Teile später entfernt werden.
Die Masken 5 bzw. 6 können wie dargestellt vom Schaltungsträger 2 und der geschlossenen Schicht 3' beabstandet sein, alternativ aber auch auf dieser aufliegen oder mittels einer Optik projiziert werden.
Im Ergebnis liegt jeweils ein mit einer dielektrischen Beschichtung 3 versehener Schaltungsträger 2 vor, wie er unter Bezugnahme auf die vorangehenden Figuren erläutert bzw. nachfolgend bestückt wurde.
Gemäß einem weiteren, anhand der 10 bis 12 erläuterten Beispiel kann auf der geschlossenen Schicht 3' auch eine strukturierte Ätzmaske 8 erzeugt werden. Hierzu wird auf die dem Schaltungsträger 2 abgewandte Seite der geschlossenen Schicht 3' eine Photoresistschicht 8' aufgebracht und, beispielsweise mittels einer strukturierten Maske 7, selektiv belichtet. Die Photoresistschicht 8' kann - wie dargestellt - photopositiv sein, alternativ auch photonegativ. Als Materialien zur Herstellung der Photoresistschicht 8' eignen sich wiederum die bereits genannten Photonegativ-Lacke oder Photopositiv-Lacke.
In jedem Fall ist die Maske 7 so strukturiert, dass die Photoresistschicht 8' nach dem Belichten und dem nachfolgenden Entwickeln oberhalb der zu öffnenden Abschnitte der geschlossenen Schicht 3', also oberhalb der späteren zusammenhängenden Abschnitte 25m, geöffnet ist. 11 zeigt die Anordnung mit der geöffneten Photoresistschicht 8', die die Photomaske 8 bildet.
Nun kann die geschlossenen Schicht 3' mittels eines Ätzprozesses, bei dem die geöffnete Photomaske 8 als Ätzmaske verwendet wird, oberhalb der späteren zusammenhängenden Abschnitte 25m geöffnet werden. Als Ätzverfahren eignen sich prinzipiell sowohl isotrope als auch anisotrope Ätzverfahren, und zwar Nassätzverfahren ebenso wie Trockenätzverfahren. Anders als bei isotropen Ätzverfahren lassen sich mit anisotropen Ätzverfahren Unterätzungen im Randbereich der Ätzmaske weitgehend vermeiden.
Optional kann das verwendete Ätzmittel 30 so gewählt werden, dass die Ätzung der geschlossenen Schicht 3' selektiv gegenüber der oberen Metallisierungsschicht 21 und optional auch selektiv gegenüber der unteren Metallisierungsschicht 22 erfolgt. Dies ist der Fall, wenn das Ätzmittel 30 zwar die geschlossene Schicht 3' angreift, aber nicht oder zumindest nicht wesentlich die obere Metallisierungsschicht 21 und (soweit vorhanden) die untere Metallisierungsschicht 22. Falls die Ätzung nicht selektiv erfolgt und eine untere Metallisierungsschicht 22 vorhanden ist, kann es sinnvoll sein, diese mit einer Schutzbeschichtung zu versehen und so vor einer Beschädigung durch das Ätzmittel 30 zu schützen.
Während die dielektrische Beschichtung 3 bei den bisherigen Beispielen als zusammenhängende strukturierte Schicht ausgebildet war, zeigt 13 im Querschnitt und 14 in Draufsicht, dass eine dielektrische Beschichtung 3 auch zwei oder mehr voneinander beabstandete Abschnitte aufweisen kann. 13 zeigt einen Schnitt durch die in 14 dargestellte Schnittebene E2-E2. Wie insbesondere in 14 gut zu erkennen ist, sind die einzelnen Abschnitte der der dielektrischen Beschichtung 3 jeweils als geschlossener Ring ausgebildet, der eine ringförmig geschlossene Kante 25k genau eines der Metallisierungsabschnitte 25 vollständig überdeckt, sowie optional auch die Seitenfläche 25s des betreffenden Metallisierungsabschnitts 25.
Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann sich die dielektrische Beschichtung 3 auch bis zum seitlichen Rand des Isolationsträgers 20 bzw. dessen Oberseite 20t erstrecken.
Wie vorangehend gezeigt wurde, kann ein Metallisierungsabschnitt 25 während des Aufbringens der dielektrischen Beschichtung 3 auf den Schaltungsträger 2 vollständig unbestückt sein, insbesondere nicht mit einem elektronischen Bauteil bestückt sein. Optional kann er aber nach dem Erzeugen der dielektrischen Beschichtung 3 in seinem zusammenhängenden Abschnitt 25m mit einem oder mehreren elektrischen Bauteilen 1 wie erläutert bestückt werden.
Unabhängig vom Verfahren ihrer Herstellung kann die fertiggestellte dielektrische Beschichtung 3 grundsätzlich aus einem beliebigen dielektrischen Material bestehen oder ein beliebiges dielektrisches Material aufweisen (soweit das betreffende Herstellungsverfahren nicht bestimmte Materialien ausschließt). Das dielektrische Material kann organisch oder anorganisch sein. Geeignete organische dielektrische Materialien sind beispielsweise Polyimide, Epoxide, Pyrylene, Benzocyclobutene (BCBs), aromatische Polyether, Polyaryle, Fluorpolymere, etc. Geeignete anorganische dielektrische Materialien sind beispielsweise Keramiken, Nicht-Keramiken, amorphes Siliziumdioxid, amorpher Kohlenstoff (DLC = Diamond-Like Carbon), etc. Ebenso kann das dielektrische Material ein Hybrid mit eine organischen und einem anorganischen Material sein, beispielsweis ein Silikon, z.B. ein Spin-on Silikon.
Gemäß einer weiteren, in 15 dargestellten Option kann eine Abschnitt 31 einer dielektrische Beschichtung 3 auch dazu genutzt werden, einen zusammenhängenden Abschnitt 25m einer Oberseite 25t eines Metallisierungsabschnitts 25 in Teilabschnitte zu unterteilen, beispielsweise um zu verhindern, dass ein Lot, das zur Montage eines elektrischen Bauteils 1 in auf einem der Teilabschnitte verwendet wird, in den anderen Teilabschnitt verläuft. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn in einem späteren Verfahrensschritt ein elektrisch leitendes Verbindungselement 15, beispielsweise ein Bonddraht, an dem anderen Teilabschnitt angeschlossen, beispielsweise drahtgebondet, werden soll. Alternativ oder zusätzlich kann ein solcher Abschnitt 31 auch dazu genutzt werden, bei der Montage eine elektrischen Bauteils auf einem der Teilabschnitte (z. B. durch Löten) ein Verdrehen oder ein zu starkes Verdrehen gegenüber dem Schaltungsträger 2 zu verhindern.
Wie weiterhin 16, die einen Schnitt durch die Schnittebene E3-E3 gemäß 15 zeigt, zu entnehmen ist, kann beim Betrieb einer Halbleiteranordnung, die einen mit einer dielektrischen Beschichtung versehenen Schaltungsträger 2 aufweist, beispielsweise zwischen zwei Metallisierungsabschnitten 25 der oberen Metallisierungsschicht 21, insbesondere auch zwischen zwei benachbarten Metallisierungsabschnitten 25 der oberen Metallisierungsschicht 21, eine elektrische Spannung U1 angelegt werden. Entsprechend kann, sofern eine untere Metallisierungsschicht 22 vorhanden ist, eine elektrische Spannung U3 zwischen einem Metallisierungsabschnitt 25 und der unteren Metallisierungsschicht 22 angelegt werden. Hierbei kann die untere Metallisierungsschicht 22 optional auf Massepotential liegen. Außerdem kann, sofern der Schaltungsträger 2 wie erläutert mit einem aktiven oder passiven Bauteil 1 bestückt ist, zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 12 des elektrischen Bauteils 1 eine elektrische Spannung U2 angelegt werden. Sofern das elektrische Bauteil 1 auf einem Metallisierungsabschnitt 25 montiert und mit diesem an seiner zweiten Elektrode 12 elektrisch leitend verbunden ist, liegt die elektrische Spannung U2, beispielsweise wenigstens 10 V oder wenigstens 300 V oder gar wenigstens 3 kV, auch zwischen der ersten Elektrode 11 und dem betreffenden Metallisierungsabschnitt 25 an. Die Spannungen U1 und U3 können prinzipiell beliebig gewählt werden. Sie können, unabhängig voneinander, beispielsweise wenigstens 300 V oder gar wenigstens 3 kV betragen.
Wie weiterhin in 17 anhand einer modifizierten Ausgestaltung der Anordnung gemäß 5 gezeigt ist, kann sich die dielektrische Beschichtung 3 auch bis zum seitlichen Rand des Isolationsträgers 20 erstrecken, d.h. bis zum seitlichen Rand der der oberen Metallisierungsschicht 21 zugewandten Seite des Isolationsträgers 20. 18 zeigt eine Draufsicht auf den bestückten Schaltungsträger 2 gemäß 17. Ebenfalls in 18 dargestellt ist die Schnittebene E4-E4 der Schnittansicht gemäß 17.
Gemäß einer in 19 veranschaulichten optionalen Ausgestaltung kann eine dielektrische Beschichtung 3 auch einen Steg 25w aufweisen, der einen ersten und einen zweiten jeweils zusammenhängenden Abschnitt 25m der Oberseite 25t desselben Metallisierungsabschnitts 25 voneinander separiert. Ein derartiger Steg kann, wie eine dielektrische Beschichtung 3 generell, als Lötstopp verwendet werden, indem er das Ausfließen von flüssigem Lot 4, das sich auf dem ersten und/oder dem zweiten jeweils zusammenhängenden Abschnitt 25m der Oberseite 25t desselben Metallisierungsabschnitts 25 befindet, verhindert. Demgemäß kann das Lot 4 im flüssigen Zustand, aber auch nach seiner Erstarrung, bis an den Steg 25w heran reichen.
Ein beliebiger, mit einer dielektrischen Beschichtung 3 versehener Schaltungsträger 2, der optional mit einem oder mehreren elektronischen Bauelementen, insbesondere auch Halbleiterbauelementen, bestückt sein kann, insbesondere also auch jede der hierin beschriebenen Halbleiteranordnungen, kann zur Herstellung eines Halbleitermoduls 100 verwendet werden, das ein ein- oder mehrteiliges Modulgehäuse 6 aufweist, sowie elektrische Außenanschlüsse 72. 21 zeigt noch ein Beispiel für ein derartiges Halbleitermodul 100. Das oder die elektronischen Bauelemente werden dabei im Innenraum des Modulgehäuses 6 angeordnet.
Zur Herstellung des Halbleitermoduls 100 wird der mit der dielektrischen Beschichtung 3 versehene und mit zumindest einem Halbleiterbauelement 1 bestückte Schaltungsträger 2 fest mit dem Gehäuse 6 verbunden.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Schaltungsträger 2 hierzu an seiner unteren Metallisierungsschicht 22 mittels einer flächigen Verbindungsschicht 5 stoffschlüssig mit einer Bodenplatte 8 verbunden. Hierbei grenzt die Verbindungsschicht 5 sowohl an den Schaltungsträger 2 (hier: an dessen untere Metallisierungsschicht 22) als auch an die Bodenplatte 8 an. Bei der Verbindungsschicht 5 kann es sich zum Beispiel um eine gesinterte Schicht, um eine Lotschicht oder um eine Klebeschicht handeln, wobei letztere elektrisch isolierend oder elektrisch leitend sein kann. Bei der Bodenplatte 8 kann es sich beispielsweise um eine Metallplatte aus oder mit einem thermisch gut leitenden Material wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium handeln. Ebenso kann die Bodenplatte 8 aus einem Metallmatrixkompositmaterial (MMC = metal matrix composite) bestehen. Außerdem kann die Bodenplatte 8 optional eine dünne, beispielsweise galvanisch erzeugte Oberflächenbeschichtung (z. B. aus Nickel) aufweisen, um die Oxidation zu verhindern und die Lötbarkeit zu verbessern. Die feste Verbindung zwischen dem bestückten Schaltungsträger 2 und dem Gehäuse 6 erfolgt mittelbar über die Bodenplatte 8, beispielsweise indem die Bodenplatte 8 mit den Seitenwänden 6s des Gehäuses 6 verschraubt und/oder verklebt wird. Das Verbinden kann so erfolgen, dass die Seitenwände 6s des Gehäuses 6 zusammen mit der Bodenplatte 8 eine dichte Wanne bilden. Die dem Schaltungsträger 2 abgewandte Seite der Bodenplatte 8 bildet dann die frei liegende Unterseite 100b des Halbleitermoduls 100.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind eine Bodenplatte 8 und damit einhergehend die Verbindungsschicht 5 auch entbehrlich. In diesem Fall kann der mit der dielektrischen Beschichtung 3 versehene und mit zumindest einem Halbleiterbauelement 1 bestückte Schaltungsträger 2 auch direkt fest mit den Seitenwänden 6s dem Gehäuses 6 verbunden werden, beispielsweise durch Verkleben mittels eines Klebstoffs. Hierbei grenzt der Klebstoff sowohl an die Seitenwände 6s als auch an den Schaltungsträger 2 an. Das Verbinden kann so erfolgen, dass die Seitenwände 6s zusammen mit dem Schaltungsträger 2 eine dichte Wanne bilden. Die dem Isolationsträger 20 abgewandte Seite der unteren Metallisierungsschicht 22 bildet dann die frei liegende Unterseite 100b des Halbleitermoduls 100.
Unabhängig davon, ob das Halbleitermodul 100 eine Bodenplatte 8 und eine Verbindungsschicht 5 aufweist oder nicht, kann es an seiner Unterseite 100b mit einem Kühlkörper in thermischen Kontakt gebracht werden. Zwischen die Unterseite 100b und den Kühlkörper kann optional noch ein Wärmeübergangsmaterial (TIM = Thermal Interface Material), z.B. eine Wärmleitpaste oder eine Wärmeleitfolie, eingebracht werden, die sowohl die Unterseite 100b des Halbleitermoduls 100 als auch den Kühlkörper kontaktiert.
Das Halbleitermodul 100 weist weiterhin elektrische Außenanschlüsse 72 auf, die an einer der Unterseite 100b des Halbleitermoduls 100 abgewandten Oberseite 100t angeordnet sein können. Die Außenanschlüsse 72 können beispielsweise Bestandteile eines elektrischen Anschlussleiters 7 sein, der wie dargestellt in das Gehäuse 6 eingespritzt ist, oder der nach der Herstellung des Gehäuses 6 in dieses eingesetzt wird, wozu das Gehäuse 6 entsprechende Führungen aufweisen kann. Die in das Gehäuse 6 eingespritzten oder in dieses eingesetzten Anschlussleiter 7 können dann an im Inneren des Gehäuses 6 frei liegenden Abschnitten 71 durch beliebige Verbindungstechniken (z. B. Drahtbonden, Löten, Schweißen, elektrisch leitendes Kleben) und an beliebigen Stellen elektrisch leitend mit der auf dem Schaltungsträger 2 realisierten Schaltung verbunden werden. Bei dem Halbleitermodul 100 gemäß 21 werden lediglich beispielhaft Bonddrähte verwendet. Die frei liegenden Abschnitte 71 müssen nicht wie dargestellt auf dem Gehäuse 6 aufliegen, sondern sie könnten sich beispielsweise auch bis über einen Metallisierungsabschnitt 25 erstrecken und dort direkt mit diesem verschweißt, verlötet oder elektrisch leitend verklebt sein.
Ein Anschlussleiter 7 muss jedoch nicht zwingend zuerst in das Gehäuse 6 eingespritzt oder in dieses eingesetzt und danach elektrisch leitend mit der Schaltung verbunden werden. So besteht auch die Möglichkeit, einen Anschlussleiter 7 an einem frei liegenden Abschnitt 71 mit dem mit der Beschichtung 3 versehenen Schaltungsträger 2 und/oder einem darauf verbauten elektrischen Bauelement 1 elektrisch leitend und mechanisch zu verbinden und den Verbund dann mit dem Gehäuse 6 zu verkleben, so dass der frei liegende Abschnitt 71 Inneren des Gehäuses 6 angeordnet ist. Diese Variante lässt sich sowohl bei Halbleitermodulen 100 mit als auch bei solchen ohne Bodenplatte 8 und Verbindungsschicht 5 realisieren. Die elektrisch leitende und mechanische Verbindung zwischen dem Anschlussleiter 7 und dem mit der Beschichtung 3 versehenen Schaltungsträger 2 und/oder einem darauf verbauten elektrischen Bauelement 1 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Anschlussleiter 7 an dem frei liegenden Abschnitt 71 mit dem Schaltungsträger 2 und/oder einem darauf verbauten elektrischen Bauelement 1 verlötet, verschweißt oder elektrisch leitend verklebt wird, oder in eine Hülse eingesteckt wird, die mit dem Schaltungsträger 2 und/oder einem darauf verbauten elektrischen Bauelement 1 verlötet, verschweißt oder elektrisch leitend verklebt ist, Freie Enden 72 des Anschlussleiters 7 können dann durch einen Deckel 6c des Gehäuses 6 hindurchgeführt werden, so dass sie an der durch den Deckel 6c gebildeten Oberseite 100t des Halbleitermoduls 100 frei liegen und als Außenanschlüsse 72 des Halbleitermoduls 100 genutzt werden können.
Der Deckel 6c des Gehäuses 6 kann entweder einstückig mit dessen Seitenwänden 6s ausgebildet sein, oder aber getrennt von diesen und erst nach dem Verbinden des bestückten Schaltungsträgers 2 mit den Seitenwänden 6s, sei es direkt oder mittelbar über eine Bodenplatte 8 und eine Verbindungsschicht 5, mit den Seitenwänden 6s verbunden werden.
Um das Halbleitermodul 100 noch weitergehend elektrisch zu isolieren, kann in den Innenraum des Modulgehäuses 6 eine dielektrische Vergussmasse 9 eingefüllt werden. Die durch die Seitenwände 6s und die Bodenplatte 8 oder die durch die Seitenwände 6s und den Schaltungsträger 2 gebildete dichte Wanne verhindert dabei ein Auslaufen der Vergussmasse 9 zumindest während des Einfüllvorgangs. Die Vergussmasse 9 kann nach dem Einfüllen zumindest bis zum Erreichen eines nicht mehr fließfähigen Zustandes ausgehärtet werden, oder aber sie kann nur soweit vernetzt werden, dass sie ein Gel bildet, das auch bei dem fertiggestellten Halbleitermodul 100, insbesondere auch während des elektrischen Betriebs, noch als Gel vorliegt.
Das Einfüllen der Vergussmasse 9 in die Wanne kann bei abgenommenem Deckel 6c erfolgen, sofern dieser als von den Seitenwänden 6s getrenntes Element vorliegt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Vergussmasse 9 durch eine im Deckel 6c ausgebildete Einfüllöffnung in die Wanne einzufüllen. Der Deckel 6c kann dabei einstückig mit den Seitenwänden 6s ausgebildet sein oder alternativ als von den Seitenwänden 6s separates Element vorliegen. Soweit das Einfüllen durch eine Einfüllöffnung erfolgt, kann diese optional nach dem Einfüllen verschlossen werden.
Die eingefüllte Vergussmasse 9 dient dazu, elektrische Überschläge und Kriechströme im Inneren des Gehäuses 6 zu vermeiden bzw. zu verringern. Die Vergussmasse 9 reicht bis an den Schaltungsträger 2 heran, insbesondere bis an dessen dielektrische Beschichtung 3. Die dielektrische Beschichtung 3 kann optional eine Durchbruchfeldstärke aufweisen, die größer ist als die Durchbruchfeldstärke der Vergussmasse 9. Hierdurch bewirkt die dielektrische Beschichtung 3 eine Verbesserung der Isolierung des Schaltungsträgers 2 im Vergleich zu einem herkömmlichen Halbleitermodul ohne Beschichtung 3. Alternativ oder zusätzlich kann die dielektrische Beschichtung 3 eine Dielektrizitätskonstante besitzen, die größer ist als die Durchbruchfeldstärke der Vergussmasse 9. Beispielsweise kann die dielektrische Beschichtung 3 eine relative Dielektrizitätskonstante ε_r von wenigstens 2 aufweisen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers mit den Schritten: Bereitstellen eines dielektrischen Isolationsträgers (20), auf den eine obere Metallisierungsschicht (21) aufgebracht ist, die einen Metallisierungsabschnitt (25) aufweist, wobei der Metallisierungsabschnitt (25) eine dem Isolationsträger (20) zugewandte Unterseite (25b) aufweist, eine dem Isolationsträger (20) abgewandte Oberseite (25t), sowie eine ringförmig geschlossene Seitenfläche (25s), die den Metallisierungsabschnitt (25) seitlich begrenzt und die sich durchgehend zwischen der Oberseite (25t) und der Unterseite (25b) erstreckt; und Erzeugen einer dielektrischen Beschichtung (3), die auf der Seitenfläche (25s) und der Oberseite (25t) aufliegt und die sich durchgehend von der Seitenfläche (25s) bis auf die Oberseite (25t) erstreckt; wobei die Oberseite (25t) einen ersten zusammenhängenden Abschnitt (25m) aufweist, der von der Seitenfläche (25s) beabstandet ist und der nicht von der dielektrischen Beschichtung (3) bedeckt ist; wobei die dielektrische Beschichtung (3) dadurch erzeugt wird, dass ein dielektrisches Material als geschlossene Schicht (3') auf den Metallisierungsabschnitt (25) aufgebracht und dabei stoffschlüssig mit diesem verbunden wird, und die geschlossene Schicht (3') geöffnet wird, so dass der zusammenhängende Abschnitt (25m) frei liegt; wobei das Öffnen der geschlossenen Schicht (3') durch Photostrukturierung erfolgt, indem - die geschlossene Schicht (3') als photopositive oder photonegative lichtempfindliche Schicht ausgebildet ist, die selektiv belichtet und danach im Bereich des zusammenhängenden Abschnitts (25m) geöffnet wird, während aus einem verbleibenden Teil der geschlossenen Schicht (3') die dielektrische Beschichtung (3) gebildet wird; oder - auf der geschlossenen Schicht (3') eine strukturierte Maske (8) erzeugt und die geschlossene Schicht (3') unter Verwendung der strukturierten Maske (8) derart strukturiert wird, dass sie im Bereich des zusammenhängenden Abschnitts (25m) geöffnet wird, während aus einem verbleibenden Teil der geschlossenen Schicht (3') die dielektrische Beschichtung (3) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Metallisierungsabschnitt (25) eine zwischen der Oberseite (25t) und der Seitenfläche (25s) ausgebildete, ringförmig geschlossene Kante (25k) aufweist, wobei die dielektrische Beschichtung (3) die Kante (25k) über ihre gesamte Länge umgreift.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die dielektrische Beschichtung (3) die Seitenfläche (25s) vollständig bedeckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die dielektrische Beschichtung (3) einen ununterbrochenen Abschnitt aufweist, der auf dem Isolationsträger (20), der Seitenfläche (25s) und der Oberseite (25t) jeweils unmittelbar aufliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Isolationsträger (20) als Keramikschicht ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die dielektrische Beschichtung (3) unmittelbar an den Metallisierungsabschnitt (25) angrenzt und stoffschlüssig mit diesem verbunden ist; und/oder unmittelbar an den Isolationsträger (20) angrenzt und stoffschlüssig mit diesem verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Metallisierungsabschnitt (25) während des Erzeugens der dielektrischen Beschichtung (3) nicht mit einem elektronischen Bauteil bestückt ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Oberseite (25t) einen zweiten zusammenhängenden Abschnitt (25m) aufweist, der von dem ersten zusammenhängenden Abschnitt (25m) beabstandet ist, und der durch einen in der dielektrischen Beschichtung (3) ausgebildeten Steg (25w), der unmittelbar auf der Oberseite (25t) aufliegt, von dem ersten zusammenhängenden Abschnitt (25m) separiert wird.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit den Schritten: Bereitstellen eines Halbleiterbauteils (1), das eine erste Elektrode (11) und eine zweite Elektrode (12) aufweist; Herstellen eines Schaltungsträgers (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8; Bestücken des zusammenhängenden Abschnitts (25m) mit dem Halbleiterbauteil (1), indem das Halbleiterbauteil (1) an der zweiten Elektrode (12) mittels einer Verbindungsschicht (4) stoffschlüssig mit dem zusammenhängenden Abschnitt (25m) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Verbindungsschicht (4) aus einem Lot hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Lot während des Bestückens aufgeschmolzen wird; und die dielektrische Beschichtung (3) als Lötstoppmaske für das aufgeschmolzene Lot verwendet wird.
Verfahren zum Betrieb einer gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 hergestellten Halbleiteranordnung mit den Schritten: Anlegen einer ersten elektrischen Spannung (U1) von wenigstens 300 V oder von wenigstens 3 kV zwischen dem Metallisierungsabschnitt (25) und einem weiteren Metallisierungsabschnitt (25) der ersten Metallisierungsschicht (21); und/oder Anlegen einer zweiten elektrischen Spannung (U2) von wenigstens 10 V oder von wenigstens 300 V oder von wenigstens 3 kV zwischen der ersten Elektrode (11) und der zweiten Elektrode (12).
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schaltungsträger (2) eine untere Metallisierungsschicht (22) aufweist, die auf der der oberen Metallisierungsschicht (21) abgewandten Seite des Isolationsträgers (20) angeordnet ist; und eine dritte elektrische Spannung (U3) von wenigstens 300 V oder von wenigstens 3 kV zwischen dem Metallisierungsabschnitt (25) und der unteren Metallisierungsschicht (21) angelegt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (100) mit den Schritten: Herstellen einer Halbeiteranordnung mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11; Bereitstellen eines Modulgehäuses (6); Verbinden der Halbleiteranordnung mit dem Modulgehäuse (6); und nachfolgend Einfüllen einer dielektrischen Vergussmasse (9), die eine kleinere Dielektrizitätskonstante und/oder eine geringere Durchbruchfeldstärke aufweist als die dielektrische Beschichtung (3), in das Modulgehäuse (6), so dass die dielektrische Vergussmasse (9) die dielektrische Beschichtung (3) kontaktiert.