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Title:
ELECTRONIC PRODUCT COMPRISING AN ELECTRICAL COMPONENT AND A CAST MASS FOR ELECTRICAL INSULATION OF THE COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCTION OF THE PRODUCT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/096374
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electronic product (1), comprising at least one electrical component (2) and at least one cast mass (3), for the electrical insulation of at least one surface section (20) of the component. The product is characterised in that an electrical insulation layer (4) is arranged between the cast mass and the surface section of the component, comprising an electrical insulation material. The component is in particular a power semiconductor component. The cast mass is in particular a silicone gel. The insulation film is particularly formed by a laminated insulation film. The insulation layer functions as diffusion barrier, so that liquid and/or gaseous components or impurities in the component can not diffuse into the silicone gel and lead to the generation therein, with changing pressure and/or temperature conditions, of bubbles and cracks.

Inventors:
SCHWARZBAUER HERBERT (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/053293
Publication Date:
October 13, 2005
Filing Date:
December 06, 2004
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
SCHWARZBAUER HERBERT (DE)
International Classes:
H01L21/60; H01L23/00; H01L23/24; H01L23/31; H01L23/373; H01L25/07; (IPC1-7): H01L23/24; H01L23/00; H01L23/31; H01L23/373; H01L25/07
Foreign References:
EP0962974A21999-12-08
US4849803A1989-07-18
EP0788169A21997-08-06
DE2347049A11975-02-27
US4092487A1978-05-30
US5194933A1993-03-16
US6130472A2000-10-10
US20020093077A12002-07-18
US4017340A1977-04-12
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1996, no. 04 30 April 1996 (1996-04-30)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 11 3 January 2001 (2001-01-03)
"KIRK - OTHMER ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY, 4th ed, Vol. 9", 1 January 1994, WILEY & SONS, NEW YORK, US, XP002333018
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektrotechnisches Erzeugnis (1) mit mindestens einem elektrischen Bauelement (2, 51) und mindestens einer Vergussmasse (3) zur elektrischen Isolierung mindestens eines Oberflächenabschnitts (20) des Bauelements (2, 51), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vergussmasse (3) und dem Oberflächenabschnitt (20) des Bauelements (2, 51) eine elektrische Isolationsschicht (4) mit einem elektrischen Isolationsmaterial angeordnet ist.
2. Erzeugnis nach Anspruch 1, wobei die Vergussmasse (3) ein Gel aufweist.
3. Erzeugnis nach Anspruch 2, wobei das Gel ein Silikongel aufweist.
4. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Isolationsschicht (4) eine Diffusionsbarriere für mindestens einen Bestandteil des Bauelements (2, 51) und/oder für mindestens einen Bestandteil der Vergussmasse (3) und/oder für mindestens einen Bestandteil einer Umgebung (10) des Erzeugnisses darstellt.
5. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Isolationsschicht (4) eine Festigkeit aufweist, die größer ist als eine im Betrieb des Erzeugnisses (1) am Oberflächenabschnitt (20) auftretende Verformungskraft.
6. Erzeugnis nach Anspruch 5, wobei die Festigkeit der Isolationsschicht (4) eine Haftfestigkeit der Isolationsschicht (4) auf dem Oberflächenabschnitt (20) des Bauelements (2, 51) ist.
7. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Isolationsschicht (4) bei einer Temperatur von über 2000C gegenüber einem Bestandteil des Bauelements (2, 51) und/oder gegenüber einem Bestandteil der Vergussmasse (3) und/oder gegenüber einem Bestandteil einer Umgebung (10) des Erzeugnisses (1) beständig ist.
8. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Isolationsschicht (4) eine aus dem Bereich von einschließlich 50 μm bis einschließlich 500 μm und insbesondere eine aus dem Bereich von einschließlich 100 μm bis einschließlich 300 μm ausgewählte Schichtdicke (40) aufweist.
9. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Isolationsschicht (4) einen Mehrschichtaufbau mit mindestens zwei übereinander angeordneten Teilisolationsschichten (41) aufweist.
10. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Bauelement (2, 51) auf einem Substrat (5) angeordnet ist und die Isolationsschicht (4) über eine Kante (52) des Bauelements (51) und/oder des Substrats (5) geführt ist.
11. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bislO, wobei die Isolationsschicht (4) von mindestens einer auf dem Oberflächenabschnitt (20) des Bauelements (2, 51) auflaminierten Isolationsfolie gebildet ist.
12. Erzeugnis nach Anspruch 11, wobei zumindest ein Teil der Isolationsfolie (4) derart auf dem Oberflächenabschnitt (20) des Bauelements (2, 51) auflaminiert ist, dass eine Oberflächenkontur (25) des Bauelements (2, 51) in einer Oberflächenkontur (44) des Teils der Isolationsfolie (4) abgebildet ist, die dem Bauelement (20) abgewandt ist.
13. Erzeugnis nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Isolationsfolie (4) einen aus der Gruppe flüssigkristallines Polymer, organisch modifizierte Keramik, Polyacrylat, Polyimid, Polyisocyanat, Polyethylen, Polyphenol, Polyetheretherketon, Polytetrafluorethylen und/oder Epoxid ausgewählten Kunststoff aufweist.
14. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Bauelement (2) ein Halbleiterbauelement ist.
15. Erzeugnis nach Anspruch 14, wobei das Halbleiterbauelement ein aus der Gruppe Diode, MOSFET, IGBT, Tyristor und/oder BipolarTransistor ausgewähltes Leistungshalbleiterbauelement ist.
16. Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen eines Bauelements (2) mit einem elektrisch zu isolierenden Oberflächenabschnitt (20) , b) Erzeugen der Isolationsschicht (4) mit dem Isolationsmaterial auf dem Oberflächenabschnitt (20) und c) Aufbringen der Vergussmasse (3) auf der Isolationsschicht (4) .
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Erzeugen der Isolationsschicht (4) auf dem Oberflächenabschnitt (20) des Bauelements (2) ein Auflaminieren mindestens einer Isolationsfolie auf dem Oberflächenabschnitt (20) des Bauelements (2) umfasst.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Erzeugen der Isolationsschicht (4) auf dem Oberflächenabschnitt (20) des Bauelements (2) ein Auftragen des Isolationsmaterials umfasst.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Erzeugen der Isolationsschicht (4) auf dem Oberflächenabschnitt (20) des Bauelements (2) folgende Verfahrensschritte umfasst: d) Auftragen einer Vorstufe des Isolationsmaterials der Isolationsschicht und e) Umwandeln der Vorstufe des Isolationsmaterials in das Isolationsmaterial, wobei die Isolationsschicht gebildet wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei zum Auftragen des Isolationsmaterials und/oder zum Auftragen der Vorstufe des Isolationsmaterials mindestens ein aus der Gruppe Drucken, Gießen, Spritzen und/oder Tauchen ausgewähltes Verfahren durchgeführt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei zum Drucken ein TintenstrahlDruckverfahren durchgeführt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei eine photosensitive Isolationsschicht verwendet wird.
Description:
Beschreibung

Elektrotechnisches Erzeugnis mit einem elektrischen Bauelement und einer Vergussmasse zur elektrischen Isolierung des Bauelements sowie Verfahren zum Herstellen des Erzeugnisses

Die Erfindung betrifft ein elektrotechnisches Erzeugnis mit mindestens einem elektrischen Bauelement und mindestens einer Vergussmasse zur elektrischen Isolierung mindestens eines Oberflächenabschnitts des Bauelements . Daneben wird ein Verfahren zum Herstellen des elektrotechnischen Erzeugnisses angegeben.

Ein elektrotechnisches Erzeugnis der genannten Art geht aus der EP 1 063 700 A2 hervor. Das elektrotechnische Erzeugnis ist ein Leistungshalbleitermodul, bei dem das elektrische Bauelement (Leistungshalbleiterbauelement) auf einem Substrat befestigt ist. Das Substrat (Schaltungsträger) ist ein DCB (Direct Copper Bonding) -Substrat mit einer Trägerschicht aus einer Keramik, an der beidseitig jeweils eine MetallSchicht aus Kupfer aufgebracht ist. Die Keramik der Trägerschicht ist beispielsweise Aluminiumoxid (AI2O3) oder Aluminiumnitrid (AlN) . Auf eine der Metallschichten ist das Leistungshalbleiterbauelement aufgelötet. Das Leistungshalbleiterbauelement ist beispielsweise ein IGBT oder eine Diode. Zur elektrischen Isolierung ist das Leistungshalbleiterbauelement in eine Vergussmasse eingegossen.

Durch eine elektrische Ansteuerung des Leistungshalbleiterbauelements mit einer hohen Betriebsspannung können in einem Randbereich einer der Metallschichten sehr hohe elektrische Feldstärken auftreten. Diese hohen Feldstärken können bei einer Unterbrechung der Vergussmasse durch Blasenbildung oder durch Risse zu elektrischen Überschlägen oder zu Teilentladungen führen. Durch die elektrischen Überschläge und die Teilentladungen kann die Vergussmasse dauerhaft geschädigt werden. Dies würde zu einer begrenzten Hochspannungsfestigkeit des Moduls führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein elektrotechnisches Erzeugnis der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Hochspannungsfestigkeit des Erzeugnisses resultiert.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein elektrotechnisches Erzeugnis mit mindestens einem elektrischen Bauelement und mindestens einer Vergussmasse zur elektrischen Isolierung mindestens eines Oberflächenabschnitts des Bauelements angegeben. Das Erzeugnis ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vergussmasse und dem Oberflächenabschnitt des Bauelements eine elektrische Isolationsschicht mit einem elektrischen Isolationsmaterial angeordnet ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Herstellen des Erzeugnisses mit folgenden Verfahrensschritten angegeben: a) Bereitstellen eines Bauelements mit einem elektrisch zu isolierenden Oberflächenabschnitt, b) Erzeugen der Isolationsschicht mit dem Isolationsmaterial auf dem Oberflächenabschnitt und c) Aufbringen der Vergussmasse auf der Isolationsschicht.

Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, durch eine zusätzliche Isolationsmaßnahme dafür zu sorgen, dass eine Schädigung der Vergussmasse toleriert werden kann, die durch eine Teilentladung hervorgerufen wird. Die elektrische Isolierung des Bauelements bleibt trotz der Schädigung der Vergussmasse erhalten.

Das elektrotechnische Erzeugnis ist beispielsweise ein Modul, das aus mehreren Komponenten zusammengesetzt ist. Die Komponenten des Erzeugnisses sind beispielsweise elektrische Bauelemente, wie Halbleiterbauelemente, Bonddrähte, Laststromanschlüsse und elektrische Zuleitungen in Form von elektrisch leitenden Schichten eines Substrats des Erzeugnisses. Andere Komponenten des Moduls sind beispielsweise Substrate, auf denen die elektrischen Bauelemente angeordnet sind oder ein Gehäuse, in dem sich die Substrate mit den Bauelementen befinden.

Die Vergussmasse kann ein ausgehärtetes Epoxidharz sein. Vorzugsweise ist die Vergussmasse elastisch verformbar. Dadurch werden die Bauelemente des Moduls mit Hilfe der Vergussmasse nicht nur elektrisch isoliert. Durch die Vergussmasse werden auch mechanische Spannungen und betriebsbedingte Vibrationen zwischen den Komponenten des Moduls abgebaut.

Die Vergussmasse weist beispielsweise einen Kunststoff in Form eines Elastomers auf. In einer besonderen Ausgestaltung weist die Vergussmasse ein Gel auf. Das Gel ist ein formbeständiges, leicht deformierbares System. Vorzugsweise weist das Gel ein Silikongel auf. Das Silikongel zeichnet sich durch eine niedrige elektrische Leitfähigkeit aus. Darüber hinaus ist es in einem weiten Temperaturbereich von unter 0° C bis über 200° C weich und auf verschiedensten Oberflächen gut haftend. Wenn das Silikongel eine besonders hohe chemische Reinheit aufweist, fungiert es zudem als effiziente Diffusionsbarriere für Ionen, beispielsweise Natriumionen (Na+) , Cloridionen (Cl") und Bromidionen (Br~) . Diese Ionen könnten ohne vorhandene Diffusionsbarriere durch den Einfluss der hohen elektrischen Felder aus der Umgebung des Bauelements in Richtung des zu isolierenden Oberflächenabschnitts des Bauelements wandern.

In einer besonderen Ausgestaltung stellt die Isolationsschicht eine Diffusionsbarriere für mindestens einen Bestandteil des Bauelements und/oder für mindestens einen Bestandteil der Vergussmasse und/oder für mindestens einen Bestandteil einer Umgebung des Erzeugnisses dar. Dadurch wird beispielsweise die Wirkung des Silikongels als Diffusionsbarriere für Ionen aus der Umgebung verstärkt. Darüber hinaus verhindert die Isolationsschicht ein Eindiffundieren von gasförmigen Bestandteilen des Bauelements oder der Umgebung des Bauelements in das Silikongel. Beispielsweise kann es durch häufige und hohe Temperaturwechsel beim Betreiben des Erzeugnisses in einer Verbindungsschicht, beispielsweise einer Lotschicht zwischen einem Halbleiterbauelement und einem Bonddraht, zur Bildung eines Risses durch Materialermüdung kommen. Die Verbindungsschicht bildet den zu isolierenden Oberflächenabschnitt des Bauelements. Durch die Rissbildung kann ein Gas (beispielsweise H2 oder N2) freigesetzt werden, das in Lunkern der Verbindungsschicht eingeschlossen ist. Für ein solches Gas fungiert die Isolationsschicht als Diffusionsbarriere. Das Gas kann nicht in das Silikongel eindringen. Ohne die Isolationsschicht würden sich die Gase nämlich in Form von Blasen im Silikongel ausbreiten. Bei rascher Erwärmung könnten die in das Silikongel eingedrungenen Gase nicht schnell genug entweichen. Ein Gasdruck im Silikongel würde ansteigen. Da eine Reißfestigkeit eines Silikongels weit unter 1 kp/cm2 liegt, würden die Gase das Silikongel lokal zerreißen und als Blase ins Silikongel expandieren. Dieser Effekt würde dadurch verstärkt werden, dass Bestandteile aus der Umgebung, beispielsweise Luft oder Wasserdampf, in bereits entstandene Risse des Silikongels eindiffundieren und beim Erwärmen ebenfalls expandieren können. Bei einer Betriebstemperatur von über 125° C würde der beschriebene Effekt überproportional zunehmen, da die Temperaturhübe größer werden. Größere Temperaturhübe hätten eine schnellere Rissbildung durch Materialermüdung der Verbindungsschichten und einen höheren Gasdruck beim Aufheizen zur Folge. Das beschriebene Szenario würde dazu führen, dass nach längerem Betrieb des Erzeugnisses Blasen und Risse im Silikongel entstehen beziehungsweise vorhandene Risse und Blasen weiter wachsen. Die Blasen und Risse treten insbesondere in stark belasteten Bereichen des Erzeugnisses auf, beispielsweise entlang von Kanten eines Leistungshalbleiterbauelements oder entlang von Metallisierungen, bei denen im Betrieb sehr hohe elektrische Felder auftreten (vgl. oben) .

Der gleiche Effekt würde im Übrigen auch bei sich rasch ändernden Druckverhältnissen auftreten. Wenn der Umgebungsdruck des Silikongels stark abnimmt, könnte es ebenfalls zur Blasenbildung aufgrund von Gasen oder Flüssigkeit kommen, die in das Silikongel eindiffundiert sind. Da aber das Eindiffundieren durch die Barrierewirkung der Isolationsschicht unterbunden ist, wird die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten der Blasen deutlich reduziert.

Damit die Isolationsschicht als effiziente Diffusionsbarriere fungieren kann, weist die Isolationsschicht in einer besonderen Ausgestaltung eine Festigkeit auf, die größer ist als eine im Betrieb des Erzeugnisses am Oberflächenabschnitt auftretende Verformungskraft. Unter der Festigkeit ist eine Fähigkeit der Isolationsschicht zu verstehen, der auftretenden Verformungskraft einen Formänderungswiderstand entgegenzusetzen. Die Verformungskraft wird beispielsweise durch Gase verursacht, die durch die Risse der Verbindungsschicht frei werden. Da die Festigkeit der Isolationsschicht größer ist als diese Verformungskraft, bleiben die Gase durch die Isolationsschicht an einer Grenzfläche zwischen der Verbindungsschicht und der Isolationsschicht eingeschlossen. Die Gase können nicht in die Vergussmasse expandieren.

Damit keine Gase von dem Bauelement in die Vergussmasse eindringen können, ist insbesondere dafür gesorgt, dass die Isolationsschicht kraftschlüssig mit dem Oberflächenabschnitt des Bauelements verbunden ist. In einer besonderen Ausgestaltung ist daher die Festigkeit der Isolationsschicht eine Haftfestigkeit der Isolationsschicht auf dem Oberflächenabschnitt. Die Haftfestigkeit ist ein Maß für die Stärke der Verbindung zwischen der Isolationsschicht und dem Oberflächenabschnitt des Bauelements. Die Haftfestigkeit ist so groß, dass sich die Isolationsschicht im Betrieb des Erzeugnisses nicht vom Oberflächenabschnitt des Bauelements löst. Die Verbindung zwischen der Isolationsschicht und dem Oberflächenabschnitt des Bauelements bleibt erhalten. Zur Verbesserung der Haftfestigkeit der Isolationsschicht kann eine Haftvermittlungsschicht vorgesehen sein. Die Haftvermittlungsschicht weist beispielsweise einen Klebstoff auf.

Neben der mechanischen Beständigkeit der Isolationsschicht bzw. der Haftung der Isolationsschicht auf dem Oberflächenabschnitt ist auch die chemische Beständigkeit der Isolationsschicht von besonderem Vorteil. Dies gilt insbesondere auch für die Bedingungen, unter denen das Modul betrieben wird. In einer besonderen Ausgestaltung ist die Isolationsschicht bei einer Temperatur von über 200° C gegenüber mindestens einem Bestandteil des Bauelements und/oder gegenüber mindestens einem Bestandteil der Vergussmasse und/oder gegenüber mindestens einem Bestandteil einer Umgebung des Erzeugnisses beständig. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, das Erzeugnis bei einer Temperatur von über 200° C einzusetzen, ohne dass die Isolationsschicht nachhaltig geschädigt wird. Die elektrische Isolierung des Oberflächenabschnitts des Bauelements ist auch unter diesen Bedingungen gewährleistet.

Um eine effiziente elektrische Isolierung mit Hilfe der Isolationsschicht zu erzielen, wird eine dafür notwendige Schichtdicke der Isolationsschicht gewählt. Die Schichtdicke hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise vom Isolationsmaterial der Isolationsschicht, vom Vergussmaterial der Vergussmasse oder von den Betriebsbedingungen des Erzeugnisses. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Isolationsschicht eine aus dem Bereich von einschließlich 50 μm bis einschließlich 500 μm und insbesondere eine aus dem Bereich von einschließlich 100 μm bis einschließlich 300 μm ausgewählte Schichtdicke aufweist.

Um eine notwendige Isolationswirkung der Isolationsschicht zu erzielen, kann eine möglichst dicke Isolationsschicht auf dem Oberflächenabschnitt aufgetragen werden. Eine entsprechende Isolationswirkung kann aber auch mit mehreren, übereinander gestapelten Teilisolationsschichten erzielt werden. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Isolationsschicht daher einen Mehrschichtaufbau aus mindestens zwei übereinander angeordneten Teilisolationsschichten auf. Dadurch ist es möglich, eine effiziente Isolationswirkung bei einer relativ niedrigeren Gesamtschichtdicke der Isolationsschicht zu erzielen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Bauelement auf einem Substrat angeordnet und die Isolationsschicht über eine Kante des Bauelements und/oder des Substrats geführt. Beispielsweise ist das Bauelement eine auf einer Keramikschicht aufgetragenen Kupferschicht. Gerade an den Kanten eines solchen Gebildes, also an den Verbindungsstellen Keramik/Kupfer kann es zur Blasenbildung in der Vergussmasse kommen. Dadurch, dass die Isolationsschicht über diese Kanten auf das Substrat geführt ist, ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit eines solchen Moduls. Die verbesserte Zuverlässigkeit drückt sich beispielsweise in einer verbesserten Temperatur-Zyklus-Festigkeit aus. Es können im Vergleich zum Stand der Technik mehr Zyklen mit höheren Temperaturhüben durchlaufen werden, ohne dass es zu nachhaltigen Schädigungen des Moduls kommt.

Das Erzeugen der Isolationsschicht auf dem Oberflächenabschnitt des Bauelements umfasst insbesondere ein Auftragen des Isolationsmaterials. Beispielsweise wird dazu ein elektrisch isolierender Lack aufgetragen. In einer besonderen Ausgestaltung werden zum Erzeugen der Isolationsschicht auf dem Oberflächenabschnitt des Bauelements folgende Verfahrensschritte durchgeführt: d) Auftragen einer Vorstufe des Isolationsmaterials der Isolationsschicht und e) Umwandeln der Vorstufe des Isolationsmaterials in das Isolationsmaterial, wobei die Isolationsschicht gebildet wird. Die Vorstufe des Isolationsmaterials besteht beispielsweise aus Monomeren eines Kunststoffs, die während oder nach dem Auftragen auf dem Oberflächenabschnitt des Bauelements vernetzt werden. Durch das Vernetzen entsteht die Isolationsschicht aus dem Isolationsmaterial. Denkbar ist auch eine Lösung aus Monomeren des Kunststoffs in einem Lösungsmittel. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels, beispielsweise durch Erniedrigung des Drucks oder durch Erhöhung der Temperatur, und nachfolgender oder gleichzeitiger Vernetzung der Monomeren entsteht eine Isolationsschicht aus dem Isolationsmaterial.

Zum Auftragen der Vorstufe des Isolationsmaterials wird mindestens ein aus der Gruppe Drucken, Gießen, Spritzen und/oder Tauchen ausgewähltes Verfahren durchgeführt. Zum Spritzen wird insbesondere ein thermisches Spritzen durchgeführt. Zum Drucken wird insbesondere ein Tintenstrahldruckverfahren (InkJet-Verfahren) durchgeführt. Denkbar sind aber auch andere Verfahren, beispielsweise ein Siebdruckverfahren. Die genannten Verfahren eignen sich auch für den Fall, dass nicht eine Vorstufe des Isolationsmaterials, sondern das Isolationsmaterial selbst, beispielsweise ein Lack, auf dem Oberflächenabschnitt des Bauelements aufgetragen wird.

In einer besonderen Ausgestaltung umfasst das Erzeugen der Isolationsschicht auf dem Oberflächenabschnitt des Bauelements ein Auflaminieren mindestens einer Isolationsfolie auf dem Oberflächenabschnitt des Bauelements. Es resultiert ein Erzeugnis, bei dem die Isolationsschicht von mindestens einer auf dem Oberflächenabschnitt auflaminierten Isolationsfolie gebildet ist.

In einer besonderen Ausgestaltung ist zumindest ein Teil der Isolationsfolie derart auf dem Oberflächenabschnitt des Bauelements auflaminiert, dass eine Oberflächenkontur des Oberflächenabschnitts des Bauelements in einer Oberflächenkontur des Teils der Isolationsfolie abgebildet ist, die dem Oberflächenabschnitt des Bauelements abgewandt ist. Die Oberflächenkontur betrifft dabei nicht eine Rauhigkeit oder Welligkeit der Oberfläche des Bauelements. Die Oberflächenkontur resultiert beispielsweise aus einer Kante des Bauelements. Die abgebildete Oberflächenkontur wird insbesondere nicht nur durch das Bauelement allein, sondern auch durch das Substrat vorgegeben, auf dem das Bauelement angeordnet ist.

In einer weiteren Ausgestaltung wird das Auflaminieren der Isolationsfolie unter Vakuum durchgeführt. Durch das Auflaminieren unter Vakuum wird ein besonders fester und inniger Kontakt zwischen der Isolationsfolie und dem Bauelement hergestellt.

Als Basismaterial der Isolationsfolie ist jeder beliebige, elektrisch isolierende Kunststoff denkbar. Vorzugsweise weist die Isolationsfolie einen aus der Gruppe flüssigkristallines Polymer (liquid cristal polymer) , organisch modifizierte Keramik, Polyacrylat, Polyimid, Polyisozyanat, Polyethylen, Polyphenol, Polyetheretherkiton, Polytetrafluorethylen und/oder Epoxid ausgewählten Kunststoff auf. Mischungen der Kunststoffe und/oder Copolymerisate aus Monomeren der Kunststoffe sind ebenfalls denkbar. Sogenannte Liquid Cristal Polymere können genauso zum Einsatz kommen wie organisch modifizierte Keramiken. Nach dem Erzeugen der Isolationsschicht auf dem Bauelement und vor dem Auftragen der Vergussmasse können weitere Verfahrensschritte vorgesehen sein. So kann beispielsweise eine elektrische Kontaktfläche des Bauelements durch Erzeugen eines Fensters in der Isolationsschicht freigelegt werden. Das Erzeugen des Fensters erfolgt beispielsweise durch Materialabtrag mittels Laserablation. Dazu wird beispielsweise ein Cθ2~Laser mit einer Emissions-Wellenlänge von 9,24 μm eingesetzt. Ein UV-Laser kann ebenfalls verwendet werden. Zum Erzeugen des Fensters kann auch ein Photolithographieprozess durchgeführt werden. Dazu wird eine photoempfindliche Isolationsschicht, beispielsweise eine photosensitive Lackschicht, auf dem Bauelement aufgetragen.

Nach dem Freilegen der Kontaktfläche des Bauelements wird die Kontaktfläche elektrisch kontaktiert. Dazu wird beispielsweise ein Bonddraht durch das Fenster der Isolationsfolie geführt und auf die Kontaktfläche aufgelötet oder mittels Ultraschall gebondet. Vorzugsweise wird auf die Kontaktfläche und auf die Isolationsschicht großflächig eine Metallisierungsschicht aufgetragen. Die Metallisierungsschicht dient als elektrische Verbindungsleitung zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktfläche des Bauelements . Sie weist beispielsweise einen Mehrschichtaufbau auf mit übereinander angeordneten Teilmetallisierungsschichten. Die Teilmetallisierungsschichten bestehen beispielsweise aus Titan, einer Titan-Wolfram-Legierung und aus Kupfer. Es resultiert eine Schichtfolge Ti/TiW/Cu. Um eine für die Ansteuerung des Bauelements notwendige Stromtragfähigkeit zu gewährleisten, kann auf der Metallisierungsschicht zusätzlich eine relativ dicke Kupferschicht galvanisch abgeschieden sein.

Als Bauelement ist jedes beliebige aktive und passive elektrische Bauelement denkbar. Das Bauelement ist beispielsweise eine elektrische Verbindungsschicht oder eine elektrische Verbindungsleitung. Vorzugsweise ist das elektrische Bauelement ein Halbleiterbauelement. Die zusätzliche Isolationswirkung ist insbesondere bei solchen Bauelementen von Vorteil, die mit hohen elektrischen Spannungen angesteuert werden. Daher ist in einer besonderen Ausgestaltung des Halbleiterbauelement ein aus der Gruppe Diode, MOSFET, EGBT, Tyristor oder Bipolartransistor ausgewähltes Leistungshalbleiterbauelement. Gerade bei solchen Bauelementen kann es zu Teilentladungen kommen, die die Vergussmasse nachhaltig zerstören. Darüber hinaus kommt es aufgrund der Ansteuerung solcher Bauelemente mit hohen Strömen von bis zu einigen hundert A zu einer hohen thermischen Belastung der Bauelemente. Die hohe thermische Belastung kann zur oben beschriebenen Rissbildung und Ausbreitung in einer Verbindungsschicht und in der Vergussmasse führen.

Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils einen Ausschnitt eines elektrotechnischen Erzeugnisses im seitlichen Querschnitt.

Figur 4 zeigt ein Verfahren zum Herstellen des elektrotechnischen Erzeugnisses.

Das elektrotechnische Erzeugnis 1 ist ein elektrisches Modul mit einem elektrischen Bauelement 2, das auf einem Substrat 5 angeordnet ist (Figur 1) . Das Substrat 5 ist ein DCB-Substrat mit einer Trägerschicht 50 und einer auf der Trägerschicht 50 aufgebrachten elektrisch leitfähigen Schicht 51 aus Kupfer. Die Trägerschicht 50 besteht aus einer Keramik. Das elektrische Bauelement 2 ist ein Leistungshalbleiterbauelement in Form eines MOSFETS. Das Leistungshalbleiterbauelement 2 ist auf der elektrisch leitenden Schicht 51 aufgelötet. Zur elektrischen Isolierung eines Oberflächenabschnitts 20 des Bauelements 2 ist eine Vergussmasse 3 vorhanden. Die Vergussmasse 3 weist ein Silikongel auf. Zur verbesserten elektrischen Isolierung ist zwischen der Vergussmasse 3 und dem Oberflächenabschnitt 20 des Bauelements 2 eine elektrische Isolationsschicht 4 angeordnet. Die Isolationsschicht 4 fungiert als Diffusionsbarriere für Bestandteile des Bauelements 2, Bestandteile der Vergussmasse 3 und Bestandteile einer Umgebung 10 der Vergussmasse 3 bzw. des Moduls 10. Durch die Isolationsschicht 4 sind der Oberflächenabschnitt 20 des Bauelements 2 und die Vergussmasse 3 hermetisch voneinander getrennt. Gleiches gilt für die elektrisch leitende Schicht 51, die ebenfalls als Bauelement mit einem elektrisch zu isolierenden Oberflächenabschnitt betrachtet werden kann. Die Isolationsschicht 4 ist über eine Kante 52 der elektrisch leitenden Schicht 51 geführt. An der Kante 52 sind die elektrisch leitende Schicht 51 und die Trägerschicht 50 des Substrats 5 miteinander verbunden. Gerade an einer solchen Kante 52 kann es zur Blasenbildung in der Vergussmasse 3 kommen. Daher ist die Isolationsschicht 4 über diese Kante 52 geführt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die Isolationsschicht 4 von einer auf dem Oberflächenabschnitt 20 des Bauelements 2 auflaminierten Isolationsfolie gebildet. Eine Schichtdicke 40 der Isolationsschicht 4, die durch die Folienstärke der Isolationsfolie 4 gegeben ist, beträgt etwa 100 μm. Die Isolationsfolie weist einen Kunststoff aus Polyimid auf. Ein Teil der Isolationsfolie 4 ist derart auf dem Oberflächenabschnitt 20 des Bauelements 2 auflaminiert, dass eine Oberflächenkontur 25 des Bauelements 2 in einer Oberflächenkontur 44 der Isolationsfolie 4 abgebildet ist, die dem Oberflächenabschnitt 20 des Bauelements 2 abgewandt ist. Die Isolationsfolie 4 folgt der Topografie des Leistungshalbleiterbauelements 4 und des Substrats 5. Dabei wird ein Höhenunterschied von bis zu über 500 μm überwunden. Das Auflaminieren der Isolationsfolie 4 erfolgt unter Vakuum.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Isolationsschicht 4 einen Mehrschichtaufbau mit mehreren, übereinander angeordneten Teilisolationsschichten 41 auf (Figur 2) . Die Teilisolationsschichten 41 werden jeweils von einer Teilisolationsfolie gebildet.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Leistungshalbleiterbauelement 2 derart auf der elektrisch leitenden Schicht 51 aufgelötet, dass eine elektrische Kontaktfläche 21 des Leistungshalbleiterbauelements 2 vom Substrat 5 abgewandt ist (Figur 3) . Über die Kontaktfläche 21 ist einer der Kontakte des Leistungshalbleiterbauelements 3 (Source, Gate oder Drain) elektrisch kontaktiert.

Die Isolationsschicht 4 weist eine entlang der Schichtdicke 40 der Isolationsschicht 4 durchgängige Öffnung 42 auf. Diese Öffnung 42 ist gegenüber der elektrischen Kontaktfläche 21 des Leistungshalbleiterbauelements 2 angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktfläche 21 des Leistungshalbleiterbauelements 2 ist eine elektrische Verbindungsleitung 6 vorhanden. Die Verbindungsleitung 6 ist über die Isolationsschicht 4 geführt. Die Verbindungsleitung 6 wird von einer Metallisierungsschicht gebildet. Im Bereich 43 der Isolationsschicht 4 ist die Verbindungsleitung 6 galvanisch verstärkt. Im Bereich 43 der Isolationsfolie 4 weist die Verbindungsleitung 6 eine größere Dicke auf, als eine Schichtdicke der Verbindungsleitung 6 in der Öffnung 42. In diesem Abschnitt weist die Verbindungsleitung 6 eine galvanischen Abscheidung 61 aus Kupfer auf. Eine Dicke der galvanischen Abscheidung 61 beträgt etwa 500 μm. Sowohl auf der galvanischen Abscheidung 61 als auch auf der Verbindungsleitung 6 im Bereich der Öffnung 42 ist die elektrisch isolierende Vergussmasse 3 aufgebracht.

Zum Herstellen des elektrotechnischen Erzeugnisses wird ein Bauelement auf einem Substrat bereitgestellt (Figur 4) . Das Bauelement 2 wird auf das DCB-Substrat 5 aufgelötet. Im Weiteren erfolgt ein Erzeugen der Isolationsfolie 4 auf dem Oberflächenabschnitt 20 des Bauelements 2 (Figur 4, Bezugszeichen 401) . Nachfolgend wird auf die Isolationsschicht 4 die Vergussmasse aufgetragen (Figur 4, Bezugszeichen 402) .

Zum Erzeugen der Isolationsschicht 4 wird eine Isolationsfolie unter Vakuum auflaminiert. Dabei wird die Isolationsfolie nicht nur auf dem zu isolierenden Oberflächenabschnitt 20, sondern auch auf dem keramischen Trägerschicht 50 aufgetragen. Alternativ dazu wird Isolationsmaterial bzw. eine Vorstufe des Isolationsmaterials in einem InkJet-Verfahren auf dem Oberflächenabschnitt 20 des Bauelements 2 aufgetragen. Aus dem aufgetragenen Material wird die Isolationsschicht 4 gebildet.

Zum Herstellen eines Erzeugnisses gemäß Figur 3 wird in der aufgetragenen Isolationsschicht 4 die Öffnung 42 durch Materialabtrag erzeugt, so dass die Kontaktfläche 21 des Bauelements 2 freigelegt wird. Der Materialabtrag erfolgt durch Laserablation. Auf die freigelegte Kontaktfläche 21 und im Bereich 43 der Isolationsschicht 4 wird zur Bildung der Verbindungsleitung 6 in einem Dampfabscheideverfahren eine Metallisierungsschicht aufgetragen. Anschließend wird die Metallisierungsschicht, die sich auf der Isolationsschicht 6 befindet, mit Hilfe von Kupfer galvanisch verstärkt. Es entsteht einer galvanische Abscheidung 61 aus Kupfer. Die galvanische Abscheidung führt zu einer benötigten Stromtragfähigkeit der Verbindungsleitung 6.