(57)【要約】  本発明は、電子構成素子、とりわけ電力構成素子、および対応するその製造方法に関する。本発明は、構成素子（１）が、第１の無機材料を有する少なくとも１つの電気絶縁支持シート（３）上に固定されており、該支持シートは少なくとも１つの開口部（５）を有し、該開口部には、構成素子（１）の少なくとも１つの電気接続部（７）が外側に向かって取り付けられていることを特徴とする。このようにして、１７５℃超の温度領域用の電子構成素子（１）、とりわけ電力構成素子が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成素子の少なくとも１つの電子構成素子（１）を形成する方法であって、
構成素子（１）の少なくとも１つの電気接続部（７）のために設けられる開口部（５）を、第１の無機材料を有する少なくとも１つの電気絶縁支持シート（３）から切り出し、
電子構成素子（１）を支持シート（３）上に位置決めし、固定し、
電子構成素子（１）の外側に向かって電気接続部（７）を形成する方法において、
構成素子を取り付けるために、無機絶縁材料または多重結合無機絶縁材料（３；９）をもっぱら使用する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
電子構成素子（１）、支持シート（３）およびリードフレーム（１１）の間の中間空間を、第２の有機材料を有する少なくとも１つの充填層（９）により、電子構成素子（１）を電気絶縁するため高温パッケージによって充填する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１および／または第２の無機材料は、とりわけ無機結合マトリクスのセラミック高温材料である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第１および／または第２の無機材料は、ガラス、窒化ホウ素、炭化ホウ素、高温セメント、窒化ケイ素、混合セラミック、酸化アルミニウム、炭化ケイ素および／またはセラミック接着剤である、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
充填層（９）は多重構造を有し、個々の層は異なる要求に適合されており、とりわけ溶射またはラミネートによって取り付けられている、ことを特徴とする請求項２から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
個々の層の間に付着手段、例えばシランが個々の層に効率的な付着を提供するために被着される、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
充填層（９）の上に例えばＡｌ（ＯＨ３）の層が、最後の層の細孔およびひびを閉鎖および修復するために、とりわけシルクスクリーン、溶射、浸漬、ラミネーション、ブラシによって被着される、ことを特徴とする請求項２から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
電気接続部（７）が、構造化され、平坦で電気的な、とりわけＣｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇからなる少なくとも１つの導体路層を、電気絶縁された支持シート（３）の開口部（５）に、および／または電気絶縁された支持シート少なくとも１つの側に取り付けることによって形成される、ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
導体路層を、電気メッキまたは印刷によって形成する、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
電気接続部（７）は、導体路層をとりわけ銅製のリードフレーム（１１）に、例えばハンダ付けまたは溶接により電気接続することによって形成される、ことを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
構成素子（１）は、一時的固定手段面上にＡＯＩによって位置決めされる、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
充填層（９）を、構成素子（１）または別のコンポーネントの支持シート（３）とは反対側まで研磨する、ことを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの冷却体および／または別の接続部は、構成素子（１）の電気接続部上に、および／または構成素子（１）の支持シート（３）とは反対の側に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
構成素子の電子構成素子（１）であって、
該構成素子（１）は、第１の無機材料を有する少なくとも１つの電気絶縁支持シート（３）上に固定されており、該支持シートは少なくとも１つの開口部（５）を有し、該開口部には、構成素子（１）の少なくとも１つの電気接続部（７）が外側に向かって取り付けられている電子構成素子において、
構成素子を取り付けるために、無機絶縁材料または多重結合無機絶縁材料（３；９）がもっぱら使用される、ことを特徴とする電子構成素子。
【請求項１５】
第２の無機材料を有する少なくとも１つの充填層（９）が、電子構成素子（１）を電気絶縁するために高温パッケージによって充填され、
該充填層（９）は、電子構成素子（１）、支持シート（３）およびリードフレーム（１１）の間の中間空間を充填する、ことを特徴とする請求項１４に記載の電子構成素子。
【請求項１６】
第１および／または第２の無機材料は、とりわけ無機結合マトリクスのセラミック高温材料である、ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の電子構成素子。
【請求項１７】
第１および／または第２の無機材料は、ガラス、窒化ホウ素、炭化ホウ素、高温攻めと、窒化ケイ素、混合セラミック、酸化アルミニウム、多重結合炭化ケイ素および／またはセラミック接着剤である、ことを特徴とする請求項１４から１６までのいずれか１項に記載の電子構成素子。
【請求項１８】
充填層（９）は多層構造を有し、個々の層は異なる要求に適合されている、ことを特徴とする請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の電子構成素子。
【請求項１９】
個々の層の間に付着手段、例えばシランが個々の層に効率的な付着を提供するために被着される、ことを特徴とする請求項１８に記載の電子構成素子。
【請求項２０】
充填層（９）上には、最後の層の細孔とひびを閉鎖し、修復するための例えばＡｌ（ＯＨ３）からなる層が取り付けられている、ことを特徴とする請求項１５から１９までのいずれか１項に記載の電子構成素子。
【請求項２１】
電気接続部（７）は、構造化され、平坦で電気的な、とりわけＣｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇからなる少なくとも１つの導体路層を、電気絶縁された支持シート（３）の開口部（５）に、および／または電気絶縁された支持シート少なくとも１つの側に取り付けることによって形成されている、ことを特徴とする請求項１４から２０までのいずれか１項に記載の電子構成素子。
【請求項２２】
導体路層は、電気メッキまたは印刷によって形成されている、ことを特徴とする請求項２１に記載の電子構成素子。
【請求項２３】
電気接続部（７）は、導体路層をとりわけ銅製のリードフレーム（１１）に電気接続することによって形成されている、ことを特徴とする請求項２１または２２に記載の電子構成素子。
【請求項２４】
構成素子は、ＡＯＩによって一時的固定手段面上に位置決めされている、ことを特徴とする請求項１４から２３までのいずれか１項に記載の電子構成素子。
【請求項２５】
充填層（９）の裏面は、構成素子（１）または別のコンポーネントの支持シート（３）とは反対側まで研磨されている、ことを特徴とする請求項１５から２４までのいずれか１項に記載の電子構成素子。
【請求項２６】
少なくとも１つの冷却体（１３）および／または別の接続部が、構成素子（１）の電気接続部（７）上に、および／または構成素子（１）の支持シート（３）とは反対の側に取り付けられる、ことを特徴とする請求項１４から２５までのいずれか１項に記載の電子構成素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念による方法、および電子構成素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
とりわけシーメンス社のＳｉＰＬＩＴの下でのプレーナ型接続技術によれば、コンタクト導体路の絶縁が絶縁シートによって行われ、この絶縁シートはとりわけポリマーであり、ポリマーを介して電子構成素子がダイレクト・コッパー・ボンド基板（ＤＣＢ基板）に作製される。例えばＳｉＰＬＩＴのようなこの種の従来の構造技術および接続技術はボンディングであり、１５０℃まで熱負荷される電力電子回路に対して、多種多様の変形実施形態を可能にする。
【０００３】
とりわけ従来のボンディング技術は、電力構成素子および構成素子の製造コストに関して標準である。さらにボンディングに使用された多数の実施形態があり、例えばリボンボンディング等である。電力構成素子の製造では、実質的にダイレクト・コッパー・ボンド基板が、電子構成素子またはチップおよび／または表面実装デバイス（ＳＭＤ）のソルダリングによって実装される。プレーナ型接続技術では、とりわけシーメンス社のＳｉＰＬＩＴの下で、コンタクト導体路の絶縁と構造化が、レーザ構造化された絶縁シートを設けることにより行われる。続いて、構造化プロセスと、ＳｉＰＬＩＴプロセス技術に対応する電界金属析出とによって電気接続が形成される。
【０００４】
従来技術によればポリマー絶縁シートを使用した持続温度負荷耐性は１７５℃未満に制限されている。
【０００５】
技術的要求と特性は別にして、電力構成素子には、新規で革新的でとりわけ安価である、２００℃超の適用に対する必要性がある。２００℃超の温度に対する構成素子がますます必要になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、とりわけ１７５℃超の温度領域に対する電子構成素子、とりわけ電力構成素子を提供することである。ここではとりわけ電気絶縁が、有効に電気絶縁性であり、有効に持続的で、熱機械的に安定していなければならない。とりわけ、全寿命にわたって熱機械的に安定した、電力電子回路用の高温パッケージが提供されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は独立請求項による方法および構成素子によって解決される。
【０００８】
解決のために、もっぱら無機材料、例えばガラスまたはセラミックを使用した構成素子構造が提案される。このようにして、全寿命にわたり高温に曝されるとりわけ電力電子回路用の高温パッケージが、無機絶縁材料または多重結合無機絶縁材料の使用により提供され、高い電気絶縁性、効率的な付着、安定した熱機械特性が得られる。
【０００９】
支持シートから開口部が切り抜かれ、電子構成素子、例えばリードフレームが支持シートに位置決めされ、固定される。さらに接続部が、電子構成素子、例えばリードフレームと別のコンポーネントとの間に作製される。本発明の構造は好ましくは、構成素子または構成素子を大量のストック数で大量生産するために、好ましくは従来の電力構成素子に対して使用することができる。高温耐性を使用することにより、すなわち１７５℃超の温度に対する温度耐性を使用することにより、伝熱性があり、高絶縁性であり、構造化された無機材料に多くの利点が生じる。すなわち、良好な形状適応能力による側面からの優れた熱結合、優れた熱管理、および高電圧適用に対する高い電気絶縁破壊耐性である。さらなる利点は、信頼性の改善、損失電力の低減、高い電流密度、集積能力、コンパクトな構造、柔軟なレイアウト、ならびに電磁遮へい性である。信頼性の改善は、十分な長期間安定性に作用する。
【００１０】
支持シートの開口部は、とりわけレーザ切断によって形成することができる。
【００１１】
さらなる有利な構成は、従属請求項に関連して請求される。
【００１２】
有利な構成によれば、中間空間が少なくとも第２の無機材料を有する充填層により、電気絶縁のために充填される。中間空間の絶縁は、無機材料により行われる。充填層は、１００から４００μｍの層厚を有する。中間空間はとりわけ、電子構成素子、支持シートおよびリードフレームの間で充填される。３次元に成形されたリードフレームは、導電性、とりわけ金属製の３次元に成形された構造体、例えば格子形状であり、例えばローラまたはストライプでの安価な押抜き、エッチングおよび／または曲げによって作製される。３次元に成形とは、とりわけ平面からの曲げ出しを意味する。材料として好ましくは銅合金、例えばガンメタルＣｕＳｎ６またはＳＢ０２、すなわちＣｕ９８Ｆｅ２が適する。典型的な厚さは０．２から０．５ｍｍの範囲にある。ここに定義した３次元に成形されたリードフレームとは異なり、平坦なリードフレームも同様に使用される。３次元に成形されたリードフレームおよび平坦なリードフレームに対する統合概念はリードフレームである。実施例では、３次元に成形されたリードフレームが、押抜き曲げ部材または押抜き格子として使用される。
【００１３】
別の有利な構成によれば、第１および／または第２の無機材料が、とりわけスパッタ、浸漬または焼成により作製されるセラミック高温材料であり、とりわけ無機または有機の結合マトリクスである。
【００１４】
別の有利な構成によれば、第１および／または第２の無機材料は、４００℃の温度でロウガラスを溶解することにより形成されるガラス、窒化ホウ素、炭化ホウ素、高温セメント、窒化ケイ素、混合セラミック、酸化アルミニウム、多重結合炭化ケイ素および／またはＫａｇｅｒ社の製品「Ceramacoat」のようなセラミック接着剤である。ＳｉＣ構成素子を作製することができる。炭化ケイ素はＳｉ電子回路と比較して、とりわけスイッチング周波数、動作温度および出力密度に関して有利である。材料は、スパッタリングプロセス、化学気相蒸着（ＣＶＤ）またはプラズマ法によって被着することができる。
【００１５】
別の有利な構成によれば、充填層は多層構造を有し、個々の層は異なる要求に適合され、溶射またはラミネートによって被着されている。とりわけセラミック層は、種々異なる要求、すなわち長さ膨張、電気絶縁、または多層構造による付着の要求を満たす。例えば第１の層は、ボンディングプレート、例えばダイレクト・クッパー・ボンド基板またはクッパー・ボンデットプレートの長さ膨張係数に適合されている。被着は例えば、溶射、とりわけプラズマスパッタ、フレームスパッタ、真空および低圧スパッタ、または個々の層のラミネートによって形成することができる。
【００１６】
別の有利な構成によれば、個々の層の間に付着手段、例えばシランが個々の層の効率的な付着を提供するために被着される。この種の付着手段によって、個々の層への良好な付着が追加で得られる。
【００１７】
別の有利な構成によれば、充填層の上に例えばＡｌ（ＯＨ３）の層が、最後の層の細孔およびひびを閉鎖および修復するために、とりわけシルクスクリーン、溶射、浸漬、ラミネーション、ブラシによって被着される。とくに密閉性が重要である。ここで典型的なジーグラー、例えばいわゆるゾルゲルが、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂をベースに作製される。このようにして、信頼性の改善、損失電力の低減、高い電流密度、集積能力、コンパクトな構造、柔軟なレイアウト、ならびに電磁遮へい性が、積層手段、すなわちサンドイッチ構造により創成される。
【００１８】
本発明の別の有利な構成では、電気接続が、構造化され、平坦で電気的な、とりわけＣｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇからなる少なくとも１つの導体路層を、電気絶縁された支持シートの開口部および／または少なくとも１つの側に取り付けることによって行われる。無機材料からなる適切な薄い支持シート、例えばガラスシートが、両側が構造化されたＣｕ金属化部、とりわけソース、ゲートおよびドレイン接点のような接点面に割り当てられた開口部とともに提供される。構成素子接点面には、接続方法に対応して例えば先行のウェハレベルプロセスで、接続方法に適した機能層、例えばＣｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ａｇ、ＳｎＡｇ金属化部が設けられる。
【００１９】
別の有利な構成によれば、導体路層は電気メッキまたは印刷により形成される。電気化学的な接続では、一時的固定手段面、例えば接着面または接着台がパッキンとして用いられる。すなわち支持シートと電子構成素子またはＣｕリードフレームとの間に液体が達することが阻止される。導体路構造または接続部は、電子構成素子の前準備を行った後の印刷プロセスによって、データにしたがい形成することができる。
【００２０】
別の有利な構成によれば、電気接続部は、導体路層をとりわけ銅製のリードフレームに、例えばハンダ付けまたは溶接により電気接続することによって形成される。接続部として、レイアウトに適合しており、両側に取り付けられたＣｕリードフレームが、金属化により、例えば電気的スルーコンタクト、ハンダ接続、溶接接続により、ガラス開口部に準備される。両側でＣｕリードフレーム上に大面積で存在する構成素子接続は、標準的ハンダ付け方法により、またはソルダーフリー接続方法により行うことができる。これは例えば、ナノＡｇ、レーザ／超音波溶接等である。外側端子も同様に、リードフレーム、とりわけＣｕリードフレームの形状と変形によって安価に形成することができる。リードフレーム接続技術を使用し、自動化プロセスを適用することによって、電子構成素子または電力構成素子を安価に製造することができる。
【００２１】
別の有利な構成によれば、構成素子の位置決めは、一時的固定手段面上の自動光学的検査（ＡＯＩ）によって行われる。ＡＯＩにしたがい電子構成素子を一時的固定手段面上に位置決めすることにより、接点面とリードフレームとの精確な割り当てが可能になる。電気化学的な接続の場合には、この固定手段面がパッキンとしても用いられる。すなわち、液体が支持シートとチップまたはＣｕリードフレームとの間に達することが阻止される。これとは択一的に、クリティカルな個所に薄い疎水層を被着することもできる。
【００２２】
別の有利な構成によれば、充填層の裏面が、構成素子または別のコンポーネントの支持シートとは反対側まで研磨される。
【００２３】
別の有利な構成によれば、冷却体および／または別の接続部が、構成素子の電気接続部および／または構成素子の支持シートとは反対の側に取り付けられる。そこから二重冷却が得られ、信頼性の改善、損失電力の低減、高い電流密度、集積の能力、コンパクトな構造、および柔軟なレイアウトに作用する。冷却体および／または裏面接続部が取り付けられる。同様の付加も行うことができる。必要な場合には、前準備された構成素子の上側および／または下側を、熱管理の改善のために構造化された厚いＣｕブロックにより、短絡の場合には短時間で加熱するよう実施することができる。
【００２４】
別の有利な構成によれば、構成部材の集積および多層構造によって、埋込型システムを提供することができる。
【００２５】
本発明を、図面と関連して実施例に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の方法の実施例を示すフローチャート。
【図２】本発明の電子構成素子または電子電力構成素子の実施例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の方法の実施例を示し、この方法は以下のステップを有する。ステップＳ１により、支持シート内に開口部が切り出される。ステップＳ２により、電子構成素子、リードフレームが支持シートに位置決めされ、固定される。ステップＳ３により、中間空間が充填される。ステップＳ４により、中間空間充填材料が、電子構成素子または他のコンポーネントの裏側まで研磨される。ステップＳ５により、電子構成素子とリードフレームおよび他のコンポーネントとの間に接続部が作製される。ステップＳ６により、冷却体および／または別の裏面接続部が取り付けられる。
【００２８】
図２によれば、本発明の電子構成素子または電子電力構成素子の実施例が示されている。参照符合１は、例えば電界効果トランジスタである電子構成素子を示す。他の電子構成素子も同様に可能である。参照符合３は、第１の無機材料を有する電気絶縁支持シートを示す。構成素子１は、第１の無機材料を有する電気絶縁支持シート３上に固定されている。支持シート３は開口部５を有し、この開口部５には構成素子１の電気接続部７が、構成素子１の外側に向かって設けられている。外側とは、同様に電力構成素子の外であることを意味する。参照符合９は第２の無機材料を有する充填層を示し、この充填層９は中間空間を電気絶縁して充填する。ここで中間空間とは、電子構成素子１、支持シート３およびリードフレーム１１の間の空間である。充填層９は多層構造を有し、個々の層は異なる要求に適合されている。個々の層の間には、個々の層に効率的な付着を提供する付着手段を設けることができる。充填層９上には、最後の層の細孔とひびを閉鎖し、修復するための層を取り付けることができる。図２で最後の層は、充填層９の最上層である。図２は、導体層７の電気接続により、リードフレーム１１に形成された電気接続部７を示し、これはとりわけ銅製である。外側端子は、リードフレーム１１の形状と変形によって安価に形成される。参照符合１３は、冷却体および／または別の接続部を示し、これは、構成素子１の電気接続部７および／または構成素子の支持シート３とは反対の側に取り付けられる。図２は、１７５℃超、とりわけ２００℃超の高温使用のための無機ベースの電力構成素子を示す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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