(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的な構成ユニット（１５）を製造する方法であって、
第１のステップで、金属製の底部分を備えた出力モジュール（６）を準備し、
別のステップで固定部分（１）を準備し、
該固定部分（１）に接着剤を被着させ、別のステップで金属製の底部分を接着剤上に配置して、接着剤により、出力モジュールを取り囲む縁領域を形成する形式の方法において、
前記縁領域をＵＶ光線照射によって前硬化させ、この場合、ＵＶ光線を固定部分（１）の、接着剤が被着されている方の側から接着剤に向けて照射し、
別のステップで出力モジュールをゲル（３３）で被覆し、
ゲル（３３）と接着剤とを１回のステップで一緒に完全硬化させる
ことを特徴とする、電気的な構成ユニットを製造する方法。
【請求項２】
接着剤を前硬化させた後に、出力モジュールのワイヤボンディングを行う、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ワイヤボンディングが、超音波式のワイヤボンディングである、請求項２記載の方法。
【請求項４】
出力モジュール（６）を準備するために、
導体フレーム（２０）とチップ（４，５）とを準備し、
この場合、チップと導体フレームとの間に結合媒体を導入し、
別のステップで該結合媒体を、チップと導体フレームとを少なくとも部分的に結合する状態にもたらし、
別のステップで出力モジュールの個別化を行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
出力モジュール上に配置された各チップの間のワイヤボンディングを行う、請求項４記載の方法。
【請求項６】
結合媒体としてＵＶ硬化性の導電性接着剤（３２）またははんだを使用する、請求項４記載の方法。
【請求項７】
ＵＶ照射または誘導炉における加熱によって、結合媒体を、チップと導体フレームとを少なくとも部分的に結合する状態にもたらす、請求項４または６記載の方法。
【請求項８】
固定部分として冷却体を使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
冷却体をプラスチックケーシング（３１）に結合する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
プラスチックケーシング（３１）にカバー（３０）を装着する、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の電気的な構成ユニットを製造する方法もしくは請求項１１の上位概念部に記載の電気的な構成ユニットに関する。このような方法もしくはこのような電気的な構成ユニットはドイツ連邦共和国特許第３９３９６２８号明細書に基づきすでに公知である。この公知の方法もしくは電気的な構成ユニットでは、構成素子がＵＶ（紫外線）硬化性の接着剤または接着樹脂（省略して「接着剤」と呼ぶ）によってセラミックスの膜集積回路に接着される。接着剤の硬化は、セラミックスの膜集積回路にＵＶ光線を裏側から照射することによって行われる。この場合に、ＵＶ光線の、基板を通過する光線量により、全構成素子の下で接着剤の硬化が行われる。
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による方法は従来のものに比べて、接着剤の前硬化の後に、別のステップにおいて構成素子もしくは出力モジュールをゲルで被覆することができ、しかもこの場合、ゲル被覆プロセスの後にゲルと接着剤とを１つの炉プロセスにおける１回のステップで一緒に完全硬化させることができるという利点を有している。このことは、接着剤とゲルとのために２つの別個の炉プロセスを実施する場合に比べて著しい時間節約を意味する。
請求項２以下に記載の方法により、請求項１に記載の方法の有利な改良が可能である。出力モジュールの縁領域において、特にＵＶ照射を用いて、接着剤の縁初期硬化が行われると特に有利である。これによって、硬化放射線のためには自由にアクセス可能な、つまり露出した状態の小さな領域しか必要とならず、かつＵＶ光線を用いた前硬化プロセスもわずか数秒間しか必要としない。要するに、１つの炉プロセスにおいて１回で完全硬化させる場合に比べて、著しい時間節約が可能である。
接着剤の前硬化が出力モジュールのボンディングプロセスとの関係においても極めて有利であることが分かった。前硬化に基づき、固定部分への出力モジュールの十分な結合が与えられているので、自動化されたボンディングプロセスにおいて出力モジュールの欠陥のない接触接続が可能になる。すなわち前硬化によって、いわゆるワイヤボンディングのための出力モジュールの十分な位置固定が保証されると同時に、接着剤と、出力モジュールの被覆のために使用されるゲルとを完全に硬化させるためのプロセスにおいて著しく時間が節約される。
出力モジュールの準備は、特に銅から成る金属製の導体フレームを使用して行われると有利である。この場合、この導体フレームには、チップが、たとえば導電性の接着剤に導電接続された形で被着される。この場合にも、チップの側方から流出する導電性の接着剤がＵＶ放射線によって硬化させられるか、またはチップと金属製のブロックとの間に電気的な接続を形成するための硬化の目的で接着剤の加熱が誘導炉において、つまり磁気誘導により誘導された渦電流が適当な加熱を生ぜしめる炉において行われると、接着剤を完全に硬化させる場合に、従来慣用される炉プロセス、つまり大量投入時では面倒でかつ時間的に手間のかかる炉プロセスを不要にすることができる。
その他の請求項に記載の特徴により、さらに別の有利な改良形が得られる。
図面
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
図１は、本発明の方法により製造された電気的な構成ユニットの平面図であり、
図２は、図１に示した電気的な構成ユニットを側方から見た横断面図であり、
図３は、本発明の方法において使用される導体フレームの構造を示す図である。
実施例の説明
図１には、ヒートシンクを形成する冷却体として形成された固定部分１に配置された出力モジュール６が示されている。出力モジュール６は、銅ブロック３として形成された底部分を有しており、この底部分には１つのチップ４と別のチップ５とが配置されている。両チップはワイヤボンディング部７を介して互いに電気的に接続されている。冷却体１はプラスチックケーシング８と結合されている。図１には、このプラスチックケーシング８の一部が図示されている。電気的な構成ユニット１５に設けられた凹設部１４では、まだ冷却体１の小幅の縁部が見えている。銅ブロック３と冷却体１との間に配置された接着剤は銅ブロック３の下に少しだけ見えている。すなわち、銅ブロック３は接着剤層２の小幅の縁領域によって取り囲まれている。チップはたとえばワイヤボンディング部９を介して銅ブロック３の、ニッケルめっきされた表面に電気的に接続されており、そして図示の実施例においては、チップ５がやはり２つのワイヤボンディング部１０，１１を介して２つの接触接続面１２，１３に電気的に接続されている。この場合、これらの接触接続面はプラスチックケーシング８に配置されていて、プラスチックケーシング８の内部で、またはプラスチックケーシング８の表面に沿って、電気的な構成ユニットの接触接続箇所、たとえば孔にまで案内され得る。これらの孔は電気的な構成ユニットを機械的に固定するためにも役立つ。
図２には、図１に示した電気的な構成ユニットを側方から見た横断面図が示されている。図１と同じ符号は同一の構成部分を示しており、これらの構成部分については、繰り返し説明することを省略する。図示の実施例では、冷却体が裏側に複数の冷却リブを備えているのに対して、冷却体の表側ではこの冷却体に配置された出力モジュールが腐食防止の目的でゲル３３で取り囲まれている。このゲル３３は、たとえば接触接続面１２をも取り囲んでいる。プラスチックケーシング３１は冷却体と出力モジュールとから成るユニットを取り囲んでおり、この場合、冷却体１はプラスチックケーシング３１と形状接続的に、つまり嵌合に基づく係合により結合されている。図示の横断面図から分かるように、チップ４は導電性の別の接着剤３２を介して銅ブロック３に、たとえば導電的に接続されている。さらに電気的な構成ユニット１５はカバー３０を備えており、このカバー３０は、出力モジュール６を取り囲む、ゲル３３を備えた領域を、たとえば機械的な損傷から保護している。
電気的な構成ユニット１５はたとえば、自動車バッテリをその充電状態に関連して、自動車エンジンにより駆動されるジェネレータによって充電するために使用される。この場合に電気的な構成ユニット１５は、好ましくない環境影響下に使用されていて、高い損失出力を生ぜしめるので、確実な機械的保護も腐食防止も、損失出力の良好な導出も与えられていなければならず、しかもこのことはできるだけコンパクトな構造において実現されなければならない。冷却体１および銅ブロック３と、良熱伝導性の接着剤２とを介して形成された良熱伝導性の結合部は損失出力の確実な導出を保証しており、出力モジュールを取り囲むように配置されたゲルは腐食を防止しており、カバーならびに接触接続箇所を含めたプラスチックケーシング３１は機械的な損傷の防止ならびに別の装置への電気的な構成ユニットの頑丈な機械的・電気的な結合を保証している。
以下に、図１および図２に示した電気的な構成ユニットを形製造するための方法を説明する：
まず、図３に示した導体フレーム２０が準備される。この導体フレーム２０は有利には銅から成っていて、複数の銅ブロック２１を有している。これらの銅ブロック２１は、あとでそれぞれ１つの出力モジュール６の底部分３を形成する。チップと銅ブロックとの間の導電性の接続（アース接続）を形成するために、導電性の接着剤が導体フレーム２０の銅ブロック２１にピン転写される。次のステップでは、導電性の接着剤を備えた面にチップが載置され、接着剤が硬化させられる。このことは炉プロセスで行われ、約２．５時間かかる。選択的に、チップを銅ブロックに機械的に固定しかつ電気的に接触接続するためにチップと銅ブロックとの間にはんだを導入することができる。はんだは炉プロセスにおいて溶融し、ひいてはチップと銅ブロックとの間に電気的な接続を形成する。本発明の有利な構成では、金属の接着成分、つまり銅ブロックと、金属粒子を含有する導電性の接着剤とが存在していることを利用して、手間のかかる炉プロセス（時間的な手間およびスペースの手間）の代わりに誘導炉における磁気誘導により接着剤の硬化（もしくはチップと銅ブロックとの間に配置されたはんだの溶融）が得られる。この場合にも択一的にチップの固定を、側方に流出する導電性接着剤のＵＶ縁部初期硬化により行うことができる。このためにはＵＶ硬化性の導電性接着剤を使用することが必要となる。ＵＶ硬化性の導電性接着剤の完全な硬化は別のステップで、封止用ゲルと一緒に行われる。これまで説明した方法ステップは出力モジュールの前組付けに属している。この場合に、全てのチップの他に個々のトランジスタ、ダイオード、点火チップ（Ｚｕｅｎｄｅｒｃｈｉｐｓ）または調整チップ（Ｒｅｇｌｅｒｃｈｉｐｓ）もヒートシンク、特に金属製の冷却体に組み付けることができる。導体フレームにおける接着剤の塗布は、ピンスタンプ法（Ｓｔｅｍｐｅｌｎ）、ディスペンサ法、スクリーン印刷法もしくはステンシル印刷法によって行うことができる。この場合に、誘導炉またはＵＶ通過区間を使用することにより、導電性の接着剤の硬化時間の著しい短縮や、緩衝器またはスタックなしのシリーズの接着経過が得られる。なぜならば、たとえば誘導炉は、硬化させたい出力モジュールの連続的な通過を可能にする炉として簡単に形成することができるからである。前述のプロセスにかかるコストは慣用の炉プロセスに比べてエネルギや調達の点で安価である。なぜならば、特に熱損失が生じず、加熱したいエレメント（金属エレメント）だけが加熱されるからである。さらに、各構成部分の取り扱いも全体的に簡便化されている。誘導炉は、電磁コイルを備えた通過区間を有している。短縮された硬化時間の他に、磁気放射線の使用により導体フレームの加熱段階が著しく減じられる。なぜならば、金属部分だけが固有に加熱されるからである。すなわち、図３に示した導体フレームは誘導炉の通過区間またはＵＶ照射装置の通過区間を通過する。この方法により、前述した出力モジュールの前組付けを、以下に説明する電気的な構成ユニットの最終組み付けの製造経過に取り込むことが可能となる。これにより、節約可能性として投資コストの削減（１炉削減）や、導体フレーム１つ当たりの製造時間の短縮ならびにエネルギコストの削減が得られる。
出力モジュールの前記前組付けの後に、最終組付けが行われる。出力モジュールは導体フレーム２０の打抜き加工によって個別化され、ボンディング組付けにおいて、場合によってはワイヤボンディングが行われる。すなわち、銅ブロック２１として形成された底部分３に載置された複数のチップ４，５の間に種々の電気的な接続が形成される。次に、出力モジュール６は冷却体１に固定されなければならない。この結合は熱伝導性の接着剤によって実現される。この場合に、冷却体への接着剤塗布は、ピンスタンプ法、ディスペンサ法、スクリーン印刷法もしくはステンシル印刷法によって行われる。引き続き、出力モジュールが接着剤層２に被着される。次のステップにおいて、ＵＶ硬化性の接着剤から形成された接着剤層２の前硬化が、図１において符号２が示しているような出力モジュール６を取り囲む縁領域において行われる。この縁部架橋結合は、１０〜４００ｎｍ、有利には３００〜４００ｎｍの波長を有するＵＶ光線を用いた放射線硬化によって行われる。このＵＶ光線は図１で見て上方から出力モジュールに向けられる。このときに、ＵＶ硬化性の接着剤の接着剤層の当該の縁領域だけが架橋される。このステップは約１５秒かかる。この前硬化は、後続のワイヤボンディングプロセスのために必要となる機械的な安定性を保証するために十分となる。このワイヤボンディングプロセスでは、銅ブロック上に配置されたチップがワイヤボンディング部９，１０，１１を介して、たとえば超音波溶接によって接触接続面１２，１３および／または銅ブロックに電気的に接続される。ＵＶ硬化性の接着剤としては、たとえばＵＶ硬化性のアクリレート接着剤が使用される。このようなＵＶ硬化性のアクリレート接着剤は、たとえばパナコール（Ｆｉｒｍａ  Ｐａｎａｃｏｌ）社の「ビトラリット（Ｖｉｔｒａｌｉｔ）８５０／７」の商品名で市販されている。この場合に有利には、機械的な応力を補償するために必要な接着剤層２の最小厚さを保証するために、スプレッダを使用することができる。引き続き、別のステップにおいては、ゲル被覆プロセスで出力モジュールとワイヤボンディング部との封止を行うことができる。この場合に、出力モジュールとワイヤボンディング部とはゲルで取り囲まれる。引き続き、出力モジュール（および場合によっては接着剤層３２）の下の接着剤層２の残留硬化と、ゲル被覆プロセスのために使用されるシリコーンゲルの硬化とが、１つの炉プロセスにおける１回の作業工程で行われる。これまでは、出力モジュールを冷却体に結合するためには、熱作用によってしか結合しない熱伝導性接着剤が使用されていた。したがって、冷却体への出力モジュールの装着とワイヤボンディングとの間で１回の炉プロセスが使用されなければならなかった。なぜならば、ワイヤボンディングのために出力モジュールの機械的な固定が必要であるからである。それに対して本発明による方法では、それぞれ約１．５〜２時間を必要とする接着剤硬化とゲル硬化とのために、２つの別個の炉プロセスが必要となるのではなく、唯一の共通の炉プロセスしか必要としない。それに対して、接着剤層２の前硬化は、１５〜３０秒間かかるＵＶ前硬化プロセスを用いて実施され、この前硬化プロセス���は接着剤層２の縁領域が照射される。１回の炉プロセスの節約が可能となると共に、前硬化プロセスを通過区間として形成することが可能となり、この通過区間では、前硬化させたい接着剤層を備えた電気的な構成ユニットが、規定された時間で、ＵＶ光線で満たされたゾーンを、先行のプロセスステップから出発して連続的に通過し、これにより構成ユニットは後続のプロセスステップであるワイヤボンディングへ継ぎ目なく到達するようになる。出力モジュールの下にある接着剤がまだ硬化させられていないにもかかわらず、ＩＣがワイヤボンディングされるので、ワイヤボンディングのプロセスはこの方法では「ウェットボンディング（Ｎａｓｓｂｏｎｄｅｎ）」とも呼ばれる。ＵＶ硬化性の接着剤の縁部初期硬化により出力モジュールを機械的に前固定する方法の利点は、著しいコスト節約にある。なぜならば、高価な第２の炉の調達が不要となり、しかも硬化のために必要となるエネルギの約半分もが節約されるからである。特に、１つの炉プロセスしか必要とされないことに基づき、１．５〜２．５時間の時間節約が行われることも有利である。
出力モジュールの前組付け時につき説明した、誘導炉の使用または導電性接着剤のＵＶ縁部初期硬化は、図１および図２に示したようにプラスチックケーシングによって取り囲まれている冷却体にチップを直接に接着する場合にも可能である。その場合には、金属だけが加熱され、プラスチックは加熱されないという利点が得られる。したがって、金属の熱質量だけが加熱されるだけでよく、プラスチックの熱質量を加熱する必要はない。これによって加熱時間の著しい短縮、ひいては全硬化時間の短縮も行われる。誘導炉を使用するためには単に、接着成分のうちの一方が高い金属含量を有していればよく、これによって誘導流により的確に加熱を行うことができる。誘導炉の別の用途としては、組み合わされたはんだ付け・接着プロセス、つまり「はんだ付け・接着」における出力トランジスタとダイオードとの組付けまたはアルミニウム冷却体または鉄冷却体への出力モジュールの組付けも考えられる。
【図１】
0003955334.tif 000002
【図２】
0003955334.tif 000003
【図３】
0003955334.tif 000004