Patent EP-4248493-A1 (EP)
Title: Leistungsmodul, elektrisches gerät und verfahren zur herstellung eines leistungsmoduls
Inventor: BIGL THOMAS
IPC: H01L23/488
Filed: 2021-12-10
Abstract: Ein Leistungsmodul (1) umfasst ein Substrat (2), eine elektrisch leitende Zwischenschicht (3), welche auf dem Substrat (2) angeordnet ist und welche einen mittels Sinters hergestellten Fügebereich (4) aufweist, und zumindest ein Leistungs-Bauelement (5), welches jeweils auf der Zwischenschicht (3) und dem gesinterten Fügebereich (4) angeordnet ist und damit verbunden ist (insbesondere am Lastanschluss des Leistungs-Bauelements (5)) und welches jeweils zumindest eine mit der Zwischenschicht (3) verbundene Anschlussstelle (6) (z.B. einen Steueranschluss) aufweist, wobei die Zwischenschicht (3) im Bereich der jeweiligen Anschlussstelle (6) einen mittels eines Lot-Preforms hergestellten Lotbereich (7) aufweist, welcher mit der jeweiligen Anschlussstelle (6) verbunden ist und von dem gesinterten Fügebereich (4) beabstandet bzw. elektrisch isoliert ist. Die große aktive Fläche, welche einem hohen thermomechanischen Stress in den Lebensdauertests unterliegt, kann somit über den gesinterten Fügebereich (4) verbunden werden, weicher eine besonders langlebige, zuverlässige und belastbare mechanische Verbindung des jeweiligen Leistungs-Bauelementes (5) mit dem Substrat (2) gewährleistet. An der jeweiligen Anschlussstelle (6), bspw. dem Gate eines Transistors, ist der thermomechanische Stress üblicherweise weitaus geringer, weshalb dort in der Zwischenschicht (3) ein Lot-Preform zur Herstellung der Verbindung des jeweiligen Leistungs-Bauelementes (5) mit dem Substrat (2) verwendet werden kann, wobei solche Lot-Preforms vergleichsweise kostengünstig erhältlich sind. Weiterhin weist ein elektrisches Gerät (10) zumindest ein derartiges Leistungsmodul (1) auf. Der mittels Sinters hergestellte Fügebereich (4) kann mittels eines Sinter-Preforms hergestellt oder mittels 3D-Druckes, mittels eines Beschichtungsverfahrens oder mittels Sieb-/Schablonendruckes ausgebildet werden. Beim Verfahren zur Herstellung des Leistungsmoduls (1) kann die Zwischenschicht (3) auf die Schmelztemperatur des Lots erhitzt werden, wenn die Schmelztemperatur des Lots höher ist als die Sintertemperatur, oder auf die Sintertemperatur erhitzt werden, wenn die Sintertemperatur höher ist als die Schmelztemperatur des Lots, wobei die Schichtdicke (9) des Sintermaterials für den mittels Sinters hergestellten Fügebereich (4) größer bzw. kleiner sein kann als die Schichtdicke (9) des Lots für den jeweiligen Lotbereich (7), wenn die Sintertemperatur entsprechend kleiner bzw. größer ist als die Schmelztemperatur des Lots. Alternativ kann die Schmelztemperatur des Lots im Wesentlichen gleich der Sintertemperatur sein, wobei die Schichtdicke (9) des Sintermaterials für den mittels Sinters hergestellten Fügebereich (4) im Wesentlichen gleich der Schichtdicke (9) des Lots für den jeweiligen Lotbereich (7) sein kann. Der gesinterte Fügebereich (4) kann einen als Vollmaterial ausgestalteten Sinterkern (4") aufweisen, welcher auf beiden Seiten, das heißt zum Leistungs-Bauelement (5) hin und zum Substrat (2) hin, jeweils ein Sintermaterial (4') aufweist; es wäre auch ein geschichteter, gesinterter Fügebereich (4) denkbar, bei welchem sich Sintermaterial und Vollmaterial schichtweise abwechseln, z.B. Sintermaterial-Vollmaterial-Sintermaterial-Vollmaterial-Sintermaterial.