具有兩個能導電結構的電子模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于制造電子模塊的方法，其至少具有如下步驟:提供設置有第一能導電結構的電路板，將至少一個電子元件安裝到第一能導電結構上，并且在其上面設置第二能導電結構。本發明也涉及一種電子模塊，其具有設置有第一能導電結構的電路板、至少一個布置在第一能導電結構上的電子元件和設置在其上面的第二能導電結構。特別地，本發明能應用在功率電子模塊上。
【背景技術】
[0002]目前，如IGBT這樣的功率元件的典型構造技術基于在絕緣基底(主要由陶瓷構成)上的以及由線路之間的導線(例如所謂的粘合線)或帶線形式的連接元件組成的結構化的、導電的線路。特別地已知了一種利用由銅構成的導電線路鋪蓋的陶瓷板、所謂的DCB(“Direct Copper Bonded(直接銅粘合)”，也稱作 DCB，“Direct Bonded Copper (直接敷銅)”)電路板。這種電路板通常也被稱為“基底”、例如被稱為“DCB基底”。
[0003]功率電子模塊領域中的新發展通過平面的構造形式能夠實現較高的可靠性和改善的低電感的構造可能性，以用于減少功率損耗以及用于實現較高的開關頻率。附加地，取消了降低使用壽命的連接位置，其在易出故障的連續過程、例如粘合中產生。對于平面構造形式的實例是Semikron公司的“SKiN”技術或者Siemens公司的“SiPLIT”技術。SKiN技術的特征在于由柔性的、結構化的薄膜替代粘合線，該薄膜平坦地燒結在DCB電路板上，所述電路板具有固定在其上面的功率電子元件。在SiPLIT技術中，平面的布線在首先未結構化的薄膜上實現，該薄膜同時起電介質的作用。電鍍地實現隨后的結構化和觸點接通。后者通過之前薄膜中的由激光燒蝕去除的開口產生。
[0004]兩個平面的構造技術是共同的，S卩，必須要么在設置其之前、要么在制造模塊時以耗費成本的電鍍過程制造上方的布線層。在SKiN技術中，這與實際的模塊制造無關地以印刷電路板技術發生在柔性的薄膜上。在SiPLIT技術中，在多個過程步驟中電鍍地構造，直到達到最終銅厚度。
[0005]此外，在平面的構造技術中，過程工序此外包含了在建立連接時刪減和添加過程的組合。在SKiN技術的情況中，柔性的薄膜例如必須在設置之前蝕刻結構化，并且接著與各個部件(例如冷卻體、連接端子、DCB基底、柔性印刷電路板)一起在多級的燒結過程中彼此連接成一個模塊。在SiPLIT技術的情況中，之前設置的薄膜在多個不同的過程中金屬化和結構化以及以最終銅層厚度電鍍地構造。
[0006]為了使模塊與控制電路板接通，以使功率信號和控制信號耦合和退耦，存在不同的解決方案，例如借助于使用經由將元件焊接、釬焊或燒結直到壓入管腳的彈簧觸點。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于，至少部分地克服現有技術的缺點，并且特別地提出一種用于簡化地制造電子模塊的布線的可行性方案。特別地，該目的簡化地制造了上布線層。
[0008]該目的根據獨立權利要求所述的特征來實現。特別地，優選的實施方式能夠由從屬權利要求得出。
[0009]該目的通過一種用于制造電子模塊的方法實現，其至少具有如下步驟:(i)提供設置有第一能導電結構的電路板，(ii)將至少一個電子元件安裝到第一能導電結構上，并且(iii)在其上面純添加地制造第二能導電結構。
[0010]第一結構或線路結構可以對應于下布線層。第一結構或線路結構可以相應于上布線層。
[0011]該方法具有的優點是，能夠取消用于將第二能導電結構結構化和金屬化的耗費成本和時間的過程。也不用考慮用于制造用于接通控制電路板的連接結構的附加連續過程。在唯一的過程中，能夠產生所有所需要的層，用于三維地以幾乎任意的層厚度構造模塊而沒有刪減或燒蝕或材料剝蝕的過程。能夠有針對性地避免通常方法的已知問題、例如在以導電層構造或結構的可達到的層厚度限制或邊緣鋪蓋時的減少的絕緣層厚度。
[0012]特別地，設置有第一結構的電路板可以具有陶瓷基底、特別是陶瓷板。可以在一側或在兩側用第一能導電結構來鋪蓋陶瓷基底。特別地，第一能導電結構可以由銅構成。特別地，陶瓷基底能夠在一側上、例如在“下側或背側”上設置有整面的(特別是未結構化的)金屬層，并且在另一側(“上側或前側”)上設置有第一能導電結構。整面的金屬層可以例如由銅構成，其中，電路板例如能夠是DCB電路板。然而整面的金屬層也可以例如由鋁構成，其中，電路板例如能夠是IMS ( “Insulated Metal Substrate (絕緣金屬基底)”)電路板。然而，原則上能夠任意地選擇基底的材料和設置在該基底上的至少一個能導電的(結構化的和未結構化的)層。因此，也能夠應用聚酰亞胺作為可彎曲的電路板的基底材料。
[0013]在步驟(ii)中可以例如借助于自動裝配機進行將至少一個電子元件安裝在第一能導電結構上。特別地，至少一個電子元件可以包括至少一個功率元件、特別是至少一個功率半導體。至少一個功率元件可以例如具有至少一個IGBT、至少一個功率MOSFET、至少一個功率二極管、至少一個晶閘管、至少一個雙向晶閘管等等。設置有至少一個電子元件的電路板在下面也可以被稱為“裝配的電路板”。電路板可以在一側或在兩側裝配。
[0014]特別地，在步驟(iii)中的制造第二結構(其特別用作上布線層)包括:第二結構僅在根據步驟(i)和(ii)裝配的電路板上產生，并且不是像至今為止例如在SKiN技術中那樣地預先制造，并且接隨后固定在裝配的電路板上。
[0015]特別地，在步驟(iii)中的純添加地制造第二結構包括不需要進行高成本的燒蝕或材料剝蝕的過程步驟。特別地，燒蝕或材料剝蝕的過程步驟理解為這樣的過程步驟，即，在該過程步驟中去除其他情況下持續保留的材料容積。特別地，用于去除其他情況下非持續保留的材料的清潔過程不在燒蝕或材料剝蝕的過程步驟下發生，并且可以應用在本方法中。清潔過程例如能夠包括清洗和/或壓縮空氣凈化，以便例如去除粉末。
[0016]添加的制造也能夠被稱為添加的制成或生產的制成。
[0017]電子模塊也能夠被稱為功率電子模塊。這種功率電子模塊通常在對其構造要求方面明顯地不同于無功率元件的電子模塊。
[0018]一個設計方案在于，在制造第二能導電結構之前進行設置絕緣層。這抑制了寄生漏電電流的形成，改善了擊穿安全性和/或在可能的情況下甚至阻止了短路。特別地，第二能導電結構能夠至少部分地在絕緣層上制造。例如，第二能導電結構能夠在接觸位置之外在絕緣層上制造。
[0019]還有一個設計方案在于，步驟(iii)中的純添加地制造第二結構包括設置能熱激活的層，其在未加熱的狀態中是電絕緣的，并且在加熱之后是能持續導電的，并且(iiib)局部地加熱能熱激活的層。因此，能夠以特別簡單的方式，通過能量充足的和由此足夠熱的局部加熱在要存在導電區域的位置上產生第二能導電結構。在未足夠加熱該能熱激活的層的位置處，其保持電絕緣。
[0020]能熱激活的層例如可以具有塑料基層(Kunststoff-Matrix)，金屬顆粒作為填料溶于該塑料基層中。如果為該層的材料容積輸送足夠的能量，那么在那里去除或排除塑料，并且金屬顆粒彼此結合成導電的容積。
[0021]能熱激活的層可以至少局部地設置在絕緣層上和/或局部地加熱。
[0022]由此，一個設計方案在于，借助于至少一個激光束進行局部地加熱能熱激活的層。這得出的優點是，能夠廉價地、準確地并且以高結構分辨率引入足夠用于產生電導性的能量。
[0023]能熱激活的層原則上能夠以不同的方式產生。其例如能夠通過安置薄膜來產生。還有一種設計方案在于，設置該能熱激活的層的包括蓋印或噴鍍。蓋印例如能夠借助于一個或多個刮板和/或輥子進行。因此，獲得的優點是，能熱激活的層在無附加花費的情況下也能夠無間隙地設置在邊緣或梯部等上。相同的優點也能夠通過借助于澆注法、特別是噴射注塑法的設置來實現。
[0024]一個改進方案在于，步驟(iii)中的第二結構通過所謂的激光燒結或激光熔化來制造。在激光燒結中，金屬粉末借助于激光束和另外的輻射介質燒結在一起。特別地，能夠應用所謂的選擇性的激光燒結(SLS)。該粉末可以具有粘合劑，其例如也能夠應用為燒結輔助劑，例如用于簡化液相燒結。也可能在不添加粘合劑的情況下直接使用金屬粉末。在此，金屬粉末能夠被完全地熔化。為此，能夠使用例如CW激光。這個方法變體也能夠被稱為選擇性的激光熔化(SLM)。上面已述的塑料/金屬顆粒復合物也可以用作用于激光燒結和/或激光熔化的原材料。
[0025]原則上也能夠使用其他類型的輻射、例如用于電子輻射燒結的電子等。
[0026]另一個設計方案在于，添加地設置第二結構包括設置和激活第二結構的至少一個部分的形式的可能量激活的介質。特別地，如果可能量激活的介質設置在平坦的表面上，這可以得出對第二機構非常簡單的制造。可能量激活的介質能夠例如以反應膜(例如IndiumCorporat1n公司的NanoFoil)的形式進行設置。如果反應納米膜在一個位置上通過能量輸入(例如無線電、足夠高的電壓、火焰、微波、激光束等)激活，那么從這個位置通過納米膜擴展熱反應，從而該納米膜在其基層上熔化為第二結構。當例如反應膜具有由