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DE102019215438A1 - Bondbändchen, Elektronikanordnung mit einem Bondbändchen, Verfahren zum Herstellen eines Bondbändchens - Google Patents

Bondbändchen, Elektronikanordnung mit einem Bondbändchen, Verfahren zum Herstellen eines Bondbändchens Download PDF

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DE102019215438A1
DE102019215438A1 DE102019215438.7A DE102019215438A DE102019215438A1 DE 102019215438 A1 DE102019215438 A1 DE 102019215438A1 DE 102019215438 A DE102019215438 A DE 102019215438A DE 102019215438 A1 DE102019215438 A1 DE 102019215438A1
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DE
Germany
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contact
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section
bonding ribbon
bond
Prior art date
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DE102019215438.7A
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English (en)
Inventor
Matthias Duchrau
Markus Leicht
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Vitesco Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Vitesco Technologies Germany GmbH
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Publication date
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Abstract

Offenbart wird ein Bondbändchen (BB) zur Herstellung einer Bondverbindung zu einem elektrischen Bauelement (BE), aufweisend:- einen Brückenabschnitt (BA);- einen sich an dem Brückenabschnitt (BA) anschließenden Kontaktabschnitt (KA) zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen dem Bondbändchen (BB) und dem Bauelement (BE);- wobei der Kontaktabschnitt (KA) eine Strukturierung aufweist, durch die der Kontaktabschnitt (KA) zumindest teilweise in zwei oder mehreren Kontaktbereichen (KB) getrennt ist;- wobei die Kontaktbereiche (KB) über den Brückenabschnitt (BA) miteinander körperlich verbunden sind.

Description

  • Technisches Gebiet:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bondbändchen zur Herstellung einer elektrischen Bondverbindung und eine Elektronikanordnung mit einem genannten Bondbändchen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen des genannten Bondbändchens.
  • Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
  • Bondbändchen zur Herstellung von oberseitigen elektrischen und thermischen Verbindungen für (Leistungshalbleiter-)Bauelemente von (leistungs-)elektrischen Vorrichtungen, wie z. B. Invertern, sind bekannt. Um eine hohe Stromtragfähigkeit zu ermöglichen, werden Kontaktflächen der Bondbändchen großflächig ausgeführt. Dies führt jedoch zu relativ hohen thermomechanischen Spannungen an Grenzbereichen bzw. Grenzflächen zwischen den Bondbändchen und den Bauelementen, was wiederum Temperaturzyklenfestigkeit der elektrischen Verbindungen zwischen den Bondbändchen und den Bauelementen beeinträchtigt. Dies kann wiederum zu Störungen gar zu einem vorzeitigen Ausfall der (leistungs-)elektrischen Vorrichtungen führen.
  • Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der eine (temperatur-)stabile und somit zuverlässige Bondverbindung bzw. eine (temperatur-)stabile und somit zuverlässige (leistungs-)elektrische Vorrichtung bereitzustellen.
  • Beschreibung der Erfindung:
  • Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Bondbändchen zur Herstellung einer elektrischen Bondverbindung zu einem elektrischen Bauelement bzw. zu einer elektrischen Kontaktfläche des Bauelements bzw. zwischen Kontaktflächen von zwei elektrischen Bauelementen, wie z. B. Halbleiterbauelementen, Leiterbahnen, passiven und aktiven elektrischen Bauelementen etc., bereitgestellt.
  • Das Bondbändchen weist einen Brückenabschnitt und einen sich an dem Brückenabschnitt anschließenden Kontaktabschnitt (bzw. zwei Kontaktabschnitte) mit einer flächig ausgeführten Kontaktfläche auf. Der Kontaktabschnitt ist zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen dem Bondbändchen und dem Bauelement (bzw. der Kontaktfläche des Bauelements) ausgeführt. Dabei weist der Kontaktabschnitt eine Strukturierung auf, durch die der Kontaktabschnitt bzw. dessen Kontaktfläche zumindest teilweise in zwei oder mehrere Kontaktbereiche getrennt ist. Dabei sind die Kontaktbereiche über den Brückenabschnitt miteinander (und auch mit dem Brückenabschnitt) körperlich (einstückig) verbunden.
  • Ein Kontaktabschnitt ist ein Abschnitt des Bondbändchens, über den das Bondbändchen auf dem zu kontaktierenden Bauelement bzw. dessen Kontaktfläche aufliegt und mit diesem Bauelement körperlich und somit auch thermisch und elektrisch verbunden wird. Ein Bondbändchen weist mindestens einen, in der Regel zwei, in speziellen Fällen drei oder mehrere, Kontaktabschnitte auf, die in der Regel an freiliegenden Enden des Bondbändchens ausgebildet sind. Die Kontaktabschnitte weisen jeweils eine flächig ausgedehnte Kontaktfläche zur Herstellung einer ebenfalls flächig ausgedehnten niederohmigen Kontaktverbindung zu den Bauelementen auf.
  • Ein Brückenabschnitt ist ein (in der Regel) mittlerer Abschnitt des Bondbändchens, der die Kontaktabschnitte des Bondbändchens miteinander körperlich verbindet und somit räumliche Distanz zwischen zwei Verbindungspartnern, sprich zwei Bauelementen überbrückt, die über das Bondbändchen miteinander elektrisch verbunden werden sollen.
  • Eine Strukturierung des Kontaktabschnitts ist bspw. ein Konturverlauf an der Kante des Kontaktabschnitts bzw. der Kontaktfläche des Kontaktabschnitts, wie z. B. ein Zick-Zack-Verlauf der Kante, oder eine Aussparung mitten in dem Kontaktabschnitt bzw. der Kontaktfläche, wie z. B. ein oder mehrere Durchgangslöcher mitten in dem Kontaktabschnitt bzw. der Kontaktfläche des Kontaktabschnitts.
  • Durch die Strukturierung ist die Kontaktfläche des Kontaktabschnitts zumindest teilweise in zwei oder mehrere Kontaktbereiche getrennt. Mit anderen Worten, die Kontaktbereiche weisen Spalten bzw. Löcher dazwischen auf, welche die Kontaktbereiche zumindest teilweise voneinander trennen.
  • Durch die Strukturierung wird somit eine Vereinzelung des Kontaktabschnitts bzw. dessen Kontaktfläche in die Kontaktbereiche bzw. in Kontaktflächenabschnitte erzielt, wodurch Flächengrößen der einzelnen Kontaktbereiche bzw. der einzelnen Kontaktflächenabschnitte der Kontaktbereiche im Vergleich zu der Flächengröße der gesamten Kontaktfläche eines nicht vereinzelten Kontaktabschnitts ohne die Strukturierung (wesentlich) verkleinert sind. Dadurch werden lokal auftretende thermomechanische Spannungsmaxima an Ecken und Kanten des vereinzelten Kontaktabschnitts bzw. der einzelnen Kontaktbereiche bei Temperaturwechseln in der Applikation verringert. Die Temperaturzyklenfestigkeit des vereinzelten Kontaktabschnitts und somit des Bondbändchens wird somit erhöht.
  • Dadurch weist ein oben beschriebenes Bondbändchen eine höhere Temperaturzyklenfestigkeit im Vergleich zu einem Bondbändchen mit einem nicht-strukturierten Kontaktabschnitt.
  • Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der eine (temperatur-)stabile und somit zuverlässige Bondverbindung bzw. eine (temperatur-)stabile und somit zuverlässige (leistungs-)elektrische Vorrichtung mit einer genannten Bondverbindung hergestellt werden können.
  • Das oben genannte Bondbändchen kann auf allen Gebieten der elektrischen Aufbau- und Verbindungstechnik von elektrischen Bauelementen verwendet werden, bei denen hohe Anforderungen an einer Temperaturzyklenfestigkeit bestehen.
  • Bspw. weist die Strukturierung mindestens eine Aussparung auf, durch die der Kontaktabschnitt in die zwei oder mehreren Kontaktbereiche getrennt ist.
  • Bspw. ist die Aussparung als ein Schlitz ausgebildet oder weist mindestens einen Schlitz auf, der sich in einer Haupterstreckungsrichtung bzw. der Längsrichtung des Bondbändchens erstreckt und den Kontaktabschnitt in die zwei oder mehreren Kontaktbereiche trennt.
  • Dabei trennt der Schlitz den Kontaktabschnitt bspw. an dessen freiliegenden Ende bzw. dessen Längsende in die zwei oder mehreren Kontaktbereiche.
  • Bspw. weist die Aussparung zwei oder mehrere Schlitze auf, die sich zueinander parallel in der Haupterstreckungsrichtung des Bondbändchens erstrecken und somit den Kontaktabschnitt bzw. dessen freiliegenden Ende in drei oder mehrere (zueinander parallel verlaufende) Kontaktbereiche trennen. Die Kontaktbereiche sind dann über den Brückenabschnitt miteinander und mit dem Brückenabschnitt körperlich (einstückig) verbunden.
  • Die Aussparung bzw. die Schlitze sind bspw. an dem Kontaktabschnitt gestanzt oder laserstrahlgeschnitten.
  • Der Kontaktabschnitt bzw. die Kontaktbereiche weisen bspw. jeweils eine Löt-, Schweiß- oder Sinterflächen auf, die zur Herstellung einer Löt-, Schweiß- oder Sinterverbindung zwischen dem Bondbändchen und dem Bauelement eingerichtet sind.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Elektronikanordnung, insb. eine Leistungselektronikanordnung, speziell für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, bereitgestellt.
  • Die Elektronikanordnung weist mindestens ein elektrisches Bauelement, wie z. B. eine Leiterbahn, ein Halbleiterbauelement, ein aktives oder ein passives Bauelement, mit einer elektrischen Kontaktfläche zur Herstellung einer elektrischen Verbindung des Bauelements, und mindestens ein zuvor beschriebenes Bondbändchen auf. Das Bondbändchen liegt dabei über den Kontaktabschnitt bzw. die Kontaktbereiche auf dem Bauelement bzw. dessen Kontaktfläche auf und ist über den Kontaktabschnitt bzw. die Kontaktbereiche mit dem Bauelement bzw. dessen Kontaktfläche elektrisch, mechanisch und thermisch verbunden. Dabei liegen die einzelnen Kontaktbereiche auf der Kontaktfläche des Bauelements auf und sind jeweils (und voneinander unabhängig) mit der Kontaktfläche elektrisch, mechanisch und thermisch verbunden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird Verfahren zum Herstellen eines zuvor beschriebenen Bondbändchens bereitgestellt.
  • Gemäß dem Verfahren wird das Bondbändchen in einem Stanz- oder Laserstrahlschneidvorgang gestanzt oder laserstrahlgeschnitten. In dem gleichen Stanz- oder Laserstrahlschneidvorgang, insb. zeitgleich zu dem Stanz- oder Laserstrahlschneidvorgang, des Bondbändchens wird an dem Kontaktabschnitt des Bondbändchens die Strukturierung gestanzt oder laserstrahlgeschnitten.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Bondbändchens sind, soweit im Übrigen, auf die oben genannte Elektronikanordnung bzw. auf das oben genannte Verfahren übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Elektronikanordnung bzw. des Verfahrens anzusehen.
  • Beschreibung der Zeichnung:
  • Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Vogelperspektivdarstellung ein Bondbändchen BB gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Bondbändchen BB besteht überwiegend aus einem Metall, wie z. B. Kupfer oder einer Kupferlegierung. Das Bondbändchen BB weist zwei eben ausgeführte Kontaktabschnitte KA und einen bogenförmig geformten Brückenabschnitt BA auf. Die Kontaktabschnitte KA weisen jeweils eine flächig ausgedehnte Kontaktfläche zur Herstellung von elektrischen Kontaktverbindungen auf. Der Brückenabschnitt BA befindet sich zwischen den beiden Kontaktabschnitten KA, ist mit den beiden Kontaktabschnitten KA einstückig ausgebildet und verbindet somit die beiden Kontaktabschnitte KA auch miteinander körperlich wie elektrisch. Das Bondbändchen ist in dessen Draufsicht betrachtet im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und erstreckt sich entlang seiner Längsrichtung LR, die auch seine Haupterstreckungsrichtung ist und in der der Brückenabschnitt BA auch die räumliche Distanz zwischen miteinander elektrisch zu verbindenden Bauelementen BE überbrückt.
  • An jeweiligen freiliegenden Enden weisen die beiden Kontaktabschnitte KA Strukturierungen mit Aussparrungen in Form von mehreren Schlitzen AS auf, die sich zueinander parallel in der Längsrichtung LR des Bondbändchens BB erstrecken und die jeweiligen freiliegenden Enden einseitig in mehrere Kontaktbereiche KB trennen. Dabei erstrecken sich die Kontaktbereiche KB ebenfalls zueinander parallel in der Längsrichtung LR des Bondbändchens BB und sind über den Brückenabschnitt BA mit dem Rest des Bondbändchens BB und somit auch miteinander körperlich verbunden.
  • Das Bondbändchen BB liegt über die beiden Kontaktabschnitte KA auf Gegenkontaktflächen GF von zwei Leistungshalbleiterbauelementen, wie z. B. Leistungshalbleiterschaltern, auf und mit diesen durch Sinterverbindungen körperlich und somit elektrisch wie thermisch verbunden. Dabei sind die einzelnen Kontaktbereiche KB der jeweiligen Kontaktabschnitte KA durch die Sinterung jeweils mit der jeweiligen Gegenkontaktfläche GF fest verbunden.
  • Die durch die Strukturierung erzielte Vereinzelung der Kontaktflächen der jeweiligen Kontaktabschnitte KA in die mehreren Kontaktbereiche KB entstanden viele Kontaktsubflächen, die im Vergleich zu einer zusammenhängenden Kontaktfläche eines nichtgetrennten Kontaktabschnitts wesentlich klein sind und somit vergleichsweise wesentlich geringe thermomechanische Ausdehnungen aufweisen. Durch die Vereinzelung der jeweiligen Kontaktabschnitte KA jeweils in den mehreren Kontaktbereichen KB wird die thermomechanische Ausdehnung der jeweiligen Kontaktabschnitte KA auf die vielen kleinen Kontaktsubflächen der Kontaktbereiche KB aufgeteilt. Lokal auftretende thermomechanische Spannungsmaxima an Ecken und Kanten der Kontaktabschnitte KA bei Temperaturwechseln in der Applikation werden entsprechend reduziert. Folglich wird die Temperaturzyklenfestigkeit bei mittels des oben beschriebenen Bondbändchens BB hergestellten elektrischen Verbindungen erhöht.
  • Die Herstellung des oben beschriebenen Bondbändchens BB erfolgt durch laserstrahlschneiden. Dabei wird das Bondbändchen BB aus einem Metall- bzw. Kupfer- oder Kupferlegierungsblech in einem Laserstrahlschneidvorgang laserstrahlgeschnitten. Die Aussparungen bzw. Schlitze AS an den Kontaktabschnitten KA werden in demselben Laserstrahlschneidvorgang an den Kontaktabschnitten KA laserstrahlgeschnitten.

Claims (9)

  1. Bondbändchen (BB) zur Herstellung einer Bondverbindung zu einem elektrischen Bauelement (BE), aufweisend: - einen Brückenabschnitt (BA); - einen sich an dem Brückenabschnitt (BA) anschließenden Kontaktabschnitt (KA) zur Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen dem Bondbändchen (BB) und dem Bauelement (BE); - wobei der Kontaktabschnitt (KA) eine Strukturierung aufweist, durch die der Kontaktabschnitt (KA) zumindest teilweise in zwei oder mehreren Kontaktbereichen (KB) getrennt ist; - wobei die Kontaktbereiche (KB) über den Brückenabschnitt (BA) miteinander körperlich verbunden sind.
  2. Bondbändchen (BB) nach Anspruch 1, wobei die Strukturierung mindestens eine Aussparung (AS) aufweist, durch die der Kontaktabschnitt (KA) in die Kontaktbereiche (KB) getrennt ist.
  3. Bondbändchen (BB) nach Anspruch 2, wobei die Aussparung (AS) mindestens einen Schlitz aufweist, der sich in einer Haupterstreckungsrichtung (LR) des Bondbändchens (BB) erstreckt und den Kontaktabschnitt (KA) in die Kontaktbereiche (KB) trennt.
  4. Bondbändchen (BB) nach Anspruch 3, wobei der Schlitz den Kontaktabschnitt (KA) an dessen freiliegenden Ende (ED) in die Kontaktbereiche (KB) trennt.
  5. Bondbändchen (BB) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Aussparung (AS) zwei oder mehrere Schlitze aufweist, die sich zueinander parallel in der Haupterstreckungsrichtung (LR) erstrecken und den Kontaktabschnitt (KA) an dessen freiliegenden Ende (ED) in drei oder mehrere Kontaktbereiche (KB) trennen.
  6. Bondbändchen (BB) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aussparung (AS) gestanzt oder laserstrahlgeschnitten ist.
  7. Bondbändchen (BB) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kontaktabschnitt (KA) bzw. die Kontaktbereiche (KB) jeweils eine Löt-, Schweiß- oder Sinterfläche zur Herstellung der elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen dem Bondbändchen (BB) und dem Bauelement (BE) aufweisen.
  8. Elektronikanordnung (EA), aufweisend: - mindestens ein elektrisches Bauelement (BE); - mindestens ein Bondbändchen (BB) nach einem der vorangehenden Ansprüche; - wobei das Bondbändchen (BB) über den Kontaktabschnitt (KA) auf dem Bauelement (BE) aufliegt und mit dem Bauelement (BE) elektrisch und mechanisch verbunden ist.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Bondbändchens (BB) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Bondbändchen (BB) in einem Stanz- oder Laserstrahlschneidvorgang gestanzt oder laserstrahlgeschnitten wird, wobei in dem gleichen Stanz- oder Laserstrahlschneidvorgang an dem Kontaktabschnitt (KA) die Strukturierung gestanzt oder laserstrahlgeschnitten wird.
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