DE102022206300A1

DE102022206300A1 - Electronic device, method of assembling an electronic device and method of connecting an electronic device to a circuit board

Info

Publication number: DE102022206300A1
Application number: DE102022206300.7A
Authority: DE
Inventors: Florian Wilhelmi
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-06-23
Filing date: 2022-06-23
Publication date: 2023-07-06

Abstract

Der vorliegende Ansatz betrifft eine elektronische Vorrichtung (100). Die elektronische Vorrichtung (100) weist ein Elektronik-Bauteil (105) und ein Substrat (110) auf. Das Elektronik-Bauteil (105) weist einen auf einer ersten Bauteilseite des Elektronik-Bauteils (105) angeordneten silbermetallisierten ersten Anschluss (120) und einen auf einer der ersten Bauteilseite gegenüberliegenden zweiten Bauteilseite des Elektronik-Bauteils (105) angeordneten silbermetallisierten zweiten Anschluss (125) auf. Das Substrat (110) ist über den ersten Anschluss (120) und/oder den zweiten Anschluss (125) mit dem Elektronik-Bauteil (105) verbunden oder verbindbar und weist auf einer ersten Substratoberfläche (600) zumindest eine erste silbermetallisierte Kupferbahn (130) auf und auf einer der ersten Substratoberfläche (600) gegenüberliegenden zweiten Substratoberfläche (800) zumindest eine zweite silbermetallisierte Kupferbahn (135) auf.The present approach relates to an electronic device (100). The electronic device (100) has an electronic component (105) and a substrate (110). The electronic component (105) has a silver-metallized first connection (120) arranged on a first component side of the electronic component (105) and a silver-metallized second connection (125 ) on. The substrate (110) is or can be connected to the electronic component (105) via the first connection (120) and/or the second connection (125) and has at least one first silver-metallized copper track (130) on a first substrate surface (600). at least one second silver-metallized copper track (135) on and on a second substrate surface (800) opposite the first substrate surface (600).

Description

Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine elektronische Vorrichtung, ein Verfahren zum Montieren einer elektronischen Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden einer elektronischen Vorrichtung mit einer Leiterplatte.The present approach relates to an electronic device, a method of assembling an electronic device, and a method of connecting an electronic device to a circuit board.

Gängige Gehäuse für elektronische Bauteile wie das TO-220- oder TO-247-Gehäuse sind einfach zu beschaffen, aber aufgrund der langen Leitungen extrem hochinduktiv, was die Schalteigenschaften verschlechtert. Darüber hinaus erlauben solche üblichen diskreten Gehäuse nicht viele verschiedene Montagemethoden.Common housings for electronic components such as the TO-220 or TO-247 housing are easy to obtain, but are extremely highly inductive due to the long lines, which impairs the switching properties. In addition, such conventional discrete packages do not allow for many different assembly methods.

Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz eine verbesserte elektronische Vorrichtung, ein verbessertes Verfahren zum Montieren einer elektronischen Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden einer verbesserten elektronischen Vorrichtung mit einer Leiterplatte gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present approach provides an improved electronic device, an improved method of assembling an electronic device and a method of connecting an improved electronic device to a circuit board according to the independent claims. Advantageous configurations result from the dependent claims and the following description.

Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass eine kostengünstige und für eine Vielzahl von Montagemöglichkeiten geeignete elektronische Vorrichtung geschaffen wird, mit der ein Elektronik-Bauteil schnell und einfach getestet werden kann. Ferner wird durch geschickte Wahl der Metallisierungen und des Substrataufbaus ein einfacher, vielseitiger Einsatz ermöglicht.The advantages that can be achieved with the approach presented are that an inexpensive electronic device that is suitable for a large number of mounting options is created, with which an electronic component can be tested quickly and easily. Furthermore, a simple, versatile use is made possible by skilful selection of the metallization and the substrate structure.

Eine elektronische Vorrichtung weist ein Elektronik-Bauteil und ein Substrat auf. Das Elektronik-Bauteil weist einen auf einer ersten Bauteilseite des Elektronik-Bauteils angeordneten silbermetallisierten ersten Anschluss und einen auf einer der ersten Bauteilseite gegenüberliegenden zweiten Bauteilseite des Elektronik-Bauteils angeordneten silbermetallisierten zweiten Anschluss auf. Das Substrat ist über den ersten Anschluss und/oder den zweiten Anschluss mit dem Elektronik-Bauteil verbunden oder verbindbar und weist auf einer ersten Substratoberfläche zumindest eine erste silbermetallisierte Kupferbahn auf und auf einer der ersten Substratoberfläche gegenüberliegenden zweiten Substratoberfläche zumindest eine zweite silbermetallisierte Kupferbahn auf.An electronic device includes an electronic component and a substrate. The electronic component has a silver-metallized first connection arranged on a first component side of the electronic component and a silver-metallized second connection arranged on a second component side of the electronic component opposite the first component side. The substrate is or can be connected to the electronic component via the first connection and/or the second connection and has at least one first silver-metallized copper track on a first substrate surface and at least one second silver-metallized copper track on a second substrate surface opposite the first substrate surface.

Bei der elektronischen Vorrichtung kann es sich um eine leistungselektronische Vorrichtung handeln und entsprechend bei dem Elektronik-Bauteil um ein Leistungselektronik-Bauteil, wie beispielsweise eine Diode. Die elektronische Vorrichtung kann auch als ein Gehäuse oder „Package“ bezeichnet werden. Das Leistungselektronik-Bauteil kann für das Steuern und Schalten hoher elektrischer Ströme und Spannungen ausgelegt sein, beispielsweise mehr als 1 Ampere und Spannungen von mehr als etwa 24 Volt. Die Obergrenze der Größe kann jeweils mehrere Tausend Ampere und Volt betragen. Die Diode kann Galliumoxid (Ga₂O₃), Galliumnitrid (GaN) oder Siliziumkarbid (SiC) aufweisen. Als den ersten Anschluss kann die Diode eine Anode aufweisen und als den zweiten Anschluss eine Kathode. Eine solche elektronische Vorrichtung kann dank der Silbermetallisierung auf mehreren/allen Komponenten eine breite Palette von Standardmontageverfahren wie (Silber-) Sintern, Löten und Drahtbonden, beispielsweise unter Verwendung eines Aluminium-, Gold- oder Silber-Drahts, ermöglichen.The electronic device can be a power electronic device and the electronic component can be a power electronic component, such as a diode. The electronic device may also be referred to as an enclosure or "package". The power electronics component can be designed for controlling and switching high electrical currents and voltages, for example more than 1 ampere and voltages in excess of about 24 volts. The upper limit of the size can be several thousand amperes and volts respectively. The diode may include gallium oxide (Ga ₂ O ₃ ), gallium nitride (GaN), or silicon carbide (SiC). The diode can have an anode as the first connection and a cathode as the second connection. Such an electronic device, thanks to the silver metallization on several/all components, can enable a wide range of standard assembly methods such as (silver) sintering, soldering and wire bonding, for example using an aluminium, gold or silver wire.

Das Substrat kann zumindest teilweise Keramik aufweisen. Das Substrat kann auch vollständig aus Keramik ausgeformt sein. Alternativ zu einem Keramiksubstrat kann das Substrat aber auch als eine gewöhnliche Leiterplatte, beispielsweise eine FR4-Leiterplatte bestehend aus Epoxidharz und/oder Glasfasergewebe, ausgeformt sein. Dieses Leiterplatten-Substrat kann für eine hocheffektive Wärmeübertragung Aluminiumnitrid aufweisen. Die Leiterplatte kann gegenüber einem Keramiksubstrat eine günstigere Variante sein.The substrate can at least partially include ceramic. The substrate can also be formed entirely of ceramic. As an alternative to a ceramic substrate, however, the substrate can also be in the form of a conventional printed circuit board, for example an FR4 printed circuit board consisting of epoxy resin and/or glass fiber fabric. This circuit board substrate may include aluminum nitride for highly efficient heat transfer. The printed circuit board can be a cheaper variant compared to a ceramic substrate.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Substrat als ein DPC-Substrat ausgeformt sein. „DPC“ steht für engl. „Direct Plated Copper“ und ermöglicht vorteilhafterweise Durchkontaktierungen, auch kurz „Vias“ genannt, also vertikale elektrische Verbindungen, durch die Keramik.According to one embodiment, the substrate can be formed as a DPC substrate. “DPC” stands for English. "Direct Plated Copper" and advantageously enables through-plating, also called "vias" for short, i.e. vertical electrical connections, through the ceramic.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die erste Kupferbahn und die zweite Kupferbahn gemäß einer Ausführungsform mittels zumindest einer Durchkontaktierung miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann bei einer Oberflächenmontagetechnik der elektronischen Vorrichtung auf einer Leiterplatte eine niederinduktive Verbindung zu der Leiterplatte hergestellt werden.It is also advantageous if, according to one embodiment, the first copper track and the second copper track are connected to one another by means of at least one via. In this way, a low-inductance connection to the circuit board can be produced in the case of a surface mounting technique of the electronic device on a circuit board.

Die erste Substratoberfläche kann zumindest eine Lötstoppschicht aufweisen. Eine solche Lötstoppschicht kann verhindern, dass Löt- oder Sinterpaste auf bestimmte Teile des Substrats fließt.The first substrate surface can have at least one solder stop layer. Such a solder stop layer can prevent solder or sintering paste from flowing onto certain parts of the substrate.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Elektronik-Bauteil einen Kunststoffrahmen aufweisen. Der Kunststoffrahmen kann beispielsweise 3D-gedruckt sein. Das Elektronik-Bauteil kann unmittelbar von dem Kunststoffrahmen aufgenommen sein, wobei das Substrat nicht vom Kunststoffrahmen umgeben sein kann. Ein solcher Kunststoffrahmen kann zum Schutz des Elektronik-Bauteils um das Elektronik-Bauteil herum und/oder auf das Substrat geklebt sein. Zum weiteren Schutz kann ein Bereich in oder um den Kunststoffrahmen mit Silizium-Gel und/oder Öl oder einem anderen Medium gefüllt sein.According to one embodiment, the electronic component can have a plastic frame. The plastic frame can be 3D printed, for example. The electronic component can be accommodated directly by the plastic frame, in which case the substrate cannot be surrounded by the plastic frame. Such a plastic frame can be glued around the electronic component and/or onto the substrate to protect the electronic component. For further protection, a range be filled with silicon gel and/or oil or another medium in or around the plastic frame.

Der erste Anschluss oder zweite Anschluss kann mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn versintert oder verlötet sein. Dies schafft eine einfache Möglichkeit zur sicheren elektrischen Verbindung. Bei einem als Diode ausgeformten Elektronik-Bauteil kann so eine anodenseitige oder kathodenseitige Lötverbindung oder Sinterverbindung erzeugt sein.The first lead or second lead may be sintered or soldered to the first silver-plated copper trace. This creates an easy way to make a secure electrical connection. In the case of an electronic component in the form of a diode, a soldered connection or sintered connection can be produced on the anode side or cathode side.

Beispielsweise kann der erste Anschluss mittels einer Bonddraht-Verbindung oder Metallplatte mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn verbunden sein, wenn der zweite Anschluss mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn versintert oder verlötet ist, oder es kann der zweite Anschluss mittels einer Bonddraht-Verbindung oder Metallplatte mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn verbunden sein, wenn der erste Anschluss mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn versintert oder verlötet ist. Die Bonddraht-Verbindung kann durch sogenanntes „Drahtbonden“ mit beispielsweise einem Aluminium-, Gold- oder Silber-Draht hergestellt worden sein.For example, if the second terminal is sintered or soldered to the first silver-plated copper trace, the first terminal may be bonded to the first silver-plated copper trace by a wire bond or metal plate, or the second terminal may be bonded to the first silver-plated copper trace by a bond wire or metal plate silver-plated copper trace when the first terminal is sintered or soldered to the first silver-plated copper trace. The bonding wire connection can be made by so-called "wire bonding" with, for example, an aluminum, gold or silver wire.

Die erste Substratoberfläche und/oder zweite Substratoberfläche kann zumindest ein Lötpad aufweisen. Ein Lötpad auf der ersten Substratoberfläche kann für eine vertikale Montage der elektronischen Vorrichtung an einer Leiterplatte dienen. Ein Lötpad auf der zweiten Substratoberfläche kann bei einer horizontalen Montage der elektronischen Vorrichtung auf einer Leiterplatte eine sehr niederinduktive Verbindung zur Leiterplatte ermöglichen.The first substrate surface and/or second substrate surface can have at least one soldering pad. A solder pad on the first substrate surface can be used for vertical mounting of the electronic device on a printed circuit board. A soldering pad on the second substrate surface can enable a very low-inductance connection to the printed circuit board when the electronic device is mounted horizontally on a printed circuit board.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Substrat zumindest eine Durchgangsöffnung aufweisen. Eine solche Durchgangsöffnung kann als Befestigungsloch für eine einfache Montage dienen.According to one embodiment, the substrate can have at least one through-opening. Such a through hole can serve as a mounting hole for easy assembly.

Die erste Substratoberfläche und/oder zweite Substratoberfläche kann zumindest ein Metallpad aufweisen. Das Metallpad kann auf der zweiten Substratoberfläche als ein Kühlpad dienen. Beispielsweise kann das Metallpad für den Anschluss an einen Kühlkörper bei einer vertikalen Montage verwendbar sein. Wenn das Substrat als eine gewöhnliche Leiterplatte ausgeformt ist, können zur besseren Wärmeübertragung Kupfer-Durchgangskontakte von oben nach unten auf dem Metallpad verwendet werden, wobei das Gehäuse/die elektronische Vorrichtung dann nicht mehr isolierend ist.The first substrate surface and/or second substrate surface can have at least one metal pad. The metal pad can serve as a cooling pad on the second substrate surface. For example, the metal pad can be used for connecting to a heat sink in the case of vertical mounting. If the substrate is formed as an ordinary printed circuit board, copper vias can be used from top to bottom of the metal pad for better heat transfer, in which case the housing/electronic device is then no longer insulative.

Ein Verfahren zum Montieren einer elektronischen Vorrichtung in einer der vorangehend beschriebenen Varianten weist einen Schritt des Sinterns oder Lötens auf, in dem der erste Anschluss oder zweite Anschluss des Elektronik-Bauteils an die erste silbermetallisierte Kupferbahn des Substrats gelötet oder gesintert wird, um die leistungselektronische Vorrichtung zu montieren.A method of assembling an electronic device in any of the variants described above comprises a step of sintering or soldering, in which the first terminal or second terminal of the electronic component is soldered or sintered to the first silver-metallized copper trace of the substrate to form the power electronic device to mount.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.

Ein Verfahren zum Verbinden einer elektronischen Vorrichtung in einer der vorangehend beschriebenen Varianten mit einer Leiterplatte weist einen Schritt des Befestigens auf, in dem die elektronische Vorrichtung an der Leiterplatte befestigt wird, wobei im Schritt des Befestigens die zweite Substratoberfläche mit der Leiterplatte kontaktiert wird oder das Substrat senkrecht bezüglich der Leiterplatte angeordnet wird, um die elektronische Vorrichtung mit der Leiterplatte zu verbinden.A method for connecting an electronic device in one of the variants described above to a circuit board has an attachment step in which the electronic device is attached to the circuit board, wherein in the attachment step the second substrate surface is contacted with the circuit board or the substrate is placed perpendicularly with respect to the circuit board to connect the electronic device to the circuit board.

Wenn im Schritt des Befestigens die zweite Substratoberfläche mit der Leiterplatte kontaktiert wird, kann so eine platzsparende horizontale Verbindung erzeugt werden. Wenn im Schritt des Befestigens das Substrat senkrecht bezüglich der Leiterplatte angeordnet wird, kann so eine vertikale Verbindung erzeugt werden, welche eine besonders gute Wärmeableitung ermöglicht.If the second substrate surface is contacted with the printed circuit board in the fastening step, a space-saving horizontal connection can be produced in this way. If the substrate is arranged perpendicularly with respect to the printed circuit board in the fastening step, a vertical connection can thus be produced which enables particularly good heat dissipation.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Vorrichtung kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.The approach presented here also creates a device that is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. The task on which the approach is based can also be solved quickly and efficiently by this embodiment variant of the approach in the form of a device.

Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.A device can be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals as a function thereof. The device can have one or more suitable interfaces, which can be designed in terms of hardware and/or software. In the case of a hardware design, the interfaces can be part of an integrated circuit, for example, in which the functions of the device are implemented. The interfaces can also be separate integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In the case of a software design, the interfaces can be software modules which are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.A computer program product with program code, which can be stored on a machine-readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above, is also advantageous if the program is on a computer or a device is performed.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 einen Querschnitt einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 einen Querschnitt einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 einen Querschnitt einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 einen Querschnitt eines Elektronik-Bauteils einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 einen Querschnitt eines Substrats einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Aufsicht auf eine erste Substratoberfläche eines Substrats einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 einen Querschnitt einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
11 eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12 eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
13 eine Aufsicht auf eine elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
14 eine Aufsicht auf ein Substrat einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
15 eine Aufsicht auf ein Substrat einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
16 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Montieren einer elektronischen Vorrichtung; und
17 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Verbinden einer elektronischen Vorrichtung mit einer Leiterplatte.

Exemplary embodiments of the approach presented here are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

1 a cross section of an electronic device according to an embodiment;
2 a cross section of an electronic device according to an embodiment;
3 a cross section of an electronic device according to an embodiment;
4 a cross section of an electronic component of an electronic device according to an embodiment;
5 a cross section of a substrate of an electronic device according to an embodiment;
6 a schematic plan view of a first substrate surface of a substrate of an electronic device according to an embodiment;
7 a perspective view of an electronic device according to an embodiment;
8th a perspective view of an electronic device according to an embodiment;
9 a cross section of an electronic device according to an embodiment;
10 a perspective view of an electronic device according to an embodiment;
11 a perspective view of an electronic device according to an embodiment;
12 a perspective view of an electronic device according to an embodiment;
13 a top view of an electronic device according to an embodiment;
14 a plan view of a substrate of an electronic device according to an embodiment;
15 a plan view of a substrate of an electronic device according to an embodiment;
16 a flow chart of a method according to an embodiment for assembling an electronic device; and
17 12 is a flow chart of a method according to an embodiment for connecting an electronic device to a printed circuit board.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred exemplary embodiments of the present approach, the same or similar reference symbols are used for the elements which are shown in the various figures and have a similar effect, with a repeated description of these elements being dispensed with.

1 zeigt einen Querschnitt einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die elektronische Vorrichtung 100 ist im Zusammenhang mit einer elektronischen Schaltung beispielsweise in einem Fahrzeug einsetzbar. 1 10 shows a cross section of an electronic device 100 according to an embodiment. The electronic device 100 can be used in connection with an electronic circuit, for example in a vehicle.

Die elektronische Vorrichtung 100 weist ein Elektronik-Bauteil 105 und ein Substrat 110 auf. Das Elektronik-Bauteil 105 weist einen auf einer ersten Bauteilseite des Elektronik-Bauteils 105 angeordneten silbermetallisierten ersten Anschluss 120 und einen auf einer der ersten Bauteilseite gegenüberliegenden zweiten Bauteilseite des Elektronik-Bauteils 105 angeordneten silbermetallisierten zweiten Anschluss 125 auf. Das Substrat 110 ist über den ersten Anschluss 120 und/oder den zweiten Anschluss 125 mit dem Elektronik-Bauteil 105 verbunden oder verbindbar und weist auf einer ersten Substratoberfläche zumindest eine erste silbermetallisierte Kupferbahn 130 auf und auf einer der ersten Substratoberfläche gegenüberliegenden zweiten Substratoberfläche zumindest eine zweite silbermetallisierte Kupferbahn 135 auf.The electronic device 100 includes an electronic component 105 and a substrate 110 . The electronic component 105 has a silver-metallized first connection 120 arranged on a first component side of the electronic component 105 and a silver-metallized second connection 125 arranged on a second component side of the electronic component 105 opposite the first component side. The substrate 110 is or can be connected to the electronic component 105 via the first connection 120 and/or the second connection 125 and has at least one first silver-metallized copper track 130 on a first substrate surface and at least a second one on a second substrate surface opposite the first substrate surface silver metallized copper trace 135 on.

In dem hier in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 110 über den ersten Anschluss 120 und den zweiten Anschluss 125 mit dem Elektronik-Bauteil 105 verbunden. Die elektronische Vorrichtung 100 ist in 1 in einem montierten Zustand dargestellt.In the here in 1 In the exemplary embodiment shown, the substrate 110 is connected to the electronic component 105 via the first connection 120 and the second connection 125 . The electronic device 100 is in 1 shown in assembled condition.

Bei der elektronischen Vorrichtung 105 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel um eine leistungselektronische Vorrichtung und entsprechend bei dem Elektronik-Bauteil 105 um ein Leistungselektronik-Bauteil, wie beispielsweise eine Diode 140. Die Diode 140 weist gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen Galliumoxid (Ga₂O₃), Galliumnitrid (GaN) oder Siliziumkarbid (SiC) auf. Als den ersten Anschluss 120 weist die Diode 140 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Kathode und als den zweiten Anschluss 125 eine Anode auf. Das Elektronik-Bauteil 105 wird im Folgenden auch kurz als „Chip“ bezeichnet.According to this exemplary embodiment, the electronic device 105 is a power electronic device and, correspondingly, the electronic component 105 is a power electronic component, such as a diode 140. According to different exemplary embodiments, the diode 140 has gallium oxide (Ga ₂ O ₃ ), gallium nitride (GaN) or silicon carbide (SiC). The diode 140 has the first connection 120 according to this exemplary embodiment, a cathode and, as the second terminal 125, an anode. The electronic component 105 is also referred to as “chip” for short below.

Das Substrat 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest teilweise Keramik 145 auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 110 als ein Keramiksubstrat vollständig aus Keramik 145 ausgeformt. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das Substrat 110 als eine gewöhnliche Leiterplatte, beispielsweise eine FR4-Leiterplatte bestehend aus Epoxidharz und/oder Glasfasergewebe, ausgeformt. In Form einer Leiterplatte weist das Substrat 110 für eine hocheffektive Wärmeübertragung gemäß einem Ausführungsbeispiel Aluminiumnitrid auf.According to this exemplary embodiment, the substrate 110 has ceramic 145 at least in part. According to one embodiment, substrate 110 is formed entirely of ceramic 145 as a ceramic substrate. According to an alternative exemplary embodiment, the substrate 110 is formed as a conventional circuit board, for example an FR4 circuit board consisting of epoxy resin and/or glass fiber fabric. In the form of a printed circuit board, the substrate 110 includes aluminum nitride for highly efficient heat transfer, according to one embodiment.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 110 ferner als ein DPC-Substrat ausgeformt.According to this embodiment, the substrate 110 is further formed as a DPC substrate.

Der erste Anschluss 120 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn 130 versintert oder verlötet, hier beispielhaft unter Verwendung eines Lotes 155 verlötet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist so eine kathodenseitige Lötverbindung oder Sinterverbindung erzeugt.According to this exemplary embodiment, the first connection 120 is sintered or soldered to the first silver-metallized copper track 130 , soldered here by way of example using a solder 155 . According to this exemplary embodiment, a soldered connection or sintered connection on the cathode side is thus produced.

Der zweite Anschluss 125 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels einer Bonddraht-Verbindung 150 oder alternativ mittels einer Metallplatte mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn 130 verbunden. Die Bonddraht-Verbindung 150 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch sogenanntes „Drahtbonden“ mit beispielsweise einem Aluminium-, Gold- oder Silber-Draht hergestellt.According to this exemplary embodiment, the second connection 125 is connected to the first silver-metallized copper track 130 by means of a bonding wire connection 150 or alternatively by means of a metal plate. According to this exemplary embodiment, the bonding wire connection 150 is produced by what is known as “wire bonding” with, for example, an aluminum, gold or silver wire.

Die hier vorgestellte elektronische Vorrichtung 100 realisiert ein günstig herstellbares Gehäuse für Elektronik-Bauteile 105 in Form von leistungselektronischen Chips wobei vorteilhafterweise vielseitige Montageverfahren ermöglicht sind.The electronic device 100 presented here implements a housing for electronic components 105 in the form of power electronic chips that can be produced inexpensively, with versatile assembly methods advantageously being made possible.

Das Montageverfahren und die elektronische Vorrichtung 100 in Form einer Gehäusestruktur ermöglichen:

- viele Freiheitsgrade beim Chip-Bonden
- eine sehr geringe Streuinduktivität, die mit Standardmaterialien und kostengünstigen Methoden erreicht wird

The method of assembly and the electronic device 100 in the form of a package structure enable:

- many degrees of freedom in chip bonding
- a very low leakage inductance, achieved with standard materials and inexpensive methods

In anderen Worten ermöglicht die elektronische Vorrichtung 100 eine einfache Montagemethode und realisiert ein kostengünstiges diskretes Gehäuse für Leistungselektronik-Chips.In other words, the electronic device 100 enables a simple assembly method and realizes a low-cost discrete package for power electronic chips.

Zum Testen neuer leistungselektronischer Bauelemente wie Galliumoxid (Ga₂O₃), Galliumnitrid (GaN) oder Siliziumkarbid (SiC) in Form des Elektronik-Bauteils 105 realisiert die elektronische Vorrichtung 100 eine preiswerte und geeignete Einheit/Gehäuse. Geeignet bedeutet hier insbesondere, dass die elektronische Vorrichtung 100 folgende Eigenschaften aufweist:

- geringe parasitäre Induktivität für schnelles Schalten: geringe Gehäuseinduktivität und geringe induktive Montage auf einer Leiterplatte, siehe die 11 und 12
- leicht zu handhaben
- einfache Prozessschritte
- effiziente Kühlung
- großer Freiheitsgrad für unterschiedliche Bestückungsmethoden

For testing new power electronic components such as gallium oxide (Ga ₂ O ₃ ), gallium nitride (GaN) or silicon carbide (SiC) in the form of the electronic component 105, the electronic device 100 implements an inexpensive and suitable unit/housing. Suitable here means in particular that the electronic device 100 has the following properties:

- low parasitic inductance for fast switching: low package inductance and low inductive assembly on a printed circuit board, see the 11 and 12
- easy to handle
- simple process steps
- efficient cooling
- large degree of freedom for different assembly methods

Gängige Gehäuse wie das TO-220- oder TO-247-Gehäuse sind einfach zu beschaffen, aber aufgrund der langen Leitungen extrem hochinduktiv, was die Schalteigenschaften verschlechtert. Darüber hinaus erlauben solche üblichen diskreten Gehäuse nicht viele verschiedene Montagemethoden. Die TO-Reihe ist mittels einer Durchgangsbohrung montierbar, über eine niederinduktive Montage auf der Leiterplatte montierbar und die Streuinduktivität ist hoch, beispielsweise ∼10nH, und es ist keine Isolierung vorhanden.Common housings such as the TO-220 or TO-247 housing are easy to obtain, but are extremely highly inductive due to the long lines, which impairs the switching properties. In addition, such conventional discrete packages do not allow for many different assembly methods. The TO series is through-hole mountable, PCB mountable via low-inductance mount, and the leakage inductance is high, for example, ∼10nH, and there is no insulation.

Bei der elektronischen Vorrichtung 100 sind hingegen viele Montagemethoden wie Sintern, Löten oder Drahtbonden des Chips von beiden Seiten, beispielsweise über die Kathode und/oder Anode, ermöglicht. Bei der elektronischen Vorrichtung 100 ist vorteilhafterweise eine Oberflächenmontage ermöglicht, wobei die Streuinduktivität niedrig ist, beispielsweise ~1 nH, und eine Isolierung vorhanden ist, beispielsweise als direkte Befestigung an einem Kühlkörper für eine bessere Kühlung.On the other hand, the electronic device 100 enables many assembly methods such as sintering, soldering or wire bonding of the chip from both sides, for example via the cathode and/or anode. Advantageously, the electronic device 100 allows for surface mounting with low leakage inductance, for example ~1 nH, and isolation, for example direct attachment to a heatsink for better cooling.

Bei der elektronischen Vorrichtung 100 besteht eine Anoden- und Kathodenmetallisierung des Elektronik-Bauteils 105/Chips aus Silber (Ag) anstelle von beispielsweise einer Ni/Au-Metallisierung für die Kathode und einer Al-Metallisierung für die Anode. Als Basis wird für das Substrat 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein gewöhnliches Keramiksubstrat verwendet. Eine Silbermetallisierung ist für die Kupferbahnen 130, 135 auf beiden Seiten des Keramiksubstrats verwendet. Die Silbermetallisierung auf den Komponenten 120, 125, 130, 135 ermöglicht eine breite Palette von Standardmontageverfahren wie (Silber-)Sintern, Löten und Drahtbonden, insbesondere mit Al-, Au- und Ag-Draht.In the electronic device 100, an anode and cathode metallization of the electronic part 105/chip is made of silver (Ag) instead of, for example, Ni/Au metallization for the cathode and Al metallization for the anode. An ordinary ceramic substrate is used as a base for the substrate 110 according to this embodiment. A silver plating is used for the copper traces 130, 135 on both sides of the ceramic substrate. The silver metallization on the components 120, 125, 130, 135 enables a wide range of standard assembly processes such as (silver) sintering, soldering and wire bonding, especially with Al, Au and Ag wire.

Außerdem ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein DPC-Substrat (Direct Plated Copper) verwendet. Solche DPC-Substrate ermöglichen vertikale elektrische Kontakte, sogenannte „Vias“ durch die Keramik 145, siehe 5 und 9. Auf diese Weise ist bei einer in 11 gezeigten Oberflächenmontagetechnik eine niederinduktive Verbindung zur Leiterplatte herstellbar. Dies bietet viele Freiheitsgrade für das Design eines Gehäuses.In addition, according to this embodiment, a DPC substrate (Direct Plated Copper) used. Such DPC substrates enable vertical electrical contacts, so-called "vias" through the ceramic 145, see 5 and 9 . In this way, at an in 11 a low-inductance connection to the printed circuit board can be produced using the surface mounting technology shown. This offers many degrees of freedom for the design of a housing.

Darüber hinaus verhindert gemäß einem Ausführungsbeispiel eine gemeinsame Lötstoppschicht auf den DPC-Substraten, dass Löt- oder Sinterpaste auf bestimmte Teile des Substrats 110 fließt, siehe beispielsweise 6 und 7.Furthermore, according to one embodiment, a common solder stop layer on the DPC substrates prevents solder or sinter paste from flowing onto certain parts of the substrate 110, see for example 6 and 7 .

Die elektronische Vorrichtung 100 ermöglicht eine vereinfachte Montage und Handhabbarkeit im täglichen Gebrauch. Schließlich wird gemäß einem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ein 3D-gedruckter Kunststoffrahmen zum Schutz des Chips verwendet. Ein solcher Kunststoffrahmen ist einfach und kostengünstig produzierbar.The electronic device 100 enables simplified assembly and handling in daily use. Finally, according to a 10 shown embodiment uses a 3D-printed plastic frame to protect the chip. Such a plastic frame can be produced easily and inexpensively.

2 zeigt einen Querschnitt einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 1 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass der zweite Anschluss 125 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn 130 versintert oder verlötet ist und somit eine anodenseitige Lötverbindung oder Sinterverbindung erzeugt ist. 2 10 shows a cross section of an electronic device 100 according to an embodiment. This can be the in 1 act described device 100, with the difference that the second terminal 125 according to this embodiment is sintered or soldered to the first silver-metallized copper track 130 and thus an anode-side soldered connection or sintered connection is produced.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ferner der erste Anschluss 120 mittels der Bonddraht-Verbindung 150 mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn 130 verbunden.Furthermore, according to this exemplary embodiment, the first terminal 120 is connected to the first silver-metallized copper track 130 by means of the bonding wire connection 150 .

3 zeigt einen Querschnitt einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 2 beschriebene Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass der erste Anschluss 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels einer Metallplatte 300 mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn 130 verbunden oder verbindbar ist. Die Metallplatte 300 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel über ein weiteres Lot 305 mit dem erste Anschluss 120 verlötet oder alternativ mit dem erste Anschluss 120 versintert. In 3 ist somit eine doppelseitige Lötung/Sinterung realisiert. 3 10 shows a cross section of an electronic device 100 according to an embodiment. This can be the in 2 Act as described device 100, with the difference that the first terminal 120 according to this embodiment is connected or connectable by means of a metal plate 300 with the first silver-metallized copper track 130. According to this exemplary embodiment, the metal plate 300 is soldered to the first connection 120 via a further solder 305 or alternatively sintered to the first connection 120 . In 3 a double-sided soldering/sintering is thus realized.

4 zeigt einen Querschnitt eines Elektronik-Bauteils 105 einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in einer der 1 bis 3 beschriebene Elektronik-Bauteil 105 handeln. 4 10 shows a cross section of an electronic component 105 of an electronic device according to an embodiment. It can be in one of the 1 until 3 act described electronic component 105.

Gezeigt sind in 4 der erste Anschluss 120 in Form einer Ag-metallisierten Kathode und der zweite Anschluss 125 in Form einer Ag-metallisierten Anode.are shown in 4 the first terminal 120 in the form of a Ag-metallized cathode and the second terminal 125 in the form of a Ag-metallized anode.

5 zeigt einen Querschnitt eines Substrats 110 einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in einer der 1 bis 3 beschriebene Substrat 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die erste Kupferbahn 130 und die zweite Kupferbahn 135 gemäß diesem Ausführungsbeispiel mittels zumindest einer Durchkontaktierung 500 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist bei einer beispielsweise in 11 gezeigten Oberflächenmontagetechnik der elektronischen Vorrichtung auf einer Leiterplatte eine niederinduktive Verbindung zu der Leiterplatte herstellbar. 5 11 shows a cross section of a substrate 110 of an electronic device according to an embodiment. It can be in one of the 1 until 3 described substrate 110 act, with the difference that the first copper track 130 and the second copper track 135 are connected to each other by means of at least one via 500 according to this embodiment. In this way, for example, in 11 shown surface mounting technology of the electronic device on a circuit board, a low-inductance connection to the circuit board can be produced.

Gezeigt sind in 5 anders ausgedrückt die Kupferbahnen 130, 135 in Form von Ag-metallisiertem Kupfer, Silbermetallisierungen 505 auf den Kupferbahnen 130, 135 sowie die Durchkontaktierung 500, auch „Durchgangskontakt“ oder „Via“ genannt.are shown in 5 In other words, the copper tracks 130, 135 in the form of Ag-metallized copper, silver metallizations 505 on the copper tracks 130, 135 and the plated through hole 500, also called “through contact” or “via”.

6 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine erste Substratoberfläche 600 eines Substrats 110 einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in einer der 1 bis 3 oder 5 beschriebene Substrat 110 handeln, mit dem Unterschied, dass die erste Substratoberfläche 600 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest eine Lötstoppschicht 605 aufweist. Die Lötstoppschicht 605 ist ausgeformt, um zu verhindern, dass Löt- oder Sinterpaste auf bestimmte Teile des Substrats 110 fließt. Ferner sind auf der ersten Substratoberfläche 600 Metallpads 610 angeordnet. 6 12 shows a schematic plan view of a first substrate surface 600 of a substrate 110 of an electronic device according to an embodiment. It can be in one of the 1 until 3 or 5 Act substrate 110 described, with the difference that the first substrate surface 600 according to this embodiment has at least one solder resist layer 605. The solder stop layer 605 is formed to prevent solder or sintering paste from flowing onto certain parts of the substrate 110 . Furthermore, metal pads 610 are arranged on the first substrate surface 600 .

7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in einer der 1 bis 3 beschriebene elektronische Vorrichtung 100 handeln. Das Substrat kann das in 5 oder 6 beschriebene Substrat 110 sein. Gezeigt ist die erste Substratoberfläche 600, welche die Vorderseite des Substrats 110 ist. 7 10 shows a perspective view of an electronic device 100 according to an embodiment. It can be in one of the 1 until 3 electronic device 100 described act. The substrate can 5 or 6 substrate 110 described. The first substrate surface 600, which is the front side of the substrate 110, is shown.

Die erste Substratoberfläche 600 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest ein Lötpad 700, hier zumindest zwei benachbart angeordnete Lötpads 700 an einem Rand des Substrats 110, auf. Das Lötpad 700 auf der ersten Substratoberfläche 600 dient einer in 12 gezeigte vertikale Montage der elektronischen Vorrichtung 100 auf einer Leiterplatte. Ferner weist das Substrat 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Durchgangsöffnung 705 auf, die als Befestigungsloch für eine einfache Montage dienen kann. Die Durchgangsöffnung 705 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an einem dem Lötpad 700 gegenüberliegenden Rand des Substrat 110 angeordnet.According to this exemplary embodiment, the first substrate surface 600 has at least one soldering pad 700, here at least two soldering pads 700 arranged adjacent to one another on an edge of the substrate 110. The solder pad 700 on the first substrate surface 600 serves an in 12 shown vertical mounting of the electronic device 100 on a printed circuit board. Further, according to this embodiment, the substrate 110 has a through hole 705 that can serve as a mounting hole for easy assembly. According to this exemplary embodiment, the through-opening 705 is arranged on an edge of the substrate 110 opposite the soldering pad 700 .

Das Elektronik-Bauteil 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel umlaufend von der Lötstoppschicht 605 umgeben. Eine Breite B des Substrats 110 beträgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel 10 Millimeter.According to this exemplary embodiment, the electronic component 105 is surrounded all around by the soldering resist layer 605 . According to this exemplary embodiment, a width B of the substrate 110 is 10 millimeters.

Das Elektronik-Bauteil 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel über eine Mehrzahl, hier fünf, Bonddraht-Verbindungen 150, die auch als „Wire-Bond-Verbindungen“ bezeichnet werden können, mit der Silbermetallisierung 505 der ersten Kupferbahn kontaktiert. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die elektronische Vorrichtung 100 anstelle der Bonddraht-Verbindungen 150 eine Metallplatte auf.According to this exemplary embodiment, the electronic component 105 is in contact with the silver metallization 505 of the first copper track via a plurality, here five, bonding wire connections 150, which can also be referred to as “wire bond connections”. According to an alternative embodiment, the electronic device 100 has a metal plate instead of the bond wire connections 150 .

Bei dem hier beispielhaft keramischen Substrat 110 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel Aluminiumnitrid, kurz „AlN“ für eine hocheffektive Wärmeübertragung verwendet.According to this exemplary embodiment, aluminum nitride, “AlN” for short, is used for highly effective heat transfer in the ceramic substrate 110 that is used here as an example.

8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in 7 beschriebene elektronische Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die zweite Substratoberfläche 800, welche die Rückseite des Substrats 110 ist, gezeigt ist. 8th 10 shows a perspective view of an electronic device 100 according to an embodiment. This can be the in 7 Electronic device 100 as described above, with the difference that the second substrate surface 800, which is the backside of the substrate 110, is shown.

Die zweite Substratoberfläche 800 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest ein weiteres Lötpad 805 auf. Das weitere Lötpad 805 auf der zweiten Substratoberfläche 800 ist ausgeformt, um bei einer in 11 gezeigten horizontalen Montage der elektronischen Vorrichtung 100 auf einer Leiterplatte eine sehr niederinduktive Verbindung zur Leiterplatte herzustellen.According to this exemplary embodiment, the second substrate surface 800 has at least one further soldering pad 805 . The further solder pad 805 on the second substrate surface 800 is shaped to be at an in 11 shown horizontal mounting of the electronic device 100 on a circuit board to produce a very low inductance connection to the circuit board.

Ferner weist die zweite Substratoberfläche 800 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest ein weiteres Metallpad 810 auf. Das weitere Metallpad 810 ist als ein Kühlpad verwendbar. Beispielsweise ist das weitere Metallpad 810 für den Anschluss an einen Kühlkörper bei der vertikalen Montage verwendbar.Furthermore, according to this exemplary embodiment, the second substrate surface 800 has at least one additional metal pad 810 . The further metal pad 810 can be used as a cooling pad. For example, the additional metal pad 810 can be used to connect to a heat sink in vertical assembly.

Wenn das Substrat 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine gewöhnliche Leiterplatte ausgeformt ist, sind gemäß einem Ausführungsbeispiel zur besseren Wärmeübertragung Kupfer-Durchgangskontakte von oben nach unten auf dem weiteren Metallpad 810 verwendet, wobei die elektronische Vorrichtung 100/das Gehäuse dann nicht mehr isolierend ist. Eine Länge L des Substrats 110 beträgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel 16 Millimeter.According to one embodiment, when the substrate 110 is formed as a common printed circuit board, copper vias are used from top to bottom on the further metal pad 810 for better heat transfer, wherein the electronic device 100/housing is then no longer insulating. According to this exemplary embodiment, a length L of the substrate 110 is 16 millimeters.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich zwei weitere Lötpads 805 entlang zweier der Länge L folgenden einander gegenüberliegenden Ränder des Substrats 110. Eine Erstreckungslänge der weiteren Lötpads 805 entlang der Länge L beträgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel mehr als 8 Millimeter. Das weitere Metallpad 810 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen den zwei weiteren Lötpads 805 angeordnet, und füllt hier beispielhaft eine gesamte Fläche zwischen den zwei weiteren Lötpads 805 aus.According to this exemplary embodiment, two further soldering pads 805 extend along two opposite edges of the substrate 110 following the length L. According to this exemplary embodiment, an extension length of the further soldering pads 805 along the length L is more than 8 millimeters. According to this exemplary embodiment, the further metal pad 810 is arranged between the two further soldering pads 805 and, by way of example, fills an entire area between the two further soldering pads 805 here.

Selbstverständlich können die Länge des Substrats 110 und die Erstreckungslänge der weiteren Lötpads 805 an die jeweilige Ausführung angepasst werden.Of course, the length of the substrate 110 and the extension length of the additional soldering pads 805 can be adapted to the respective embodiment.

9 zeigt einen Querschnitt einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in einer der vorangegangenen Figuren beschriebene elektronische Vorrichtung 100 handeln. 9 10 shows a cross section of an electronic device 100 according to an embodiment. This can be the electronic device 100 described in one of the previous figures.

Das Elektronik-Bauteil ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn 130 kontaktiert, die mittels einer Durchkontaktierung 500 mit der zweiten silbermetallisierten Kupferbahn 135 verbunden ist. Eine auf der ersten Substratoberfläche angeordnete weitere erste silbermetallisierte Kupferbahn 900 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht mit der ersten silbermetallisierten Kupferbahn 130 kontaktiert, jedoch über die Bonddraht-Verbindung 150 mit dem Elektronik-Bauteil 105 verbunden. Die weitere erste silbermetallisierte Kupferbahn 900 ist ferner mittels einer weiteren Durchkontaktierung 905 mit einer weiteren zweiten silbermetallisierten Kupferbahn 910 auf der zweiten Substratoberfläche verbunden. Die weitere zweite silbermetallisierte Kupferbahn 910 und die zweite silbermetallisierte Kupferbahn 135 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht miteinander verbunden.According to this exemplary embodiment, the electronic component makes contact with the first silver-metallized copper track 130 , which is connected to the second silver-metallized copper track 135 by means of a plated-through hole 500 . According to this exemplary embodiment, a further first silver-metallized copper track 900 arranged on the first substrate surface does not make contact with the first silver-metallized copper track 130 , but is connected to the electronic component 105 via the bonding wire connection 150 . The further first silver-metallized copper track 900 is further connected by means of a further via 905 to a further second silver-metallized copper track 910 on the second substrate surface. According to this exemplary embodiment, the further second silver-metallized copper track 910 and the second silver-metallized copper track 135 are not connected to one another.

10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in einer der vorangegangenen Figuren beschriebene elektronische Vorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass das Elektronik-Bauteil einen Kunststoffrahmen 1000 aufweist. 10 10 shows a perspective view of an electronic device 100 according to an embodiment. This can be the electronic device 100 described in one of the previous figures, with the difference that the electronic component has a plastic frame 1000 .

Der Kunststoffrahmen 1000 ist beispielsweise 3D-gedruckt. Das Elektronik-Bauteil ist gemäß einem Ausführungsbeispiel unmittelbar von dem Kunststoffrahmen 1000 aufgenommen, wobei das Substrat gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht vom Kunststoffrahmen 1000 umgeben ist. Der 3D-gedruckte Kunststoffrahmen 1000 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zum Schutz des Elektronik-Bauteils/Chips um den Chip herum auf das Substrat geklebt. Zum weiteren Schutz ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Bereich mit Si-Gel, Öl usw. gefüllt.The plastic frame 1000 is 3D printed, for example. According to one exemplary embodiment, the electronic component is accommodated directly by the plastic frame 1000 , with the substrate not being surrounded by the plastic frame 1000 according to this exemplary embodiment. According to this exemplary embodiment, the 3D-printed plastic frame 1000 is glued to the substrate around the chip to protect the electronic component/chip. According to one exemplary embodiment, the area is filled with Si-gel, oil, etc. for further protection.

Ferner ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel anstelle des Keramiksubstrats eine ganz gewöhnliche Leiterplatte als Substrat verwendet, die hier als Leiterplatten-Substrat 1005 bezeichnet wird. Das macht die Produktion extrem kostengünstig. Da die Wärmeleitfähigkeit des Isoliermaterials des Leiterplatten-Substrats 1005, beispielsweise „FR4“, schlecht ist, werden gemäß einem Ausführungsbeispiel zur besseren Wärmeübertragung Kupfer-Durchgangskontakte von oben nach unten des in 8 gezeigten Metallpads/Kühlpads verwendet. Die elektronische Vorrichtung 100/ das Gehäuse ist in einer solchen Ausführungsform nicht mehr isolierend.Furthermore, according to this embodiment, instead of the ceramic substrate, an ordinary printed circuit board is used as the substrate, which is referred to here as a printed circuit board substrate 1005 . This makes production extremely cost-effective. Since the thermal conductivity of the insulating material of the printed circuit board substrate 1005, for example "FR4", is poor, according to one embodiment copper via contacts are made from top to bottom of the in 8th metal pads/cooling pads shown are used. The electronic device 100/housing is no longer insulating in such an embodiment.

11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in einer der vorangegangenen Figuren beschriebene elektronische Vorrichtung 100 handeln. 11 10 shows a perspective view of an electronic device 100 according to an embodiment. This can be the electronic device 100 described in one of the previous figures.

Die elektronische Vorrichtung 100 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel horizontal mit einer Leiterplatte 1100 verbunden. Hierzu ist die zweite Substratoberfläche gemäß diesem Ausführungsbeispiel flächig mit der Leiterplatte 1100 kontaktiert. Eine solche horizontale Montage auf der Leiterplatte 1100 ermöglicht einen niederinduktiven Anschluss.The electronic device 100 is horizontally connected to a circuit board 1100 according to this embodiment. For this purpose, according to this exemplary embodiment, the second substrate surface is in contact with the printed circuit board 1100 over a large area. Such a horizontal mounting on the printed circuit board 1100 enables a low-inductance connection.

12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in einer der vorangegangenen Figuren beschriebene elektronische Vorrichtung 100 handeln. 12 10 shows a perspective view of an electronic device 100 according to an embodiment. This can be the electronic device 100 described in one of the previous figures.

Die elektronische Vorrichtung 100 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel vertikal mit einer Leiterplatte 1100 verbunden. Hierzu ist das Substrat gemäß diesem Ausführungsbeispiel senkrecht bezüglich der Leiterplatte 1100 angeordnet. Eine solche vertikale Montage auf der Leiterplatte 1100 ermöglicht eine effiziente Kühlung über einen Wärmeableiter 1200.The electronic device 100 is vertically connected to a circuit board 1100 according to this embodiment. For this purpose, the substrate is arranged perpendicularly with respect to the printed circuit board 1100 according to this exemplary embodiment. Such a vertical mounting on the circuit board 1100 enables efficient cooling via a heat sink 1200.

13 zeigt eine Aufsicht auf eine elektronischen Vorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in einer der vorangegangenen Figuren beschriebene elektronische Vorrichtung 100 handeln. Gezeigt ist eine Aufsicht auf die erste Substratoberfläche 600. 13 10 shows a top view of an electronic device 100 according to an embodiment. This can be the electronic device 100 described in one of the previous figures. A top view of the first substrate surface 600 is shown.

Das Elektronik-Bauteil 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Diodenchips auf einer „PCB“-Version des Substrats/Gehäuses montiert. Eine Oberseite des Kunststoffrahmens 1000 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel offen.According to this exemplary embodiment, the electronic component 105 is mounted in the form of a diode chip on a “PCB” version of the substrate/housing. A top of the plastic frame 1000 is open according to this embodiment.

14 zeigt eine Aufsicht auf ein Substrat 110 einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in einer der vorangegangenen Figuren beschriebene elektronische Vorrichtung 100 handeln. Gezeigt ist eine Aufsicht auf die erste Substratoberfläche 600. 14 11 shows a plan view of a substrate 110 of an electronic device according to an embodiment. This can be the electronic device 100 described in one of the previous figures. A top view of the first substrate surface 600 is shown.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die elektronische Vorrichtung 100 durchgehende Kupferkontakte 1400 in einem gesamten Bereich 1405 für eine bessere Wärmeübertragung auf.According to this embodiment, the electronic device 100 has continuous copper contacts 1400 in an entire area 1405 for better heat transfer.

15 zeigt eine Aufsicht auf ein Substrat 110 einer elektronischen Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in einer der vorangegangenen Figuren beschriebene elektronische Vorrichtung 100 handeln. Gezeigt ist eine Aufsicht auf die zweite Substratoberfläche 800. 15 11 shows a plan view of a substrate 110 of an electronic device according to an embodiment. This can be the electronic device 100 described in one of the previous figures. A top view of the second substrate surface 800 is shown.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die elektronische Vorrichtung 100 durchgehende Kupferkontakte 1400 in einem gesamten weiteren Bereich 1500 für eine bessere Wärmeübertragung auf.According to this embodiment, the electronic device 100 has continuous copper contacts 1400 throughout a wider area 1500 for better heat transfer.

16 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1600 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Montieren einer elektronischen Vorrichtung. Dabei kann es sich um die in einer der vorangehenden Figuren beschriebene elektronischen Vorrichtung handeln. 16 FIG. 16 shows a flow diagram of a method 1600 according to an embodiment for assembling an electronic device. This can be the electronic device described in one of the preceding figures.

Das Verfahren 1600 weist einen Schritt 1605 des Sinterns oder Lötens auf, in dem der erste Anschluss oder zweite Anschluss des Elektronik-Bauteils an die erste silbermetallisierte Kupferbahn des Substrats gelötet oder gesintert wird, um die leistungselektronische Vorrichtung zu montieren. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 1600 ferner vor dem Schritt 1605 des Sinterns oder Lötens einen Schritt 1610 des Bereitstellens auf, in dem das Substrat, das Elektronik-Bauteil und optional ein Lot bereitgestellt werden. In dem montierten Zustand ist die elektronische Vorrichtung in einem betriebsbereiten Zustand.The method 1600 includes a sintering or soldering step 1605 in which the first lead or second lead of the electronic component is soldered or sintered to the first silver-metallized copper trace of the substrate to assemble the power electronic device. According to this exemplary embodiment, the method 1600 also has, before the step 1605 of sintering or soldering, a step 1610 of providing, in which the substrate, the electronic component and optionally a solder are provided. In the assembled state, the electronic device is in an operational state.

17 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1700 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Verbinden einer elektronischen Vorrichtung mit einer Leiterplatte. Dabei kann es sich um die in einer der vorangehenden Figuren beschriebene elektronischen Vorrichtung handeln. 17 17 shows a flow diagram of a method 1700 according to an embodiment for connecting an electronic device to a circuit board. This can be the electronic device described in one of the preceding figures.

Das Verfahren 1700 weist einen Schritt 1705 des Befestigens auf, in dem die elektronische Vorrichtung an der Leiterplatte befestigt wird, wobei im Schritt 1705 des Befestigens die zweite Substratoberfläche mit der Leiterplatte kontaktiert wird oder das Substrat senkrecht bezüglich der Leiterplatte angeordnet wird, um die elektronische Vorrichtung mit der Leiterplatte zu verbinden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 1700 ferner vor dem Schritt 1705 des Befestigens einen Schritt 1710 des Bereitstellens auf, in dem die elektronische Vorrichtung in einem montierten Zustand und die Leiterplatte bereitgestellt werden.The method 1700 includes an attaching step 1705 in which the electronic device is attached to the printed circuit board, wherein in the attaching step 1705 the second substrate surface is contacted with the printed circuit board or the substrate is placed perpendicularly with respect to the printed circuit board around the electronic device to connect to the circuit board. According to this embodiment, the method 1700 further includes a step prior to the step 1705 of attaching 1710 of providing, in which the electronic device in an assembled state and the printed circuit board are provided.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.The exemplary embodiments described and shown in the figures are only selected as examples. Different exemplary embodiments can be combined with one another completely or in relation to individual features. An exemplary embodiment can also be supplemented by features of a further exemplary embodiment.

Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.Furthermore, the method steps presented here can be repeated and carried out in a different order than the one described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an embodiment includes an "and/or" link between a first feature and a second feature, this should be read in such a way that the embodiment according to one embodiment includes both the first feature and the second feature and according to a further embodiment either only that having the first feature or only the second feature.

BezugszeichenlisteReference List

100100: elektronische Vorrichtungelectronic device
105105: Elektronik-Bauteilelectronic component
110110: Substratsubstrate
120120: erster Anschlussfirst connection
125125: zweiter Anschlusssecond connection
130130: erste silbermetallisierte Kupferbahnfirst silver metallized copper track
135135: zweite silbermetallisierte Kupferbahnsecond silver metallized copper track
140140: Diodediode
145145: Keramikpottery
150150: Bonddraht-Verbindungbond wire connection
155155: Lot Lot
300300: Metallplattemetal plate
305305: weiteres Lot another lot
500500: Durchkontaktierungvia
505505: Silbermetallisierung silver metallization
600600: erste Substratoberflächefirst substrate surface
605605: Lötstoppschichtsolder mask layer
610610: Metallpad metal pad
700700: Lötpadsolder pad
705705: Durchgangsöffnungpassage opening
800800: zweite Substratoberflächesecond substrate surface
805805: weiteres Lötpadanother solder pad
810810: weiteres Metallpad another metal pad
900900: weitere erste silbermetallisierte Kupferbahnanother first silver metallized copper track
905905: weitere Durchkontaktierungfurther vias
910910: weitere zweite silbermetallisierte Kupferbahn another second silver-metallized copper track
10001000: Kunststoffrahmenplastic frame
10051005: Leiterplatten-Substrat PCB substrate
11001100: Leiterplatte circuit board
12001200: Wärmeableiter heat sink
14001400: durchgehende Kupferkontaktecontinuous copper contacts
14051405: Bereich Area
15001500: weiterer Bereich further area
16001600: Verfahren zum Montieren einer elektronischen VorrichtungMethod of assembling an electronic device
16051605: Schritt des Sinterns oder LötensSintering or brazing step
16101610: Schritt des Bereitstellens step of providing
17001700: Verfahren zum Verbinden einer elektronischen Vorrichtung mit einer LeiterplatteMethod of connecting an electronic device to a circuit board
17051705: Schritt des Befestigensstep of fastening
17101710: Schritt des Bereitstellensstep of providing

Claims

Electronic device (100) having the following features: an electronic component (105) with a silver-metallized first connection (120) arranged on a first component side of the electronic component (105) and a silver-metallized second connection (125 ), and a substrate (110) which is or can be connected to the electronic component (105) via the first connection (120) and/or the second connection (125) and which has at least one first silver-metallized copper track (130; 900 ) and has at least one second silver-metallized copper track (135; 910) on a second substrate surface (800) opposite the first substrate surface (600).

Device (100) according to claim 1 , characterized in that the substrate (110) has at least partially ceramic (145).

Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (110) is formed as a DPC substrate.

Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first copper track (130; 900) and the second copper track (135; 910) are connected to one another by means of at least one via (500; 905).

Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first substrate surface (600) has at least one solder stop layer (605).

Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic component (105) has a plastic frame (1000).

Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first terminal (120) or second terminal (125) is sintered or soldered to the first silver-plated copper track (130; 900).

Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first terminal (120) is connected to the first silver-plated copper trace (130; 900) by means of a bond wire connection (150) or metal plate (300) when the second terminal (125) is sintered or soldered to the first silver-plated copper track (130; 900), or that the second terminal (125) is connected to the first silver-plated copper track (130; 900) by means of a bond wire connection (150) or metal plate (300) connected when the first terminal (120) is sintered or soldered to the first silver-plated copper trace (130; 900).

Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first substrate surface (600) and/or second substrate surface (800) has at least one soldering pad (700; 805).

Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first substrate surface (600) and/or second substrate surface (800) has at least one metal pad (610; 810).

Method (1600) for assembling an electronic device (100) according to one of the preceding claims, the method (1600) comprising the following steps: sintering or soldering (1605) the first lead (120) or second lead (125) of the electronic component (105) to the first silver-plated copper trace (130; 900) of the substrate (110) to mount the power electronic device (100). .

Method (1700) for connecting an electronic device (100) according to any one of the preceding claims to a printed circuit board (1100), the method (1700) comprising the following steps: Attaching (1705) the electronic device (100) to the circuit board (1100), wherein in the step of attaching the second substrate surface (800) is contacted with the circuit board or the substrate (110) is arranged perpendicularly with respect to the circuit board to the electronic device (100) to connect to the printed circuit board (1100).

Device set up to carry out the steps (1605, 1610; 1705, 1710) of one of the methods (1600; 1700) according to one of Claims 11 or 12 to be executed and/or controlled in appropriate units.

Computer program set up to carry out the steps (1605, 1610; 1705, 1710) of one of the methods (1600; 1700) according to one of Claims 11 or 12 execute and/or control.

Machine-readable storage medium on which the computer program Claim 14 is saved.