EP1309996A2 - Elektrische baugruppe und verfahren zur herstellung der elektrischen baugruppe - Google Patents

Elektrische baugruppe und verfahren zur herstellung der elektrischen baugruppe

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EP1309996A2
EP1309996A2 EP01956355A EP01956355A EP1309996A2 EP 1309996 A2 EP1309996 A2 EP 1309996A2 EP 01956355 A EP01956355 A EP 01956355A EP 01956355 A EP01956355 A EP 01956355A EP 1309996 A2 EP1309996 A2 EP 1309996A2
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EP
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electrical assembly
gel
areas
electrical
protective layer
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Withdrawn
Application number
EP01956355A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Topp
Laura Reyes Tello
Arne Bartels
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires

Definitions

  • the invention is based on an electrical assembly or a method according to the category of the independent claims. From the German patent application with the file number 19722355.9 it is already known to use a silicone gel as a covering layer to protect the electronic circuit. Under certain
  • Operating conditions of the electronic module can be caused by mechanical effects of the gel on the bond wires, damage to the bond wires up to complete interruptions of the wires in the course of the module service life and thus result in a functional failure of the module.
  • different failure mechanisms can occur.
  • the gel mass which may not be chosen to be arbitrarily low due to the requirement for complete coverage of the components to be protected, can be excited to violent resonance vibrations when the module is subjected to high shaking loads, such as occur, for example, when mounting a unit in turn transfer to the bond wires.
  • the resulting cyclic movement of the bond wires then leads to mechanical disruption and interruption of the bond wires.
  • electrical modules have the advantage that a protective layer can be provided which is optimized with regard to mechanical and thermal resilience. There are no constructive measures on the electrical assembly itself and no additional ones
  • the 35 measures listed in the dependent claims are advantageous developments and Improvements to the electrical assembly specified in the independent claims or methods for producing an electrical assembly possible. It is particularly advantageous to produce first areas around mechanically sensitive and / or corrosion-sensitive elements from a soft material, so that they are protected against moisture without mechanically damaging them when the temperature changes, since the soft gel can flow sufficiently around the bonding wires, while
  • L0 complementary hard second areas protect the entire protective layer against harmful resonance vibrations and potentially resulting bond damage. If the first areas are covered by the second, the first areas are additionally countered
  • a simple delimitation between the first and second regions can advantageously be made by using a thixotropic gel, that is to say a gel that is in motion
  • This thixotropic gel type introduced first can be introduced in the desired areas in a simple manner, for example via a mobile, flexibly adjustable dispensing device. The desired localization of the different types of gel can thus be achieved without additional design effort, and both gel areas can be cured in a common heating step without the two areas mixing.
  • a thixotropic soft gel type in bond wire areas or a thixotropic hard gel type in bondless areas can be distributed and then the other gel type can be poured into the free areas of the module interior.
  • FIG. 1 shows an arrangement known from the prior art
  • FIG. 2 shows an arrangement.
  • first and Figure 2 shows a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional side view of an electrical assembly known from the prior art.
  • the base plate 1 of the housing is surrounded by a frame 2 which has a plug part 3 on one side.
  • This plug part 3 is used to make contact with an electronic circuit 4 which is connected to the plug part via thick wire bonds 6 (only one of these is shown in the drawing)
  • Circuit 4 is a bare semiconductor chip 7, which is electrically connected to the circuit via thin wire bonds 5.
  • the housing is filled with Silkongel 8 to the extent that all bond wires from the surrounding air
  • silicone gel serves to protect the electronic circuit in order to protect unhoused chips and bonding wires from the effects of moisture, the 35 components to be protected being completely covered with gel must be so that adequate moisture protection is guaranteed.
  • a cover cap can be attached over the housing frame, which protects the elements of the module interior from mechanical damage, but which, without the silicone gel, does not provide adequate moisture protection for the internal components of the module.
  • the hardness of the gel can be adjusted in a medium range so that the one described above is too
  • the assembly has a filling of the space delimited by the housing frame and the base plate 1 with first areas -5 10 made of soft silicone gel and, delimited by a transition area 12 from the first areas, with second areas 11 made of hard silicone gel.
  • the first areas are arranged around the areas of the electronic circuit in which bond wire connections are located -
  • the gel protective layer is produced by filling the areas provided with bond wire connections with a thixotropic soft gel, then the 55 remaining areas are poured out with liquid hard gel.
  • the terms "soft” and “hard” refer to the consistency after curing, which can be achieved by heating the entire arrangement after filling with the two gel types, both areas curing 5 simultaneously.
  • FIG. 3 also shows an electrical assembly which is identical except for the filling with silicone gel for illustration in FIG. 1. Instead of a homogeneous silicone gel layer 8 has
  • first areas 10 made of soft silicone gel and, delimited by a transition area 13 from the first areas, with second areas 11
  • This arrangement is produced by first filling in thixotropic hard gel in areas outside of bond wire connections. The remaining areas are then poured out with liquid soft gel. This is followed by a hardening step by heating the entire arrangement, in which both types of gel harden together.

Abstract

Es wird eine elektrische Baugruppe mit einer in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Schaltung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Baugruppe vorgeschlagen, bei der die elektrische Schaltung zumindest teilweise mit einer Schutzschicht bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht erste und zweite Bereiche unterschiedlicher Härte aufweist, so dass die Schutzschicht hinsichtlich mechanischer und thermischer Belastbarkeit optimiert werden kann.

Description

Elektrische Baugruppe und Verfahren zur Herstellung der elekrisehen Baugruppe
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Baugruppe beziehungsweise einem Verfahren nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 19722355.9 ist es schon bekannt, zum Schutz der elektronischen Schaltung ein Silikongel als Abdeckschicht zu verwenden. Unter bestimmten
Einsatzbedingungen des Elektronikmoduls können, verursacht durch mechanische Einwirkungen des Gels auf die Bonddrähte, im Verlauf der Modul-Lebensdauer Schädigungen der Bonddrahte bis hin zu vollständigen Unterbrechungen der Drähte auftreten und dadurch einen Funktionsausfall des Moduls zur Folge haben. Je nach gewähltem Härtegrad des Gels können dabei unterschiedliche Ausfallmechanismen auftreten. Bei einem zu weichen Gel kann bei hohen Schüttelbelastungen des Moduls, wie sie zum Beispiel bei einem Aggregateanbau auftreten, die Gelmasse, die aufgrund der Forderung nach einer vollständigen Abdeckung der zu schützenden Komponenten nicht beliebig niedrig gewählt werden darf, zu heftigen Resonanzschwingungen angeregt werden, die sich wiederum auf die Bonddrähte übertragen. Die daraus resultierende zyklische Bewegung der Bonddrähte führt dann schließlich zu einer mechanischen Zerrüttung und Unterbrechung der Bonddrähte. Mit einem harten Gel läßt sich die durch mechanische Resonanzschwingungen verursachte Problematik in der Regel ausreichend unterdrücken, jedoch hat Ξilikongel 5 generell einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizient. Dies führt bei Temperaturwechseln am Modul dazu, daß sich das Gel in einer Fließbewegung um die Bonddrähte herum bewegen muß, da sich diese nicht so stark verformen lassen, wie es nötig wäre, um der thermisch verursachten Gelbewegung L0 nachfolgen zu können. Bei einer zu großen Härte des Gels können nun diese Fließbewegungen ebenfalls so starke mechanische Kräfte auf die Bonddrähte ausüben, daß diese bei ausreichend starken und häufigen Temperaturwechseln schließlich brechen.
L5
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektrische Baugruppe und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer
-0 elektrischen Baugruppe haben demgegenüber den Vorteil, daß eine Schutzschicht bereitgestellt werden kann, die hinsichtlich mechanischer und thermischer Belastbarkeit optimiert ist. Es sind keine konstruktiven Maßnahmen an der elektrischen Baugruppe selbst und keine zusätzlichen
.5 mechanischen Teile zur Fixierung der verschiedenen Bereiche gegeneinander oder zur Unterbindung von Resonanzschwingungen des Schutzschicht-Materials erforderlich. Sie ist einerseits auch unter extremen Anforderungen hinsichtlich Schüttelbelastung und Temperatur ausfallsicher, andererseits
30 gut gegen Feuchtigkeit geschützt und darüber hinaus unter nur geringem zuätzlichen Fertigungs- und Kostenaufwand herstellbar.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten 35 Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen elektrischen Baugruppe beziehungsweise Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe möglich. Besonders vorteilhaft ist es, erste Bereiche um mechanisch 5 empfindliche und/oder korrosionsempfindliche Elemente herum aus einem weichen Material herzustellen, so daß diese gegen Feuchte geschützt werden, ohne sie mechanisch bei Temperaturwechseln zu beschädigen, da das weiche Gel ausreichend um die Bonddrähte herumfließen kann, während
L0 komplementär hierzu angeordnete harte zweite Bereiche. die gesamte Schutzschicht gegen schädliche Resonanzschwingungen und potenziell daraus resultierende Bondschädigungen schützen. Im Falle der Bedeckung der ersten Bereiche durch die zweiten werden die ersten Bereiche zusätzlich gegen
L5 Feuchteeinwirkung geschützt.
Bei Verwendung von Gelmaterialien besteht der Vorteil, daß diese gemeinsam kostengünstig in einem einzigen Ausheiz organg gehärtet werden können.
10
Eine einfache Abgrenzung zwischen den ersten und zweiten Bereichen kann in vorteilhafter Weise durch Verwendung eines thixotropen Gels erfolgen, also eines Gels, das in Bewegung
(beim Eingiessen) relativ flüssig ist und sich, sobald es zur Ruhe kommt, in einen gelartigen Zustand übergeht
(Thixotropie = reversible Sol-Gel-Umwandlung) . Dieser zuerst eingebrachte thixotrope Geltyp kann in einfacher Weise beispielsweise über eine fahrbare, flexibel einstellbare Dispens-Einrichtung in den gewünschten Bereichen eingebracht werden. Somit kann die gewünschte Lokalisierung der verschiedenen Gelsorten ohne konstruktiven Zusatzaufwand erzielt werden, und beide Gelbereiche können in einem gemeinsamen Ausheizschritt ausgehärtet werden, ohne dass sich die beiden Bereiche vermischen. In flexibler Weise kann, angepaßt, an die konstruktiven Randbedingungen des Moduls, entweder zuerst ein thixotroper weicher Geltyp in Bonddrahtbereichen -oder ein thixotroper harter Geltyp in bonddrahtlosen Bereichen verteilt und 5 danach der andere Geltyp fließend in die noch freien Bereiche des Modulinnenraums eingegossen werden.
Zeichnung
LO Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen Figur 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung, Figur 2 ein. erstes und Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
L5
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt in Querschnittsseitenansicht eine aus dem Stand der Technik bekannte elektrische Baugruppe. Die 0 Grundplatte 1 des Gehäuses ist von einem Rahmen 2 umgeben, der an einer Seite ein Steckerteil 3 aufweist. Dieser Steckerteil 3 dient zur Kontaktierung einer elektronischen Schaltung 4, die über Dickdrahtbonds 6 mit dem Steckerteil verbunden ist (in der Zeichnung ist lediglich eine derartige
-5 Drahtverbindung 6 dargestellt) . Auf der elektronischen
Schaltung 4 ist ein ungehäuster Halbleiterchip 7 angeordnet, der über Dünndrahtbonds 5 mit der Schaltung elektrisch verbunden ist. Das Gehäuse ist soweit mit Silkongel 8 aufgefüllt, daß alle Bonddrähte von der umgebenden Luft
30 isoliert sind.
Die Auffüllung mit Silikongel dient zum Schutz der elektronischen Schaltung, um ungehäuste Chips und Bonddrähte vor einer Einwirkung von Feuchtigkeit zu bewahren, wobei die 35 zu schützenden Komponenten vollständig mit Gel abgedeckt sein müssen, damit ein ausreichender Feuchteschutz gewährleistet ist. Als weitere Komponente des Moduls kann eine Abdeckkappe über dem Gehäuserahmen angebracht sein, die die Elemente des Modulinnenraums vor mechanischen 5 Beschädigungen schützt, die jedoch ohne das Silikongel keinen ausreichenden Feuchteschutz für die inneren Komponenten des Moduls darstellt. Die Härte des Gels kann prinzipiell in einem mittleren Bereich so eingestellt werden, daß die weiter oben beschriebenen bei einem zu
L0 weichen beziehungsweise bei einem zu harten Gel zu erwartenden Ausfallmechanismen vermieden werden. Unter bestimmten Anwendungsbedingungen einer elektrischen Baugruppe (geometrische Randbedingungen, thermische Anforderungen, Schüttelbelastungen) kann es jedoch
L5 vorkommen, daß sich die beiden Ausfallbereiche bei zu hartem und bei zu weichem Gel überlappen, das heißt es läßt sieht keine mittlere Gelhärte finden, mit der beide Ausfallmechanismen sicher unterbunden werden.
20 Figur 2 zeigt eine bis auf die Auffüllung mit Silikongel zur
Darstellung in Figur 1 identische elektrische Baugruppe. Statt einer homogenen Silikongelschicht 8 weist die Baugruppe eine Auffüllung des durch den Gehäuserahmen und die Grundplatte 1 eingegrenzten Raums mit ersten Bereichen -5 10 aus weichem Silikongel und, durch einen Übergangsbereich 12 von den ersten Bereichen abgegrenzt, mit zweiten Bereichen 11 aus hartem Silikongel auf. Die ersten Bereiche sind um die Gebiete der elektronischen Schaltung herum angeordnet, in denen sich Bonddrahtverbindungen befinden -
30 Die zweiten Bereiche füllen den restlichen Raum auf.
Die Herstellung der Gel-Schutzschicht erfolgt durch Auffüllung der mit Bonddrahtverbindungen versehenen Gebiete mit einem thixotropen weichen Gel, anschließend werden die 55 übrigen Bereiche mit flüssigem hartem Gel ausgegossen. Die Ausdrücke „weich" und „hart" beziehen sich hierbei auf die Konsistenz nach erfolgter Aushärtung, die durch Erwärmung der gesamten Anordnung nach Befüllung mit den beiden Geltypen erfolgen kann, wobei beide Bereiche gleichzeitig 5 aushärten.
Figur 3 zeigt ebenfalls eine bis auf die Auffüllung mit Silikongel zur Darstellung in Figur 1 identische elektrische Baugruppe. Statt einer homogenen Silikongelschicht 8 weist
.0 die Baugruppe ähnlich zur Darstellung in Figur 2 eine
Auffüllung des durch den Gehäuserahmen und die Grundplatte 1 eingegrenzten Raums mit ersten Bereichen 10 aus weichem Silikongel und, durch einen Übergangsbereich 13 von den ersten Bereichen abgegrenzt, mit zweiten Bereichen 11 aus
.5 hartem Silikongel auf. Die ersten Bereiche sind um die
Gebiete der elektronischen Schaltung herum angeordnet, in denen sich Bonddrahtverbindungen befinden. Die zweiten Bereiche sind dazwischen angeordnet, wobei die ersten Bereiche sich auch oberhalb der zweiten Bereiche erstrecken
!0 und so den restlichen Raum auffüllen.
Die Herstellung dieser Anordnung erfolgt dadurch, daß zunächst in Gebieten außerhalb von Bonddrahtverbindungen thixotropes hartes Gel eingefüllt wird. Anschließend werden 35 die übrigen Bereiche mit flüssigem weichem Gel ausgegossen. Daran schließt sich ein Aushärteschritt durch Erwärmung der gesamten Anordnung an, in dem beide Geltypen gemeinsam aushärten. •

Claims

Elektrische Baugruppe und Verfahren zur Herstellung der L0 elekrischen BaugruppeAnsprüche
1. Elektrische Baugruppe mit einer in einem Gehäuse
L5 angeordneten elektrischen Schaltung, die zumindest teilweise mit einer Schutzschicht bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht erste und zweite Bereiche aufweist, wobei die ersten Bereiche weicher sind als die zweiten Bereiche .
20
2. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung korrosions- und/oder mechanisch empfindliche Elemente, insbesondere Bonddrähte aufweist, und daß die elektrische Schaltung im
25 Bereich der korrosionsempfindlichen Elemente zumindest teilweise von mindestens einem ersten Bereich umgeben ist.
3. Elektrische Baugruppe nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
30 Schutzschicht aus Gelmaterialien aufgebaut ist.
4. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelmaterialien Silikongels sind.
5. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Bereiche aus einem thixotropen Material bestehen.
5 6. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Bereiche aus einem thixotropen Material bestehen.
7. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe, -0 bei dem in einem Gehäuse eine elektrische Schaltung angeordnet wird, wobei die elektrische Schaltung zumindest teilweise mit einer Schutzschicht bedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus ersten und zweiten Bereichen aufgebaut wird, wobei die ersten Bereiche weicher L5 sind als die zweiten Bereiche.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß- im Bereich korrosions- und/oder mechanisch empfindlicher Elemente der elektrischen Schaltung, insbesondere im Bereich
.0 von Bonddrähten, mindestens ein erster Bereich aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet , daß für die Schutzschicht Gelmaterialien verwendet werden.
.5
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelmaterialien Silikongels sind.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß 30 für den mindestens einen ersten Bereich ein thixotropes
Material verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweiten Bereiche ein thixotropes Material verwendet
35 ' wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Bereiche gemeinsam ausgehärtet werden.
EP01956355A 2000-08-08 2001-07-20 Elektrische baugruppe und verfahren zur herstellung der elektrischen baugruppe Withdrawn EP1309996A2 (de)

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US (1) US6919507B2 (de)
EP (1) EP1309996A2 (de)
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