用于制造具有包裹物料的电气装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于制造具有电气或电子构件（12）的电气装置（10）的方法，其中该构件（12）被具有水泥的包裹物料（14）至少部分地包裹，所述方法具有以下步骤：‑将包裹物料（14）施加到电气或电子构件（12）上；和‑如此处理包裹物料（14），使得在包裹物料（14）的表面（28）上有针对性地进行水泥的碳化。

Method for the manufacture of electrical apparatus with wrapped materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造具有包裹物料的电气装置的方法
本专利技术涉及一种用于制造具有电气或电子构件的电气装置的方法，其中该构件被具有水泥的包裹物料至少部分地包裹，和本专利技术涉及一种这样的电气装置以及用于实施该方法的设备。
技术介绍
目前，功率电子装置（LE）模块和牢固的传感器系统的可靠性和效率的提高以及其成本的降低具有极其重要的意义。当前的包裹材料（环氧化合物、硅酮物料）受限于低于200℃的温度范围。通过开拓温度范围为至多300℃或350℃的包裹材料，可以将现代的功率半导体（例如SiC）的运行范围进一步扩展到超过200℃，而不必放弃包裹材料的附加功能（例如保护免受环境影响、改进的热流）。LE模块由许多陶瓷和金属的材料组合组成，这些材料组合可以在特定条件下相互反应。尤其是湿气、气体和升高的温度，使得化学反应优选进行。可能的腐蚀会损害功能性能。在此，腐蚀是指通过与其环境的反应而对材料的侵蚀，其中材料性能劣化。对于布置在水泥包裹物料或基于水泥的包裹物料中的金属有损害的反应之一是包裹物料中的水泥在固化或水化之后的碳化。碳化被理解为是指通过在空气中含有的二氧化碳使水泥石料中的Ca(OH)2和碱性成分（和NaOH和KOH）化学转化成碳酸钙：Ca(OH)2+CO2+H2O→CaCO3+2H2O和2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O碳化阶段：1.将结晶的羟钙石溶解在水泥物料孔壁上的湿气膜中。同时，二氧化碳从空气扩散到毛细管孔中Ca(OH)2→Ca2++2OH−2.CO2与一小部分水反应生成碳酸，碳酸又在水中分解为H+和CO2−CO2+H2O→H2CO3→2H++CO2−33.Ca(OH)2被H2CO3中和Ca(OH)2+H2CO3→CaCO3+2H2O（CaCO3为方解石的形式，和很少为球霰石（高碱度）或文石（低碱度）的形式→CaCO3-变型）4.将碱金属氢氧化物NaOH和KOH碳化，和进一步反应成碳酸钙和碱金属氢氧化物2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O和Na2CO3+Ca(OH)2→CaCO3+2NaOH。由于从孔溶液（即孔壁上的溶液）碳化，缺乏溶解的Ca(OH)2，从而使得结晶的羟钙石溶解。只要存在Ca(OH)2和碱，孔溶液的高pH值（大约12.5）就会保持。在pH值大于10的情况下，例如对于与水泥接触的钢表面上的钢筋混凝土，会形成钝化层（2至20nm）以保护钢免受腐蚀。然而，在导致孔溶液中和的因素的情况下，pH值降低至大约9，从而存在腐蚀的风险。因此，碳化导致pH值从12.5降低至大约9。原因在于Ca(OH)2的“消耗”：Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O。因此，由于碳化引起的碱度降低会导致钢以及特定其他金属的腐蚀，这进而对这些金属的稳定性产生影响。然而，另一方面，碳化也导致碳化水泥的密度增加。水泥碳化的前提是：-水泥与二氧化碳，例如与空气（空气中二氧化碳的含量为0.04％）接触-存在二氧化碳可以穿透的毛细管孔-充足的湿气条件（水没有完全填充孔，没有完全干燥）。对此，以下内容适用于碳化深度：-在较高的相对空气湿度或降雨下的户外，由于通过降水吸收的水阻止了CO2通过毛细管孔的传输，因此碳化进行得更加缓慢；-随着w/z-值（水/水泥-值）的增加，毛细管孔含量增加，从而水泥石料的透气性也增加；-在波特兰水泥的水化过程中，尤其是熟料相C3S和C2S被水化为硅酸钙水合物，并形成Ca(OH)2。Ca(OH)2的量越高，结合的CO2越多，这会减小碳化深度。此外，在碳化中新形成的相占据更大的体积，这降低了碳化区中的孔隙率并增加了扩散阻力；-相比于波特兰水泥，矾土水泥具有2至3倍更大的碳化深度，因为在水化过程中没有形成Ca(OH)2。因此，碳化深度随着更高的Ca(OH)2含量、更低的w/z-值和增加的水泥密度而降低。此外，通过以下方法可以进一步降低pH值：-提高空气中的二氧化碳浓度-完全消耗孔溶液中的Ca(OH)2-通过例如硅酸SiO2·nH2O（SiO2在水中的溶解性仅非常低）从孔溶液中进一步沉淀碱2KOH+SiO2+nH2OK2SiO3·nH2O。现有技术中公开了多种用于防止碳化或最小化碳化深度的补救措施，例如用保护层在外面涂覆水泥物料以防止CO2和湿气渗入，以及用于实现水泥的尽可能完全水化的热处理。此外，推荐优选使用具有高C3S-和C2S含量的波特兰水泥（例如CEMI），因为如上所述，它们表现出的碳化过程比熟料含量降低的水泥（例如矾土水泥）更慢。此外，碳化深度随着碱含量的增加而降低，即，抑制了碳化进程。原因在于富碱水泥的初期水化较快，这导致早期致密的结构。在DE102013112267A1中已知一种具有包裹物料的半导体模块，该包裹物料由不同类型的水泥构成并且覆盖半导体单元。所述包裹物料在此具有耐湿的覆盖层（保护物料或漆），该覆盖层在所述水泥物料凝固之后在单独的制造步骤中施涂，从而防止湿气渗入水泥中。在EP0084951A2中提出了，对水泥施加碳-和湿气阻挡层，以减少水泥的碳化，从而基本上保持水泥中的碱度和由此保护水泥中的铁或钢。
技术实现思路
本专利技术的主题是一种用于制造具有电气或电子构件的电气装置的方法，其中该构件被具有水泥的包裹物料至少部分地包裹，所述方法具有以下步骤：-将包裹物料施加到电气或电子构件上；和-如此处理包裹物料，使得在包裹物料的表面上有针对性地发生或进行水泥的碳化。本专利技术的主题还是一种用于实施上述方法的设备。此外，本专利技术的主题是一种具有电气或电子构件的电气装置，其中该构件被具有水泥的包裹物料至少部分地包裹，其中包裹物料的表面具有碳化的水泥，特别是其中包裹物料的表面是包裹物料的整个外表面，其可经受来自围绕装置的气氛的流体。所述电气装置可以形成为功率电子装置模块。所述电气或电子构件可以选自：半导体结构元件，传感器元件，电感器，电容器，电池组电池，电池组模块，电路。然而，在本专利技术中，电气或电子构件可以理解为是指任何有源和无源的结构元件或高性能结构元件。对此，电气装置可以具有至少一个另外的元件，该另外的元件选自：电极，构件接触件，载体衬底，连接元件，特别是构件连接元件和/或载体衬底连接元件。在本专利技术中，水泥可以理解为是指无机的、无金属的、水硬的粘合剂。对此，水泥水硬固化，即它与水进行化学反应而形成稳定的、不溶解的化合物。对此，水泥可以在所述过程的开始时或者在水化之前形成为磨细的粉末，该粉末与水或添加水反应而形成水合物，凝结并且固化。对此，所述水合物可以形成针状物和/或小片，这些针状物和/或小片相互结合并且因此得到水泥的高硬度。与此相反地，磷酸盐水泥则不是水硬固化的。它进行酸碱反应以形成盐凝胶，该盐凝胶随后凝结成大多无定形的物料。在酸碱反应中交换出H+（氢离子）。水泥主要可以由铝酸钙组成，并且在水化过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制造具有电气或电子构件（12）的电气装置（10）的方法，其中该构件（12）被具有水泥的包裹物料（14）至少部分地包裹，所述方法具有以下步骤：/n- 将包裹物料（14）施加（102）到电气或电子构件（12）上；和/n- 如此处理（104）包裹物料（14），使得在包裹物料（14）的表面（28）上有针对性地进行水泥的碳化。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170503 DE 102017207424.81.用于制造具有电气或电子构件（12）的电气装置（10）的方法，其中该构件（12）被具有水泥的包裹物料（14）至少部分地包裹，所述方法具有以下步骤：
-将包裹物料（14）施加（102）到电气或电子构件（12）上；和
-如此处理（104）包裹物料（14），使得在包裹物料（14）的表面（28）上有针对性地进行水泥的碳化。


2.根据权利要求1所述的方法（100），其特征在于，处理包裹物料（14）以在表面（28）上有针对性地进行水泥的碳化的步骤包括以下步骤：
-对包裹物料（14）进行第一热处理（106）；
-在包裹物料（14）的表面（28）上形成（108）湿气膜（32）；和
-在二氧化碳含量大于或等于0.039体积%或二氧化碳分压大于0.039kPa或等于0.039kPa至小于0.01KPa的限定气氛下对包裹物料（14）进行第二热处理（110）。


3.根据权利要求2所述的方法（100），其特征在于，在包裹物料（14）的水泥完全水化之前，停止第一热处理（106）的步骤。


4.根据权利要求2或3所述的方法（100），其特征在于，在形成（108）湿气膜（32）的步骤中包括在相对湿度大于或等于60％至小于或等于80％，优选基本上为65％的限定气氛下将包裹物料（14）冷却，特别是冷却至大约室温，或将水施加到包裹物料（14）的表面（28）上。


5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法（100），其特征在于，在第二热处理（110）的步骤中，将包裹物料（14）加热至大于或等于100℃。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100），其特征在于，包裹物料（14）的表面（28）是包裹物料（14）的整个外表面（28），其可经受来自围绕装置（10）的气氛（26）的流体，其中在处理（104）包裹物料（14）时，在整个表面（28）上的水泥有针对性地碳化。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法（100...

【专利技术属性】
技术研发人员：M哈默阿尔特曼，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE