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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul, insbesondere für ein elektronisches Steuergerät, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektronikmoduls, sowie ein elektronisches Steuergerät mit einem solchen Elektronikmodul.
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Ein Elektronikmodul mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs ist aus der
DE 10 2008 043 774 A1 bekannt.
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Elektronische Steuergeräte weisen in der Regel eine Vielzahl von elektrischen und elektronischen Komponenten auf. Diese Komponenten sind oft sehr empfindlich gegen äußere mechanische Einflüsse (z.B. durch Berührung) oder auch gegen Medien, wie z.B. Wasser, Öl, Gase oder andere aggressive Substanzen. Um die elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen gegen diese Einflüsse wirksam zu schützen, werden die Bauelementen (z.B. Kondensatoren, anwenderspezifische Integrierte Schaltkreise, sog. ASICs, Sensoren, Transistoren, usw.) üblicherweise auf Substraten wie z.B. Leiterplatten oder Keramiken angeordnet und die Substrate anschließend in Gehäuse verbaut. Ein Moldgehäuse stellt eine einfache und kostengünstige Möglichkeit dar, ein solches Gehäuse zu realisieren. Zur Herstellung eines Moldgehäuses wird das bestückte Substrat mit einem duroplastischen Epoxidharz, einer sogenannten Moldmasse, in einem Transfermoldverfahren vergossen. Die verwendeten Moldmaterialien bestehen je nach Einsatzzweck typischerweise aus ca. 10% Polymermaterial und ca. 90% Füllstoffen, wie z.B. SiO2, Al2O3, sowie Spuren von Materialien wie Trennmitteln, Ruß, etc. Im Moldprozess wird die Moldmasse bei hoher Temperatur für kurze Zeit flüssig und unter Druck (50 bis 150bar) in eine Hohlform, in der sich das bestückte Substrat befindet, eingespritzt. Kurze Zeit nach der temperaturbedingten Verflüssigung (ca. 30 Sekunden) vernetzen die Polymere irreversibel zu einem duroplastischen Formkörper, dessen physikalische und mechanische Eigenschaften (z.B. Ausdehnungskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit, etc.) vor allem durch den Füllgrad mit Füllstoffen und die Art der Füllstoffe bestimmt werden. Eine Herausforderung beim Einsatz von Moldgehäusen in beispielsweise Steuergeräten ist die Ableitung der Wärme, die von den im Moldgehäuse befindlichen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen erzeugt wird. Kostengünstige Standardmoldmaterialien enthalten als Füllstoffen überwiegend SiO2, weisen nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf und können die Wärme daher nicht immer in ausreichendem Maße ableiten, z.B., wenn sich Leistungshalbleiter im Moldgehäuse befinden. Moldmaterialien, die auf Grund besonderer Füllstoffe eine höhere Wärmeleitfähigkeit als mit SiO2 gefüllte Standardmoldmaterialien aufweisen sind oftmals deutlich teurer als die Standardmoldmaterialien.
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Eine Möglichkeit, kostengünstige Standardmoldmaterialien zu verwenden und gleichzeitig die Wärmeableitung in Elektronikmodulen mit Moldgehäuse zu verbessern wird in der
DE 10 2008 043 774 A1 beschrieben. Hierbei wird auf der dem zu entwärmenden Bauelement abgewandten Seite des Substrats ein Fenster im Moldgehäuse ausgespart, das bis auf das Substrat hinab reicht, so dass die Entwärmung des Bauelements verbessert wird. Die
DE 10 2008 043 774 A1 schlägt weiterhin vor, für gewisse Bauelemente das Moldfenster direkt über dem zu entwärmenden Bauelement zu platzieren. Schließlich wird in dieser Schrift dargelegt, dass das Moldfenster nach der Herstellung des Moldgehäuses in einem weiteren Moldprozess mit einem wärmeleitfähigen Moldmaterial verfüllt wird. Ein solches Verfüllen des Moldfensters in einem weiteren Moldschritt ist relativ aufwändig und erfordert mehrere Moldvorgänge.
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Eine weitere Möglichkeit, die elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen in Moldgehäusen zu entwärmen besteht darin, sogenannte exposed Pads (ePads), aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. Metall oder Keramik zu verwenden. Diese ePads werden vor dem Moldschritt an den zu entwärmenden Bauelementen derart angebracht, dass das ePad nach dem Moldschritt ohne Moldüberdeckung aus dem Moldgehäuse ragt, also exponiert (exposed) ist. Die derart exponierte ePad-Fläche dient dann der Entwärmung. Diese Technik ist jedoch ebenfalls relativ aufwändig und erfordert zusätzlichen Konstruktionsaufwand.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Gegenüber dem Stand der Technik weist die Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs den Vorteil auf, dass die Entwärmung von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen, die sich in einem geschlossenen Moldgehäuse befinden einfach, kostengünstig und mit optimierter Haltbarkeit durch den Einsatz zweier unterschiedlicher Moldmaterialien gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird ein Elektronikmodul, insbesondere für ein elektronisches Steuergerät, vorgeschlagen, wobei das Elektronikmodul ein Substrat mit einer ersten Seite und mit einer davon abgewandte zweite Seite aufweist, wobei das Substrat auf der ersten Seite eine erste Fläche und auf der zweiten Seite eine zweite Fläche aufweist, wobei an dem Substrat auf der ersten und/oder zweiten Seite elektrische und/oder elektronische Bauelemente angeordnet sind, wobei wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement im Betrieb Wärme erzeugt, wobei das Substrat auf der ersten Seite des Substrats mit einer ersten Moldmasse aus einem ersten Material und auf der zweiten Seite des Substrats mit einer zweiten Moldmasse aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material versehen ist und wobei das zweite Material eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das erste Material aufweist. Erfindungsgemäß ist dabei vorteilhaft ein zusammenhängender Flächenanteil von wenigstens 80% der zweiten Fläche des Substrats von der zweiten Moldmasse direkt oder indirekt abgedeckt.
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Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Substrat einerseits vollständig vom Moldgehäuse umschlossen werden kann und somit sicher gegen äußere Einflüsse wie z.B. mechanische Einflüsse oder das Einwirken aggressiver externer fluider Medien geschützt ist und andererseits eine ausreichende großflächige Entwärmung des wenigstens einen Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelements gewährleistet ist. Besonders vorteilhaft wird durch die Erfindung bewirkt, dass das Moldgehäuse in einem einzigen Moldspritzvorgang mit einem einzigen Moldwerkzeug einfach und kostengünstig herstellbar ist. Somit entsteht besonders vorteilhaft ein einheitliches, durchgehend vernetztes Moldgehäuse, das eine besonders gute Haltbarkeit aufweist, da keine Nahtstellen im Kontaktbereich zwischen den beiden Moldmassen auftreten. Weiterhin entfällt vorteilhaft eine Oberflächenhandlung (z.B. durch einen Plasmaschritt), nach dem Spritzen der ersten Moldmasse, die für eine Haftung der zweiten Moldmasse an der ersten Moldmasse bei sequentiellem Spritzen der beiden Moldmassen in zwei Moldprozessen notwendig sein könnte. Schließlich wird vorteilhaft bewirkt, dass durch die Verwendung zweier Moldmassen, wobei die erste Seite des Substrats überwiegend von der ersten Moldmasse bedeckt ist und die zweite Seite des Substrats überwiegend von der zweiten Moldmasse bedeckt ist, das Moldgehäuse und die thermische Ausdehnungskoeffizienten der beiden Moldmassen relativ einfach so aufeinander abgestimmt werden können, dass thermische Spannungen im Moldgehäuse minimiert werden.
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Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterentwicklungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen ermöglicht. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, dass das wenigstens eine Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelement auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Entwärmung des Wärme erzeugenden Bauelements durch das Substrat und die zweite Moldmasse hindurch bewirkt wird. Vorteilhaft kann bei der Verwendung von Bauelementen mit großer Bauelement-Bauhöhe auf der ersten Seite des Substrats die Bauhöhe des Moldgehäuses gering gehalten werden, indem das Substrat in seiner vertikaler Ausrichtung, d.h., entlang der Richtung seiner geringsten Ausdehnung (z-Achse), nicht mittig zum Moldgehäuse angeordnet wird. Das Substrat wird dann vorteilhaft entlang der z-Achse aus der Mitte heraus versetzt angeordnet. Dadurch wird außerdem vorteilhaft erreicht, dass sich die Entwärmung verbessert, da die Wärme im Moldgehäuse über eine geringere Strecke abtransportiert werden muss. Weiterhin reduziert sich so vorteilhaft das Volumen der teureren zweiten Moldmasse, was die Kosten für das Moldgehäuse reduziert.
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Dadurch, dass das Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauteil auf der zweiten Seite des Substrats angeordnet ist wird vorteilhaft erreicht, dass die zweite Moldmasse mit der höheren Wämeleitfähigkeit das Wärme erzeugende Bauelement direkt bedeckt und so die Wärme ohne Zwischenschaltung des Substrats abgeführt werden kann. Bei dieser Anordnung können vorteilhaft auch Substrate verwendet werden, die eine weniger große Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
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Vorteilhafterweise weist das zweite Moldmaterial eine Wärmeleitfähigkeit größer als 2 W/(m·K) auf. Dadurch wird die Entwärmung des wenigstens einen Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelements besonders vorteilhaft sichergestellt.
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Erfindungsgemäß kann das Substrat des Elektronikmoduls eine Leiterplatte sein. In dieser vorteilhaften Ausführung ist das Substrat besonders kostengünstig herstellbar und bietet als ein- oder mehrlagige Variante vielfältige Möglichkeiten, Schaltkreise in das Substrat mit einzubeziehen. Ebenso kann das Substrat des Elektronikmoduls als Keramiksubstrat ausgeführt sein. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit des Substrats erreicht und gleichzeitig können in einer ein- oder mehrlagigen Ausführung des Keramiksubstrats vorteilhaft Schaltkreise und/oder passive elektrische Bauelemente integriert werden. Das Substrat kann auch ein metallisches Stanzgitter (Leadframe) sein, besonders bevorzugt aus Kupfer. Dadurch wird besonders vorteilhaft eine gute Wärmeleitung des Substrats erreicht.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Elektronikmoduls wird dadurch erreicht, dass das Elektronikmodul elektrische Anschlusselemente aufweist, die mit dem Substrat elektrisch kontaktiert sind und die durch die Moldmasse nach außen geführt sind. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass das Elektronikmodul einerseits mit wenig Aufwand in ein Steuergerät integriert werden kann und dass andererseits die empfindlichen Bereiche der elektrischen Kontaktierung von Bauelementen auf dem Substrat und die elektrischen Anschlusselementen gegen äußere mechanische Einflüsse oder gegen den Angriff fluider Medien geschützt sind.
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Dadurch, dass das Elektronikmodul Bestandteil eines modular aufgebauten Steuergeräts mit mehreren Elektronikmodulen ist, die jeweils von Moldmasse komplett oder teilweise umgeben sind, wird vorteilhaft erreicht, dass das Elektronikmodul auch bei einer Applikation des Steuergeräts in einer Umgebung mit aggressiven Medien (beispielsweise Getriebeöl) ohne Zerstörung betrieben werden kann.
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Gegenüber dem Stand der Technik weist das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs den Vorteil auf, dass das Elektronikmodul einfacher, kostengünstiger und zuverlässiger hergestellt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Substrats, auf dem elektrische und/oder elektronische Bauelemente angeordnet sind, wobei wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement im Betrieb Wärme erzeugt, in einen Hohlraum einer geöffneten Werkzeugform, eingelegt wird. Anschließend wird eine erste Moldmasse aus einem ersten Material und eine zweiten Moldmasse aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material bereitgestellt, wobei das zweite Material eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das erste Material aufweist. Die erste Moldmasse wird in wenigstens einen ersten Moldmassenspeicher und die zweite Moldmasse in wenigstens einen zweiten Moldmassenspeicher des Formwerkzeugs eingelegt. Danach wird das Formwerkzeugs geschlossen. Schließlich wird die erste und die zweite Moldmasse aus dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten Moldmassenspeicher in den Hohlraum des Formwerkzeugs während oder nach dem Schließen des Formwerkzeugs zugeführt, wobei ein zusammenhängender Flächenanteil von wenigstens 80% der zweiten Fläche des Substrats von der zweiten Moldmasse direkt oder indirekt abgedeckt wird. Dadurch, dass die beiden Moldmassen in ein Formwerkzeug eingespritzt werden, wird vorteilhaft eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich. Besonders vorteilhaft wird durch die Verwendung nur eines Formwerkzeugs auch eine hohe Zuverlässigkeit erzielt, da im Kontaktbereich der beiden Moldmassen keine Nahtstellen auftreten.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die erste Moldmasse und die zweite Moldmasse gleichzeitig in den Hohlraum des Formwerkzeugs zugeführt, insbesondere derart, dass die erste Moldmasse und die zweiten Moldmasse in ihrem Kontaktbereich eine durchgehende Vernetzung aufweisen. Durch das gleichzeitige Zuführen beider Moldmassen wird vorteilhaft erreicht, dass die beiden Moldmassen gleichzeitig und durchgehend, d.h. im Kontaktbereich auch miteinander, vernetzen und somit besonders vorteilhaft das Moldgehäuse auch im Kontaktbereich einen durchgehenden Verbund aufweist. Das derart einheitlich ausgebildete Moldgehäuse ist besonders stabil gegen mechanische Einflüsse oder den Angriff aggressiver fluider Medien. Somit sind das im Moldgehäuse angeordnete Substrat und die darauf angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente besonders vorteilhaft gegen äußere Einflüsse geschützt.
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Dadurch, dass das Elektronikmodul auf einem Steuergerät derart festgelegt ist, dass die zweite Moldmasse des Elektronikmoduls mit einem der Entwärmung dienenden Teil des Steuergeräts verbunden ist und dass das Elektronikmodul mit dem Steuergerät elektrisch verbunden ist, lässt sich eine besonders vorteilhafte Entwärmung des Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelements erzielen, indem die Wärme des Bauelements über die Moldmasse des Moldgehäuses an das als Wärmesenke wirkende der Entwärmung dienende Teil des Steuergeräts abgegeben wird.
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Vorteilhafterweise kann das Steuergerät, auf dem das Elektronikmodul festgelegt ist derart weitergebildet werden, dass das Steuergerät einen Kühlkörper und eine auf dem Kühlkörper angeordnete Steuergerät-Leiterplatte mit einer Aussparung aufweist, dass das Elektronikmodul in der Aussparung der Steuergerät-Leiterplatte mit der zweiten Moldmasse an dem Kühlkörper anliegt und dass elektrische Anschlusselemente des Elektronikmoduls mit der Steuergerät-Leiterplatte elektrisch kontaktiert sind. Dadurch wird vorteilhafterweise die Entwärmung des im Betrieb Wärme erzeugenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteils durch den als Wärmesenke dienenden Kühlkörper begünstigt, weiterhin wird vorteilhaft eine kompakte Bauform des Steuergeräts durch die Anordnung der mit einer Aussparung versehenen Steuergerät-Leiterplatte auf dem Kühlkörper erzielt und schließlich kann der Kühlkörper vorteilhafterweise den EMV-Schutz des Elektronikmoduls verbessern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1a einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls;
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1b einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls, bei dem das Substrat in vertikaler Richtung des Moldgehäuses nicht mittig im Moldgehäuse angeordnet ist;
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2 einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektronikmoduls, bei dem das Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelement auf der zweiten Seite des Substrats angeordnet ist;
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3 einen Querschnitt durch einen Teil eines Steuergeräts, mit dem erfindungsgemäßes Elektronikmodul mechanisch und elektrisch verbunden ist.
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4 einen Querschnitt durch ein Formwerkzeug bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1a ist ein Querschnitt in x-z-Richtung eines Ausführungsbeispiels eines Elektronikmoduls (100) dargestellt. Neben der Figur ist schematisch ein Koordinatensystem mit der willkürlich festgelegten Lage der 3 Raumrichtungen x, y, und z dargestellt. Ein solches Elektronikmodul kann beispielsweise in elektrischen und/oder elektronischen Steuergeräten zum Einsatz kommen. Insbesondere kann das Elektronikmodul (100) auch ein Leiterplattenmodul sein. Das Elektronikmodul (100) kann dabei in verschiedenen Steuergeräten aus verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, z.B. in Steuergeräten für Getriebesteuerung im Kraftfahrzeugbau, aber auch im Batteriemanagement, sowie z.B. mit Leistungshalbleitern versehen in Anwendungen für Elektroantriebe und Hybridfahrzeuge, ohne auf solche Anwendungen beschränkt zu sein. Die 1a zeigt ein Substrat (200), das eine erste Seite (210) und eine zweite Seite (220) aufweist. Das Substrat kann dabei beispielsweise eine Leiterplatte (202), ein Keramiksubstrat (204) oder auch ein metallisches Stanzgitter (206) sein. Auf der ersten Seite (210) und/oder auf der zweiten Seite (220) des Substrats (200) sind dabei elektrische und/oder elektronische Bauelemente (300) angeordnet. Dabei kann es sich bei den Bauelementen (300) um passive Bauelemente, wie z.B. Widerstände, Kondensatoren, Spulen und dergleichen handeln, es sind aber auch andere Bauelemente denkbar, wie z.B. Sensoren, anwenderspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), Leistungshalbleiter, Operationsverstärker und dergleichen. Außerdem ist auf dem Substrat (200) wenigstens ein Bauteil (310) angeordnet, das im Betrieb Wärme erzeugt, beispielsweise ein Leistungshalbleiter. Diese Bauelemente (300, 310) können direkt elektrisch mit dem Substrat (200) verbunden sein, beispielsweise durch Auflöten oder durch das Aufkleben mit leitfähigem Klebstoff. Sie können jedoch auch mechanisch durch beispielsweise eine Klebung an dem Substrat (200) festgelegt sein und durch elektrische Verbindungselemente (350) wie z.B. Bonddrähte und dergleichen mit dem Substrat (200) elektrisch kontaktiert sein. Das Substrat (200) und die darauf angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente (300, 310) sind in diesem Ausführungsbeispiel komplett von einem Moldgehäuse (400) umgeben und somit vor äußeren mechanischen Einflüssen und vor dem Angriff aggressiver Medien geschützt. Das Moldgehäuse setzt sich dabei zusammen aus einer ersten Moldmasse (410), die die erste Seite (210) des Substrats (200), sowie Teile von elektrischen Anschlusselementen (500) bedeckt, sowie aus einer zweiten Moldmasse (420), die die zweite Seite (220) des Substrats (200) bedeckt. Der Kontaktbereich (430) zwischen den beiden Moldmassen (410, 420) liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Ebene des Substrats (200). Idealerweise sind die beiden Moldmassen, die bevorzugt aus duroplastischen Materialien bestehen, im Kontaktbereich (430) miteinander vernetzt, so dass ein lückenloses Moldgehäuse (400) ohne Nahtstellen entsteht. Das Substrat (200) ist bevorzugt eben und flach. Das heißt, dass zwei der drei Raumachsen des Substrats, hier die x- und die y-Richtung, eine gegenüber der dritten Raumachse des Substrats (200) (hier: z-Richtung) deutlich größere räumliche Ausdehnung haben. Das Substrat (200) ist in der z-Richtung bevorzugt dünner als 3mm, besonders bevorzugt dünner als 1mm, vorzugsweise dünner als 0,5mm. In den beiden zur z-Richtung senkrechten Raumrichtungen (x-/y-Richtung) spannt das Substrat (200) eine Fläche auf. Dabei wird unter der ersten Fläche (211) des Substrats (200) die auf der ersten Seite (210) vom unbestückten Substrat (200) aufgespannte Fläche in der x-y-Ebene verstanden. Analog wird unter der zweiten Fläche (212) des Substrats (200) die auf der zweiten Seite (220) vom unbestückten Substrat (200) aufgespannte Fläche in der x-y-Ebene verstanden. Unter der direkten oder indirekten Abdeckung eines Flächenanteils von 80% einer Fläche des Substrats (200) wird dabei verstanden, dass 80% dieser Fläche des Substrats (200) von Moldmasse abgedeckt sind. Bestückte Abschnitte des Substrats werden dabei als ursprüngliche, unbestückte Abschnitte des Substrats gerechnet, das Substrat (200) ist in den bestückten Abschnitten also nur indirekt von Moldmasse abgedeckt. Das Moldgehäuse (400) kann dabei auch eine sehr einfache Ausführung darstellen, beispielsweise kann das Moldgehäuse (400) ein SOIC-Gehäuse (Small Outline Integrated Circuit), ein LGA-Gehäuse (Land Grid Array), ein BGA-Gehäuse (Ball Grid Array), ein LQFP-Gehäuse (Low profile Quad Flat Package), ein TQFP-Gehäuse (Thin Quad Flat Pack) oder von einem ähnlichen Gehäusetyp sein, der üblicherweise verwendet wird, wenn das Elektronikmodul (100) ein einfaches Halbleitermodul mit beispielsweise einem Sensor und einem ASIC oder nur einem ASIC ist.
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In 1b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Elektronikmoduls dargestellt als Querschnitt in x-z-Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelement (310) auf dem Substrat (200) über einem thermischen Via (260) festgelegt, so dass eine besonders gute Wärmeableitung durch das Substrat (200) hindurch in die zweite Moldmasse (420) hinein gewährleistet ist. Das thermische Via (260) besteht dabei vorzugsweise aus einem Material mit einer besonders guten Wärmeleitfähigkeit, z.B. einem Metall. Es ist in das Substrat so eingebettet, dass es den Wärmetransport von der einen Seite des Substrats (200) auf die andere Seite des Substrats (200) verbessert. Die zweite Moldmasse (420) besteht aus einem Material, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material, aus dem die erste Moldmasse (410) besteht. Die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Moldmasse beträgt dabei bevorzugt mehr als 2 W/(m·K), besonders bevorzugt von mehr als 3 W/(m·K). Dies kann beispielsweise durch einen Füllstoffanteil aus Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit erreicht werden, z.B. durch Füllstoff aus Al2O3 oder anderen Stoffen, deren Wärmeleitfähigkeit deutlich größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des üblicherweise als Füllmaterial verwendeten SiO2. Dadurch ist gewährleistet, dass die Wärme des Wärme erzeugenden Bauelements (310) in ausreichendem Maße aus dem Moldgehäuse (400) abgeführt werden kann. Im in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Substrat (200) bezogen auf die Ausdehnung des Moldgehäuses (400) in z-Richtung nicht mehr mittig im Moldgehäuse (400) angeordnet. Vielmehr ist es so angeordnet, dass die Ausdehnung der Moldschicht der ersten Moldmasse (410) auf der ersten Seite des Substrats (210) in z-Richtung größer ist als die Ausdehnung der Moldschicht der zweiten Moldmasse (420) auf der zweiten Seite des Substrats (220) in z-Richtung. Dies kann, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, dadurch bedingt sein, dass wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement, das von Moldmasse überdeckt sein soll, eine große Bauhöhe aufweist und dass gleichzeitig das Moldgehäuse (400) möglichst flach bauen soll. Bei einem solchen, auf die Lage der Mittelebene des Moldgehäuses (400) in z-Richtung bezogenen asymmetrischen Aufbaus ist die Strecke geringer, über die die Wärme durch die zweite Moldmasse (420) abgeführt werden muss, verglichen mit einem symmetrischen Moldgehäuse (400) gleicher Ausdehnung in z-Richtung. Schließlich wird auch weniger Volumen von der teuren zweiten Moldmasse (420) benötigt. In der Figur ist außerdem dargestellt, dass die erste Moldmasse (410) auch Abschnitte der zweiten Seite (220) des Substrats (200) abdeckt. Dies kann geometrische Ursachen haben, indem beim Einspritzen die Fließfront der ersten Moldmasse (410) schneller die Ränder des Substrats (200) erreicht als die Fließfront der zweiten Moldmasse (420), beispielsweise durch die Geometrie des Formwerkzeugs oder die Lage des Substrats (200) in der Hohlform des Spritzwerkzeugs. So kann es so dazu kommen, dass die erste Moldmasse (410) auch Abschnitte der zweiten Seite (220) des Substrats (200) bedeckt. Die abschnittsweise Überdeckung der zweiten Seite (220) des Substrats (200) mit der ersten Moldmasse (410) kann aber auch durch eine gezielte Fließfrontbeeinflussung erzielt werden, indem z.B. der Einspritzzeitpunkt der zweiten Moldmasse (420) in das Formwerkzeug speziell angepasst wird.
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Genauso gut kann in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel die Fließfront der zweiten Moldmasse (420) die Ränder des Substrats (200) schneller erreichen als die erste Moldmasse (410). In solch einem Fall werden Abschnitte der ersten Seite (210) des Substrats (200) von der zweiten Moldmasse (420) bedeckt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel als Querschnitt in x-z-Richtung ist in 2 dargestellt. Hier ist das Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelement (310) auf der zweiten Seite (220) des Substrats (200) angeordnet. Die elektrische Kontaktierung des Bauelements (310) erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch als Bonddrähte ausgelegte elektrische Verbindungselemente (350). Die elektrischen Signale des Wärme erzeugenden Bauelements (310) werden dann substratseitig mittels elektrischer Vias (250) im Substrat (200) auf die erste Seite (210) des Substrats übertragen. Eine derartige Bauform wird vorzugsweise gewählt, um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Wärme erzeugenden Bauelements (310) zu verbessern und/oder, um die Wärmeübertragung vom Wärme erzeugenden Bauelement (310) in die zweite Moldmasse (420) zu erleichtern und den Weg zu einer Wärmesenke im Kontakt mit der zweiten Moldmasse (420) zu verkürzen.
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In 3 ist ein Querschnitt in x-z-Richtung eines Ausschnitts eines Steuergeräts (800) mit einem am Steuergerät festgelegten Elektronikmodul (100) dargestellt. Hierbei kann das Steuergerät (800) insbesondere ein Steuergerät (800) für die Getriebesteuerung sein, wobei ein solches Steuergerät im Getriebe angeordnet sein kann und beispielsweise dem Getriebeöl ausgesetzt ist. Andere Einsatzmöglichkeiten sind Steuergeräte (800) mit Elektronikmodulen (100) für Elektrofahrzeuge, für Hybridfahrzeuge, und dergleichen. Elektronikmodule (100) in derartigen Anwendungen weisen üblicherweise Leistungshalbleiter als Wärme erzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelemente (310) auf. Das Elektronikmodul (100) ist dabei mit einem als Wärmesenke ausgebildeten der Entwärmung dienenden Teil (700) des Steuergeräts (800) verbunden. Das der Entwärmung dienende Teil (700) ist dabei bevorzugt ein Kühlkörper (710), besonders bevorzug ein metallischer Kühlkörper (710). Das Elektronikmodul (100) ist dabei in einer Aussparung (620) einer Steuergerät-Leiterplatte (600) mit dem Kühlkörper (710) verbunden. Die Steuergerät-Leiterplatte (600) ist bevorzugt auf dem Kühlkörper (710) festgelegt. Besonders bevorzugt wird das Elektronikmodul (100) so auf dem Kühlkörper (710) festgelegt, dass ein direkter, lückenloser Kontakt besteht, besonders bevorzugt wird dabei zwischen dem Elektronikmodul (100) und dem Kühlkörper (710) eine Wärmeleitpaste eingebracht, die einen guten Wärmetransport sicherstellt. Die elektrische Verbindung des Elektronikmoduls (100) mit der Steuergerät-Leiterplatte (600) wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch elektrische Anschlusselemente (500), beispielsweise metallische Pins, erzielt, die leitend mit der Steuergerät-Leiterplatte (600) verbunden sind. Die Verbindung kann dabei beispielsweise durch Bonden, Löten, Punktschweißen, das Festkleben mit leitfähigem Klebstoff oder andere gängige Methoden der Aufbau- und Verbindungstechnik erfolgen.
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Zur Herstellung eines Elektronikmoduls (100) wird wie in 4 dargestellt ist folgendermaßen vorgegangen. Das Substrats (200), auf dem elektrische und/oder elektronische Bauelemente (300) angeordnet sind, wobei wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (310) im Betrieb Wärme erzeugt, wird in einen Hohlraum (930) eines geöffneten Formwerkzeugs (900) eingelegt. Außerdem werden eine erste Moldmasse (410) aus einem ersten Material und eine zweiten Moldmasse (420) aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material bereitgestellt. Das zweite Material weist dabei eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf als das erste Material. In einem weiteren Schritt wird die erste Moldmasse (410) in wenigstens einen ersten Moldmassenspeicher (910) und die zweite Moldmasse (420) in wenigstens einen zweiten Moldmassenspeicher (920) des Formwerkzeugs (900) eingelegt. Anschließend wird das Formwerkzeug (900) geschlossen. Durch die im Formwerkzeug (900) und in den Moldmassenspeichern (910, 920) vorherrschende hohe Temperatur von typischerweise 170°C verflüssigen sich die Materialien der ersten und der zweiten Moldmasse (410, 420). Die so vorliegenden beiden flüssigen Moldmassen (410, 420) werden dann während oder nach dem Schließen des Formwerkzeugs (900) unter Anwendung von Druck (ca. 50 bis 150 bar) aus den Moldmassenspeichern (910, 920) durch Zuführungskanäle in den Hohlraum (930) des Formwerkzeugs (900) zugeführt. Die erste Moldmasse (410) wird dabei so zugeführt, dass sie vornehmlich die erste Seite (210) des Substrats (200) bedeckt, die zweite Moldmasse (420) wird so zugeführt, dass sie einen zusammenhängenden Flächenanteil von wenigstens 80% der zweiten Fläche (212) des Substrats (200) direkt oder indirekt bedeckt. Nach kurzer Zeit (ca. 30 Sekunden) vernetzen die Epoxidharze der beiden Moldmassen (410, 420) irreversibel zu einem duroplastischen Netzwerk, wobei das Volumen des vernetzten Formkörpers (des Moldgehäuses (400)) in Folge der Vernetzung noch um ca. 1–3% schrumpft und so das eingeschlossene bestückte Substrat (200) fest umschließt. Das sich so im Formwerkzeug (900) gebildete Moldgehäuse (400) wird anschließend für kurze Zeit bei der anliegenden Temperatur von ca. 170°C im Formwerkzeug (900) gehalten, damit die Moldmasse noch aushärten kann. Schließlich wird das Formwerkzeug (900) geöffnet und das Elektronikmodul (100) im Moldgehäuse (400) aus dem Hohlraum (930) des Formwerkzeugs (900) entnommen. Besonders bevorzugt werden die beiden Moldmassen (410, 420) im Zeitablauf so („gleichzeitig“) in den Hohlraum (930) zugeführt, dass sie in ihrem Kontaktbereich (430) beim Vernetzungsprozess eine gemeinsame Vernetzung ausbilden.
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Im Unterschied dazu ist ein sequentielles Zuführen der beiden Moldmassen (410, 420) auch denkbar. In diesem Fall wird zunächst die eine Moldmasse in den Hohlraum (930) des Formwerkzeugs (900) zugeführt und vernetzt dort. Erst nach Abschluss der Vernetzung der einen Moldmasse wird dann die andere Moldmasse in den Hohlraum (930) des Formwerkzeugs (900) zugeführt. Dabei ist dann im Kontaktbereich zwischen den beiden Moldmassen (410, 420) die Ausbildung einer gemeinsamen Vernetzung nicht sichergestellt. Eine sequentielle Zuführung wird bevorzugt beim sogenannten Sheetmolden eingesetzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008043774 A1 [0002, 0004, 0004]
