DE102014110455A1

DE102014110455A1 - Verfahren zur Herstellung eines Elektronenmoduls mit Vergussmasse

Info

Publication number: DE102014110455A1
Application number: DE102014110455.2A
Authority: DE
Inventors: Guido Strotmann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-07-25
Also published as: DE102014110455B4

Abstract

Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls. Hierzu werden ein Modulgehäuses (4) bereitgestellt, sowie ein mit dem Modulgehäuse (4) verbundener Schaltungsträger (2). Eine fließfähige Vergussmasse (6) sowie wenigstens ein Verdrängungselement (7) werden derart in das Modulgehäuse (4) eingefüllt, dass die Gesamtheit der Verdrängungselemente (7) eine Verdrängung der Vergussmasse (6) bewirkt. Nach dem Einfüllen wird die verdrängte Vergussmasse (6) zu einem dielektrischen Gel oder zu einem festen, dielektrischen Körper vernetzt. Das Volumen der durch sämtliche Verdrängungselemente (7) verdrängten Vergussmasse (6) beträgt zu einem Zeitpunkt, zu dem die eingefüllte Vergussmasse (6) noch fließfähig ist, zumindest 10 % des Volumens der Vergussmasse (6).

Description

Elektronikmodule werden häufig mit einem elektrisch isolierenden Vergussmaterial ausgegossen. Das Vergussmaterial kann zum Schutz von elektrischen Komponenten dienen, die in dem Elektronikmodul verbaut sind, und/oder zu deren elektrischer Isolierung, und/oder dazu, diese Komponenten vor Umwelteinflüssen, beispielsweise Feuchtigkeit, Säuren, Laugen, Verschmutzungen, zu schützen. Um eine oder mehrere dieser Funktionen zu übernehmen, muss das Vergussmaterial bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe eingefüllt werden, damit die zu schützenden Komponenten ansonsten nicht von dem Vergussmaterial bedeckt werden. Allerdings sind vor allem qualitativ hochwertige Vergussmaterialien, die besonderen Anforderungen genügen müssen, mit hohen Kosten verbunden. Bei derartigen besonderen Anforderungen kann es sich zum Beispiel um die elektrische Durchschlagsfestigkeit handeln, oder um Halogenfreiheit, da Halogene z. B. in dem Elektronikmodul verbautes Kupfer angreifen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines kostengünstigen Verfahrens zur Herstellung eines ein Modulgehäuse aufweisenden Elektronikmoduls, bei dem in dem Modulgehäuse befindliche elektronische Komponenten des Elektronikmoduls elektrisch isoliert und mechanisch sowie vor Umwelteinflüssen hervorragend geschützt sind. Diese Aufgabe wird durch Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls gemäß den Patentansprüchen 1 und 11 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird zur Herstellung eines Elektronikmoduls ein Modulgehäuse bereitgestellt. In das Modulgehäuse werden eine fließfähige Vergussmasse sowie wenigstens ein Verdrängungselement derart in das Modulgehäuse eingefüllt, dass die Gesamtheit der Verdrängungselemente eine Verdrängung der Vergussmasse bewirkt. Nach dem Einfüllen der fließfähigen Vergussmasse und des wenigstens einen Verdrängungselements wird die verdrängte Vergussmasse zu einem dielektrischen Gel oder zu einem festen, dielektrischen Körper vernetzt.
Gemäß einem zweiten Aspekt werden zur Herstellung eines Elektronikmoduls ein Modulgehäuse und ein mit dem Modulgehäuse verbundener Schaltungsträger bereitgestellt. Das Modulgehäuse weist einen Modulgehäuseinnenraum auf, und der Schaltungsträger besitzt eine dem Modulgehäuseinnenraum abgewandte, ebene Unterseite. Eine fließfähige Vergussmasse wird in das Modulgehäuse eingefüllt und danach zu einem festen dielektrischen Körper oder zu einem nicht mehr fließfähigen dielektrischen Gel vernetzt, wobei das Vernetzen erfolgt, während eine dem Schaltungsträger abgewandte Oberseite der Vergussmasse eine erste Stelle und eine zweite Stelle aufweist, wobei sie die Abstände, die die erste Stelle und die zweite Stelle von der Ebene der Unterseite aufweisen, um wenigstens 2 mm unterscheiden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Unterseite während des Vernetzens mit einer Horizontalebene einen Winkel von wenigstens 5° und von weniger als 90° einschließt, oder dass das Modulgehäuse mit der darin befindlichen Vergussmasse während des Vernetzens um eine Rotationsachse rotiert wird.
Durch die Herstellung eines Elektronikmoduls gemäß zumindest einem der genannten Aspekte kann die Menge der benötigten Vergussmasse gegenüber herkömmlichen Verfahren deutlich reduziert werden, da sich erreichen lässt, dass mit den vorgeschlagenen Verfahren in Bereiche des Modulgehäuse-Innenraums, die bei herkömmlichen Verfahren (d.h. ohne die Verwendung von Verdrängungselementen) wesentlich mehr Vergussmasse eingebracht würde als zum erforderlichen Schutzzweck erforderlich, deutlich weniger Vergussmasse gelangt. Im Ergebnis lässt sich mit der vorliegenden Erfindung der Verbrauch von Vergussmasse ohne Qualitätseinbußen signifikant verringern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Elemente. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein Elektronikmodul, bei dem eine Vielzahl von kleinen Verdrängungselementen in die Vergussmasse eingebettet ist.
2 einen Querschnitt durch ein weiteres Elektronikmodul, bei dem eine Vielzahl von kleinen Verdrängungselementen in die Vergussmasse eingebettet ist.
3 einen Querschnitt durch ein Elektronikmodul, bei dem große Verdrängungselemente in die Vergussmasse eingebettet sind.
4 einen Querschnitt durch ein weiteres Elektronikmodul, bei dem große Verdrängungselemente in die Vergussmasse eingebettet sind.
5 einen Querschnitt durch ein Elektronikmodul, bei dem wenigstens ein Verdrängungselement in die Vergussmasse nur eintaucht, aber nicht von dieser bedeckt ist.
6 einen Querschnitt durch ein weiteres Elektronikmodul, bei dem wenigstens ein Verdrängungselement in die Vergussmasse nur eintaucht, aber nicht von dieser bedeckt ist.
7A, 7B ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls, das einen Schaltungsträger mit einer Unterseite aufweist, die beim Vernetzen der Vergussmasse gegenüber der Horizontalen geneigt ist.
8A, 8B ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls, bei dem das Modulgehäuse eines herzustellenden Elektronikmoduls zusammen mit einer in das Elektronikmodulgehäuse eingefüllten Vergussmasse rotiert wird, bis die Vergussmasse vernetzt.
1 zeigt ein Elektronikmodul mit einem Modulgehäuse 4. Ein Schaltungsträger 2 ist fest mit dem Modulgehäuse 4 verbunden. Das Modulgehäuse 4 kann elektrisch isolierend sein. Es kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen oder Kunststoff aufweisen. Als Kunststoffe eignen sich unter anderem Duroplaste oder Thermoplaste.
Im Innenraum 40 des Modulgehäuses 4 können optional ein oder mehrere Halbleiterchips 1 auf dem Schaltungsträger 2 montiert und auf beliebige Weise und durch beliebige Maßnahmen elektrisch verschaltet sein. Bei dem Schaltungsträger 2 kann es sich zum Beispiel um ein elektrisch isolierendes Substrat handeln, das einen als dünne Schicht ausgebildeten, dielektrischen Isolationsträger 20 aufweist, sowie eine obere Metallisierungsschicht 21 und eine untere Metallisierungsschicht 22, die mit dem dielektrischen Isolationsträger 20, beispielsweise einer Keramik, stoffschlüssig verbunden sind. Der dielektrische Isolationsträger 20 kann die obere Metallisierungsschicht 21 und die untere Metallisierungsschicht 22 elektrisch voneinander isolieren.
Die obere Metallisierungsschicht 21 und/oder die untere Metallisierungsschicht 22 können zum Beispiel, unabhängig voneinander, aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Zum Beispiel kann der Schaltungsträger 2 als DCB-Substrat (DCB = direct copper bonding) ausgebildet sein, bei dem die obere Metallisierungsschicht 21 und die untere Metallisierungsschicht 22 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen und unmittelbar mit einem keramischen Isolationsträger 20, z.B. Aluminiumnitrid, verbunden sind. Alternativ kann der Schaltungsträger 2 auch ein DAB-Substrat (DAB = direct aluminum bonding) oder ein AMB-Substrat (AMB = active metal brazing) oder ein anderes Substrat sein.
Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Schaltungsträgers 2 besitzt dieser eine dem Innenraum 40 abgewandte Unterseite 2b. Sofern das Elektronikmodul eine optionale Bodenplatte 3, beispielsweise aus Metall, aufweist, kann der Schaltungsträger 2 an seiner Unterseite 2b stoffschlüssig mit der Bodenplatte 3 verbunden sein. Sofern das Elektronikmodul zusätzlich zu dem Schaltungsträger 2 keine derartige Bodenplatte 3 aufweist, kann die Unterseite 2b des Schaltungsträgers 2 auch frei liegen.
Weiterhin weist das Elektronikmodul zu seiner externen elektrischen Verschaltung zwei oder mehr elektrisch leitende Außenanschlüsse 5 auf, die von der Außenseite des Modulgehäuses 4 her zugänglich sind. Im Innenraum 40 des Modulgehäuses 4 können die Außenanschlüsse 5 an eine Schaltung des Elektronikmoduls angeschlossen sein.
In den Innenraum 40 ist eine zu einem Gel oder einem Festkörper vernetzte Vergussmasse 6 eingefüllt, in die eine Vielzahl von Verdrängungselementen 7 eingebettet ist. Das Einfüllen der Vergussmasse 6 kann beispielsweise durch eine in dem Modulgehäuse 4 ausgebildete Einfüllöffnung 45 erfolgen, die später mit einem Verschluss 46 verschlossen wird. Die Verdrängungselemente 7 können ebenfalls durch die Einfüllöffnung 45 oder durch eine andere Einfüllöffnung in den Innenraum 40 des Modulgehäuses 4 eingebracht werden.
Abhängig von den jeweiligen konstruktiven Besonderheiten des Elektronikmoduls kann es erforderlich sein, dass die eingefüllte Vergussmasse 6 nach dem Vernetzen eine Mindestfüllhöhe erreicht. Beispielsweise sind bei dem Elektronikmodul gemäß 1 die Außenanschlüsse 5 durch Kanäle, die in dem Modulgehäuse 4 ausgebildet sind, zur Außenseite des Modulgehäuses 4 geführt. Damit diese Kanäle durch die vernetzte Vergussmasse 6 abgedichtet werden, muss sich die Vergussmasse 6 wenigstens auf Höhe der Unterseiten der Wände 41 des Modulgehäuses 4 erstrecken, die die Kanäle zur Hindurchführung der Außenanschlüsse 5 bilden. In den Bereichen seitlich neben diesen Durchführungen würde jedoch eine wesentlich geringere Menge an Vergussmasse 6 ausreichen, um die für die auf dem Schaltungsträger 2 montierten Halbleiterchips 1 die erforderliche elektrische Isolierung und den Schutz gegenüber Umwelteinflüssen zu gewährleisten.
Um in diesen Bereichen Vergussmasse 6 einzusparen, sind dort Verdrängungselemente 7 in die vernetzte Vergussmasse 6 eingebettet. Die Verdrängungselemente 7 ersetzen einen Teil des Volumens, das die Vergussmasse 6 bei einem herkömmlichen Elektronikmodul ohne die Verwendung der Verdrängungselemente einnehmen würde.
Bei dem Beispiel gemäß 1 ist das Kriterium für die Mindestfüllhöhe der Vergussmasse 6 durch das Erfordernis gegeben, dass die Vergussmasse 6 die Kanäle zur Durchführung der Außenanschlüsse 5 abdichten muss. Grundsätzlich kann das Kriterium für eine Mindestfüllhöhe der Vergussmasse 6 ein beliebiges anderes Kriterium sein.
So ist beispielsweise bei dem Elektronikmodul gemäß 2 das Kriterium dadurch gegeben, dass ein, mehrere oder sämtliche der auf dem Schaltungsträger 2 montierten Halbleiterchips 1 und/oder ein, mehrere oder sämtliche Bonddrähte 9, die durch Drahtbonden elektrisch leitend mit einem auf dem Schaltungsträger 2 montierten Bauelement verbunden sind, von der vernetzten Vergussmasse 6 vollständig überdeckt werden.
Bei dem Elektronikmodul gemäß 2 sind die Außenanschlüsse 5 beispielhaft in die Seitenwände 42 des Modulgehäuses 4 eingebettet und mit Hilfe von Bonddrähten 9 elektrisch an die auf dem Schaltungsträger 2 realisierte Schaltung angeschlossen. Allerdings könnten die Außenanschlüsse 5 auch auf beliebige andere Weise realisiert sein, beispielsweise so, wie dies anhand von 1 erläutert wurde. Je nach konkreter Ausgestaltung des betreffenden Elektronikmoduls wäre dann die (auf den Schaltungsträger 2 bezogene) erforderliche Mindestfüllhöhe der vernetzen Vergussmasse 6 durch die Füllhöhe gegeben, die erforderlich ist, um einerseits die Kanäle zur Durchführung der Außenanschlüsse 5 abzudichten und andererseits sicherzustellen, dass ein, mehrere oder sämtliche der auf dem Schaltungsträger 2 montierten Halbleiterchips 1 und/oder ein, mehrere oder sämtliche Bonddrähte 9, die durch Drahtbonden elektrisch leitend mit einem auf dem Schaltungsträger 2 montierten Bauelement verbunden sind, von der vernetzten Vergussmasse 6 vollständig überdeckt werden.
Während die Einfüllöffnung 45 bei dem Elektronikmodul gemäß 1 in einer der Unterseite 2b des Schaltungsträgers 2 abgewandten Außenwand 43 des Modulgehäuses ausgebildet ist, entsteht die Einfüllöffnung 45 bei dem Elektronikmodul gemäß 2 dadurch, dass ein von den Seitenwänden 42 des Modulgehäuses 4 getrennter Deckel 43 des Modulgehäuses 4 von den Seitenwänden 42 abgenommen und nach dem Einfüllen wieder auf die Seitenwände 42 aufgesetzt wird. Der Deckel 43 übernimmt dann zugleich die Funktion eines Verschlusses 46.
Während bei den Anordnungen gemäß den 1 und 2 jeweils eine Vielzahl von kleinvolumigen Verdrängungselementen 7 in die jeweilige vernetzte Vergussmasse 6 eingebettet sind, werden bei den Elektronikmodulen gemäß den ansonsten gleich aufgebauten 3 bzw. 4 nur relativ wenige, dafür aber verhältnismäßig großvolumige Verdrängungselemente 7 verwendet, die jeweils vollständig in die vernetzte Vergussmasse 6 eingebettet sind.
Eine Vielzahl verhältnismäßig kleinvolumiger Verdrängungselemente 7, wie sie anhand der 1 und 2 erläutert wurden, können – bezogen auf die Grundfläche des Schaltungsträgers 2 – zu einer sehr gleichmäßigen Verteilung der Verdrängungselemente 7 innerhalb der Vergussmasse 6 führen.
Die Verdrängungselemente 7 können beispielsweise so ausgebildet sein, dass ihr mittleres Volumen wenigstens 1,0 mm³ beträgt. Alternativ oder zusätzlich kann ein jedes der Verdrängungselemente 7 ein Mindestvolumen aufweisen, beispielsweise wenigstens 0,1 mm³ oder wenigstens 2,0 mm³.
Ebenso kann bei der Verwendung einem oder mehreren großvolumigen Verdrängungselementen 7, deren Volumen jeweils wenigstens 1 cm³ oder wenigstens 10 cm³ betragen.
Unabhängig vom Volumen der Verdrängungselemente 7 können diese so ausgelegt sein, dass sie nach dem Einfüllen der noch nicht vernetzten Vergussmasse in dieser schwimmen und demgemäß nach dem Vernetzen der Vergussmasse 6 nicht vollständig in die vernetze Vergussmasse 6 eingebettet sind. In derartigen Fällen, wie sie beispielsweise anhand der 5 und 6 gezeigt sind, trägt nur ein Teil des Volumens der Verdrängungselemente 7 zu einer Verdrängung der Vergussmasse 6 bei.
Soweit bei der vorliegenden Erfindung Verdrängungselemente 7 verwendet werden, kann eines, mehrere oder sämtliche der Verdrängungselemente 7 unmittelbar nach dem Einfüllen der Vergussmasse 6 eine Dichte aufweisen, die größer ist als die Dichte der Vergussmasse 6, gleich der Dichte der Vergussmasse 6, oder kleiner als die Dichte der Vergussmasse 6.
Als Verdrängungselemente 7 werden vorliegend Elemente angesehen, die keinen Bestandteil des Modulgehäuses 4 darstellen, sondern von diesem getrennt sind. Vor dem Vernetzen der Vergussmasse 6 sind die Verdrängungselemente 7 nicht Bestandteil des Modulgehäuses 4, vielmehr können Sie frei gegenüber dem Modulgehäuse 4 beweglich sein. Nach dem Vernetzen der Vergussmasse 6 sind die Verdrängungselemente 7 durch die vernetzte Vergussmasse 6 gegenüber dem Modulgehäuse 4 fixiert.
Weiterhin können die Menge und/oder das Volumen der Verdrängungselemente 7 so gewählt werden, dass das Volumen der durch sämtliche Verdrängungselemente 7 verdrängten Vergussmasse 6 zumindest 10% oder zumindest 20% des Volumens der Vergussmasse 6 beträgt, wobei hier auf einen Zeitpunkt abzustellen ist, in dem die Vergussmasse noch fließfähig ist.
Davon unabhängig kann das Volumen der durch sämtliche Verdrängungselemente 7 verdrängten Vergussmasse 6 zumindest 10% des Volumens der vernetzten Vergussmasse 6 betragen.
Die Materialien, aus denen Verdrängungselemente 7 hergestellt werden, sind prinzipiell beliebig. Um zu vermeiden, dass das Verdrängungselement 7 Kurzschlüsse erzeugt, kann ein Verdrängungselement 7 beispielsweise vollständig aus dielektrischem Material, z.B. Kunststoff und/oder Keramik und/oder Glas, bestehen, oder zumindest eine geschlossene Umhüllung aus dielektrischem Material aufweisen, wobei Umhüllungen aus Kunststoff den Vorteil besitzen, dass sie sich besonders einfach herstellen lassen. Soweit ein Verdrängungselement 7 Kunststoff aufweist, kann es sich bei diesem Kunststoff, unter anderem, um dasselbe Kunststoffmaterial handeln, aus dem oder mit dem auch das Modulgehäuse 4 hergestellt ist.
Durch die Verwendung geeigneter Materialien oder Materialkombinationen für ein Verdrängungselement 7 kann dessen mittlere Dichte (also der Quotient aus dem Volumen des Verdrängungselements 7 und dessen Masse) so eingestellt werden, dass sie größer, kleiner oder gleich der Dichte der noch nicht vernetzen Vergussmasse ist. Selbstredend lassen sich auch mehrere Verdrängungselemente mit deutlich unterschiedlichen Dichten verwenden. Hierdurch lässt sich vor allem bei der Verwendung einer Vielzahl Verdrängungselementen 7 deren Verteilung im Bereich der Vergussmasse erreichen.
Weiterhin kann es gewünscht sein, dass bestimmte im Innenraum 40 des Modulgehäuses 4 befindliche und von der Vergussmasse 6 bedeckte Elemente wie z.B. die obere Metallisierungsschicht 21, ein auf dem Substrat 2 montierter Halbleiterchip 1, ein an das Substrat 2 und/oder an einen Halbleiterchip 1 drahtgebondeter Bonddraht 9 usw., nachdem die Vergussmasse 6 den nicht mehr fließfähigen Zustand erreicht hat, von dem jeweils nächstliegenden Verdrängungselement 7 einen bestimmten Mindestabstand d721, d71 bzw. d79 (siehe die 1 bis 6) von beispielsweise jeweils wenigstens 0,3 mm, jeweils wenigstens 0,5 mm oder gar jeweils wenigstens 1,5 mm aufweisen soll.
Damit kann erreicht werden, dass Lufteinschlüsse, die sich unbeabsichtigt an der Grenzfläche zwischen der Vergussmasse 6 und einem Verdrängungselement 7 bilden können, so weit von dem betreffenden Element 21, 1 bzw. 9 beabstandet sind, dass es im Bereich der Lufteinschlüsse nicht zu Teilentladungen kommt, die durch hohe Feldstärken entstehen, welche durch ein hohes elektrisches Potential hervorgerufen werden, das beim Betrieb des Elektronikmoduls an dem betreffenden Element 21, 1 bzw. 9 vorliegt. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn zwischen dem betreffenden Element 21, 1 bzw. 9 und einem weiteren Element des Elektronikmoduls eine hohe Potentialdifferenz, z.B. wenigstens 300 V, wenigstens 600 V oder gar wenigstens 1200 V anliegt.
Demgemäß kann es vorgesehen sein, dass nach dem Vernetzen der Vergussmasse (6) zumindest eines der drei Kriterien (a) und/oder (b) und/oder (c) erfüllt ist, dass

(a) der Schaltungsträger 2 an seiner dem Innenraum 40 des Modulgehäuses 4 zugewandten Seite eine obere Metallisierungsschicht 21 aufweist, die von der Vergussmasse 6 bedeckt ist und die von jedem Verdrängungselement 7 einen Abstand d921 aufweist, der wenigstens dem Mindestabstand entspricht;
(b) der Schaltungsträger 2 auf seiner dem Innenraum 40 des Modulgehäuses 4 zugewandten Seite mit einem Halbleiterchip 1 bestückt ist, der von der Vergussmasse 6 bedeckt ist und der von jedem Verdrängungselement 7 einen Abstand d71 aufweist, der wenigstens dem Mindestabstand entspricht;
(c) ein Bonddraht (9) durch Drahtbonden an den Schaltungsträger 2 gebondet ist, oder an einen Halbleiterchip 1, der auf der dem Innenraum 40 des Modulgehäuses 4 zugewandten Seite des Schaltungsträgers 2 angeordnet ist, wobei der Bonddraht 9 von der Vergussmasse (6) bedeckt ist und von jedem Verdrängungselement 7 einen Abstand d79 aufweist, der wenigstens dem Mindestabstand entspricht.

Dabei kann nur eines der Kriterien (a), (b) oder (c) erfüllt sein, eine beliebige Kombination von zwei der Kriterien (a), (b) oder (c), oder sämtliche der der Kriterien (a), (b) und (c).
Während anhand der vorangehenden Figuren Ausführungsbeispiele betreffend den ersten Aspekt erläutert wurden, wird nun unter Bezugnahme auf die 7A, 7B, 8A und 8B die Herstellung eines Elektronikmoduls gemäß dem zweiten Aspekt beschrieben, wobei anhand der 7A und 7B ein erstes Beispiel und unter Bezugnahme auf die 8A und 8B ein zweites Beispiel erläutert werden. Dabei kann der Grundaufbau dieser Elektronikmodule, soweit im Folgenden nichts anderes erwähnt ist, ebenso gewählt werden, wie er vorangehend erläutert wurde.
Bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt werden ein Modulgehäuse 4 bereitgestellt, sowie ein mit dem Modulgehäuse 4 verbundener Schaltungsträger 2, der eine den Innenraum 40 des Modulgehäuses 4 abgewandte, ebene Unterseite 2b aufweist. Es wird dann in das Modulgehäuse 4, d.h. in den Innenraum 40, eine fließfähige Vergussmasse 6' eingefüllt. Das Vernetzen der in das Modulgehäuse 4 eingefüllten Vergussmasse 6' zu einem nicht mehr fließfähigen Gel oder zu einem festen Körper erfolgt dann in einem Zustand, in dem eine dem Schaltungsträger 2 abgewandte Oberseite 6t' der zunächst noch fließfähigen Vergussmasse 6' eine erste Stelle S1' und eine zweite Stelle S2' aufweist, deren Abstände d1' bzw. d2' von der Ebene E_B der Unterseite 2b sich um wenigstens 2 mm oder um wenigstens 5 mm unterscheiden.
Dies kann, wie anhand von 7A gezeigt ist, zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die Unterseite 2b während des Vernetzens gegenüber einer Horizontalebene E_H geneigt ist und mit dieser beispielsweise einen Winkel α von wenigstens 5° oder von wenigstens 10° oder von wenigstens 20° einschließt. Weiterhin kann der Winkel α zum Beispiel so gewählt werden, dass er kleiner ist als 90° oder kleiner als 45°. Als „Horizontalebene E_H“ wird dabei eine zur Richtung der Schwerkraft senkrechte Ebene verstanden.
Während in 7A die Anordnung nach dem Einfüllen der noch nicht vernetzten Vergussmasse 6' während des Vernetzens zeigt, ist bei der Anordnung gemäß 7B die Vergussmasse 6' bereits zu einem nicht mehr fließfähigen dielektrischen Gel 6 oder zu einem festen dielektrischen Körper 6 ausgehärtet. Das nicht mehr fließfähigen Gel 6 bzw. der feste Körper 6 weist eine dem Schaltungsträger 2 abgewandte Oberseite 6t auf, die an verschiedenen Stellen S1, S2 der Oberseite 6t unterschiedlich weit beabstandet sind. Beispielsweise können sich die Abstände d1 und d2, die eine erste Stelle S1 der Oberseite 6t bzw. eine zweite Stelle S2 der Oberseite 6t jeweils von der Ebene E_B der Unterseite 2b aufweisen, auch dann um wenigstens 2 mm oder sogar um wenigstens 5 mm unterscheiden, wenn die Vergussmasse 6 bereits so weit vernetzt ist, dass sie nicht mehr fließfähig ist.
Bei dem Beispiel gemäß den 8A und 8B wird das Modulgehäuse 4 mit der darin befindlichen Vergussmasse 6' so lange um eine Rotationsachse a rotiert, bis die Vergussmasse 6' zumindest einen nicht mehr fließfähigen Zustand erreicht hat. Die Rotationsachse a kann beispielsweise parallel zur Richtung der Schwerkraft verlaufen und damit senkrecht zur Horizontalebene E_H, oder aber mit der Horizontalebene E_H einen Winkel größer als 0° und von kleiner als 90° einschließen.
Während des fließfähigen Zustands nimmt die Oberfläche der Vergussmasse 6' aufgrund der Rotation in an sich bekannter Weise im Wesentlichen die Form eines Paraboloids an. Dabei kann eine dem Schaltungsträger 2 abgewandte Oberseite 6t' der zunächst noch fließfähigen Vergussmasse 6' eine erste Stelle S1' und eine zweite Stelle S2' aufweisen, deren Abstände d1 bzw. d2 von der Ebene E_B der Unterseite 2b sich um wenigstens 2 mm oder sogar um wenigstens 5 mm unterscheiden.
Wird die Vergussmasse 6' während des Rotierens zumindest bis zum Erreichen eines nicht mehr fließfähigen Zustandes vernetzt, so besitzt auch die vernetzte Vergussmasse 6, also zum Beispiel ein nicht mehr fließfähiges dielektrisches Gel oder ein dielektrischer Körper, eine Oberfläche 6t, deren Verlauf im Wesentlichen der Form eines Paraboloids folgt. Dabei ist die Krümmung des Paraboloids umso höher, je höher die Rotationsfrequenz gewählt wird. Diese kann beispielsweise wenigstens 60 Umdrehungen pro Minute betragen.
8B zeigt die Anordnung mit der nicht mehr fließfähigen Vergussmasse 6, die eine dem Schaltungsträger 2 entgegengesetzte Oberseite 6t aufweist. Auch bei diesem Elektronikmodul kann der Verlauf der Oberseite 6t so eingestellt werden, dass sich die Abstände d1 und d2, die eine erste Stelle S1 der Oberseite 6t bzw. eine zweite Stelle S2 der Oberseite 6t jeweils von der Ebene E_B der Unterseite 2b aufweisen, um wenigstens 2 mm oder sogar um wenigstens 5 mm unterscheiden.
Auch bei den Ausgestaltungen gemäß dem zweiten Aspekt können ergänzend ein oder mehrere Verdrängungselemente 7 und/oder 8 verwendet werden, die während und nach dem Vernetzen der Vergussmasse 6 ganz oder teilweise in diese eingebettet sind.
Außerdem kann bei sämtlichen Ausgestaltungen der Erfindung das Vernetzen der Vergussmasse durch beliebige Maßnahmen erfolgen, zum Beispiel dadurch, dass die Vergussmasse einen Härter enthält, durch Aufheizen, oder durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht.
Als Vergussmasse eignen sich prinzipiell alle üblichen, in der Elektronik eingesetzten Vergussmassen, zum Beispiel ein- oder mehrkomponentige Silikongele. Die Vergussmasse kann vor dem Vernetzen nicht thixotrop sein, alternativ aber auch thixotrop.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Einsparung von Vergussmasse, die Vergießzeiten verkürzen sich, und auch die zum ausreichenden Vernetzen der Vergussmasse erforderlichen Zeiten können sich verkürzen. Letzteres vor allem dann, wenn das Vernetzen durch Aufheizen der Vergussmasse erfolgt. Außerdem kommt es bei Temperaturwechseln durch die Verwendung von nur wenig Vergussmasse zu einer nur geringen Volumenänderung der Vergussmasse und damit einhergehend zu einer Reduzierung von mechanischen Belastungen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls mit den Schritten: Bereitstellen eines Modulgehäuses (4) und eines mit dem Modulgehäuse (4) verbundenen Schaltungsträgers (2); Einfüllen einer fließfähigen Vergussmasse (6) sowie wenigstens eines Verdrängungselements (7) in das Modulgehäuse (4) derart, dass die Gesamtheit der Verdrängungselemente (7) eine Verdrängung der Vergussmasse (6) bewirkt; und Vernetzen der verdrängten Vergussmasse (6) nach dem Einfüllen zu einem dielektrischen Gel oder zu einem festen, dielektrischen Körper, wobei das Volumen der durch sämtliche Verdrängungselemente (7) verdrängten Vergussmasse (6) zu einem Zeitpunkt, zu dem die eingefüllte Vergussmasse (6) noch fließfähig ist, zumindest 10 % des Volumens der Vergussmasse (6) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eines, mehrere oder sämtliche der Verdrängungselemente (7) unmittelbar nach dem Einfüllen der Vergussmasse (6) eine Dichte aufweist, die größer ist als die Dichte der Vergussmasse (6).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eines, mehrere oder sämtliche der Verdrängungselemente (7) unmittelbar nach dem Einfüllen der Vergussmasse (6) eine Dichte aufweist, die gleich der Dichte der Vergussmasse (6) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eines, mehrere oder sämtliche der Verdrängungselemente (7) unmittelbar nach dem Einfüllen der Vergussmasse (6) eine Dichte aufweist, die kleiner ist als die Dichte der Vergussmasse (6).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Volumen der durch sämtliche Verdrängungselemente (7) verdrängten Vergussmasse (6) zumindest 10% des Volumens der vernetzten Vergussmasse (6) beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Gesamtheit der Verdrängungselemente (7) ein mittleres Volumen von wenigstens 1 mm³ aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Halbleiterchip (1), der in dem Modulgehäuse (2) und auf dem Schaltungsträger (2) angeordnet ist, wobei sich die Vergussmasse (6) nach dem Vernetzen von dem Schaltungsträger (2) derart bis über den Halbleiterchip (1) hinaus erstreckt, dass der Halbleiterchip (1) nicht aus der Vergussmasse (6) heraus ragt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Bonddraht (9), der in dem Modulgehäuse (2) angeordnet ist, wobei der Bonddraht (9) nach dem Vernetzen nicht aus der Vergussmasse (6) heraus ragt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eines, mehr als eines oder ein jedes der Verdrängungselemente (7) ein mittleres Volumen von jeweils wenigstens 0,1 mm³ oder von jeweils wenigstens 2 mm³ aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem nach dem Vernetzen der Vergussmasse (6) zumindest eines der drei Kriterien erfüllt ist, dass (a) der Schaltungsträger (2) an seiner dem Innenraum (40) des Modulgehäuses (4) zugewandten Seite eine obere Metallisierungsschicht (21) aufweist, die von der Vergussmasse (6) bedeckt ist und die von jedem Verdrängungselement (7) einen Abstand (d721) von wenigstens 0,3 mm aufweist; (b) der Schaltungsträger (2) auf seiner dem Innenraum (40) des Modulgehäuses (4) zugewandten Seite mit einem Halbleiterchip (1) bestückt ist, der von der Vergussmasse (6) bedeckt ist und der von jedem Verdrängungselement (7) einen Abstand (d71) von wenigstens 0,3 mm aufweist; (c) ein Bonddraht (9) durch Drahtbonden an den Schaltungsträger (2) gebondet ist, oder an einen Halbleiterchip (1), der auf der dem Innenraum (40) des Modulgehäuses (4) zugewandten Seite des Schaltungsträgers (2) angeordnet ist, wobei der Bonddraht (9) von der Vergussmasse (6) bedeckt ist und von jedem Verdrängungselement (7) einen Abstand (d79) von wenigstens 0,3 mm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls mit den Schritten: Bereitstellen eines Modulgehäuses (4), sowie eines mit dem Modulgehäuse (4) verbundenen Schaltungsträgers (2), der eine dem Innenraum (40) des Modulgehäuses (4) abgewandte, ebene Unterseite (2b) aufweist; Einfüllen einer fließfähigen Vergussmasse (6') in das Modulgehäuse (4); Vernetzen der Vergussmasse (6') nach dem Einfüllen zu einem festen, dielektrischen Körper oder zu einem nicht mehr fließfähigen dielektrischen Gel, während eine dem Schaltungsträger (2) abgewandte Oberseite (6t) der Vergussmasse (6') eine erste Stelle (S1') und eine zweite Stelle (S2') aufweist, deren Abstände (d1', d2') von der Ebene (E_B) der Unterseite (2b) sich um wenigstens 2 mm unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Vernetzen der Vergussmasse (6') erfolgt, während die Unterseite (2b) mit einer Horizontalebene (E_H) einen Winkel (α) von wenigstens 10° und von weniger als 90° einschließt.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Vernetzen der Vergussmasse (6) nach dem Einfüllen erfolgt, während die Unterseite (2b) mit der Horizontalen einen Winkel (α) von wenigstens 20° einschließt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem das Vernetzen der Vergussmasse (6) erfolgt, während die Unterseite (2b) mit der Horizontalen einen Winkel (α) von kleiner als 45° einschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem das Vernetzen der Vergussmasse (6) erfolgt, während das Modulgehäuse (4) mit der darin befindlichen Vergussmasse (6) um eine Rotationsachse (a) rotiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Rotieren mit einer Frequenz von wenigstens 60 Umdrehungen pro Minute erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem die dem Schaltungsträger (2) abgewandte Oberseite (6t) der Vergussmasse (6) nach deren Vernetzen zu einem festen, dielektrischen Körper oder zu einem nicht mehr fließfähigen dielektrischen Gel eine erste Stelle (S1) und eine zweite Stelle (S2) aufweist, deren Abstände (d1, d2) von der Ebene (E_B) der Unterseite (2b) sich um wenigstens 2 mm oder um wenigstens 5 mm unterscheiden.