DE102014112330A1 - Überspritzte Substrat-Chip-Anordnung mit Wärmesenke - Google Patents

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Abstract

Eine elektronische Vorrichtung umfasst ein Substrat, mindestens einen elektronischen Chip, der auf dem Substrat montiert und elektrisch damit verbunden ist und als Systemsteuereinheit zum Steuern eines verbunden Systems konfiguriert ist, eine Wärmeableitstruktur, die thermisch mit dem mindestens einen elektronischen Chip verbunden ist und zum Ableiten von Wärme, die von dem mindestens einen elektronischen Chip bei Betrieb der elektronischen Vorrichtung erzeugt wird, konfiguriert ist, und eine Überspritzstruktur, die zum mindestens teilweisen Verkapseln des mindestens einen elektronischen Chips und des Substrats konfiguriert ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung, ein Motorsteuermodul und ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Während des Betriebs erzeugen elektronische Schaltkreise mit Halbleiterchips, die auf einem Substrat montiert sind, eine erhebliche Menge an Wärme. Im Stand der Technik erfolgt die Ableitung von Wärme eines elektronischen Schaltkreises mit integrierten Halbleitern (wie Microcontroller) einer Steuervorrichtung über ein Substrat und ein(e) damit verbundene(s) Abdeckung oder Gehäuse. Die Kühlfunktion darin und die elektrische Verbindung erfolgen jeweils über das Trägermaterial des Substrats. Es müssen Kompromisse zwischen dem Wärmetransport und den elektronischen Eigenschaften eingegangen werden. Der mechanische Schutz in solchen herkömmlichen Vorrichtungen kann über die äußere Abdeckung oder das Gehäuse erreicht werden. Alternativ ist es im Falle kleinerer Anwendungen möglich, das System zu gießen.
  • Ein anderes herkömmliches System umfasst eine gedruckte Leiterplatte (PCB) mit thermischen Durchkontaktierungen, die mit einem Metallgehäuse verbunden sind. Dies erfordert jedoch die Verwendung eines separaten Metallgehäuses, das für jede Anwendung einzeln entwickelt werden muss.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es kann ein Bedarf an einer elektronischen Vorrichtung vorliegen, die eine effiziente Ableitung von während des Betriebs erzeugter Wärme ermöglicht und gleichzeitig einfach herzustellen ist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die ein Substrat, mindestens einen elektronischen Chip, der auf dem Substrat montiert und elektrisch damit verbunden ist und als Systemsteuereinheit zum Steuern eines verbundenen Systems konfiguriert ist, eine Wärmeableitstruktur, die thermisch mit dem mindestens einen elektronischen Chip verbunden ist und zum Ableiten von Wärme, die von dem mindestens einen elektronischen Chip bei Betrieb der elektronischen Vorrichtung erzeugt wird, konfiguriert ist, und eine Überspritzstruktur (oder Umspritzstruktur, „overmolding structure“), die zum mindestens teilweisen Verkapseln des mindestens einen elektronischen Chips und des Substrats konfiguriert ist, umfasst.
  • Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Montieren und elektrisches Verbinden mindestens eines elektronischen Chips auf einem Substrat, wobei der mindestens eine elektronische Chip als Systemsteuereinheit zum Steuern eines System, das mit der elektronischen Vorrichtung verbunden ist oder verbunden werden soll, konfiguriert ist, thermisches Verbinden einer Wärmeableitstruktur mit dem mindestens einen elektronischen Chip und Konfigurieren der Wärmeableitstruktur zum Ableiten von Wärme, die von dem mindestens einen elektronischen Chip bei Betrieb der elektronischen Vorrichtung erzeugt wird, und mindestens teilweise Verkapseln des mindestens einen elektronischen Chips und des Substrats durch eine Überspritzstruktur umfasst.
  • Gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Motorsteuermodul bereitgestellt, das mindestens einen Halbleiterchip mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche gegenüber der ersten Hauptoberfläche, wobei der mindestens eine Halbleiterchip zum Ausführen einer Motorsteuerfunktion konfiguriert ist, eine gedruckte Leiterplatte, an der die erste Oberfläche des mindestens einen Halbleiterchips montiert und elektrisch damit verbunden ist, eine Wärmeableitstruktur, an der die zweite Oberfläche des mindestens einen Halbleiterchips montiert und thermisch mit der zweiten Oberfläche des mindestens einen Halbleiterchips verbunden ist, wobei die Wärmeableitstruktur zum Ableiten von Wärme, die von dem mindestens einen Halbleiterchip bei Betrieb des Motorsteuermoduls erzeugt wird, konfiguriert ist, und eine Überspritzstruktur, die zum mindestens teilweisen Verkapseln des mindestens einen Halbleiterchips und der gedruckten Leiterplatte konfiguriert ist, umfasst.
  • Ein Kernpunkt einer beispielhaften Ausführungsform ist, dass der eine oder die mehreren elektronischen Chips einer Systemsteuereinheit zum Durchführen einer Steuerfunktion im Hinblick auf ein elektrisch verbundenes System mechanisch und elektrisch auf einem Substrat getragen werden, während sie gleichzeitig mindestens thermisch mit einer Wärmeableitstruktur verbunden sind. Eine solche Anordnung wird so überspritzt bzw. umspritzt, dass mindestens ein Teil einer Außenoberfläche des oder der elektronischen Chips und mindestens ein Teil einer Außenoberfläche des Substrats von dem Spritzmaterial verkapselt werden. Somit kann das Spritzmaterial mechanisch die verschiedenen Komponenten aneinander befestigen und kann ein separates Gehäuse entbehrlich machen, während die elektronische Kopplung durch das Substrat erfolgt und die thermische Kopplung durch die Wärmeableitstruktur in Kombination mit der Überspritzstruktur erfolgt. Somit wird eine kompakte, mechanisch widerstandsfähige, elektrisch sicher verbundene und stark wärmeableitende elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die zum Gebrauch als Systemsteuereinheit mit einem hohen Integrationsgrad sehr gut geeignet ist.
  • Beschreibung von weiteren beispielhaften Ausführungsformen
  • Im Kontext der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Substrat“ insbesondere jede physische Grundstruktur bezeichnen, die so konfiguriert ist, dass sie als Montagebasis für elektronische Chips dient. Zum Beispiel kann das Substrat eine gedruckte Leiterplatte (PCB), ein Keramikplatte, ein Flexboard oder jede andere Stützstruktur sein, die zum Aufnehmen elektronischer Chips, für elektrischen Kontakt und mechanische Befestigung des oder der elektronischen Chips am Substrat geeignet ist.
  • Der Begriff „elektronischer Chip“ kann insbesondere ein elektronisches Element bezeichnen, das aktive und/oder passive Schaltkreiskomponenten aufweist, insbesondere integrierte Schaltkreiskomponenten. Insbesondere kann ein solcher elektronischer Chip ein Halbleiterchip sein.
  • Der Begriff „Systemsteuereinheit zum Steuern eines verbundenen Systems“ kann insbesondere bedeuten, dass der elektronische Chip oder die elektronischen Chips in der Gesamtheit in der Lage sind, ein technisches System zu steuern, das elektrisch und mechanisch über ein Konnektorstück der elektronischen Vorrichtung mit der elektronischen Vorrichtung verbunden ist. Eine solche Steuerung kann eine Datenverarbeitung durch den elektronischen Chip oder die elektronischen Chips aufweisen, um Steuerbefehle zu erzeugen, die von der elektronischen Vorrichtung an das verbundene System übertragen werden sollen, um dadurch dessen Betrieb zu steuern. In einer Ausführungsform ist die Systemsteuereinheit als Motorsteuereinheit zum Steuern des Betriebs eines verbundenen Motors, wie eines Verbrennungsmotors oder eines Elektromotors, konfiguriert. Deshalb kann die elektronische Vorrichtung auf dem Gebiet automatisierter Anwendungen verwendet werden, wo ein oder mehrere Motoren implementiert werden. Zum Beispiel kann die Systemsteuereinheit für eine Automobilanwendung, wie die die Steuerung des Antriebsmotors oder Motors eines Fahrzeugs, einen Fensterhebemotor eines Fahrzeugs, einen Antriebsmotor eines zentralisierten Türverriegelungssystems in einer Tür eines Fahrzeugs usw., verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform kann die elektronische Vorrichtung mit ihrer Systemsteuereinheit in der Lage sein, eine motorbetriebene Werkzeugmaschine, wie eine Bohrmaschine, ein Bolzensetzgerät usw., zu steuern. In noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Systemsteuereinheit auch in der Lage sein, ein motorfreies System, wie ein Fahrzeugbeleuchtungssystem oder Ähnliches, zu steuern.
  • Der Begriff „Überspritzstruktur“ kann insbesondere bedeuten, dass ein Material, das in flüssiger Form oder Granulatform zugeführt werden kann, über der Anordnung von Substrat – elektronischem Chip – Wärmeableitstruktur angelagert wird und nachfolgend gehärtet wird, so dass mindestens ein Teil der Substratoberfläche und mindestens ein Teil der Oberfläche des elektronischen Chips von dem Spritzmaterial bedeckt wird. Die Überspritzstruktur kann dann mindestens einen Teil einer Außenoberfläche der resultierenden Anordnung bilden. Das Spritzmaterial kann ein Kunststoff sein, der, falls gewünscht oder erforderlich, darin eingebettete Füllstoffteilchen zum Einstellen der Materialeigenschaften davon (zum Beispiel zum Erhöhen der Wärmeleitfähigkeit) aufweist. Eine solche Überspritzung befestigt nicht nur mechanisch die verschiedenen Komponenten aneinander, sondern stellt auch eine widerstandsfähige Konstitution der elektronischen Vorrichtung bereit und kann auch zur Wärmeableitfähigkeit der Überspritzstruktur beitragen.
  • Ein Kernpunkt einer beispielhaften Ausführungsform ist, dass eine sehr gute thermische Kopplung des einen oder der mehreren elektronischen Chips im Hinblick auf die Umgebung während des Betriebs des Systems erreicht werden kann, die wiederum zu einer ordnungsgemäßen Wärmeableitung führt. Zum Beispiel können die elektronischen Chips auf einer Hauptseite der elektronischen Chips elektrisch mit dem Substrat gekoppelt sein. Auf der anderen Hauptseite können die elektronischen Chips thermisch mit einer Wärmeableitstruktur, wie einer Kühltafel (oder irgendeiner anderen geeigneten Kühlstruktur) verbunden sein. Somit kann der elektrische Weg zwischen elektronischen Chips und einem Substrat dem thermischen Weg zwischen elektronischen Chips und Wärmeableitstruktur gegenüberliegen. Das gesamte System von Substrat, elektronischen Chips und Kühltafel kann überspritzt werden, um sie mechanisch aneinander zu befestigen und Wärmeableitung durch wärmeleitfähiges Spritzmaterial weiter zu fördern. Die Wärmeableitstruktur kann, besonders in Form einer Kühltafel, zur Aufnahme eines Trägers oder Halterung zur Installation dienen. Ein Steckverbinder kann mit dem Substrat (wie einer elektronischen Leiterplatte) verbunden sein. Eine elektrische Verbindung der Wärmeableitstruktur mit dem elektrischen System (zum Beispiel eine Erdverbindung und/oder für eine elektrische Abschirmung) ist möglich.
  • Bei einer solchen Ausführungsform ist es möglich, den elektrischen Weg vom thermischen Weg zu trennen, wenn Systemsteuereinheiten mit einem überspritzten Modul entworfen werden. Dies ermöglicht einem Benutzer (wie einem Systemintegrator) einen sehr effizienten Umgang mit Wärme, während die Herstellungskosten niedrig gehalten werden. Angesichts der Verkapselung durch Überspritzung ist ein separates Gehäuse der elektronischen Vorrichtung entbehrlich.
  • In beispielhaften Ausführungsformen kann eine Überhitzung elektrischer Komponenten (zum Beispiel MOSFET) durch Implementierung einer überspritzten gedruckten Leiterplatte verhindert werden. Die Kühlleistung der elektrischen Komponenten kann durch die Bereitstellung einer Wärmesenke verbessert werden. In einer Ausführungsform kann der Schutz vor Umwelteinflüssen, der im Stand der Technik durch ein kostenintensives, speziell angepasstes und anwendungsabhängiges Metallgehäuse erreicht wird, durch Überspritzung erreicht werden. Unterschiedliche Gestaltungen von elektronischer Steuereinheit/gedruckter Leiterplatte können mit nur geringen anwendungsspezifischen Modifikationen durch einen einfachen, üblichen Überspritzungsvorgang untergebracht werden. Um eine thermische Kühlung der elektrischen Elemente in Form der elektronischen Chips zu verstärken, wird in einer beispielhaften Ausführungsform die Überspritzung so angewendet, dass eine oder mehrere zusätzliche Wärmesenkenstrukturen auf oder innerhalb der elektronischen Vorrichtung gespritzt werden oder nach der Überspritzung an der elektronischen Vorrichtung montiert werden. Eine Möglichkeit ist eine überspritzte gedruckte Leiterplatte mit einer durch die Überspritzung integrierten Wärmesenke. Eine andere Möglichkeit ist eine überspritzte gedruckte Leiterplatte mit einer später (d. h. nach der Überspritzung) montierten Wärmesenke, wobei das Montieren zum Beispiel durch Schrauben, Klemmen, Nieten, Kleben usw. erfolgen kann. Noch eine andere Möglichkeit ist eine überspritzte gedruckte Leiterplatte, wobei obere Hauptoberflächen der elektronischen Chips so verlaufen, dass sie einer Umgebung ausgesetzt sind und direkt oder indirekt mit einer Wärmeableitstruktur, die nach dem Überspritzung montiert wird, verbunden sind.
  • Nachfolgend werden weitere beispielhafte Ausführungsformen der elektronischen Vorrichtung, des Motorsteuermoduls und des Verfahrens erörtert.
  • In einer Ausführungsform weist das Substrat eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüber der ersten Hauptoberfläche auf, wobei der mindestens eine elektronische Chip an der ersten Oberfläche montiert ist und die Wärmeableitstruktur an der zweiten Oberfläche montiert ist (siehe zum Beispiel 20). In einer solchen Ausführungsform sind die Wärmeableitstruktur und der mindestens eine elektronische Chip an gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Substrats montiert. Die Hauptoberflächen können die Oberflächen des zum Beispiel plattenartigen Substrats sein, die speziell zum Montieren elektronischer Elemente darauf konfiguriert sind. Die Hauptoberflächen können eine erheblich größere Oberfläche aufweisen als die verbleibenden Oberflächen des Substrats. Um eine ordnungsgemäße thermische Kopplung zwischen der Wärmeableitstruktur und dem einen oder den mehreren elektronischen Chips zu realisieren, können wärmeleitfähige Strukturen bereitgestellt sein, die entlang des Substrats von der ersten Hauptoberfläche zur zweiten Hauptoberfläche verlaufen und/oder durch das Substrat verlaufen können, zum Beispiel in der Form einer oder mehreren Durchkontaktierungen eines wärmeleitfähigen Materials.
  • In einer anderen Ausführungsform weist der mindestens eine elektronische Chip eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüber der ersten Hauptoberfläche auf, wobei der mindestens eine elektronische Chip mit seiner ersten Oberfläche (direkt, d. h. mit direktem physischen Kontakt, oder indirekt, d. h. mit mindestens einem Element dazwischen) an dem Substrat montiert ist und mit seiner zweiten Oberfläche (direkt, d. h. mit direktem physischen Kontakt, oder indirekt, d. h. mit mindestens einem Element dazwischen) an der Wärmeableitstruktur montiert ist (siehe zum Beispiel 3). In einer solchen Ausführungsform dienen der eine oder die mehreren elektronischen Chips als Montagebasis für die Wärmeableitstruktur auf einer Seite und können elektrisch und mechanisch mit dem Substrat auf der anderen Seite verbunden sein. Mit einer solchen Konfiguration kann der thermische Weg von dem oder den elektronischen Chip(s) zur Wärmeableitstruktur deutlich vom elektrischen Weg von dem oder den elektronischen Chip(s) zum Substrat getrennt sein. Durch Einschließen des oder der elektronischen Chips zwischen einer Wärmeableittafel und einem tafelartigen Substrat sorgen sowohl Substrat als auch Wärmeableittafel auch für einen mechanischen Schutz des oder der elektronischen Chips und können einen Hohlraum umschließen, der mit der Überspritzstruktur gefüllt werden kann, um die mechanische Widerstandsfähigkeit weiter zu stärken.
  • In einer Ausführungsform weist der mindestens eine elektronische Chip eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüber der ersten Hauptoberfläche auf, wobei der mindestens eine elektronische Chip mit seiner ersten Oberfläche an dem Substrat montiert ist und die Wärmeableitstruktur mit einer variierenden Höhe an der zweiten Hauptoberfläche des mindestens einen elektronischen Chips montiert ist. Für diesen Zweck kann eine mindestens teilweise flexible (besonders elastisch verformbare) oder verformbare (besonders plastisch verformbare) Wärmeableitstruktur in die Vorrichtung implementiert werden. Zum Beispiel kann eine vollständig überspritzte Verbindung gebildet werden, zum Beispiel an Kabel gelötet oder zum Beispiel mit einem Keilverbinder.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein elektrisches Konnektorstück, das elektrisch mit dem Substrat gekoppelt ist (das sogar einstückig mit dem Substrat gebildet sein kann), das nur teilweise von der Überspritzstruktur bedeckt ist und über die Überspritzstruktur hinaus verläuft, so dass es zu einer Umgebung hin freiliegt, und zum elektrischen Verbinden der Vorrichtung mit einer Verbindungsvorrichtung konfiguriert ist (die das verbundene System sein kann oder die mindestens einen Teil des verbundenen System bilden kann oder die zwischen der elektronischen Vorrichtung und dem verbundenen System angeordnet sein kann). Das elektrische Konnektorstück kann zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung von der elektronischen Vorrichtung zum verbundenen System, das von der Systemsteuereinheit gesteuert werden soll, dienen. Das Konnektorstück kann einstückig mit dem Substrat gebildet sein oder kann eine separate Komponente, die an dem Substrat montiert ist, sein. Durch teilweises Abdecken des Konnektorstücks mit Überspritzmaterial kann insbesondere die Verbindung des Substrats mechanisch verstärkt werden. Außerdem kann die Überspritzung gleichzeitig eine elektrisch Insolation einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem elektrischen Konnektorstück und dem Substrat bilden. Somit kann die Überspritzung synergetisch als elektrische Sicherheitsfunktion für einen Benutzer fungieren.
  • In einer Ausführungsform umfasst das elektrische Konnektorstück mindestens eines von der Gruppe, bestehend aus einem Kabel und einem Steckverbinder. Wenn das elektrische Konnektorstück als Steckverbinder konfiguriert ist, kann sein Stecker in ein Gegenstück der Verbindungsvorrichtung (wie das verbundene oder verbindbare System, das von der Systemsteuereinheit gesteuert werden soll), zum Beispiel einen Kabelbaum eines Fahrzeugs, gesteckt werden. Ein oder in der Regel mehrere elektrisch Verbindungselemente, die jeweils ein separates elektrisches Signal übertragen, können am Steckverbinder bereitgestellt sein. In einer alternativen Ausführungsform ist das elektrische Konnektorstück als Kabel (das einen elektrisch leitfähigen Kern und eine umgebende elektrische Isolierung aufweisen kann) konfiguriert, so dass ein Steckverbinder weggelassen werden kann und das Substrat direkt über das einfache Kabel mit dem verbundenen System elektrisch gekoppelt sein kann. Somit kann ein leichtes, fehlerunanfälliges und kompaktes System bereitgestellt werden, bei dem Kosten für den Steckverbinder vermieden werden können.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein elektrisches Konnektorstück, das elektrisch mit dem Substrat gekoppelt ist und vollständig von der Überspritzstruktur bedeckt ist, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere Verbindungsverdrahtungen oder kabelgebundene Verschaltungen („wired interconnects“) umfasst, die vom elektrischen Konnektorstück über die Überspritzstruktur hinaus verlaufen und zur elektrischen Verbindung der Vorrichtung mit einer Verbindungsvorrichtung konfiguriert sind. Somit kann das gesamte elektrische Konnektorstück von der Spritzstruktur geschützt werden. Elektrische Signale können durch einfache Drahtverbindungen aus dem überspritzten Gebilde transportiert werden.
  • In einer Ausführungsform sind die Überspritzstruktur und die Wärmeableitstruktur zum vollständigen Verkapseln des mindestens einen elektronischen Chips und des Substrats konfiguriert, so dass der mindestens eine elektronische Chip und das Substrat im Umfang vollständig von der Überspritzstruktur und der Wärmeableitstruktur umgeben sind. Zum Beispiel kann ein Teil der Oberfläche des elektronischen Chips und/oder des Substrats in direktem Kontakt mit der Wärmeableitstruktur sein, und eine verbleibende Oberfläche des elektronischen Chips und/oder des Substrats kann vollständig von dem Spritzmaterial bedeckt sein. Mit anderen Worten kann die Überspritzstruktur zusammen mit der Wärmeableitstruktur zum vollständigen Verkapseln des mindestens einen elektronischen Chips und des Substrats konfiguriert sein. Dann bleiben keine Oberflächen von elektronischen Chips und Substraten für eine äußere Umgebung freiliegend. Eine solche Ausführungsform ist vorteilhaft, da keine freien Oberflächen des mindestens einen elektronischen Chip und des Substrats außerhalb der Überspritzstruktur verbleiben. Somit kann ein mechanischer und elektrischer Schutz der elektronischen Chips sowie des Substrats erzielt werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine elektrische Kopplungsstruktur (wie eine Drahtverbindung oder eine elektrische Verbindung über Durchkontaktierungen, die durch das Substrat verlaufen), die zum elektrischen Koppeln des Substrats mit der Wärmeableitstruktur konfiguriert ist. Deshalb kann die Wärmeableitstruktur, die vorteilhafterweise aus einem elektrisch leitfähigen Metall (wie Kupfer oder Aluminium) hergestellt sein kann, gleichzeitig dazu dienen, eine elektrische Funktion bereitzustellen, zum Beispiel eine Masseverbindung oder Erdverbindung bereitzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann die Wärmeableitstruktur auch zur Abschirmung externer elektromagnetischer Strahlung von den elektronischen Chips beitragen. Die Funktionalität der elektronischen Chips kann in Gegenwart elektromagnetischer Streustrahlung verschlechtert werden.
  • In einer Ausführungsform bleibt eine Außenoberfläche der Wärmeableitstruktur von der Überspritzstruktur unbedeckt. Indem die Wärmeableitstruktur mindestens teilweise unbedeckt gehalten wird und im Hinblick auf eine Umgebung direkt freiliegt, kann die Wärme, die von den elektronischen Chips zur Wärmeableitstruktur geleitet wird, effizient von der elektronischen Vorrichtung abtransportiert werden, indem sie einem in der Umgebung vorhandenen Kühlmittel zugeführt wird. Ein solches Kühlmittel kann ein Kühlfluid, wie ein Gas (zum Beispiel Luft) oder eine Flüssigkeit (zum Beispiel Wasser), sein.
  • In einer Ausführungsform bilden die Überspritzstruktur und die Wärmeableitstruktur mindestens einen Teil einer Außenoberfläche der Vorrichtung. In einer solchen Ausführungsform ist ein separates externes Gehäuse entbehrlich, wodurch die elektronische Vorrichtung kompakt, leicht und billig hergestellten werden kann. Hingegen kann eine Außenoberfläche der Überspritzstruktur in Kombination mit einer Außenoberfläche der Wärmeableitstruktur ein solches Gehäuse funktionell ersetzen. Somit kann eine elektronische Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform frei von einem externen Gehäuse sein.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Wärmeableitstruktur ein Metall oder besteht daraus. Metallische Materialien, wie Kupfer oder Aluminium, zeigen ein korrektes Verhalten hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit und sind deshalb als Material für die Wärmeableitstruktur besonders geeignet. Gleichzeitig können solche metallischen Materialien zur elektronischen Funktion der elektronischen Vorrichtung beitragen und können zusätzlich zum Abschirmen elektromagnetischer Strahlung aus der Umgebung dienen.
  • In einer Ausführungsform ist die Wärmeableitstruktur als wärmeleitfähige Tafel konfiguriert. Eine solche wärmeleitfähige Tafel kann als Montageplattform zum Montieren elektronischer Chips darauf dienen und kann auch als Basis oder Träger dienen, auf die bzw. den das Überspritzmaterial in flüssiger oder viskoser Form, d. h. vor dem Härten, aufgetragen werden kann.
  • In einer Ausführungsform ist die Überspritzstruktur aus einem Kunststoff hergestellt. Jedes Spritzmaterial, das zum Verkapseln elektronischer Elemente durch Gießen geeignet ist, kann für die Überspritzstruktur verwendet werden. Füllmaterial zum Verbessern bestimmter physikalischer Eigenschaften des Überspritzmaterials, wie elektrisch leitfähige und/oder wärmeleitfähige Füllstoffteilchen, können in dem Kunststoff eingebettet sein.
  • In einer Ausführungsform ist das Substrat eine gedruckte Leiterplatte (PCB). Eine PCB kann zum mechanischen Tragen und elektrischen Verbinden der elektronischen Chips mit Leiterbahnen, Spuren oder Signalspuren, die aus Metall- (insbesondere Kupfer-)Schichten, laminiert auf eine nichtleitfähige Lage, geätzt werden, verwendet werden. Als Alternative zu einer PCB ist es auch möglich, ein Flexboard, eine Keramikplatte oder irgendeine andere Grundstruktur zu verwenden, die zum >Montieren elektronischer Chips darauf und zum Herstellen einer elektrischen Kopplung zwischen ihnen konfiguriert ist.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Microcontroller, der an dem Substrat montiert und elektrisch damit verbunden ist und von der Überspritzstruktur verkapselt ist. Ein solcher Microcontroller kann ein kleiner Computer an einem einzelnen integrierten Schaltkreis sein, der einen Prozessorkern, Speicher und programmierbare Eingabe-/Ausganggeräte enthält. Der Microcontroller kann zur Systemsteuerfunktion des oder der elektronischen Chips beitragen.
  • In einer Ausführungsform ist die Systemsteuereinheit für Automobilanwendungen konfiguriert, insbesondere zur Motorsteuerung eines Automobilsystems. Solche Automobilanwendungen können motorbetriebene zweirädrige Fahrzeuge oder vierrädrige Fahrzeuge betreffen. Solche Automobilanwendungen können insbesondere verschiedene Teile eines Fahrzeugs betreffen, wie Verbrennungsmotor- und/oder Elektromotorsteuerung, Steuerung eines Fensterhebemotors, Steuerung eines Fahrzeugbeleuchtungssystems usw. In solchen Systemen muss eine Systemsteuereinheit umfassende Verarbeitungsaufgaben erfüllen und muss unter Umständen hohe Stromstärken verarbeiten. Somit ist Wärmeableitung in solchen Systemen von äußerster Wichtigkeit. Die elektronische Vorrichtung, die zur Steuerung eines Automobilsystems konfiguriert ist, kann an einem Kabelbaum des Fahrzeugs angeschlossen werden.
  • In einer Ausführungsform erfolgt die thermische Verbindung vor der Verkapselung. In dieser Prozessreihenfolge kann die Verkapselung auch eine mechanische Befestigung der Wärmeableitstruktur an den elektronischen Chips und/oder dem Substrat erfüllen. In einer solchen Ausführungsform kann das Verfahren somit ein Verbinden der Wärmeableitstruktur mit dem Substrat durch Verkapselung umfassen.
  • In einer alternativen Ausführungsform erfolgt das thermische Verbinden nach der Verkapselung. In einer solchen Prozessreihenfolge kann die thermische Verbindung nach dem Härten des Verkapselungsmaterials erfolgen. In einer solchen Ausführungsform kann das Verfahren ein Verbinden der Wärmeableitstruktur mit dem Substrat durch mindestens einen zusätzlichen Vorgang der mechanischen Verbindung umfassen, insbesondere durch Schrauben, Klemmen, Nieten und/oder Kleben. Somit können eine oder mehrere Schrauben, eine oder mehrere Klemmen, ein oder mehrere Nieten und/oder Klebstoffmaterial zum Durchführen der Befestigung verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Montieren der Wärmeableitstruktur am Substrat und Bilden einer thermischen Verbindungsstruktur, die die Wärmeableitstruktur thermisch mit dem mindestens einen elektronischen Chip über das Substrat verbindet. In einem solchen Szenario kann der mindestens eine elektronische Chip an einer gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Substrat im Vergleich zu einer anderen Hauptoberfläche des Substrats, an der die Wärmeableitstruktur montiert ist, angeordnet sein. In einer solchen Ausführungsform können die Wärmeableitstruktur und der elektronische Chip oder die elektronischen Chips an gegenüberliegenden Seiten des Substrats montiert sein.
  • Noch bezugnehmend auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Bilden einer thermischen Verbindungsstruktur durch mindestens eine Durchkontaktierung, die durch das Substrat verläuft, umfassen, um dadurch den mindestens einen elektronischen Chip, der an einer ersten Hauptoberfläche des Substrats montiert ist, mit der Wärmeableitstruktur, die an einer zweiten Hauptoberfläche des Substrats gegenüber der ersten Hauptoberfläche montiert ist, thermisch zu verbinden. Eine oder mehrere Durchkontaktierungen, die durch das Substrat verlaufen und mit einem wärmeleitfähigen Material gefüllt sind, können somit als die thermische Verbindungsstruktur verwendet werden. Solche Durchkontaktierungen können mit wärmeleitfähigem Material, wie Kupfer oder Aluminium, gefüllt sein.
  • In einer Ausführungsform weist die Wärmeableitstruktur eine Vorkehrung zur mechanischen Befestigung auf, die zum mechanischen Befestigen der Vorrichtung an einer Montagebasis des verbundenen Systems konfiguriert ist. Eine solche Vorkehrung zur mechanischen Befestigung kann eine oder mehrere Schrauben, Nieten, Bolzen, Klemmen usw. umfassen.
  • In einer Ausführungsform wird die Systemsteuereinheit von mehreren elektronischen Chips gebildet, die eine unterschiedliche Höhe aufweisen und an dem Substrat montiert und elektrisch damit verbunden sind, wobei mindestens eines der Wärmeableitstruktur und des Substrats eine Montageoberfläche aufweist, die zu den mehreren elektronischen Chips weist und ein Höhenprofil hat, das die unterschiedliche Höhe der mehreren elektronischen Chips mindestens teilweise ausgleicht. Zum Beispiel kann das Substrat eine ebene Tafel sein, auf der die elektronischen Chips mit ihren unterschiedlichen Höhen montiert sind. Um eine ordnungsgemäße Wärmeableitung mithilfe einer großen Kontaktoberfläche zwischen den elektronischen Späne und der Wärmeableitstruktur zu fördern, während eine einfache äußere Form der Vorrichtung bewahrt wird, kann die Chipkontaktoberfläche der Wärmeableitstruktur mit Höhenausgleichselementen versehen werden, die als thermische und strukturelle Verbindungen zwischen den elektronischen Chips und der Wärmeableitstruktur dienen. Zusätzlich oder alternativ können solche Wärmebrücken-Abstandhalter auch auf dem Substrat angeordnet sein, um unterschiedliche Höhenwerte der elektronischen Chips auszugleichen.
  • In einer Ausführungsform ist die Wärmeableitstruktur als wärmeleitfähiges Gitter (zum Beispiel ein Metallgitter) mit Aussparungen (wie Durchgangslöchern, die zum Beispiel in einem matrixartigen Muster angeordnet sind), die mindestens teilweise mit Material der Überspritzstruktur gefüllt sind, konfiguriert. Wenn das Material der Überspritzstruktur während der Herstellung der elektronischen Vorrichtung noch flüssig oder viskos ist, fließt solches Spritzmaterial auch in die Aussparungen der gitterartigen Wärmeableitstruktur oder kann sogar hinein gedrückt werden und kann dort gehärtet werden. Dies fördert die mechanische Verbindung zwischen der Wärmeableitstruktur und der Überspritzstruktur und verbessert auch die thermische Kopplung zwischen den verschiedenen Komponenten der Vorrichtung.
  • In einer Ausführungsform ist die Wärmeableitstruktur mindestens teilweise aus einem elastisch verformbaren oder einem plastisch verformbaren Material hergestellt, so dass ein Höhenprofil der Wärmeableitstruktur während der Montage der Vorrichtung angepasst wird, um Höhenabweichungen auszugleichen. Die Wärmeableitstruktur kann verformbar oder flexibel sein, um unterschiedliche Höhenniveaus, die durch Herstellungstoleranzen und/oder Höhenabmessungen unterschiedlicher elektronischer Chips und/oder andere Effekte hervorgerufen werden, auszugleichen. Die Wärmeableitstruktur kann ein flexibles oder verformbares Material umfassen, das während der Herstellung der elektronischen Vorrichtung elastisch oder plastisch verformt wird, um Höhenunterschiede auszugleichen (vgl. 23 bis 31).
  • In einer Ausführungsform umfasst die Wärmeableitstruktur ein starres Element und umfasst ein elastisch oder plastisch verformbares Element, das mit dem starren Element verbunden ist. Das starre Element (wie eine Gruppierung von Balken oder ein vieleckiger Rahmen) kann mechanische Stabilität bereitstellen und kann das verformbare Element stützen. Das verformbare Element (wie eine biegsame Tafel oder ein Gitter oder ein Netz von Filamenten) kann eine geometrische Anpassung (zum Beispiel Höheausgleich) der Wärmeableitvorkehrung an unterschiedliche Komponenten der elektronischen Vorrichtung ermöglichen. Sowohl das starre Element als auch das verformbare Element können aus einem wärmeleitfähigen Material, wie Kupfer, hergestellt sein.
  • Die Überspritzverbindung (oder Verkapselungsstruktur) verpackt, beherbergt oder nimmt die vorstehend genannten Komponenten der elektronischen Vorrichtung, insbesondere das Substrat, die Wärmeableitstruktur und den bzw. die elektronischen Chip(s) auf. Sie kann auch weitere Komponenten beherbergen, wie eine thermische Verbindungsstruktur, zusätzliche aktive oder passive elektronische Komponenten (wie Kondensatoren, Widerstände usw.). Die Spritzverbindung kann aus einem oder mehreren Materialien hergestellt sein und kann zum Beispiel aus einem Kunststoff oder einem Keramikmaterial hergestellt sein.
  • In einer Ausführungsform kann der mindestens eine elektronische Chip mindestens ein Halbleiterchip sein, umfassend mindestens eine Komponente mit integriertem Schaltkreis aus der Gruppe, bestehend aus einem Prozessor, einem Leistungschip, einem Schalter (wie einem Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) usw.), eine Diode, eine Halbbrücke (d. h. ein Wechselrichterzweig, mit zwei Schaltern und entsprechenden Dioden) und einen Wechselrichter (zum Beispiel sechs Schalter und entsprechende Dioden). Es können mehrere solcher und anderer elektronischer Elemente in demselben Halbleiterchip integriert sein, oder mehrere Halbleiterchips, die diese und/oder andere integrierte Schaltkreiskomponenten umfassen, können einen Teil der elektronischen Vorrichtung bilden.
  • Als Substrat oder Wafer für die elektronischen Chips bei Konfiguration als Halbleiterchips kann ein Halbleitersubstrat, vorzugsweise ein Siliziumsubstrat, verwendet werden. Alternativ kann ein Siliziumdioxid oder ein anderes isolierendes Substrat bereitgestellt sein. Es ist auch möglich, ein Germaniumsubstrat oder ein III-V-Halbleitermaterial zu implementieren. Zum Beispiel können beispielhafte Ausführungsformen in GaN- oder SiC-Technologie implementiert werden. Für die Verpackung, das Spritzen oder die Verkapselung kann ein Kunststoff oder ein Keramikmaterial verwendet werden. Außerdem können beispielhafte Ausführungsformen standardgemäße Halbleiterverarbeitungstechnologien einsetzen, wie geeignete Ätztechnologien (einschließlich isotropen und anisotropen Ätztechnologien, insbesondere Plasmaätzen, Trockenätzen, Nassätzen), Strukturierungstechnologien (die lithographische Masken einschließen kann), Anlagerungstechnologien (wie chemische Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Zerstäubung usw.).
  • Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich, wobei gleiche Teile oder Elemente durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beiliegenden Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein weiteres Verständnis beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung bereitzustellen und einen Teil der Patentschrift bilden, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • In den Zeichnungen gilt:
  • 1 bis 3 zeigen Querschnittsansichten unterschiedlicher Anordnungen, die während eines Verfahren zum Herstellens einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurden, wobei die hergestellte elektronische Vorrichtung in 3 dargestellt ist.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht der elektronischen Vorrichtung von 3, die durch Schrauben auf einer anwendungsspezifischen Basis montiert ist elektrisch mit einem verbundenen System verbunden ist.
  • 5 zeigt eine Querschnittsansicht und 6 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform von 4 durch die Konfiguration eines Verbindungselements unterscheidet.
  • 7 zeigt eine Querschnittsansicht und 8 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform von 5 und 6 durch die Konfiguration des Verbindungselements unterscheidet.
  • 9 zeigt eine Querschnittsansicht und 10 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform von 5 und 6 bezüglich Vorkehrungen zum Montieren der elektronischen Vorrichtung an einer Vorrichtung unterscheidet.
  • 11 zeigt eine Querschnittsansicht und 12 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die sich von der Ausführungsform von 9 und 10 bezüglich Vorkehrungen zum Montieren der elektronischen Vorrichtung an einer Vorrichtung unterscheidet.
  • 13 zeigt eine Querschnittsansicht und 14 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die sich von 5 und 6 bezüglich der Vorkehrungen zum Montieren der elektronischen Vorrichtung an einer Vorrichtung unterscheidet.
  • 15 zeigt eine Querschnittsansicht und 16 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die sich von 5 und 6 im Hinblick auf ihre Montage an einer Vorrichtung unterscheidet.
  • 17 zeigt eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit Vorkehrungen zum Montieren an einer Vorrichtung.
  • 18 zeigt eine Querschnittsansicht, und 19 zeigt eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, die sich von 4 durch ein zusätzliches Chiphöhenausgleichsprofil der Wärmeableitstruktur unterscheidet.
  • 20 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit einer überspritztem gedruckten Leiterplatte mit einer Wärmesenke, die während der Überspritzung integriert wird.
  • 21 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform mit einer überspritzten gedruckten Leiterplatte und einer Wärmesenke, die nach der Überspritzung an der Überspritzstruktur und der gedruckten Leiterplatte montiert wird.
  • 22 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform mit einer überspritzten gedruckten Leiterplatte mit einer Wärmesenke, die an der Überspritzung montiert ist.
  • 23 zeigt eine Querschnittsansicht und 24 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die eine Wärmeableitstruktur umfasst, die aus einer starren Wärmeableitrohranordnung und ein zusätzlicher verformbarer Wärmespreizer gebildet ist.
  • 25 zeigt eine Querschnittsansicht und 26 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die der Ausführungsform von 23 und 24 ähnlich ist, jedoch einen zusätzlichen elastisch flexiblen Wärmespreizer aufweist.
  • 27 zeigt eine Querschnittsansicht und 28 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die eine Wärmeableitstruktur umfasst, die aus einem Wärmeableitrahmen und einem zusätzlichen verformbaren Wärmespreizer gebildet ist.
  • 29 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wobei eine Wärmeableitstruktur ein Wärmerohr umfasst.
  • 30 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wobei eine Wärmeableitstruktur ein Wärmerohr und eine verformbare Metallfolie oder ein verformbares Netz aus elektrisch leitfähigem Material umfasst.
  • 31 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wobei eine Wärmeableitstruktur ein Wärmerohr und eine verformbare Metallfolie oder ein verformbares Netz aus elektrisch leitfähigem Material umfasst.
  • GENAUE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch und nicht maßstabsgerecht.
  • Bevor beispielhafte Ausführungsformen bezugnehmend auf die Figuren ausführlicher beschrieben werden, werden einige allgemeine Überlegungen auf der Basis der entwickelten beispielhaften Ausführungsformen zusammengefasst.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform stellt eine sehr vorteilhafte Kombination einer elektrischen Integration, einer thermischen Integration, einer mechanischen Integration und einer Systemintegration von Komponenten einer elektronischen Vorrichtung mit einer chipbasierten Systemsteuereinheit zum Steuern eines verbundenen Systems (wie eines Automobilsystems) bereit. Im Hinblick auf die elektrische Integration können Komponenten (wie elektronische Chips) und Konnektorstücke mit der Unterseite an ein Substrat (wie eine gedruckte Leiterplatte) gelötet werden. Im Hinblick auf die thermische Integration können das bzw. die Wärmeerzeugungspaket(e) (zum Beispiel durch Kleben oder Löten) mit der Oberseite der Kühltafel verbunden werden. Zum Erreichen der mechanischen Integration kann die zusammengefügte Systemplatte (zum Beispiel gedruckte Leiterplatte plus Komponenten und Kühltafel) überspritzt werden. Die Systemintegration kann durch ein mechanisches Zusammenfügen auf der Basis einer auf der Kühltafel angeordneten Befestigung erreicht werden. Eine elektrische Verbindung kann durch ein Konnektorstück oder Konnektorstücke, die an dem Substrat montiert sind, gebildet werden. Ein im Stand der Technik verwendetes Gehäuse kann durch Überspritzung der gesamten elektronischen Steuereinheit ersetzt werden.
  • Ein Kernpunkt einer entsprechenden beispielhaften Ausführungsform ist, dass elektrische Integration, mechanische Integration und/oder Systemintegration auf unterschiedlichen Ebenen erfolgen können und für diesbezügliche Herstellungstoleranzen nicht kritisch sind. Insbesondere kann eine Spaltung thermischer und elektrischer Verbindungen einer elektronischen Steuereinheit erfolgen.
  • Im Folgenden, bezugnehmend auf 1 bis 3, wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erörtert.
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Substrats 100, das als gedruckte Leiterplatte ausgeführt ist, auf der in diesem Fall drei elektronische Späne 102, die als Halbleiterchips ausgeführt sind, montiert sind. Die elektronischen Chips 102 sind über elektrische Verbindungselemente 120, wie Drahtverbindungen, elektrisch mit dem Substrat 100 verbunden. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist eine erste Hauptoberfläche 106 der elektronischen Chips 102 mechanisch mit dem Substrat 100 verbunden. Außerdem können mehrere passive elektrische Elemente 122, wie kapazitive Widerstände, ohmsche Widerstände usw. elektrisch mit den verschiedenen elektronischen Chips 102 und auf dem Substrat 100 verbunden sein. Ein anderes Beispiel für die passiven Komponenten 122 sind Spulen oder induktive Widerstände.
  • Zusammen bilden elektronische Chips 102 eine Systemsteuereinheit zum Steuern eines verbundenen Systems. Zum Beispiel kann ein solches System elektrisch über einen Verbindungsstecker 104 verbunden sein, der wiederum elektrisch mit dem Substrat 100 verbunden ist. Das verbundene System kann ein Automobilsystem sein, das über einen Kabelbaum oder Ähnliches mit der Vorrichtung 300 verbunden ist. Zum Beispiel kann die Systemsteuereinheit in Form der zusammenwirkenden elektronischen Chips 102 einen Motor eines Autos, wie einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor eines Fahrzeugs oder Komponenten davon (zum Beispiel zum Steuern eines Türmoduls) steuern. Jedoch kann das gesteuerte verbundene System auch eine Werkzeugmaschine, wie eine Bohrmaschine, eine Nietpistole, ein Anschlaghammer oder Ähnliches, sein. Ein anderes verbundenes System kann ein Batterieladesystem sein. Die Systemsteuereinheit kann auch einen elektrischen Fensterheber oder eine Zentralverriegelungssystem steuern. Es ist jedoch auch möglich, dass die Systemsteuereinheit als verbundenes System ein Fahrzeugbeleuchtungssystem, ein Infotainmentsystem eines Fahrzeugs oder ein Fahrerassistenzsystem steuert. In einer Ausführungsform ist einer der elektronischen Chips 102 ein Microcontroller, wobei andere der elektronischen Chips 102 Power-Management-Chips (wie ein Leistungsschalter, zum Beispiel mit einer separaten oder einer integrierten Anordnung von Schaltkreiskomponenten) sein können.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, ist eine zweite Hauptoberfläche 108 der elektronischen Chips 102 mechanisch und thermisch mit einer Wärmeableitstruktur 200 verbunden. Die Wärmeableitstruktur 200, die hier als ebene Metalltafel (zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium) ausgeführt ist, dient zum Ableiten von Wärme, die von den elektronischen Chips 102 bei Betrieb der elektronischen Vorrichtung 300 erzeugt wird. Mit anderen Worten, wenn die elektronische Vorrichtung 300 das verbundene System mithilfe der Systemsteuereinheit, die von den elektronischen Chips 102 gebildet wird, steuert, können erzeugte ohmsche Verluste und dergleichen durch die Wärmeableitstruktur 200, die als Kühltafel fungiert, von den elektronischen Chips 102 abgeleitet werden.
  • Die elektronischen Chips 102 und die Wärmeableitplatte 200 können durch Kleben, Löten, Schweißen oder durch eine härtbare Spritzung miteinander verbunden werden.
  • Wahlweise können Rippen oder Blätter (nicht dargestellt), die über eine Oberfläche der Wärmeableitstruktur 200, die zur zweiten Hauptoberfläche 108 der elektronischen Späne 102 weist, hervorstehen, beim Montieren durch Druck, der beim Drücken der Wärmeableitstruktur 200 gegen die elektronischen Chips 102 ausgeübt wird, plastisch verformt werden. Deshalb können Höhenunterschiede zwischen unterschiedlichen elektronischen Chips 102, die über das Substrat 100 hervorstehen, bis zu unterschiedlichen Höhenebenen durch die plastisch verformbaren Strukturen (wie Rippen oder Blätter) ausgeglichen werden, die daher zur mechanischen Verbindung beitragen und auch zum Verbessern der thermischen Kopplung zwischen elektronischen Späne 102 und der Wärmeableitstruktur 200 dienen.
  • Obwohl dies in den Figuren nicht dargestellt ist, kann die Wärmeableitstruktur 200 auch als ein (zum Beispiel metallisches) Gitter (das von einer Tafel angestoßen oder von Filamenten beschädigt werden kann) konfiguriert sein, das zum Höhenausgleich oder zur Höhenkompensation beim Zusammendrücken einer solchen Wärmeableitstruktur 200 mit den elektronischen Chips 102 dienen kann. Ein Ausführen der Wärmeableitstruktur 200 als Gitter mit einer Gruppierung von Durchgangslöchern ermöglicht auch weiteres Fördern einer starren mechanischen Verbindung mit dem Spritzmaterial (das für eine Zunahme der Verbindungsfläche zwischen und in die Durchgangslöcher gedrückt werden kann), siehe 3. Wenn die Wärmeableitstruktur 200, zum Beispiel als Kühltafel ausgeführt, als Gittermuster gebildet ist, ist es möglich, dass ein dreidimensionales Profil (zum Beispiel ein Netz von Mikrorippen) bereitgestellt wird, das auch Höhenunterschiede zwischen unterschiedlichen elektronischen Chips 102 ausgleichen kann. Die thermische und die mechanische Integration müssen nicht separat durchgeführt werden, sondern können in einem Verfahrensschritt verbunden werden.
  • In diesem Fall kann ein dreidimensionales Profil sehr effizient sein.
  • Wie aus 2 ebenfalls ersichtlich ist, verfügt die Wärmeableitstruktur 200 zudem über ein Montageelement 202, das in dieser Ausführungsform ein Gewinde-Sackloch (nicht dargestellt) zum Verbinden der elektronischen Vorrichtung 300 mit einer Montagebasis 400 des verbundenen Systems aufweist, siehe 4.
  • Zum Herstellen der in 3 dargestellten elektronischen Vorrichtung 300 wird flüssiges oder viskoses Spritzmaterial auf der Anordnung von 2 angelagert, wobei die Wärmeableitstruktur 200 als Träger dient. Durch Anlagern des Spritzmaterials und durch dessen anschließendes Härten ist es möglich, die elektronischen Chips 102 und das Substrat 100 sowie die passiven Komponenten 122 und die elektrischen Verbindungen 120 mit einer Überspritzstruktur 302 zu überspritzen und vollständig zu verkapseln. Das flüssige oder viskose Material, das die Überspritzstruktur 302 bildet, füllt auch Spalte zwischen den beschriebenen Komponenten und der Wärmeableitstruktur 200 und trägt so auch zu einer mechanischen Verbindung aller Komponenten der elektronischen Vorrichtung 300 bei. Außerdem wird auch das elektrische Konnektorstück 104 teilweise innerhalb der Überspritzstruktur 302 eingebettet, während ein elektrisch leitfähiger Verbindungsabschnitt des elektrischen Konnektorstücks 104 aus der Überspritzstruktur 302 heraus verläuft. Wie aus 3 ersichtlich ist, besteht die gesamte Außenoberfläche der elektronischen Vorrichtung 300 aus der Überspritzstruktur 302, der Wärmeableitstruktur 200 und dem elektrischen Konnektorstück 104. Es ist kein separates Gehäuse erforderlich. Als Material für die Überspritzstruktur 302 können ein Epoxidharz, ein Thermoplast, ein Kunststoff, falls gewünscht mit Füllstoffteilchen gefüllt, verwendet werden. Die Bildung der Überspritzstruktur 302 kann durch Spritzgießen, Überspritzen oder Zerstäuben des Spritzmaterials auf die Anordnung von 2 erfolgen.
  • 4 zeigt die elektronische Vorrichtung 300 nach elektrischer und mechanischer Verbindung mit einem Automobilsystem.
  • Wie aus 4 ersichtlich ist, wurde das elektrische Konnektorstück 104 mit dem verbundenen System (nicht dargestellt) verbunden, das von den elektronischen Chips 102 der elektronischen Vorrichtung 300 über eine elektrische Schnittstelle 402 und ein Kabel 404 gesteuert wird.
  • Außerdem kann eine mechanisch Befestigung 406, die hier als Schraube ausgeführt ist, angeschraubt werden, um eine mechanische Verbindung zwischen einer Montagebasis 400 des Automobilsystems, der Wärmeableitstruktur 200 und des Montageelements 202 bereitzustellen, um dadurch für eine Schraubverbindung zwischen der elektronischen Vorrichtung 300 und dem verbundenen System zu sorgen. Für diesen Zweck werden Durchgangslöcher in der Montagebasis 400 und der Wärmeableitstruktur 200 gebildet. Die thermischen Wege, entlang derer Wärmeenergie von den elektronischen Chips 102 an die Umgebung abgeleitet wird, sind mit der Bezugszahl 410 in 4 bezeichnet.
  • Ferner ist zu sagen, dass das Konnektorstück 104 einstückig mit dem Substrat 100 oder der Wärmeableitstruktur 200 gebildet werden kann oder, wie in 4 dargestellt, als separate Komponente, die in diesem Fall mit dem Substrat 100 verbunden ist, bereitgestellt werden kann. Außerdem ist es möglich, dass das Konnektorstück 104 konkret für eine Steckverbindung mit einem verbundenen System, wie einem Kabelbaum eines Fahrzeugs, ausgelegt ist. Alternativ ist es möglich, dass das Kabel 404 direkt mit dem Substrat 100 verbunden ist, um eine leichte und einfach aufgebaute elektronische Vorrichtung 300 mit einer direkten Kabelverbindung in Form von Kabel 404, das das Substrat 100 direkt mit dem verbundenen System verbindet, bereitzustellen. Die Montagebasis 400 kann zum Beispiel ein Rahmenteil (zum Beispiel eines Fahrzeugs) oder ein Fahrzeugkarosserieteil sein.
  • 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform mit einem Konnektorstück 104, das in diesem Fall weder die elektronische Schnittstelle 402 noch das Kabel 404 umfasst. 6 ist eine entsprechende Draufsicht.
  • 7 zeigt eine Querschnittsansicht und 8 eine entsprechende Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung 300 gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform, wobei der Verbindungsstecker 104 von einer direkten Kabelverbindung 404 ersetzt wird. Mit anderen Worten wurde das Kabel 404 direkt durch eine Lötstruktur 700 mit dem Substrat 100 verbunden und wurde dann teilweise überspritzt. Alternativ kann die Plattenverbindung mit einem einfachen Konnektorstück wie Schneidklemmfederleisten realisiert werden. Ein solches Konnektorstück kann noch einfacher sein, da es von der Spritzverbindung gehalten werden kann. Somit können anstelle einer direkten Lötverbindung einfache Konnektorstücke verwendet werden. Dieser Kontakt kann nur einmal (zum Beispiel Keil-) oder lösbar (zum Beispiel Stift-Konnektorstücke) verbunden werden. Eine solche Art des Konnektorstücks kann für einen integrierten Test des Konnektorstücks und der elektrischen Komponente vor dem Verfahren der Überspritzung verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform einer elektronischen Vorrichtung 300, die in 9 und 10 dargestellt ist, ist eine doppelte mechanische Verbindung bereitgestellt, um die Stabilität weiter zu erhöhen. Somit werden statt einem zwei mechanische Verbindungselemente 202 an der Wärmeableitstruktur 200 bereitgestellt. Somit hat die Wärmeableitstruktur 200 hier zwei Montageelemente 202, die elektronische Vorrichtung 300 hat zwei mechanische Befestigungen 406, und zwei Durchgangslöcher sind in der Montagebasis 400 des verbundenen Systems gebildet.
  • Hingegen hat die Ausführungsform von 11 und 12 nur eine mechanische Verbindung, d. h. nur ein mechanisches Verbindungselement 202 und eine mechanische Befestigung 406.
  • In der Ausführungsform von 13 und 14 befinden sich die mechanischen Verbindungselemente 202 – die hier an zwei gegenüberliegenden Seiten der elektronischen Vorrichtung 300 bereitgestellt sind – außerhalb der Überspritzstruktur 302, um die Außenoberfläche der elektronischen Vorrichtung 300 zu vergrößern, um zusätzlich die Effizienz der Wärmeableitung zu erhöhen.
  • In der Ausführungsform von 15 und 16 sind Klemmelemente 1600 an gegenüberliegenden Enden der elektronischen Vorrichtung 300 zum Klemmen der elektronischen Vorrichtung 300 an eine Montagebasis 400, wie ein Chassis, bereitgestellt.
  • In der Ausführungsform von 17 ist ein Träger 1700 (zum Beispiel eines Fahrzeugs) dargestellt, wobei die elektronische Vorrichtung 300 mit diesem Träger 1700 an drei Schraubpunkten verbunden ist, so dass drei mechanische Verbindungselemente 202 an der elektronischen Vorrichtung 300 in dieser Ausführungsform gebildet werden.
  • In der Ausführungsform von 18 und 19 ist die Wärmeableitstruktur 200 nicht als vollständig ebene Tafel konfiguriert, sondern weist ein Höhenprofil mit einer lokalen Erhebung 1800 in einem Mittelabschnitt der Wärmeableitstruktur 200, die zu einem der elektronischen Chips 102 weist, auf. Durch diese lokale Erhebung 1800 und das Höhenprofil der Wärmeableitstruktur 200 ist es möglich, eine elektronische Vorrichtung 300 für unterschiedliche Komponentenhöhen herzustellen. In der dargestellten Ausführungsform kann die kleinere Höhe der mittleren elektronischen Vorrichtung 102 im Vergleich zu den elektronischen Späne 102 auf der linken Seite und der rechten Seite durch das Höhenprofil der Wärmeableitstruktur 200 ausgeglichen werden.
  • In den Ausführungsformen von 1 bis 19 wurden beide gegenüberliegenden Hauptoberflächen 106, 108 der elektronischen Chips 102 auf einer Seite mit dem Substrat 100 und auf der anderen Seite mit der Wärmeableitstruktur 200 bedeckt.
  • Hingegen zeigt die Ausführungsform von 20 eine Architektur, in der das Substrat 100 eine erste Hauptoberfläche 2004 und eine gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 2006 aufweist, wobei die elektronischen Chips 102 an der ersten Hauptoberfläche 2004 montiert sind und die Wärmeableitstruktur 200 an der zweiten Hauptoberfläche 2006 des Substrats 100 montiert sind. Ein Microcontroller 2002 ist als der einzige elektronische Chip der Ausführungsform von 20 dargestellt, der an der Hauptoberfläche 2006 montiert ist, an der auch die Wärmeableitstruktur 200 montiert ist. Durchkontaktierungen 2000, die mit einem elektrisch leitfähigem und wärmeleitfähigem Material, wie Kupfer, gefüllt sind, verbinden die elektronischen Chips 102 thermisch mit der Wärmeableitstruktur 200.
  • Somit wird eine gegossene PCB in Form von Substrat 100 mit ordnungsgemäßer thermischer Leistung in Form einer zusätzlichen Wärmesenke in Form der Wärmeableitstruktur 200 bereitgestellt. In der Ausführungsform von 20 ist die Wärmesenke in den Formkörper, d. h. die Überspritzstruktur 302, mit der die Wärmeableitstruktur 200 verbunden ist, integriert. Die gegossene PCB und die Wärmesenke kühlen die elektrischen Komponenten, d. h. die elektronischen Chips 102 und den Microcontroller 2002.
  • Im Gegensatz zu 20 zeigt die Ausführungsform von 21 eine elektronische Vorrichtung 300, bei der eine extern montierte Wärmesenke in Form der Wärmeableitplatte 200 bereitgestellt ist. Eine Schraube, ein Niet oder eine andere mechanische Befestigung 406 wird verwendet, um die Wärmeableitstruktur 200 mit dem Substrat 100 und wahlweise mit der Überspritzstruktur 302 zu verbinden. Eine Guss-PCB und eine Wärmesenke werden somit zum Kühlen der elektrischen Komponenten verwendet. Außerdem wird eine optionale dünne Spritzverbindung oder ein thermisches Schnittstellenmaterial 2100 in der Ausführungsform von 21 bereitgestellt.
  • 22 zeigt noch eine andere beispielhafte Ausführungsform, in der auf ähnliche Weise wie in 1 bis 19 das Substrat 100 an der ersten Hauptoberfläche 106 der elektronischen Chips 102 montiert ist, während die Wärmeableitstruktur 200 an der gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche 108 der elektronischen Chips 102 montiert ist. Thermisch verbindende Abstandhalter 2200 gleichen einen Höhenabstand zwischen den elektronischen Chips 102 aus und überbrücken den Spalt zwischen den zweiten Hauptoberflächen 108 einiger der elektronischen Späne 102 und der ebenen Wärmeableitstruktur 200 in Form einer elektrisch leitfähigen und wärmeleitfähigen Metallplatte.
  • Es ist zu sagen, dass alle Figuren nur Entwurfsbeispiele sind, bei denen die Abmessungen in allen Richtungen erheblich variieren können. Eine Änderung der Vorrichtungsgrößenparameter ist möglich. Es können unterschiedliche Vorrichtungsbefestigungen verwendet werden. Die Art, der Standort und die Ausrichtung des Konnektorstücks (ein oder mehrere Konnektorstücke sind möglich) kann auch unterschiedlich sein. Der Verfahrensablauf kann auch unterschiedlich sein, um die Herstellbarkeit weiter zu verbessern. Zum Beispiel könnte die Montage des Konnektorstücks in zwei Vorgängen oder an einem anderen Punkt des Verfahrensablaufs erfolgen.
  • 23 zeigt eine Querschnittsansicht und 24 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung 300 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die eine Zweikomponenten-Wärmeableitstruktur 200 umfasst, die aus einer Wärmeableitrohranordnung 2300 und einem zusätzlichen (flexiblen oder hier) verformbaren Wärmespreizer 2302 gebildet ist. Sowohl die Wärmeableitrohranordnung 2300 als auch der Wärmespreizer 2302 sind teilweise innerhalb und teilweise außerhalb der Überspritzstruktur 302 angeordnet. Der Wärmespreizer 2302 ist zwischen den elektronischen Chips 102 einerseits und der Wärmeableitrohranordnung 2300 andererseits eingeschlossen, um Höhenunterschiede unterschiedlicher elektronischer Chips 102 angesichts ihrer Verformbarkeit auszugleichen. Außerhalb der Überspritzstruktur 302 sind der Wärmespreizer 2302 und die Wärmeableitrohranordnung 2300 miteinander und mit einem wärmeleitfähigen Körper 2304 über ein Befestigungselement 2306, wie eine Schraube, die eine optionale separate mechanische Befestigung bildet, verbunden. Wie insbesondere aus 24 ersichtlich ist, kann der Wärmespreizer 2302 aufgrund seiner verformbaren Eigenschaften plastisch verformt werden, so dass eine Hauptoberfläche des Wärmespreizers 2302 in direkten physischen Kontakt mit den zweiten Montageoberflächen 108 der elektronischen Chips 102 (siehe Kontaktflächen 2400 in 24) gebracht werden kann, wodurch eine Wärmeleit- und Wärmeableitfunktion ausgeführt wird. Eine gegenüberliegende andere Hauptoberfläche des Wärmespreizers 2302 kann mindestens teilweise in direkten physischen Kontakt mit der Wärmeableitrohranordnung 2300 gebracht werden, um die Wärmeableitung weiter zu fördern. Diese Wärme kann aus der Überspritzstruktur 302 zum wärmeleitfähigen Körper 2304, der als externe Wärmesenke dient, transportiert werden. Infolge der flexiblen oder verformbaren Eigenschaft des Wärmespreizers 2302 kann sie aus einer ebenen Standardkonfiguration durch (elastische oder hier) plastische Verformung in jede gewünschte benutzerspezifische dreidimensionale Form gebracht werden, um eine heiße Oberfläche eines wärmeerzeugenden Elements zu berühren, um ihre Funktion der Wärmeableitung durch effiziente Wärmeleitung zu erfüllen.
  • Der Wärmespreizer 2302 kann zum Beispiel aus einer Folie mit Metallstaub (wie Kupferstaub) oder einem Metallnetz oder -sieb (wie einem Kupfernetz) hergestellt sein. In der Ausführungsform von 23 und 24 ist die Wärmeableitrohranordnung 2300 aus zwei parallelen Balken aus Metallmaterial, wie Kupfer, gebildet. Die Wärmeableitrohranordnung 2300 kann für Stabilität sorgen, der Wärmespreizer 2302 (der an der Wärmeableitrohranordnung 2300 montiert und davon getragen werden kann) kann die Wärmeableitstruktur 200 an unterschiedliche geometrische Grenzbedingungen anpassbar machen.
  • 25 zeigt eine Querschnittsansicht und 26 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung 300 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die der Ausführungsform von 23 und 24 ähnlich ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Wärmespreizer 2302 jedoch so konfiguriert, dass er flexibel und elastisch verformbar ist (zum Beispiel als gewebte Bahn wärmeleitfähiger Filamente, wie Kupferdrähte) und gemäß 25 nicht vertikal über die Wärmeableitrohranordnung 2300 herausragt.
  • 27 zeigt eine Querschnittsansicht und 28 eine Draufsicht einer elektronischen Vorrichtung 300 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform, die eine Wärmeableitstruktur 200 umfasst, die aus einem Wärmeableitrahmen 2700 und einem zusätzlichen (flexiblen oder hier) verformbaren Wärmespreizer 2302 gebildet ist. In der Ausführungsform von 27 und 28 wird der Wärmeableitrahmen 2700 von einem starren ringförmigen Rahmen gebildet, der den flexiblen oder verformbaren Wärmespreizer 2302 umschließt und trägt. Der Wärmeableitrahmen 2700 kann während der Montage des Wärmespreizers 2302 eine Befestigung für ein metallisches Netz bilden – das den Wärmespreizer 2302 bilden kann.
  • 29 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wobei eine Wärmeableitstruktur 200 eine Wärmeableitrohranordnung 2300 umfasst. Gemäß dieser Ausführungsform kann der flexible oder verformbare Wärmespreizer 2302 weggelassen werden oder kann in einer flexiblen Form bereitgestellt werden, ragt jedoch nicht vertikal über die Wärmeableitrohranordnung 2300 hinaus. Alternativ kann die Wärmeableitrohranordnung 2300 durch ein starres oder ein (plastisch oder elastisch) verformbares Gitter aus einem wärmeleitfähigen Material (wie ein Kupfergitter) ersetzt werden.
  • 30 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wobei eine Wärmeableitstruktur 200 eine Wärmeableitrohranordnung 2300 und eine flexible Folie oder ein flexibles Netz aus einem elektrisch leitfähigen Material umfasst, das einen flexiblen oder verformbaren Wärmespreizer 2302 bildet. Gemäß dieser Ausführungsform erstreckt sich der flexible oder verformbare Wärmespreizer 2302 nicht über die Überspritzstruktur 302 hinaus, sondern ist vollständig darin verkapselt.
  • 31 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektronischen Vorrichtung 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wobei eine Wärmeableitstruktur 200 eine Wärmeableitrohranordnung 2300 und eine flexible Folie oder ein flexibles Netz aus einem elektrisch leitfähigen Material umfasst, das einen flexiblen oder verformbaren Wärmespreizer 2302 bildet. Gemäß dieser Ausführungsform erstreckt sich der flexible oder verformbare Wärmespreizer 2302 nicht über die Überspritzstruktur 302 hinaus, sondern ist vollständig darin verkapselt. Der flexible oder verformbare Wärmespreizer 2302 ist nur entlang eines kleinen überlappenden Abschnitts thermisch und mechanisch mit der Wärmeableitrohranordnung 2300 gekoppelt, wobei der Großteil der Wärmeableitrohranordnung 2300 außerhalb der Überspritzstruktur 302 angeordnet ist.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „umfassend“ andere Elemente oder Funktionen nicht ausschließt und „ein“ oder „eine“ eine Mehrzahl nicht ausschließen. Es können auch andere Elemente, die in Verbindung mit unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sei auch zu erwähnen, dass Bezugszeichen den Umfang der Ansprüche nicht beschränken sollen. Zudem soll der Umfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die speziellen Ausführungsformen des Verfahrens, der Vorrichtung, der Herstellung, der Materialzusammensetzung, der Mittel, der Verfahren und Schritte, die in der Patentschrift beschrieben sind, beschränkt sein. Dementsprechend sollen die beiliegenden Ansprüche innerhalb ihres Umfangs solche Verfahren, Vorrichtungen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte einschließen.

Claims (26)

  1. Eine elektronische Vorrichtung, umfassend: • ein Substrat; • mindestens einen elektronischen Chip, der an dem Substrat montiert und elektrisch mit dem Substrat verbunden ist und als eine Systemsteuereinheit zum Steuern eines verbundenen Systems konfiguriert ist; • eine Wärmeableitstruktur, die thermisch mit dem mindestens einen elektronischen Chip verbunden ist und zum Ableiten von Wärme, die von dem mindestens einen elektronischen Chip bei Betrieb der elektronischen Vorrichtung erzeugt wird, konfiguriert ist; und • eine Überspritzstruktur, die zum mindestens teilweisen Verkapseln des mindestens einen elektronischen Chips und des Substrats konfiguriert ist.
  2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüberliegend der ersten Hauptoberfläche aufweist, wobei der mindestens eine elektronische Chip an der ersten Oberfläche montiert ist und die Wärmeableitstruktur an der zweiten Oberfläche montiert ist.
  3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine elektronische Chip eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüberliegend der ersten Hauptoberfläche aufweist, wobei der mindestens eine elektronische Chip mit seiner ersten Hauptoberfläche an dem Substrat montiert ist und mit seiner zweiten Hauptoberfläche an der Wärmeableitstruktur montiert ist.
  4. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine elektronische Chip eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche gegenüberliegend der ersten Hauptoberfläche aufweist, wobei der mindestens eine elektronische Chip mit seiner ersten Hauptoberfläche an dem Substrat montiert ist und die Wärmeableitstruktur mit einer variierenden Höhe an der zweiten Hauptoberfläche des mindestens einen elektronischen Chips montiert ist.
  5. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend ein elektrisches Konnektorstück, das elektrisch mit dem Substrat gekoppelt ist, teilweise von der Überspritzstruktur bedeckt ist, sich jedoch über die Überspritzstruktur hinaus erstreckt und zum elektrischen Verbinden der Vorrichtung mit einer Verbindungsvorrichtung konfiguriert ist.
  6. Die Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das elektrische Konnektorstück mindestens eines aus der Gruppe, bestehend aus einem Kabel und einem Steckverbinder, umfasst.
  7. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend ein elektrisches Konnektorstück, das elektrisch mit dem Substrat gekoppelt ist und vollständig von der Überspritzstruktur bedeckt ist, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere Verbindungsverdrahtungen umfasst, die vom elektrischen Konnektorstück über die Überspritzstruktur hinaus verlaufen und zum elektrischen Verbinden der Vorrichtung mit einer Verbindungsvorrichtung konfiguriert sind.
  8. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Überspritzstruktur und die Wärmeableitstruktur zum vollständigen Verkapseln des mindestens einen elektronischen Chips und des Substrats konfiguriert sind, so dass sowohl der mindestens eine elektronische Chip als auch das Substrat vollumfänglich von der Überspritzstruktur und der Wärmeableitstruktur umgeben sind.
  9. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine elektrische Kopplungsstruktur, die zum elektrischen Koppeln des Substrats mit der Wärmeableitstruktur konfiguriert ist.
  10. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Außenoberfläche der Wärmeableitstruktur mindestens teilweise von der Überspritzstruktur unbedeckt bleibt.
  11. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Überspritzstruktur und die Wärmeableitstruktur mindestens einen Teil einer Außenoberfläche der Vorrichtung bilden.
  12. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Systemsteuereinheit für Automobilanwendungen, insbesondere zur Motorsteuerung, konfiguriert ist.
  13. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Wärmeableitstruktur eine Vorkehrung zur mechanischen Befestigung aufweist, die zum mechanischen Befestigen der Vorrichtung an einer Montagebasis des verbundenen Systems konfiguriert ist.
  14. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Systemsteuereinheit von mehreren elektronischen Chips gebildet wird, die eine unterschiedliche Höhe aufweisen und an dem Substrat montiert und mit dem Substrat elektrisch verbunden sind, wobei mindestens eines der Wärmeableitstruktur und des Substrats eine Montageoberfläche hat, die zu den mehreren elektronischen Chips weist und ein Höhenprofil hat, das die unterschiedliche Höhe der mehreren elektronischen Chips ausgleicht.
  15. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Wärmeableitstruktur als ein wärmeleitfähiges Gitter mit Aussparungen, die mindestens teilweise mit Material der Überspritzstruktur gefüllt sind, konfiguriert ist.
  16. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Wärmeableitstruktur mindestens teilweise aus einem elastisch verformbaren oder einem plastisch verformbaren Material hergestellt ist, so dass ein Höhenprofil der Wärmeableitstruktur während der Montage der Vorrichtung anpassbar ist, um Höhenabweichungen auszugleichen.
  17. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Wärmeableitstruktur duktil oder flexibel ist, um unterschiedliche Höhe, die durch Herstellungstoleranzen und Höhenabmessungen unterschiedlicher elektronischer Chips hervorgerufen wird, auszugleichen.
  18. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Wärmeableitstruktur ein starres Element umfasst und ein elastisch oder plastisch deformierbares Element, das mit dem starren Element verbunden ist, umfasst.
  19. Ein Motorsteuermodul, umfassend: • mindestens einen Halbleiterchip mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche gegenüberliegend der ersten Hauptoberfläche, wobei der mindestens eine Halbleiterchip zum Durchführen einer Motorsteuerfunktion konfiguriert ist; • eine gedruckte Leiterplatte, an der die erste Hauptoberfläche des mindestens einen Halbleiterchips montiert und elektrisch verbunden ist; • eine Wärmeableitstruktur, an der die zweite Hauptoberfläche des mindestens einen Halbleiterchips montiert ist und die thermisch mit der zweiten Hauptoberfläche des mindestens einen Halbleiterchips verbunden ist, wobei die Wärmeableitstruktur zum Ableiten von Wärme, die von dem mindestens einen Halbleiterchip bei Betrieb des Motorsteuermoduls erzeugt wird, konfiguriert ist; und • eine Überspritzstruktur, die zum mindestens teilweisen Verkapseln des mindestens einen Halbleiterchips und der gedruckten Leiterplatte konfiguriert ist.
  20. Ein Verfahren zum Herstellen einer elektronischen Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: • Montieren und elektrisches Verbinden mindestens eines elektronischen Chips auf einem Substrat, wobei der mindestens eine elektronische Chip als eine Systemsteuereinheit zum Steuern eines Systems, das mit der elektronischen Vorrichtung zu verbinden ist, konfiguriert ist; • thermisches Verbinden einer Wärmeableitstruktur mit dem mindestens einen elektronischen Chip und Konfigurieren der Wärmeableitstruktur zum Ableiten von Wärme, die von dem mindestens einen elektronischen Chip bei Betrieb der elektronischen Vorrichtung erzeugt wird; und • mindestens teilweise Verkapseln des mindestens einen elektronischen Chips und des Substrats mit einer Überspritzstruktur.
  21. Das Verfahren nach Anspruch 20, wobei bei dem Verfahren das Durchführen des thermischen Verbindens vor dem Verkapseln erfolgt.
  22. Das Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Wärmeableitstruktur ein flexibles oder duktiles Material umfasst, das während des Herstellens der elektronischen Vorrichtung elastisch oder plastisch deformiert wird, um Höhenunterschiede auszugleichen.
  23. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Verfahren das Verbinden der Wärmeableitstruktur mit dem Substrat gemeinsam mit dem Verkapseln innerhalb eines Herstellungsvorgangs umfasst.
  24. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei bei dem Verfahren das Durchführen des thermischen Verbindens nach dem Verkapseln erfolgt.
  25. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei das Verfahren das Verbinden der Wärmeableitstruktur mit dem Substrat durch mindestens einen zusätzlichen mechanischen Verbindungsvorgang umfasst, insbesondere mindestens einen aus der Gruppe, bestehend aus Schrauben, Klemmen, Nieten und Kleben.
  26. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei das Verfahren das Montieren der Wärmeableitstruktur an dem Substrat und Bilden einer thermischen Verbindungsstruktur umfasst, die thermisch die Wärmeableitstruktur mit dem mindestens einem elektronischen Chip verbindet.
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