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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer Umhausung eines Elektronikmoduls sowie ein Elektronikmodul mit einer Umhausung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Stand der Technik
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Die meisten elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente oder Elektronikmodule weisen eine Verpackung auf, welche sensible Bereiche vor Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, Medieneinwirkung, mechanische Belastung, usw. schützt. Als eine Verpackungsmöglichkeit sind auch sogenannte Direktverpackungen bekannt, bei welchen durch Aufbringen einer zuerst fließfähigen Masse auf einen zu schützenden Bereich einer Elektronik, die aufgebrachte Masse nach deren Verfestigung eine Schutzumhausung der Elektronik bildet. Allerdings weisen die verfestigte Masse und die Elektronik in der Regel unterschiedliche temperaturabhängige Ausdehnungsverhalten auf. Bei Temperaturänderungen entstehen aus diesem Grund oft thermomechanische Spannungszustände innerhalb der so verpackten Elektronik. Bei zu großen Spannungen besteht das Risiko einer Funktionsbeeinträchtigung der Elektronik oder gar deren Ausfall, beispielsweise aufgrund einer Rissbildung. Eine Rissbildung ist auch bei vielen Temperaturwechsel möglich, welche aufgrund von vorliegender Materialermüdung zu beobachten sind.
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In der Patentschrift
DE19929026 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors offenbart. Dabei wird ein Halbleiter-Druckaufnehmer innerhalb eines Spritzgusswerkzeuges von eine Spritzmasse umhaust. Durch einen werkzeugseitigen Stempel wird im Bereich des Halbleiter-Druckaufnehmers eine Aussparung in der Umhausung ausgebildet. Der Stempel wird dabei vor einem Einspritzen der Spritzmasse mit geringer Beabstandung zur freizuhaltenden Seite des Halbleiter-Druckaufnehmers gehalten. Zusätzlich wird der Stempel derart temperiert, dass eine eigentlich in den Spalt einfließende Spritzmasse lokal sich mit einer erhöhten Viskosität verändert, so dass ein Weiterfluss der Spritzmasse an dieser Stelle in den Spalt gestoppt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, thermomechanische Spannungszustände innerhalb direktverpackter Elektronik gering zu halten.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ausbildung einer Umhausung eines Elektronikmoduls sowie ein Elektronikmodul mit einer Umhausung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Ausgegangen wird von einem Verfahren zur Ausbildung einer Umhausung eines Elektronikmoduls aus einer sich auspolymerisierenden Umhüllungsmasse mit den nachfolgenden Verfahrensschritten:
- a) Bereitstellung einer Elektronikeinheit des Elektronikmoduls,
- b) Aufbringen der Umhüllungsmasse in einem nicht auspolymerisierten, insbesondere einem unpolymerisierten Zustand in einem an die Elektronikeinheit angrenzenden Überdeckungsbereich der auszubildenden Umhausung,
- c) Ausführen einer Polymerisation der Umhüllungsmasse,
- d) Wärmebehandlung der Umhüllungsmasse mit einer Aushärtetemperatur ≥ der Glasübergangstemperatur Tg der Umhüllungsmasse,
- e) Ausbilden eines Temperaturgradienten innerhalb der Umhüllungsmasse während der laufenden Polymerisation, indem die Elektronikeinheit derart gekühlt wird, dass lokale Bereiche der Umhüllungsmasse während der Wärmebehandlung im Überdeckungsbereich geringere Temperaturwerte aufweisen, als vom Überdeckungsbereich weiter entfernte lokale Bereiche der Umhüllungsmasse,
- f) Ausbilden der Umhausung des Elektronikmoduls aus der insbesondere auspolymerisierten Umhüllungsmasse, wobei die Umhausung mit einem Härtegradienten innerhalb der Umhüllungsmasse ausgebildet wird, indem in Abhängigkeit des Temperaturgradienten die Umhüllungsmasse lokal mit unterschiedlichen Vernetzungsgraden polymerisiert, insbesondere auspolymerisiert wird.
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Vorteilhaft kann durch lokal unterschiedliche Vernetzungsgrade der Umhüllungsmasse ein günstiger Einfluss unter anderem auf die mechanischen Eigenschaften der ausgebildeten Umhausung genommen werden. Insbesondere zeigt die Umhausung in lokalen Bereichen mit geringerem Vernetzungsgrad ein weicheres Materialverhalten, wodurch vorteilhaft ansonsten entstehende mögliche thermomechanische Spannungen abgebaut werden. In lokalen Bereichen der Umhausung mit hohem Vernetzungsgrad der Umhüllungsmasse ist dagegen ein hoher mechanischer Schutz erzielt, durch welchen die Umhausung die Elektronikeinheit wirkungsvoll gegen von außen einwirkende Kräfte schützen kann.
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Als Ausgangswerkstoffe für die Umhüllungsmasse eignen sich insbesondere niedermolekulare, reaktionsfähige Ausgangsverbindungen (Monomere), die sich zu langkettigen, oft auch verzweigten, hochmolekularen Molekülen (Makromoleküle) zusammenschließen können. Eine Polymerisation bezeichnet hierbei chemische Reaktionsvorgänge, bei denen die Makromoleküle zu einem dreidimensionalen Netzwerk verknüpfen. Der Vernetzungsgrad bei der Polymerisation hängt neben der Vernetzungszeit auch von der Temperatur ab. Grundsätzlich sind Duroplaste, Elastomere, Thermoplaste als auch thermoplastische Elastomere als Polymerwerkstoffe für die Umhausung anwendbar. Besonders bevorzugt sind duroplastische Kunststoffe auf Epoxybasis, da diese sich grundsätzlich bei Elektronikanwendung bewährt haben.
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Allgemein beruht bei Polymeren der Glasübergang von der Schmelze in den festen Zustand auf dem „Einfrieren“ von gebildeten Kettensegmenten. Grundsätzlich gilt dabei, dass mit der Vernetzungsdichte auch die Glasübergangstemperatur Tg steigt. Eine Messung der Glasübergangstemperatur Tg kann beispielsweise mittels der DSC-Methode (dynamische Differenzkalometrie) erfolgen. Dabei können beispielsweise im Querschliff kleine Proben der Umhüllungsmasse an mehreren Stellen entnommen werden, die anschließend einer DSC-Analyse unterzogen werden. Daraufhin kann mit der bekannten Methode die Glasübergangstemperatur Tg nachgewiesen und örtlich zugeordnet werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die Umhausung im Überdeckungsbereich mit einem geringeren Vernetzungsgrad bzw. einer geringeren Härte der Umhüllungsmasse ausgebildet, als in zum Überdeckungsbereich weiter entfernten lokalen Bereichen der Umhausung. Auf diese Weise ist eine Umhausung mit einer möglichst formfesten Außenschale und einem materialnachgiebigen Kern umgesetzt. Dies vereint die Vorteile eines möglichen Spannungsabbaus gerade im Bereich der Elektronikeinheit bei gleichzeitig hoher Medienbarriere und mechanischen Stabilität im Außenbereich des so verpackten Elektronikmoduls. Die lokalen Bereiche in der Umhausung unterscheiden sich dabei mit zunehmenden Temperaturunterschieden während der Wärmebehandlung bzw. während der Polymerisierung. So liegen die geringeren Temperaturwerte im Überdeckungsbereich während der Wärmebehandlung mindestens 20°C unterhalb der Aushärtungstemperatur, bevorzugt mindestens 30°C unterhalb, insbesondere mindestens 40°C unterhalb.
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Bei einer besonders günstigen Ausführungsform wird die Umhausung mit einem von ihrer Außenfläche bis zum Überdeckungsbereich hin kontinuierlich abnehmenden Vernetzungsgrad bzw. abnehmenden Härte ausgebildet. Ausgehend von dem Überdeckungsbereich weist die Umhausung dann insbesondere zwiebelschalenartig verschiedene ineinander insbesondere kontinuierlich übergehende Isoflächen auf, welche jeweils benachbarte Punkte im Volumenkörper der Umhausung mit gleichem Vernetzungsgrad bzw. gleichem Härtewert verbinden. Dadurch ergibt sich insgesamt der Vorteil eines über das ganze Elektronikmodul ermöglichten gleichmäßigen und damit sehr schonenden Spannungsabbau. Insbesondere können dadurch auch Elektronikeinheit mit sehr hohen Leistungen sicher verpackt werden, ohne dass ansonsten bekannte thermomechanische Spannungszustände zu Beschädigungen der Elektronik führen.
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In einer bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens wird der Temperaturgradient mittels einer Kühlvorrichtung ausgebildet, welche zumindest während der Wärmebehandlung im Bereich der Elektronikeinheit, insbesondere im Überdeckungsbereich, temperaturmindernd - daher kühlend - wirksam wird. Trotz eines Wärmeeintrages in die Umhüllungsmasse zur Ausführung der Polymerisation, ist mit Hilfe der Kühlvorrichtung eine Reduzierung von Temperaturwerten in lokalen Bereichen der Umhausung einfach ermöglicht. Eine Kühlwirkung ergibt sich durch einen Temperaturunterschied der Kühlvorrichtung ggü. der während der Wärmebehandlung vorgesehenen Aushärtungstemperatur. Günstig ist hierbei ein Temperarturdefizit von mehr als 30°C, bevorzugt von mehr als 40°C, insbesondere von mehr als 50°C. Die Kühlvorrichtung ist dabei zumindest mittelbar mit der Elektronikeinheit thermisch verbunden. Die thermische Verbindung besteht zumindest während der Wärmebehandlung. Sie kann bereits vor oder mit Beginn der Wärmebehandlung ausgebildet werden. Betreffend die Einflussnahme auf die Polymerisation ist eine Kühlwirkung mit der fertigen Ausbildung der Umhausung nicht mehr erforderlich. Der Wärmeeintrag in die Umhüllungsmasse erfolgt sehr einfach, beispielsweise mittels eines Umluftofens, eines Durchlaufofens, einer Infrarotlampe oder mittels Mikrowellenstrahlung. Es sind auch andere Mittel und Verfahren für einen Wärmeeintrag denkbar.
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Für das Verfahren ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest ein Element der Elektronikeinheit als die Kühlvorrichtung oder zumindest als ein Teil der Kühlvorrichtung ausgebildet wird. Dabei kann das Element im Betrieb des Elektronikmoduls eine andere Funktion innehaben und übernimmt aber vorteilhaft zumindest während der Ausbildung der Umhausung die Funktion der Kühlvorrichtung. Auf diese Weise kann eine bereits vorliegende thermische Verbindung des Elementes innerhalb der Elektronikeinheit für einen Wärmeabstrom aus der Umhüllungsmasse zumindest im Überdeckungsbereich einfach genutzt werden.
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In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens ist eine Wärmesenke der Elektronikeinheit als die Kühlvorrichtung ausgebildet, wobei die Wärmesenke zumindest während der Wärmebehandlung von einem Kühlmedium durchströmt wird. Das Kühlmedium kann beispielsweise eine Kühlflüssigkeit oder ein Kühlgas sein, welches weiter beispielhaft durch Kühlkanäle der Wärmesenke geführt wird. Alternativ oder zusätzlich weist die Wärmesenke ein für zumindest während der Wärmebehandlung zuschaltbares Kühlelement auf, welches beispielsweise durch eine Bestromung aktiviert wird, beispielsweise ein mit der Wärmsenke thermisch leitend verbundenes Peltierelement.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Wärmesenke der Elektronikeinheit als ein erster Teil der Kühlvorrichtung ausgebildet. Dabei wird die Wärmesenke mit einer Außenfläche ausgeführt, welche von der Umhüllungsmasse freigehalten wird. Ferner wird die freigehaltene Außenfläche der Wärmesenke zumindest während der Wärmebehandlung zumindest mittelbar mit einem zweiten Teil der Kühlvorrichtung außerhalb der Elektronikeinheit thermisch verbunden. Der zweite Teil der Kühlvorrichtung kann dann beispielsweise von einem Kühlmedium durchströmt sein und/oder ein zuschaltbares Kühlelement aufweisen, beispielsweise ein Peltierelement. Beide Teile der Vorrichtung werden zumindest während der Wärmebehandlung im Bereich der Außenfläche des ersten Teils der Kühlvorrichtung thermisch leitend in Verbindung gehalten. Auf diese Weise kann die Kühlwirkung sich von dem zweiten Teil der Kühlvorrichtung über den ersten Teil der Kühlvorrichtung auf die Umhüllungsmasse zumindest in dem Überdeckungsbereich erstrecken. Zusätzlich kann durch die Bereitstellung eines zweiten Teils der Kühlvorrichtung als separate Prozessvorrichtung ein leistungsstarkes Kühlaggregat zum Einsatz kommen. Dadurch können in einfacher Weise größere Temperaturgradienten in der Umhüllungsmasse während der Wärmebehandlung erzielt werden.
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Grundsätzlich kann eine von der Umhüllungsmasse freiliegende Außenfläche der als Kühlvorrichtung oder als Teil der Kühlvorrichtung eingesetzten Wärmesenke auch nach der Ausbildung der Umhausung für zumindest eine weitere thermische Anbindung, beispielsweise an einen Kühlkörper, frei zugänglich gehalten wird. So ist beispielsweise eine Elektronikanordnung möglich, bei welcher das Elektronikmodul über die von Umhüllungsmasse freiliegende Außenfläche der Wärmesenke stofflich und/oder thermisch mit einem Kühlkörper verbunden ist, beispielsweise mittels eines Folienlaminats. Derartige Elektronikanordnungen sind beispielsweise für Leistungsmodule geeignet, bei welchen im Betrieb zumindest ein in der Elektronikeinheit umfasstes Leistungshalbleiterelement über den so angebundenen Kühlkörper wirkungsvoll entwärmt wird.
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Vorteilhaft erfolgt das Auftragen der Umhüllungsmasse durch ein druckloses Verguss-, durch ein Spritzdruckguss-, durch ein Injection-molding- oder durch ein Transfer-moldingverfahren. Alternativ sind auch andere Auftragsverfahren denkbar. Allgemein kann die Kühlung der Elektronikeinheit bereits während des Auftrags erfolgen. Bei Auftrag der Umhüllungsmasse innerhalb eines Form gebenden Werkzeuges, kann der zweite Teil der Kühlvorrichtung integral in einem Werkzeugteilbereich aufgenommen oder ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ erfolgt die Ausbildung eines Temperaturgradienten innerhalb der Umhüllungsmasse auch nach deren Auftrag während einer sich dann anschließenden sogenannten Warmhärtung, beispielsweise in einem Postmoldprozess. Gerade bei Epoxidharzen als die Umhüllungsmasse kann eine vollständige Auspolymerisierung - und damit eine vollständige Vernetzung - nach einer ersten Verfestigung in dieser Phase der Warmhärtung erfolgen, was auch zu einer verbesserten Wärmeformbeständigkeit der Umhausung führt.
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Die Erfindung führt auch zu einem Elektronikmodul mit einer Umhausung aus einer polymerisierten, insbesondere einer auspolymerisierten Umhüllungsmasse, beispielsweise auf Epoxybasis. Insbesondere ist vorteilhaft ein solches Elektronikmodul hergestellt nach einem Verfahren nach zumindest einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Elektronikmodul umfasst dabei eine Elektronikeinheit, an welche in einem Überdeckungsbereich die Umhüllungsmasse unmittelbar angrenzend mit der Elektronikeinheit verbunden ist. Ferner umfasst die Elektronikeinheit dabei eine Wärmesenke. Diese ist thermisch leitend innerhalb der Elektronikeinheit angebunden, insbesondere im Bereich eines wärmeabgebenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelements, beispielsweise einem Leistungshalbleiter. Ferner weist die Umhausung von ihrer Außenfläche aus in Richtung der Wärmesenke bis zum Überdeckungsbereich lokale Bereiche mit einem insbesondere abnehmenden Vernetzungsgrad bzw. einer abnehmenden Härte der Umhüllungsmasse auf. Diese ergeben sich beispielsweise gezielt durch das zuvor beschriebene Verfahren zur Ausbildung der Umhausung. Die Wärmesenke bildet dabei eine Ausrichtungsreferenz für die richtungsbezogene räumliche Ausbildung der unterschiedlichen lokalen Bereiche innerhalb der Umhausung. Die Ausrichtungsreferenz ergibt sich aufgrund der Funktion der Wärmesenke als Kältepol während der Polymerisierungsphase der Umhüllungsmasse für die Ausbildung der Umhausung. Dadurch weist die Umhausung zwiebelschalenartig verschiedene ineinander insbesondere kontinuierlich übergehende Isoflächen auf, welche jeweils benachbarte Punkte im Volumenkörper der Umhausung mit gleichem Vernetzungsgrad bzw. gleichem Härtewert verbinden. Die in dieser Weise ausgebildete räumliche Ausprägung der lokal unterschiedlichen Umhausungsbereiche ist auch aus dem Grund besonders vorteilhaft, weil die Elektronikeinheit im Bereich der Wärmesenke im Betrieb einen Hotspot darstellt. Gerade im Hotspot kommt es aber zu den größten Ausdehnungen, die nun durch die besonders weiche Materialausbildung der Umhausung an dieser Stelle ausgeglichen werden kann ohne dass sich mehr große thermomechanisch bedingte Spannungszustände ausbilden.
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In einer besonderen Ausführungsform des Elektronikmoduls weist die Wärmesenke eine von Umhüllungsmasse freiliegende Außenfläche auf, welche eine thermisch leitend und verbindbare Außenfläche des Elektronikmoduls bildet, die bevorzugt ebenflächig mit einer Außenfläche der Umhausung aus der Umhüllungsmasse abschließt. Vorteilhaft kann das Elektronikmodul dann als Leistungsmodul vorgesehen werden, indem die von Umhüllungsmasse freiliegende Außenfläche der Wärmesenke zusammen mit der in diesem Bereich eben mit der Außenfläche abschließende Umhausung thermisch leitend mit einem Kühlkörper verbunden ist. Die Verbindung erfolgt beispielsweise durch ein Folienlaminat, welches bevorzugt elektrisch isolierend ausgeführt ist.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
- 1: die Ausbildung einer Umhausung aus einer polymerisierenden Umhüllungsmasse innerhalb eines Formwerkzeugs mit integrierter Kühlvorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung,
- 2: die Ausbildung einer Umhausung eines Elektronikmoduls aus einer polymerisierenden Umhüllungsmasse nach erfolgtem Auftrag während einer Warmhärtung in einer schematischen Schnittdarstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind funktional gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In der 1 ist die Ausbildung einer Umhausung 35 aus einer polymerisierenden Umhüllungsmasse 30 für ein Elektronikmodul 100 in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt. Zu Beginn eines Ausbildungsprozesses wird eine von der Umhausung 35 zu schützende Elektronikeinheit 10 des Elektronikmoduls 100 bereitgestellt. Diese umfasst eine elektrische und/oder elektronische Schaltung 18, insbesondere auf einem Schaltungsträger. Ferner weist die elektrische und/oder elektrische Schaltung 18 mindestens ein wärmeabgebendes Bauelement auf, insbesondere einen Leistungshalbleiter. Zur Entwärmung des Leistungshalbleiters ist an die Elektronikeinheit 10, insbesondere im Bereich des wärmeabgebenden Bauelementes, eine Wärmesenke 20 thermisch leitend angebunden. Zur Ausbildung einer Umhausung 35 wird zumindest in einem an die Elektronikeinheit 10 unmittelbar angrenzenden Überdeckungsbereich 25 eine nicht auspolymerisierte, insbesondere unpolymerisierte Umhüllungsmasse 30 aufgetragen. Beim Auftragen ist die Umhüllungsmasse 30 bevorzugt in einem fließfähigen Zustand. In solchen Fällen erfolgt der Auftrag dann innerhalb eines Formwerkzeuges 80, welches eine Außenkontur der auszubildenden Umhausung 35 abbildet. Hierzu wird die Elektronikeinheit 10 innerhalb einer Kavität des Formwerkzeuges 80 positionsrichtig eingebracht und angeordnet. Das Formwerkzeug 80 weist beispielsweise mehrere Werkzeugteile 80.1, 80.2 auf, welche die Kavität umschließen. Zwischen der Elektronikeinheit 10 und der die Außenkontur abbildenden Innenwandung innerhalb der Kavität des Formwerkzeuges 80 wird die Umhüllungsmasse 30 dann eingebracht, beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren oder durch ein Injection-MoldingVerfahren oder durch ein Transfermolding-Verfahren. Die Umhüllungsmasse 30 weist niedermolekulare Ausgangsverbindungen in Form von Monomeren auf, welche sich durch einen Polymerisationsvorgang zu hochmolekularen Makromolekülen zusammenschließen können. Die Polymerisation wird durch die beim Einbringen der Umhüllungsmasse 35 im fließfähigen Zustand vorliegenden Prozesstemperaturen gestartet und ausgeführt. Eine schnelle Verfestigung der Umhüllungsmasse 30 erfolgt oberhalb einer materialspezifischen Aushärtungstemperatur TA, welche beispielsweise den Spezifikationsblättern der verwendeten Umhüllungsmasse 35 entnommen werden kann. Grundsätzlich kann eines der Werkzeugteile 80.1 beheizt sein, so dass die in Wärmekontakt mit diesem Werkzeugteil 80.1 befindliche Umhüllungsmasse 30 auf die Aushärtungstemperatur TA oder mehr aufgeheizt werden kann. Zumindest während der laufenden Polymerisation wird die Elektronikeinheit 10 zusätzlich bereichsspezifisch gekühlt. Die Kühlwirkung wird mittels einer Kühlvorrichtung 90 ermöglicht. Die Kühlvorrichtung 90 ist dabei außerhalb des Überdeckungsbereichs 25 thermisch leitend mit der Elektronikeinheit 10 verbunden. Bevorzugt ist die Kühlvorrichtung 90, 90.1 integral in einem anderen Werkzeugteil 80.2 aufgenommen. Beispielsweise ist die Kühlvorrichtung 90, 90.1 von einem Kühlmedium 95 durchströmt, beispielsweise von einer Kühlflüssigkeit oder von einem Kühlgas. Das Kühlmedium 95 wird zum Beispiel durch zumindest einen in der Kühlvorrichtung 90 ausgebildeten Kühlkanal 91 geführt, welcher wiederrum an einen Kühlkreislauf 92 angeschlossen ist. Bevorzugt ist die Elektronikeinheit 10 derart innerhalb der Kavität des Formwerkzeuges 80, 80.2 angeordnet, dass die Wärmesenke 20 in direktem Anlagenkontakt mit einer Kühlseite der Kühlvorrichtung 90, 90.1 steht. Eine Kühlwirkung der Kühlvorrichtung 90 wird somit auf die Wärmesenke 20 über die Elektronikeinheit 10 bis in den Überdeckungsbereich 25 und darüber hinaus erweitert. Durch die Kühlwirkung wird ein Temperaturgradient innerhalb der Umhüllungsmasse 30 ausgebildet. Dabei weisen dann lokale Bereiche der Umhüllungsmasse 30 in der Nähe des Überdeckungsbereichs 25 geringere Temperaturwerte auf, als solche lokalen Bereiche, die vom Überdeckungsbereich 25 weiter entfernt sind. Mit fortschreitender Polymerisation, bevorzugt bis zur Auspolymerisierung, kommt es zu einer Verfestigung der Umhüllungsmasse 30. Durch die dann verfestigte Umhüllungsmasse 30' ist die Umhausung 35 mit einem Härtegradienten ausgebildet. Die Härte der verfestigten Umhüllungsmasse 30' variiert dabei lokal in Abhängigkeit des ursprünglich ausgebildeten Temperaturgradienten. Aufgrund der lokal unterschiedlichen Temperaturwerten der Umhüllungsmasse 30 während der Polymerisation ist diese lokal mit unterschiedlichen Vernetzungsgraden polymerisiert, insbesondere auspolymerisiert worden. Bevorzugt ist dabei die Umhausung 35 mit der verfestigten Umhüllungsmasse 30' derart ausgebildet, dass ein Vernetzungsgrad bzw. eine Härte von einer Außenfläche der ausgebildeten Umhausung 35 bis zum Überdeckungsbereich 25 hin kontinuierlich abnehmend ausgebildet wurde. Aufgrund der so vorgesehen Kühlwirkung weist die Umhausung zwiebelschalenartig verschiedene ineinander, insbesondere kontinuierlich übergehende Isoflächen 36 auf, welche jeweils benachbarte Punkte im Volumenkörper der ausgebildeten Umhausung 35 mit gleichem Vernetzungsgrad bzw. mit gleichem Härtewert verbinden. Rein beispielhaft sind zwei Isoflächen 36.1, 36.2 im Schnitt bezeichnet, wobei die Isoflächen 36, 36.1, 36.2 sich dreidimensional erstrecken. Dabei ergibt sich ein Elektronikmodul 100 mit einer harten äußeren Schale und einem im Vergleich dazu weicheren Kern der Umhausung 35. Mit der Verfestigung der Umhüllungsmasse 30, 30' ist diese auch stoffschlüssig mit der Elektronikeinheit 10 im Überbrückungsbereich 25 verbunden. Nach einer Entformung des Elektronikmoduls 100 aus dem Formwerkzeug 80 weist dieses eine Wärmesenke mit einer von Umhüllungsmasse 30' freiliegende Außenfläche auf. Diese schließt insbesondere ebenflächig mit einer Außenfläche der Umhausung 35 ab. Über die Außenfläche der Wärmesenke 20 ist das Elektronikmodul 100 thermisch mit einem Kühlkörper verbindbar, beispielsweise unter Ausbildung eines Leistungsmoduls 200. Neben dem werkzeuggebundenen Auftrag der Umhüllungsmasse 30 ist auch ein werkzeugloser Auftrag möglich, beispielsweise durch einen Dispensvorgang. Die Kühlvorrichtung 90 kann dann während dem Dispensvorgang mit der Wärmesenke 20 thermisch verbunden sein.
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Der Temperaturgradient kann auch nach einem Auftrag der Umhüllungsmasse 30', bei einem werkzeuggebundenen Auftrag auch nach einer Entformung des Elektronikmoduls 100, während einer sich zeitlich später anschließenden Warmhärtung ausgebildet werden. Hierbei ist die Umhüllungsmasse 30' soweit verfestigt, dass sie nach einer Entformung oder nach einem Dispensvorgang formstabil bleibt. Die derart verfestigte Umhüllungsmasse 30' ist dabei nicht vollständig auspolymerisiert. Durch die Warmhärtung kann eine abschließende Vernetzung innerhalb der Umhüllungsmasse 30' erfolgen. Die 2 zeigt eine Anordnung, bei welcher eine externe Kühlvorrichtung 90, 90.1 mit der von Umhüllungsmasse 30' freiliegenden Außenfläche der Wärmesenke 20 thermisch leitend verbunden ist. Die Kühlvorrichtung 90 kann hierbei funktional der Kühlvorrichtung entsprechen, wie sie bereits in der 1 beschrieben wurde. Alternativ kann die Kühlvorrichtung 90 anstelle der dort beschriebenen Kühlmedien auch andere Kühlelemente für eine Kühlwirkung aufweisen, beispielsweise ein Peltierelement. Für die Warmhärtung erfolgt ein Wärmeeintrag W in die Umhüllungsmasse 30', insbesondere bis zum Erreichen einer Aushärtetemperatur ≥ der Glasübergangstemperatur Tg der Umhüllungsmasse. Dadurch wird eine Polymerisation noch unvernetzter Monomere innerhalb der Umhüllungsmasse 30' bewirkt, bevorzugt bis zur vollständigen Auspolymerisierung. Dabei erfolgt die Polymerisation aufgrund der Kühlwirkung der Kühlvorrichtung 90 und des dadurch bedingtausgebildeten Temperaturgradienten unterschiedlich, so dass vergleichbar zur Darstellung wie in der 1 lokale Bereiche mit unterschiedlichem Vernetzungsgrad bzw. unterschiedlichen Härtewerten ausgebildet wird. Die Kühlvorrichtung 90 kann alternativ auch ausschließlich nur durch die Wärmesenke 20 gebildet sein, welche während der laufenden Polymerisation von einem Kühlmedium 95 durchströmt wird, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit oder einem Kühlgas. Ebenso kann anstelle dem Kühlmedium die Wärmesenke 20 selbst ein anderes zuschaltbares Kühlelement für die Kühlwirkung aufweisen, beispielsweise ein Peltierelement.
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Nach der Ausbildung der Umhausung 35 des Elektronikmoduls kann anstelle der extern anliegenden Kühlvorrichtung 90 anschließend ein Kühlkörper 90.3 thermisch leitend mit der Außenfläche der Wärmesenke 20 und der mit dieser eben abschließenden Außenfläche des Umhausung 35 verbunden werden. Die Verbindung erfolgt beispielsweise durch ein Folienlaminat, so dass eine Verbundanordnung ausgebildet wird. Eine solche Verbundanordnung kann beispielsweise für ein Leistungsmodul 200 zur Anwendung kommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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