DE102022208289B3 - Elektrische Vorrichtung, Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Offenbart wird eine elektrische Vorrichtung, aufweisend:- eine Komponente (LM), die zumindest teilweise mit einem Gel (VG) bedeckt ist;- eine Leiterplatte (LP) mit einer Stirnseite (SS), auf der eine Metallschicht (MS) angebracht ist, die die Stirnseite (SS) zumindest teilweise bedeckt;- wobei die Metallschicht (MS) zumindest teilweise von dem Gel (VG) bedeckt ist;- wobei die Metallschicht (MS) die Stirnseite (SS) von dem Gel (VG) körperlich vollständig isoliert;- wobei die Vorrichtung (V) als ein Inverter oder ein Gleichspannungswandler gebildet ist, wobei die Komponente (LM) ein Leistungselektronikmodul ist und auf der Leiterplatte (LP) eine Treiber-/Steuerschaltung zum Betreiben und/oder zum Steuern des Leistungselektronikmoduls gebildet ist.Ferner wird ein Verfahren zum Herstellen der genannten Vorrichtung beschrieben.

Description

  • Technisches Gebiet:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine (leistungs-)elektrische Vorrichtung, wie z. B. (Leistungs-)Inverter, (Leistungs-)Gleichspannungswandler, insb. für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung.
  • Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
  • (Leistungs-)elektrische Vorrichtungen, wie z. B. (Leistungs-)Inverter, (Leistungs-)Gleichspannungswandler, sind bekannt und werden unter anderem in elektrischen Antrieben, insb. für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, verwendet. Bedingt durch deren Einsatzgebiete, wie z. B. in Kraftfahrzeugen, sind derartige Vorrichtungen starken Umwelteinflüssen, wie z. B. starken Temperaturwechseleinflüssen, ausgesetzt.
  • Die Druckschrift DE 100 52 532 C2 beschreibt eine Leiterplatte mit einem Bereich, in dem Bauelemente angeordnet sind und der durch eine schlitzförmige Ausnehmung vom Restbereich der Leiterplatte getrennt ist. Der Bereich und die Ausnehmung sind mit einer zusammenhängenden feuchtigkeitsundurchlässigen Vergussmasse aus- und umgossen. Die Innenwand der Ausnehmung ist mit einer Metallisierung versehen.
  • Die Druckschrift DE 10 2007 019 098 B4 beschreibt ein Modul für eine integrierte Steuerungselektronik mit einem Deckel und einer Leiterplatte als elektrische Verbindung zwischen einem Elektronikraum und peripheren Komponenten, wobei die Außenkante der Leiterplatte entlang der Dickenerstreckung der Leiterplatte metallisiert ist.
  • Die Druckschrift JP H02 - 63 141 A beschreibt ein Substrat, dessen Stirnseite zur Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit metallisiert ist.
  • Wie bei allen technischen Vorrichtungen üblich, besteht für die oben genannten Vorrichtungen auch die allgemeine Anforderung an eine hohe Zuverlässigkeit.
  • Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, die Zuverlässigkeit der oben genannten Vorrichtung zu erhöhen.
  • Beschreibung der Erfindung:
  • Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Vorrichtung, insb. eine leistungselektrische Vorrichtung, speziell für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, bereitgestellt.
  • Die Vorrichtung weist eine Komponente (bzw. eine Schaltungskomponente) auf, die zumindest teilweise, insb. vollständig, mit einem Gel bedeckt, insb. versiegelt, ist. Dabei schützt das Gel die Komponente sie vor Umwelteinflüssen und Spannungsüberschlägen.
  • Die Vorrichtung weist ferner eine Leiterplatte (bzw. einen Schaltungsträger auf Kunststoffbasis) auf, die eine (unbestückte bzw. nicht-bestückbare) Stirnseite aufweist. Auf der Stirnseite der Leiterplatte ist eine Metallschicht angebracht, die die Stirnseite zumindest teilweise, insb. vollständig, bedeckt. Die Metallschicht ist zumindest teilweise, insb. vollständig, von dem Gel bedeckt. Dabei isoliert bzw. trennt die Metallschicht die Stirnseite von dem Gel körperlich vollständig, sodass die Stirnseite nicht in einem direkten körperlichen Kontakt mit dem Gel steht bzw. nicht (auch nicht zumindest teilweise) direkt (also ohne die dazwischen liegende Metallschicht) mit dem Gel kontaktiert ist.
  • Die Leiterplatte hat eine Stirnseite, die dem Gel zugewandt liegt und mit einer Metallschicht als einer Randmetallisierung versehen ist. Die Stirnseite der Leiterplatte ist eine der nicht bestückten bzw. nicht bestückbaren (Schnitt-)Seiten bzw. Seitenflächen der Leiterplatte.
  • Das Gel, das vorrangig die Komponente (die nicht die zuvor genannte Leiterplatte ist) der Vorrichtung bedeckt und somit diese insb. versiegelt, reicht bis zur Metallschicht und bedeckt diese zumindest teilweise.
  • Dabei ist die Vorrichtung als ein (Leistungs-)Inverter oder ein (Leistungs-)Gleichspannungswandler gebildet. Die Komponente ist als ein Leistungselektronikmodul der Vorrichtung oder ein Teil davon gebildet. Entsprechend ist auf der Leiterplatte eine Treiber-/Steuerschaltung oder ein Teil davon zum Betreiben und/oder zum Steuern des Leistungselektronikmoduls gebildet.
  • Die Metallschicht isoliert bzw. trennt die Stirnseite der Leiterplatte und somit insb. auch die Leiterplatte von dem Gel und dient als Barriere zwischen dem Gel einerseits und der Stirnseite der Leiterplatte bzw. der Leiterplatte andererseits und verhindert somit einen körperlichen Kontakt zwischen dem Gel einerseits und der Stirnseite der Leiterplatte.
  • Ausgasungen der Leiterplatte, insb. an deren Stirnseite, welche bei einem direkten körperlichen Kontakt mit dem Gel und unter Temperaturwechseleinflüssen vorkommen können und geforderte Anforderungen in Bezug auf Hochspannungsfestigkeit und Schutz vor anderen Umwelteinflüssen beeinflussen können, werden durch das Anordnen der Metallschicht auf die Stirnseite der Leiterplatte und dadurch erfolgte körperliche Isolierung der Stirnseite der Leiterplatte von dem Gel wirksam unterbunden. Die Stirnseite der Leiterplatte kann dank der Randmetallisierung mit der Metallschicht hin zum Gel nicht mehr zur Ausgasung der Leiterplatte beitragen.
  • Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, die oben genannte Vorrichtung stabiler gegen die Temperaturwechseleinflüsse zu gestalten, und somit die Zuverlässigkeit der Vorrichtung insgesamt zu erhöhen.
  • Die Komponente kann ein Elektronikmodul bzw. ein Leistungselektronikmodul, insb. einer schalbaren Halbbrücke, oder ein Teil von diesem Modul, oder ein elektronisches bzw. leistungselektronisches Bauelement, insb. ein ungehäuster bzw. gehäuseloser und somit nackter Halbleiterschalter bzw. Leistungshalbleiterschalter der Vorrichtung sein, das bzw. der insb. vor Umwelteinflüssen, wie z. B. vor der Feuchtigkeit, geschützt werden soll.
  • Die Leiterplatte kann dabei eine Leiterplatte mit faserverstärktem Kunststoff sein.
  • Auf der Leiterplatte kann eine Treiber-/Steuerschaltung zum Betreiben und/oder zum Steuern der Komponente gebildet sein, wobei die Komponente als ein (Leistungs-)Elektronikmodul oder ein (Leistungs-)Halbleiterschalter gebildet sein kann.
  • Bspw. weist die Leiterplatte mindestens eine elektrische Leiterbahn auf. In diesem Fall kann die Metallschicht in demselben Metallisierungsvorgang der Leiterbahn an die Stirnseite der Leiterplatte angebracht werden, in dem die Leiterbahn auf die Leiterplatte angebracht wird. Dabei können die gleichen Herstellungsprozesse bei dem Metallisierungsvorgang der Leiterbahn für das Anbringen der Metallschicht an die Stirnseite angewendet werden.
  • Die Metallschicht kann eine auf der Stirnseite galvanisch abgeschiedene Metallschicht sein, bzw. durch eine galvanische Abscheidung eines Metalls an die Stirnseite angebracht sein.
  • Alternativ kann die Metallschicht als ein Metallplättchen, wie z. B. ein Metall-Stanzteil, gebildet sein, dass bspw. durch ein stoffschlüssiges Verbinden auf die Stirnseite angebracht ist, wie z. B. auf die Stirnseite aufgeklebt, aufgelötet oder aufgesintert ist.
  • Das Gel kann ein Versiegelungsgel zum luftdichten Versiegeln der Komponente oder ein Silikongel sein.
  • Insb. übersteigt die Füllhöhe des Gels nicht die Bauhöhe der Oberkante der Metallschicht. Das heißt, von der Ebene der Bodenseite der Vorrichtung aus betrachtet, ist das Gel bis auf eine maximale Füllhöhe (von der Ebene der Bodenseite) gefüllt, die die Bauhöhe (von der Ebene der Bodenseite) der Oberkante der Metallschicht nicht übersteigt.
  • Bspw. sind die Komponente und die Leiterplatte in Längsrichtung der Vorrichtung zueinander versetzt oder aneinandergereiht angeordnet. Entsprechend ist die Leiterplatte seitlich versetzt zu der Komponente bzw. dessen Abschnitt platziert, die bzw. der mit dem Gel bedeckt ist. Damit sind die Leiterplatte und das Gel (bzw. zumindest ein Teil davon) ebenfalls in der Längsrichtung der Vorrichtung aneinandergereiht angeordnet.
  • Alternativ kann die Leiterplatte die Komponente zumindest teilweise umlaufend gebildet sein. Es können auch mehrere Leiterplatten und/oder mehrere Komponenten vorgesehen sein, die die Komponente oder die Komponenten umlaufend gebildet oder angeordnet sein können.
  • Durch die Verwendung der Metallschicht als der Randmetallisierung kann die Leiterplatte bzw. die Treiber-/Steuerschaltung nah an die Komponente bzw. das Leistungselektronikmodul positioniert werden. Parasitäre Induktivitäten in elektrischen Verbindungen zwischen der Leiterplatte bzw. der Treiber-/Steuerschaltung einerseits und der Komponente bzw. dem Leistungselektronikmodul andererseits können geringgehalten werden, was zu einer Verbesserung der Steuerbarkeit der Komponente bzw. des Leistungselektronikmoduls führt und somit eine zusätzliche Erhöhung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung mit sich bringt.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer zuvor beschriebenen Vorrichtung bereitgestellt, die eine (Schaltungs-)Komponente und eine Leiterplatte (bzw. einen Schaltungsträger auf Kunststoffbasis) aufweist.
  • Gemäß dem Verfahren wird eine Metallschicht auf eine Stirnseite der Leiterplatte angebracht, wobei die Metallschicht die Stirnseite zumindest teilweise, insb. vollständig, bedeckt.
  • Danach wird die Komponente zumindest teilweise, insb. vollständig, mit einem Gel durch Anbringen des Gels auf diese bedeckt, bzw. versiegelt. Dabei wird das Gel derart angebracht, dass es die Metallschicht zumindest teilweise bedeckt und zugleich durch die Metallschicht von der Stirnseite der Leiterplatte körperlich vollständig isoliert bzw. getrennt wird, sodass die Stirnseite nicht (auch nicht zumindest teilweise) von dem Gel ohne die dazwischen liegende Metallschicht direkt bedeckt wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebenen Vorrichtung sind, soweit im Übrigen, auf das oben genannte Verfahren übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens anzusehen.
  • Beschreibung der Zeichnung:
  • Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung, nämlich 1, näher erläutert.
  • 1 zeigt in einer ersten schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer Vorrichtung V gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Vorrichtung V ist in dieser Ausführungsform als ein Leistungsinverter eines elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs gebildet und weist ein Gehäuse GH, eine Gruppe von mehreren, bspw. drei oder sechs, Leistungselektronikmodulen LM und eine Leiterplatte LP auf.
  • Das Gehäuse GH ist bspw. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet und dient auch als ein Kühler zur Kühlung der Vorrichtung V. In dem Gehäuse GH sind die Leistungselektronikmodule LM und die Leiterplatte LP angeordnet, wobei die Leiterplatte LP auf einem am Gehäuse-Boden GB geformten Vorsprung VS höher als die Leistungselektronikmodule LM angeordnet ist. Dabei sind die Leistungselektronikmodule LM in einer Querrichtung QR (die quer zur Längsrichtung LR der Vorrichtung V liegt) der Vorrichtung V bzw. des Gehäuses GH aneinandergereiht angeordnet. Die Leistungselektronikmodulen-Gruppe LM und die Leiterplatte LP sind wiederum in der Längsrichtung LR aneinandergereiht angeordnet. Alternativ kann die Leiterplatte LP die Leistungselektronikmodulen-Gruppe LM zumindest teilweise umlaufend gebildet sein, wobei in diesem Fall die Leistungselektronikmodule LM in einem von der Leiterplatte LP zumindest teilweise umrandeten Hohlraum angeordnet sind. Alternativ können auch mehrere Leiterplatten vorgesehen sein, die die Leistungselektronikmodulen-Gruppe LM umlaufend angeordnet sind.
  • Die Leiterplatte LP ist bspw. mit einem faserverstärkten Kunststoff als Isoliermaterial gebildet und liegt über deren Unterseite auf dem Vorsprung VS auf und mit dem Gehäuse GH körperlich wie thermisch verbunden. Auf der der Unterseite abgewandten Oberseite weist die Leiterplatte LP eine Bestückungsfläche BF auf, auf der eine Treiber-/Steuerschaltung TS zum Betreiben bzw. zum Steuern der Leistungselektronikmodule LM oder ein Teil derartiger Schaltung TS, wie z. B. ein oder mehrere Treiber-Widerstände (wie z. B. Gate-Widerstände) zum Betreiben der Leistungselektronikmodule LM, gebildet bzw. montiert. Auf der Bestückungsfläche BF weist die Leiterplatte LP ferner eine oder mehrere Leiterbahnen LB als ein Teil der Schaltung TS oder als elektrische Verbindungen zur Schaltung TS auf, die wiederum jeweils eine oder mehreren Kontaktflächen KF zur Herstellung elektrische (Signal-)Verbindungen zu den Leistungselektronikmodulen LM aufweisen. An einer den Leistungselektronikmodulen LM zugewandten Stirnseite SS, die an die Unter- und Oberseite angrenzt, weist die Leiterplatte LP eine Metallschicht MS aus Kupfer oder einer Kupferlegierung auf, die bspw. als ein dünner Metall-Stanzteil auf die Stirnseite SS aufgeklebt ist. Alternativ kann die Metallschicht MS durch galvanisches Abscheiden auf die die Stirnseite SS aufgebracht sein. Insb. kann die Metallschicht MS in demselben Metallisierungsvorgang der Leiterbahn LB auf die Stirnseite SS aufgebracht sein. Die Metallschicht MS bedeckt die Stirnseite SS vollständig bzw. nahezu vollständig.
  • Auf den Leistungselektronikmodulen LM sind schaltbare Halbbrücken einer schaltbaren Brückenschaltung gebildet. Dabei weisen die Leistungselektronikmodule LM jeweils ein Keramiksubstrat KS, bspw. ein DBC- oder ein AMB-Substrat, auf, die wiederum jeweils eine metallische Kühlungsschicht KL auf deren jeweiligen Unterseite aufweisen und über diese auf dem Gehäuse-Boden GB aufliegen und mit diesem körperlich wie thermisch verbunden sind. Die Leistungselektronikmodule LM weisen auf Oberseiten der jeweiligen Keramiksubstrate KS jeweils zwei metallische Stromschiene SS1, SS2 (auf Englisch „Bus bars“) auf, die durch jeweils einen sich quer durch das jeweilige Keramiksubstrat KS erstreckenden Graben GR voneinander körperlich getrennt und somit elektrisch isoliert sind.
  • Die Leistungselektronikmodule LM weisen jeweils zwei ungehäusten Leistungshalbleiterschalter HS1, HS2 auf, die in dieser Ausführungsform als SiC-MOSFETs (auf Englisch „Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors“) gebildet sind. Erste Halbleiterschalter HS1 der jeweiligen Leistungselektronikmodule LM liegen jeweils über deren jeweiligen bodenseitigen Drain-Anschlüsse DA auf jeweiligen ersten Stromschienen SS1 derselben Leistungselektronikmodule LM auf und sind mit diesen elektrisch verbunden. Analog liegen zweite Halbleiterschalter HS2 der jeweiligen Leistungselektronikmodule LM jeweils über deren jeweiligen bodenseitigen Drain-Anschlüsse DA auf jeweiligen zweiten Stromschienen SS2 derselben Leistungselektronikmodule LM auf und sind mit diesen elektrisch verbunden. Über jeweilige topseitige Source-Anschlüsse SA sind die ersten Halbleiterschalter HS1 jeweils über ein Bondbändchen BB mit den jeweiligen zweiten Stromschienen SS2 derselben Leistungselektronikmodule LM elektrisch verbunden. Über jeweilige topseitige Gate-Anschlüsse GA sind die ersten Halbleiterschalter HS1 jeweils über einen Bonddraht BD mit jeweiligen korrespondierenden Kontaktflächen KF auf der Leiterplatte LP elektrisch verbunden.
  • Die Vorrichtung V weist ferner ein Silikongel VG bzw. ein Versiegelungsgel auf, das auf die Leistungselektronikmodule LM aufgebracht ist. Das Silikongel VG füllt Zwischenräume zwischen den Leistungselektronikmodulen LM sowie Zwischenräume zwischen den Leistungselektronikmodulen LM einerseits und der Leiterplatte LP andererseits und bedeckt bzw. versiegelt die Leistungselektronikmodule LM vollständig bzw. nahezu vollständig, und schützt somit die Leistungselektronikmodule LM vor Umwelteinflüssen und Spannungsüberschlägen. Dabei reicht das Silikongel VG bis zur Metallschicht MS der Leiterplatte LP und bedeckt die Metallschicht MS teilweise, wobei die Metallschicht MS die Stirnseite SS der Leiterplatte LP und somit auch die Leiterplatte LP von dem Silikongel VG körperlich vollständig isoliert bzw. trennt. Damit dient die Metallschicht MS als eine Barriere zwischen dem Silikongel VG und der Stirnseite SS der Leiterplatte LP bzw. der Leiterplatte LP und verhindert einen direkten körperlichen Kontakt zwischen dem Silikongel VG und der Stirnseite SS. Damit die Barriere durch die Metallschicht MS nicht überwunden wird, ist das Silikongel VG bis auf eine maximale Füllhöhe FH gefüllt, die die Bauhöhe BH der Oberkante OK der Metallschicht MS nicht übersteigt. Dank der Barriere durch die Metallschicht MS wird mögliche, bspw. durch Temperaturwechseleinflüssen verursachte Ausgasung der Leiterplatte LP insb. an deren Stirnseite SS wirksam unterbunden.
  • Durch die Verwendung der Randmetallisierung mit der Metallschicht MS kann die Leiterplatte LP sehr nah an die Leistungselektronikmodule LM positioniert werden, ohne dass diese bzw. deren Stirnseite SS in direktem Kontakt mit dem Silikongel VG steht. Dadurch können die elektrischen Verbindungen sprich die Bonddrähte BD zwischen den Leistungselektronikmodulen LM einerseits und der Leiterplatte LP andererseits sehr kurz gehalten werden, wodurch wiederum parasitäre Induktivitäten in diesen elektrischen Verbindungen gering gehalten werden können, was zu einer verbesserten Steuerbarkeit der Leistungselektronikmodule LM bzw. der Leistungshalbleiterschalter HS1, HS2 führt und somit deren Zuverlässigkeit erhöht.
  • Die Herstellung der oben beschrieben Vorrichtung V erfolgt unter anderem bspw. wie unten beschrieben:
    • Zunächst wird die Metallschicht MS auf die Stirnseite SS der Leiterplatte LP aufgebracht. Die Leiterplatte LP mit der Metallschicht MS wird dann auf den Vorsprung VS des Gehäuses GH montiert. Danach werden die Leistungselektronikmodule LM, die bspw. vor der Leiterplatte LP auf den Gehäuse-Boden GB montiert sind, mit dem Silikongel VG versiegelt. Dabei wird das Silikongel VG bis zu einer Füllhöhe FH gefüllt, die unter der Bauhöhe BH der Oberkante OK der Metallschicht MS liegt. Dabei füllt das Silikongel VG Zwischenräume zwischen den Leistungselektronikmodulen LM und der Leiterplatte LP und reicht bis zur Metallschicht MS der Leiterplatte LP und bedeckt diese. Die Metallschicht MS trennt dabei die Stirnseite SS der Leiterplatte LP von dem Silikongel VG körperlich vollständig.

Claims (13)

  1. Elektrische Vorrichtung (V), aufweisend: - eine Komponente (LM), die zumindest teilweise mit einem Gel (VG) bedeckt ist; - eine Leiterplatte (LP) mit einer Stirnseite (SS), auf der eine Metallschicht angebracht ist, die die Stirnseite (SS) zumindest teilweise bedeckt; - wobei die Metallschicht (MS) zumindest teilweise von dem Gel (VG) bedeckt ist; - wobei die Metallschicht (MS) die Stirnseite (SS) von dem Gel (VG) körperlich vollständig isoliert; - wobei die Vorrichtung (V) als ein Inverter oder ein Gleichspannungswandler gebildet ist, wobei die Komponente (LM) ein Leistungselektronikmodul ist und auf der Leiterplatte (LP) eine Treiber-/Steuerschaltung zum Betreiben und/oder zum Steuern des Leistungselektronikmoduls gebildet ist.
  2. Vorrichtung (V) nach Anspruch 1, wobei die Komponente (LM) ein Elektronikmodul oder ein elektronisches Bauelement ist.
  3. Vorrichtung (V) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leiterplatte (LP) eine Leiterplatte mit faserverstärktem Kunststoff ist.
  4. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auf der Leiterplatte (LP) eine Treiber-/Steuerschaltung (TS) zum Betreiben und/oder zum Steuern der Komponente (LM) gebildet ist.
  5. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, - die Leiterplatte (LP) mindestens eine elektrische Leiterbahn (LB) aufweist; - wobei die Metallschicht (MS) in demselben Metallisierungsvorgang der Leiterbahn (LB) an die Stirnseite (SS) angebracht ist.
  6. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht (MS) eine auf der Stirnseite (SS) galvanisch abgeschiedene Metallschicht ist.
  7. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallschicht (MS) als ein Metallplättchen gebildet ist.
  8. Vorrichtung (V) nach Anspruch 7, wobei das Metallplättchen durch ein stoffschlüssiges Verbinden auf die Stirnseite (SS) angebracht ist.
  9. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gel (VG) ein Versiegelungsgel zum luftdichten Versiegeln der Komponente (LM) oder ein Silikongel ist.
  10. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Füllhöhe (FH) des Gels (VG) die Bauhöhe (BH) der Oberkante (OK) der Metallschicht (MS) nicht übersteigt.
  11. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Komponente (LM) und die Leiterplatte (LP) in Längsrichtung (LR) der Vorrichtung (V) zueinander versetzt oder aneinandergereiht angeordnet sind.
  12. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei die Leiterplatte (LP) die Komponente (LM) zumindest teilweise umlaufend gebildet ist.
  13. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit Schritten: - Anbringen einer Metallschicht (MS) auf eine Stirnseite (SS) einer Leiterplatte (LP), wobei die Metallschicht (MS) die Stirnseite (SS) zumindest teilweise bedeckt; - Bedecken einer Komponente (LM) zumindest teilweise mit einem Gel (VG) durch Anbringen des Gels (VG) auf die Komponente (LM); - wobei das Gel (VG) derart angebracht wird, dass das Gel (VG) die Metallschicht (MS) zumindest teilweise bedeckt und zugleich durch die Metallschicht (MS) von der Stirnseite (SS) der Leiterplatte (LP) körperlich vollständig isoliert wird.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0263141A (ja) 1989-04-05 1990-03-02 Ibiden Co Ltd 電子部品搭載用基板の製造方法
DE10052532C2 (de) 2000-10-23 2002-11-14 Conducta Endress & Hauser Leiterplatte mit einer Eingangsschaltung zur Aufnahme und Verarbeitung eines elektrischen Signals sowie Verwendung der Leiterplatte
DE102007019098B4 (de) 2007-04-23 2020-02-13 Continental Automotive Gmbh Modul für eine integrierte Steuerelektronik mit vereinfachtem Aufbau

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013219833B4 (de) * 2013-09-30 2020-02-13 Infineon Technologies Ag Halbleitermodul mit leiterplatte und vefahren zur hertellung eines halbleitermoduls mit einer leiterplatte

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0263141A (ja) 1989-04-05 1990-03-02 Ibiden Co Ltd 電子部品搭載用基板の製造方法
DE10052532C2 (de) 2000-10-23 2002-11-14 Conducta Endress & Hauser Leiterplatte mit einer Eingangsschaltung zur Aufnahme und Verarbeitung eines elektrischen Signals sowie Verwendung der Leiterplatte
DE102007019098B4 (de) 2007-04-23 2020-02-13 Continental Automotive Gmbh Modul für eine integrierte Steuerelektronik mit vereinfachtem Aufbau

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